ES2830267T3

ES2830267T3 - Procedimiento de producción de oxígeno por VPSA que comprende cuatro adsorbedores

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Publication number: ES2830267T3
Application number: ES16718417T
Authority: ES
Inventors: Christian Monereau; Guillaume Rodrigues; Louis Toulemonde
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2015-03-26
Filing date: 2016-03-25
Publication date: 2021-06-03
Anticipated expiration: 2036-03-25
Also published as: RU2017135518A; CA2980214A1; RU2017135518A3; AU2016238624B2; RU2706653C2; CN107438474B; US20180093219A1; EP3274074A1; US10525402B2; FR3034027B1; WO2016151264A1; AU2016238624A8; AU2016238624B8; EP3274074B1; AU2016238624A1; FR3034027A1; CN107438474A

Abstract

Procedimiento de producción de oxígeno por adsorción de un flujo de aire atmosférico utilizando una unidad de tipo VPSA que comprende 4 adsorbedores, 1 compresor de aire y 2 bombas de vacío, siguiendo cada adsorbedor un mismo ciclo de presión con un desfase de un tiempo de fase, que comprende las siguientes etapas: a) producción de un primer flujo gaseoso rico en oxígeno que comprende un contenido en oxígeno T1 mientras se carga el adsorbedor, aguas arriba del flujo de aire atmosférico, b) producción de un segundo flujo gaseoso rico en oxígeno que comprende un contenido en oxígeno T2 < T1, c) producción de un tercer flujo gaseoso rico en oxígeno que comprende un contenido en oxígeno T3 <T2 <T1 con extracción simultánea de un flujo residual enriquecido en nitrógeno, d) elución del adsorbedor, del cual han salido los tres flujos gaseosos producidos en las etapas a), b) y c), por medio exclusivamente del segundo flujo gaseoso producido en la etapa b), o del tercer flujo gaseoso producido en la etapa c), e) represurización del adsorbedor que haya sufrido la elución de la etapa d) con al menos dos flujos sucesivamente, un primero y un segundo flujo de represurización, con contenido creciente de oxígeno, siendo el primer flujo de represurización el tercer flujo gaseoso producido en la etapa c) y siendo el segundo flujo de represurización el segundo flujo gaseoso producido en la etapa b).

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento de producción de oxígeno por VPSA que comprende cuatro adsorbedores

La presente invención se refiere a un procedimiento de producción de oxígeno por adsorción de un flujo de aire atmosférico que utiliza una unidad de tipo VPSA (adsorción por oscilación de presión al vacío) que comprende 4 adsorbedores.

La producción de oxígeno a partir de aire atmosférico por unidades de tipo PSA (adsorción por oscilación de presión) ha conocido un importante desarrollo en las últimas décadas. Las mejoras se han centrado sobre los adsorbentes, la tecnología y el propio procedimiento.

Con respecto a los adsorbentes, las unidades más eficientes utilizan actualmente, dentro de un mismo adsorbedor, una primera capa destinada a detener la humedad del aire y al menos parcialmente el dióxido de carbono. Generalmente se trata de alúmina activada o alúmina activada dopada que favorece la adsorción del CO². En el caso de aire particularmente contaminado, una parte al menos de la alúmina activada puede ser reemplazada por gel de sílice más resistente.

La detención del nitrógeno se lleva a cabo preferiblemente sobre una zeolita de tipo LiLSX eventualmente con una precapa de zeolita de tipo X para detener el CO²residual y comenzar a adsorber el nitrógeno. Se pueden utilizar en capas sucesivas varios tipos de LiLSX, más o menos intercambiadas con litio por ejemplo y optimizadas en función de la presión parcial de nitrógeno en el interior del lecho. Preferiblemente, en la zona saturada de nitrógeno al final de la fase de producción se facilitará un adsorbente con una capacidad de adsorción elevada, mientras que en la zona de transferencia de masa, se facilitará un adsorbente con una constante de Henry alta, teniendo siempre en cuenta los efectos térmicos correspondientes a estas elecciones.

Los diámetros (o diámetros equivalentes en el caso de un adsorbente en forma de bastoncillo) generalmente están comprendidos entre 0,5 y 2 mm. La dimensión elegida es función de la duración del ciclo utilizado y es un compromiso entre la cinética y las pérdidas de carga.

El procedimiento propuesto en la presente memoria se basa a priori en la utilización de los adsorbentes citados antes pero no se limita a su empleo.

Los avances tecnológicos han sido muy numerosos. Se refieren a las válvulas ahora más rápidas, más fiables, más estancas frente a la atmósfera ..., a las máquinas, compresores de aire y bombas de vacío especialmente adaptados por los fabricantes a los parámetros operatorios de las unidades de producción de oxígeno, al accionamiento por motor a velocidad variable, al control de los parámetros más preciso, más eficiente y más rápido. Se utilizan diversos tipos de adsorbedores dependiendo de los caudales puestos en juego o de las condiciones económicas locales: adsorbedor cilíndrico con eje vertical utilizado a veces en paralelo hasta formar un conjunto que puede llegar, por ejemplo, hasta 8 unidades similares para los caudales más elevados (se habla entonces de grupo o de racimos), adsorbedor cilíndrico con eje horizontal, adsorbedor radial. Se han utilizado varios sistemas para mantener el adsorbente en su sitio y evitar el desgaste o la fluidización (sobrepeso con bolas de cerámica o de acero, membrana, balón, resorte...). En este campo también se puede incluir la gestión de los efectos térmicos, con un control de la capacidad térmica de los lechos de adsorbente mediante la incorporación de materiales inertes tales como los materiales de cambio de fase (MCP). Estos tipos de desarrollos, dados de forma no exhaustiva, pueden ser aplicados en el marco de la invención sin que esto se pueda considerar como una mejora de lo que se propone aquí.

El último gran campo de mejora es el propio procedimiento. Por "procedimiento" se entienden aquí a la vez, el encadenamiento de las etapas que seguirá un adsorbedor a lo largo de su funcionamiento, y las características de cada una de estas etapas: duración, cantidad de gas transferido, presión, temperatura...

De forma general, por el término PSA se designa todo procedimiento de depuración o de separación de gases que utiliza una variación cíclica de la presión sobre el adsorbente entre una presión alta, denominada presión de adsorción, y una presión baja, denominada presión de regeneración. Así, esta denominación genérica de PSA se emplea indistintamente para designar los siguientes procedimientos cíclicos, a los que también es común dar nombres más específicos en función de los niveles de presión utilizados o del tiempo requerido para que un adsorbedor vuelva a su punto inicial. (tiempo de ciclo):

- Los procedimientos VSA en los que la adsorción se efectúa sustancialmente a la presión atmosférica, preferiblemente entre 0,95 y 1,25 bar abs y la presión de desorción es inferior a la presión atmosférica, típicamente de 50 a 400 mbar abs,

- Los procedimientos MPSA o VPSA en los que la adsorción se efectúa a una presión alta superior a la presión atmosférica, típicamente entre 1,5 y 6 bar abs, y la desorción a una presión baja inferior a la presión atmosférica, generalmente comprendida entre 200 y 600 mbar abs;

- Los procedimientos PSA propiamente dichos en los que la presión alta es sustancialmente superior a la presión atmosférica, típicamente entre 3 y 50 bar abs y la presión baja es sustancialmente igual o superior a la presión atmosférica, generalmente entre 1 y 9 bar abs;

- Los procedimientos RPSA (PSA rápida) para los que la duración del ciclo de presión es típicamente inferior a un minuto;

- Los procedimientos URPSA (PSA ultra rápida) para los que la duración del ciclo de presión es del orden de unos segundos como máximo.

Es conveniente señalar que estas diversas denominaciones no están estandarizadas y que los límites están sujetos a variación según los autores.

Con las definiciones anteriores, la invención se refiere también tanto a los procedimientos VSA como a los procedimientos VPSA. Actualmente, teniendo en cuenta los tiempos de ciclo utilizados, se trata también del procedimiento RPSA y eventualmente en el futuro del procedimiento URPSA. Con el fin de simplificar el texto, esta memoria se limitará de ahora en adelante al término VPSA para englobar el campo de aplicación de la invención tal como se acaba de definir.

Independientemente del tipo de PSA, un adsorbedor empezará un período de adsorción hasta que sea cargado con el constituyente o constituyentes a detener a la presión alta y después se regenerará por despresurización y extracción de los compuestos adsorbidos antes de ser restaurado, en la práctica represurizado, para volver a empezar un nuevo período de adsorción. El adsorbedor ha efectuado entonces un "ciclo de presión" y el principio mismo del procedimiento PSA es encadenar estos ciclos unos tras otros; se trata por tanto, de un procedimiento cíclico. El tiempo que tarda un adsorbedor en volver a su estado inicial se denomina tiempo de ciclo. En principio, cada adsorbedor sigue el mismo ciclo con un desfase temporal que se denomina tiempo de fase o más simplemente fase. Se tiene por tanto, la relación:

Tiempo de fase = tiempo de ciclo/número de adsorbedores, y se ve que el número de fases es igual al número de adsorbedores.

Hay unidades que no comprenden más que un solo adsorbedor, mientras que unidades tales como, por ejemplo, las PSA H2 comprenden frecuentemente de 10 a 16 adsorbedores.

Un ciclo generalmente comprende los períodos de:

- Producción o adsorción a lo largo de la cual el gas de alimentación es introducido por uno de los extremos del adsorbedor, los compuestos más adsorbibles son adsorbidos preferentemente y el gas enriquecido en los compuestos menos adsorbibles (gas producido) es extraído por el segundo extremo. La adsorción se puede hacer a presión creciente, a presión sustancialmente constante o incluso a presión ligeramente decreciente;

- Despresurización a lo largo de la cual el adsorbedor que ya no es alimentado del gas de alimentación es descargado por al menos uno de sus extremos, de una parte de los compuestos contenidos en el adsorbente y los volúmenes libres. Tomando como referencia el sentido de circulación del fluido en período de adsorción, se pueden definir las despresurizaciones en flujo paralelo, a contracorriente o simultáneamente en flujo paralelo y contra corriente;

- Elución o purga a lo largo de la cual un gas enriquecido en los constituyentes menos adsorbibles (gas de purga) circula a través del lecho de adsorbente con el fin de ayudar a la desorción de los compuestos más adsorbibles. La purga se hace generalmente a contracorriente;

- Represurización a lo largo de la cual el adsorbedor es al menos parcialmente represurizado antes de reanudar un período de adsorción. La represurización se puede hacer a contracorriente y/o en flujo paralelo, con los diferentes flujos (alimentación, producción, flujos internos en la unidad);

- Tiempo muerto a lo largo del cual el adsorbedor permanece en el mismo estado. Estos tiempos muertos pueden formar parte integral del ciclo, permitiendo la sincronización de etapas entre adsorbedores o formar parte de una etapa que se ha terminado antes del tiempo disponible. Las válvulas pueden ser cerradas o permanecer sin cambios dependiendo de las características del ciclo.

La despresurización y la represurización se pueden efectuar de diferentes maneras, sobre todo cuando la unidad de PSA comprende una pluralidad de absorbedores (o de capacidades). Por tanto, es obligado definir las etapas elementales para describir más exactamente las transferencias gaseosas que tienen lugar entre adsorbedores (o capacidades) y con el medio exterior (circuitos de alimentación, gas producido, gas residual a baja presión).

Por el documento EP0948989 A1, se conoce un adsorbedor de una VPSA que sufre una etapa de represurización con el oxígeno.

El número de adsorbedores es relativamente independiente de la secuencia elegida de las etapas, es decir del ciclo. La utilización de varios adsorbedores permite utilizar directamente un flujo procedente de un primer adsorbedor en un segundo adsorbedor a poco que las etapas en cuestión sean simultáneas. Permite por tanto, evitar el empleo de capacidades intermedias y aprovechar mejor los gradientes de presión. Esto puede permitir también optimizar el funcionamiento de las máquinas, hacer que la producción sea continua ...

Como se verá, existen al menos hasta la fecha unidades VPSA que comprenden 1,2, 3 o 4 adsorbedores. Se pueden utilizar también, en paralelo, 2 - o más - unidades de este tipo, eventualmente agrupando algunos equipos (filtro de aire, silenciador, capacidad de producción... agrupados).

A diferencia de muchos procedimientos, en el caso de la producción de oxígeno, la materia prima, es decir, el aire atmosférico, es gratuita y el consumo energético de la unidad es uno de los elementos preponderantes en el coste de producción del oxígeno. Por esta razón, la más mínima ganancia en energía específica, con una inversión constante, es interesante porque impacta directa y significativamente en los costes de producción.

Esto se traduce en los hechos por la existencia de un gran número de ciclos que a menudo no se diferencian más que por una gestión un poco diferente de los flujos entrantes o salientes o por una adaptación un poco diferente en el número de adsorbedores utilizados.

La utilización de programas de simulación cada vez más eficientes permite actualmente explorar y comparar un número muy grande de variantes y el aumento progresivo de los caudales al disminuir el coste relativo de la inversión, permite a un costo razonable una mayor complejidad en la gestión de los flujos.

Del mismo modo, la mejora de la cinética de transferencia de materia o de calor ligada bien al avance sobre los adsorbentes (aumento de la cinética intrínseca), o bien a la posibilidad de utilizar partículas de menor dimensión ligada a los desarrollos relacionados con los adsorbedores (adsorbedor radial, por ejemplo, monolítico...) permite acortar la duración de los ciclos y por tanto el tamaño de los adsorbedores.

Por todas estas razones (materia prima gratuita, menor peso de la inversión), el consumo energético es cada vez más preponderante.

A partir de ahí, un problema que surge es el de proporcionar un procedimiento mejorado que presente un ciclo energéticamente eficiente.

Una solución de la presente invención es un procedimiento de producción de oxígeno por adsorción de un flujo de aire atmosférico utilizando una unidad de tipo VPSA que comprende al menos 4 adsorbedores, 1 compresor de aire y 2 bombas de vacío, siguiendo cada adsorbedor un mismo ciclo de presión con un desfase de un tiempo de fase, que comprende las siguientes etapas:

a) producción de un primer flujo gaseoso rico en oxígeno que comprende un contenido en oxígeno T1 mientras se carga el adsorbedor, aguas arriba, del flujo de aire atmosférico,

b) producción de un segundo flujo gaseoso rico en oxígeno que comprende un contenido en oxígeno T2 < T1, c) producción de un tercer flujo gaseoso rico en oxígeno que comprende un contenido en oxígeno T3 < T2 < T1 con extracción simultánea de un flujo residual enriquecido en nitrógeno,

d) elución del adsorbedor, del cual han salido los tres flujos gaseosos producidos en las etapas a), b) y c), por medio exclusivamente del segundo flujo gaseoso producido en la etapa b), o del tercer flujo gaseoso producido en la etapa c),

e) represurización del adsorbedor que haya sufrido la elución de la etapa d) con al menos dos flujos sucesivamente, un primero y un segundo flujo de represurización, con contenido creciente de oxígeno, siendo el primer flujo de represurización el tercer flujo gaseoso producido en la etapa c) y siendo el segundo flujo de represurización el segundo flujo gaseoso producido en la etapa b).

Según el caso, el procedimiento según la invención puede presentar una o varias de las siguientes características: - la producción del segundo flujo gaseoso en la etapa b) se efectúa por despresurización en flujo paralelo.

- la producción del segundo flujo gaseoso en la etapa b) se efectúa en dos tiempos, un primer tiempo durante el cual la producción se realiza por despresurización en flujo paralelo y un segundo tiempo durante el cual la producción se realiza por una despresurización en flujo paralelo combinada con una despresurización a contracorriente.

- la despresurización a contracorriente se efectúa por medio de una válvula.

- la etapa e) de represurización se realiza con 3 flujos sucesivamente, un primero, un segundo y un tercer flujo de represurización, con contenido creciente en oxígeno, siendo el primer flujo de represurización el tercer flujo gaseoso producido en la etapa c), siendo el segundo flujo de represurización el segundo flujo gaseoso producido en la etapa b) y siendo el tercer flujo de represurización el primer flujo gaseoso producida en la etapa a).

- la presión al final de la etapa a) está comprendida entre 1,75 y 1,25 bares, preferiblemente entre 1,55 y 1,45 bares, la presión al final de la etapa b) está comprendida entre 1,5 y 1,0 bares, preferiblemente entre 1,30 y 1,20, la presión al final de la etapa c) está comprendida entre 1,0 y 0,7 bares, preferiblemente entre 0,90 y 0,80, y la presión baja del ciclo de presión está comprendida entre 0,25 y 0,45 bares, preferiblemente entre 0,40 y 0,30,

- el tiempo de ciclo de dicha unidad es inferior a 60 segundos, preferiblemente comprendido entre 15 y 45 segundos,

- al menos una bomba de vacío, preferiblemente una bomba de vacío centrífuga, incluye una o varias etapas, en paralelo y/o en serie, seleccionada entre el grupo formado por las máquinas volumétricas de tipo de lóbulos, de paletas, de anillo líquido, en particular de anillo de agua,

- el compresor de aire C-air alimenta permanentemente uno de los 4 adsorbedores,

- el primer flujo gaseoso producido en la etapa a) es enviado al menos en parte en una primera capacidad tampón.

- el segundo flujo gaseoso producido en la etapa b) es enviado al menos en parte en una segunda capacidad tampón.

El nuevo ciclo propuesto aquí corresponde a la utilización de 4 adsorbedores que seguirán cada uno por lo tanto este ciclo con un desfase temporal entre ellos de un tiempo de fase (igual al tiempo de ciclo dividido por 4).

La solución propuesta en la presente memoria es más sencilla que las soluciones de la técnica anterior puesto que no conduce más que a la producción de tres flujos de pureza decreciente y difiere en cuanto a la utilización de estos flujos en el ciclo. La elución se efectúa en su totalidad con un solo flujo mientras que la represurización se efectúa utilizando sucesivamente los flujos producidos de pureza creciente.

El ciclo propuesto en el marco de la presente invención se caracteriza por tanto por las secuencias i, i 1, i 2 a lo largo de las cuales la unidad produce 3 flujos sucesivos ricos en oxígeno y de pureza decreciente. La etapa i corresponde a la etapa a) y por tanto a la producción propiamente dicha con una pureza media T1 que corresponde generalmente a la especificación solicitada por el cliente, digamos a modo de ejemplo, 93 % en volumen de O². A lo largo de esta etapa el adsorbedor se alimenta con aire a través de una unidad de compresión de aire (C-air).

La etapa referenciada i 1 corresponde a la etapa b) y por tanto a la producción de un segundo flujo rico en oxígeno pero de pureza media T2 inferior a la precedente, digamos a modo de ejemplo, 91 % en volumen de O². Esta fracción puede ser producida con o sin la introducción de aire y/o sin extracción de residuos en el otro extremo del adsorbedor. Más precisamente, el adsorbedor puede estar aislado al lado del aire y la fracción de oxígeno se produce por descompresión en flujo paralelo, o se puede introducir el aire solamente durante una fracción de esta etapa o durante toda la duración de la etapa, con caudal nominal o reducido. También es posible retirar simultáneamente, durante la totalidad o solamente una parte de la etapa, por despresurización a contracorriente un flujo rico en nitrógeno. Se representan estas dos diferentes posibilidades por dos casillas vacías como se describe más adelante, lo que caracteriza esta etapa i 1 (etapa b)) siendo la producción de oxígeno con una pureza media T2 inferior a la de la producción de oxígeno en la etapa a) T1.

La etapa referenciada i 2 corresponde a la etapa c) y por tanto a la producción de un tercer flujo rico en oxígeno de una pureza media T3 inferior a la precedente, digamos el 89 % en volumen de O². Este flujo se obtiene por una descompresión de flujo paralelo simultánea con una descompresión a contracorriente destinada a extraer simultáneamente del adsorbedor un flujo rico en nitrógeno. Dependiendo del nivel de presión, esta descompresión en contracorriente se puede realizar mediante una válvula y/o mediante una bomba de vacío. En la práctica, generalmente se tratará al menos al final de la etapa de un bombeo a vacío y se ha adoptado por simplificación la representación [PAV] para significar estas diferentes posibilidades, utilizando PAV para "bombeo a vacío", y significando la presencia de corchetes que la etapa de bombeo a vacío no es obligatoria.

La gestión en el ciclo de estas diferentes fracciones de oxígeno producidas se caracteriza por el enriquecimiento de las siguientes secuencias:

La etapa j corresponde a una etapa de simple bombeo a vacío para extraer el nitrógeno. El lado de producción del adsorbedor está aislado.

La etapa j 1 corresponde a una etapa de elución con bombeo. Se introduce un gas rico en oxígeno en el lado de producción simultáneamente con el bombeo. La presencia de oxígeno facilita la desorción del nitrógeno.

Las etapas j 2, j 3 y j 4 son etapas de represurización del adsorbedor.

La elución de la etapa j 1 se hace únicamente con el gas procedente de la etapa b), que corresponde a la etapa i 1 que se ha definido precedentemente o únicamente con el gas procedente de la etapa c) que corresponde a la etapa i 2.

La represurización se realiza en etapas sucesivas con flujos de pureza creciente en oxígeno: un primer flujo de represurización que es el tercer flujo gaseoso producido en la etapa c), un segundo flujo de represurización que es el segundo flujo gaseoso producido en la etapa b) y eventualmente un tercer flujo de represurización que es el primer flujo gaseoso producido en la etapa a). Dependiendo de las condiciones operatorias, el aporte de la tercera represurización puede ser bajo y se podrá evitar por simplificación. Esto es lo que significa aquí la presencia de corchetes: [T 1].

Hay varias maneras de representar de forma sintética los ciclos de una unidad de tipo PSA. En la presente memoria se va a utilizar el método de las tablas en el que cada etapa elemental figura en una casilla. Se puede definir el ciclo describiendo la totalidad de las etapas que realiza un adsorbedor durante un ciclo. Preferiblemente, se hace figurar una debajo de otra la descripción de las diferentes fases que siguen simultáneamente los diferentes adsorbedores. Si se quiere ser exhaustivo, se describe el funcionamiento de cada adsorbedor uno debajo del otro. Cada casilla define una etapa con un título abreviado (Prod, Eq, Purge ...). Esta representación es muy compacta y muy práctica. Sin embargo, dado que un flujo entrante o saliente tiene varias utilizaciones, este método pierde claridad porque se vuelve difícil definir simplemente la etapa correspondiente. Sin embargo, este sigue siendo el método más utilizado en la actualidad.

Se ha utilizado aquí un método intermedio en forma de tabla donde para cada etapa se definen los flujos que entran y salen del adsorbedor. Este método ya ha sido utilizado de una forma ligeramente diferente. Así por ejemplo:

significa que el adsorbedor está en la etapa 1, que recibe como alimentación un flujo procedente de un compresor (C-air), siendo este flujo, en el marco de la invención, de aire atmosférico. El flujo que corresponde a la producción (Prod) sale por el extremo opuesto del adsorbedor.

significa que la etapa j es un etapa de simple aplicación de vacío a través de una bomba de vacío conectada al extremo de alimentación mientras que el lado de producción está cerrado (X).

Se dejan las dos casillas de la parte alta o baja vacías, si lo que sucede respectivamente en el lado de la producción o en el lado de la alimentación no está formalmente definido o no se va a definir en este momento para una buena comprensión del ciclo, es decir por ejemplo que el hecho de que haya una extracción, una inyección de gas o que el extremo esté aislado no sea característico de la etapa en cuestión y que todos los casos, incluso su combinación, por ejemplo, una inyección seguida de una extracción, sean posibles.

La familia de ciclos relativa a la presente invención se puede caracterizar entonces por la siguiente tabla, donde las columnas que se han dejado libres significan que además de los 8 etapas descritas, puede haber etapas adicionales como las correspondientes a un cambio de bomba de vacío, una represurización final simplemente del aire ...

Según un modo de realización preferente, la elución se hace únicamente con el segundo flujo gaseoso producido en la etapa b) (i+1).

Las etapas características son entonces:

Se puede observar que la distinción entre las 2 bombas de vacío utilizadas no se hace a este nivel, al no estar completo el ciclo de presión.

Según un modo de realización, la producción de un segundo flujo gaseoso rico en oxígeno según la etapa b) se hace por simple despresurización con flujo paralelo, correspondiendo a las siguientes etapas característicos:

Según otro modo de realización, la producción del segundo flujo gaseoso rico en oxígeno según la etapa b) se hace en dos sub-etapas, en primer lugar por simple despresurización en flujo paralelo, después siempre por despresurización en flujo paralelo pero simultáneamente. con una despresurización a contracorriente, preferiblemente hacia la atmósfera a través de una válvula. Este último funcionamiento corresponde a las siguientes sub-etapas características k-a y k-b que se refieren a la producción del flujo de pureza Pur2, sub-etapas que reemplazan a la etapa i 1 en la tabla anterior.

Según un modo de realización no representativo de la invención, la represurización inicial del adsorbedor con el tercer flujo gaseoso producido en la etapa c) se efectúa simultáneamente con la introducción de aire en flujo paralelo en el lado de la alimentación durante toda o parte de esta etapa. Al estar el adsorbedor bajo vacío, esta introducción de aire se puede hacer directamente desde la atmósfera a través de una válvula. Se puede tratar de una válvula de todo o nada o de una válvula cuya apertura cambia a lo largo de la etapa. La apertura no se puede efectuar más que en el curso de una etapa sobre una temporización o un umbral de presión. Esta apertura forma parte de los parámetros a optimizar. Los software de simulación más eficientes permiten determinar las tendencias a cumplir. Los ajustes en el sitio permiten afinar las características de apertura. No siendo obligada a pasar por la bomba de vacío y pudiendo ser reducida o incluso anulada esta inyección de aire, se ha adoptado para representar estas posibilidades de funcionamiento la representación [ATM], de donde salen las etapas representativas:

Se conserva en esta variante la posibilidad de hacer la elución por el segundo o el tercer flujo gaseoso de purezas respectivas T2 o T3, pero preferiblemente la elución se hace por medio del segundo flujo gaseoso producido en la etapa b).

Según un modo de realización no representativo de la invención, la represurización del adsorbedor con el segundo flujo gaseoso producido en la etapa b) se efectúa simultáneamente con la introducción de aire en flujo paralelo en el lado de la alimentación durante toda o parte de esta etapa y preferiblemente durante toda la etapa. Al estar el absorbedor bajo vacío, lo esencial de la represurización del aire se puede hacer directamente desde la atmósfera a través de una válvula. Se puede tratar de una válvula de todo o nada o de una válvula cuya apertura cambia a lo largo de la etapa. La apertura no se puede efectuar más que en el curso de una etapa sobre una temporización o un umbral de presión. Esta apertura forma parte de los parámetros a optimizar. Como se ha dicho anteriormente, el aire se introduce preferiblemente a lo largo de esta etapa y la representación correspondiente es entonces la siguiente:

Según una variante no representativa de la invención, la represurización eventual del adsorbedor con el gas procedente de la producción de oxígeno se efectúa simultáneamente con la introducción de aire en flujo paralelo en el lado de la alimentación. Teniendo en cuenta el ciclo de presión, esta represurización eventual se produce aproximadamente a la presión atmosférica o totalmente por encima de la presión atmosférica. Entonces es necesario utilizar un medio de compresión (C-air) para introducir el aire atmosférico en el adsorbedor.

Según un modo de realización preferente, el ciclo comprende además una represurización final del adsorbedor con únicamente introducción de aire en el lado de la alimentación. Esta etapa precede entonces a la etapa a) de producción de oxígeno con pureza T1. La duración de esta etapa se determina por temporización o por un umbral de presión. El aire se introduce generalmente a partir del compresor de aire C-air porque el adsorbedor está a una presión superior a la presión atmosférica al menos al final de la etapa. Esta etapa tiene lugar después de la etapa e) de represurización.

Al estar cada adsorbedor bajo vacío durante una parte no despreciable del ciclo, el aire que sirve para represurizar al adsorbedor en estas condiciones (a una presión inferior a la presión atmosférica) puede ser introducido totalmente o en parte sin pasar por el medio de compresión del aire atmosférico C-air. Sin embargo, si durante una parte de este tiempo, este compresor está disponible, es decir que no hay otro adsorbedor que utilice el aire comprimido, una parte o la totalidad del aire puede atravesarlo, y entonces la máquina no consume energía (incluso produciendo).

En base a las características precedentes, la invención se refiere entonces a un procedimiento de producción de oxígeno a partir del aire atmosférico por medio de una unidad de tipo VPSA que comprende 1 compresor de aire C-air, 2 bombas de vacío PAV 1 y PAV 2 y 4 adsorbedores que siguen cada uno un ciclo idéntico con un desfase temporal de un tiempo de fase, pudiéndose presentar dicho ciclo bajo una de las diferentes formas indicadas más adelante, Ciclo 1 a Ciclo 6, todos conformes al principio de la invención, que no se diferencian más que por la presencia o no de una represurización con el oxígeno procedente de la propia producción seguida o no de una recompresión del aire antes de la etapa de producción y por el sitio del ciclo en el que se pasa de una bomba de vacío (PAV 1) a la otra (PAV 2).

Se ha elegido arbitrariamente para todos los ciclos que siguen 3 etapas por fase por razones de simplificación pero se podrá observar por ejemplo que para el primer ciclo, Ciclo 1, las etapas 5 y 6 por una parte u 8 y 9 por otra parte, podrían ser reagrupadas sin cambiar nada en el funcionamiento de la VPSA. Las primera y cuarta fases comprenden en cuanto a ellas 3 etapas distintas que han llevado a esta elección. Se podrá observar que se ha comenzado la descripción del ciclo por la producción pero que se habría podido elegir otra etapa para empezar, tal como la etapa referenciada aquí 10 que corresponde al principio de la represurización del adsorbedor.

En los ciclos Ciclo 1 a Ciclo 3, la bomba de vacío PAV2 termina la aplicación de vacío comenzada por la bomba PAV1 (etapa 7) antes de efectuar la elución (etapas 8 y 9).

Teniendo en cuenta que la bomba de vacío PAV1 está disponible en toda la duración de una fase, se ha admitido en los ciclos siguientes que la despresurización a contracorriente de la etapa 4 se hacía a través de la bomba de vacío, incluso si la presión en el adsorbedor era momentáneamente superior a la presión atmosférica y eso, con el fin de minimizar la energía consumida. Se entiende sin embargo que la fracción de gas de despresurización a una presión superior a la presión atmosférica o una parte de este gas puede ser puesta directamente en el aire sin pasar por la bomba de vacío por razones mecánicas o para aumentar el caudal de llenado.

- Ciclo 1

Ciclo que comprende una represurización con una fracción de la producción simultánea con una represurización del aire (etapa 12) seguida de una represurización final del aire (etapa 1).

- Ciclo 2

Ciclo sin represurización del oxígeno de la producción pero con una represurización final del aire (etapa 12) después de la etapa de represurización con el flujo de Pur2 (etapa 11). La etapa siguiente (etapa 1) es una etapa de producción. - Ciclo 3

Ciclo sin represurización del oxígeno producido simultánea con una represurización del aire (etapa 12), seguida del comienzo de la producción (etapa 1).

Los ciclos Ciclo 4 y Ciclo 6 tienen la aplicación de vacío sobre el adsorbedor que se efectúa con la única bomba PAV1 y la elución que se efectúa únicamente con la bomba de vacío PAV2. Entre los ciclos precedentes y estos, se modifica esencialmente la relación de los tamaños de las bombas de vacío, siendo aquí la PAV1 de tamaño superior y la PAV2 de tamaño inferior. La relación de los caudales-volúmenes (m3/h) de las bombas de vacío PAV1 y PAV2 varía generalmente de 1 a 1 hasta 1 a 2.

- Ciclo 4

Ciclo que comprende una represurización con una fracción de la producción simultánea con una represurización del aire (etapa 12), seguida de una represurización final del aire (etapa 1).

- Ciclo 5

Ciclo sin represurización del oxígeno de la producción pero con una represurización final del aire (etapa 12) después de la etapa de represurización con el flujo de contenido T2 (etapa 11). La etapa siguiente (etapa 1) es una etapa de producción.

- Ciclo 6

Ciclo con represurización del oxígeno producido simultánea con una represurización del aire (etapa 12), seguida del principio de la producción (etapa 1).

Se debe observar que las etapas 3 de los ciclos Ciclo 1 a Ciclo 6 pueden ser reemplazadas por las 2 sub-etapas 3-a y 3-b como se ha explicado anteriormente sin cambiar las características fundamentales de los ciclos, a saber la producción de los flujos de pureza T1, T2 y T3 y su utilización en el ciclo.

De forma preferente, la invención se refiere a un procedimiento de producción de oxígeno a partir de aire atmosférico por medio de una unidad de tipo VPSA que comprende 1 compresor de aire (C-air), 2 bombas de vacío (PAV1 y PAV2) y 4 adsorbedores que siguen cada uno un ciclo idéntico con un desfase temporal de un tiempo de fase, pudiéndose presentar dicho ciclo bajo una de las diferentes formas indicadas más adelante Ciclo 7 a Ciclo 12, todos igualmente conformes al principio de la invención, que constituyen una selección con respecto a los ciclos precedentes, utilizando exclusivamente el flujo de oxígeno de pureza intermedia T2 como gas de elución. Como para la serie precedente, más en general, no se diferencian entre ellos más que por una parte por la presencia o no de una represurización con el oxígeno procedente de la propia producción seguida o no de una recompresión del aire antes de la etapa de producción y por otra parte por el sitio del ciclo en el que se pasa de una bomba de vacío (PAV 1) a la otra (PAV 2).

En los ciclos Ciclo 7 a Ciclo 9, la bomba de vacío PAV2 termina la aplicación de vacío comenzada por la bomba PAV1 (etapa 7) antes de efectuar la elución (etapas 8 y 9).

- Ciclo 7

- Ciclo 8

Ciclo sin represurización del oxígeno de la producción pero con una represurización final del aire (etapa 12) después de la etapa de represurización con el flujo de Pur2 (etapa 11). La etapa siguiente (etapa 1) es una etapa de producción. - Ciclo 9

Ciclo con represurización del oxígeno producido simultánea con una represurización del aire (etapa 12), seguida del comienzo de la producción (etapa 1).

Los ciclos Ciclo 10 a Ciclo 12 tienen la aplicación de vacío al adsorbedor que se efectúa con la única bomba PAV1 y la elución que se efectúa únicamente con la bomba de vacío PAV2. Entre los ciclos precedentes y éstos, se modifica esencialmente la relación de los tamaños de las bombas de vacío, siendo aquí la PAV1 de tamaño superior y la PAV2 de tamaño inferior.

- Ciclo 10

- Ciclo 11

Ciclo sin represurización del oxígeno de la producción pero con una represurización final del aire (etapa 12) después de la etapa de represurización con el flujo de pureza T2 (etapa 11). La etapa siguiente (etapa 1) es una etapa de producción.

- Ciclo 12

Se debe observar que las etapas 3 de los ciclos Ciclo 7 a Ciclo 12 pueden ser reemplazadas por las 2 sub-etapas 3 a y 3-b como se ha explicado anteriormente sin cambiar las características fundamentales de los ciclos, a saber la producción de los flujos de pureza T1, T2 y T3 y su utilización en el ciclo.

Se señala también que la recompresión del aire durante la etapa 10 de todos los ciclos (Ciclo 1 a Ciclo 12) representada por [ATM] puede ser limitada, no intervenir más que en el curso de la etapa, sobre una duración o un umbral de presión, incluso puede ser suprimida. Esta elección podrá depender de las condiciones exteriores, en particular de las condiciones climáticas más bien que de una optimización fina del ciclo para obtener los mejores resultados posibles.

La presencia de una tasa elevada de humedad relativa asociada a una temperatura exterior elevada como la que se puede encontrar en una zona tropical por ejemplo puede llevar a retardar la introducción de aire durante la etapa 10 con el fin de evitar una polución demasiado importante del adsorbente. A la inversa, con una humedad relativa baja o con tiempo frío, podrá ser más interesante introducir inmediatamente el aire atmosférico, conjuntamente con el flujo de oxígeno de tercera pureza. Estos efectos son para ser evaluados en función del dimensionamiento elegido para el lecho o los lechos destinados a la detención de impurezas secundarias. Todavía hay campo para la optimización. Así, en un país más bien frío y seco como media, y en un sitio poco contaminado (contenido en CO²inferior o igual a 400 ppm por ejemplo) se utilizará preferiblemente el Ciclo 13 que no es más que una selección del Ciclo 8 en el que se introduce el aire atmosférico desde el principio de la etapa 10.

Este caso corresponde a la tabla que sigue:

o a su variante referenciada como Ciclo 14, representada aquí con las sub-etapas 3-a y 3-b que se podría representar también conservando solamente 3 etapas para la primera fase: 1 que corresponde a la producción (T1) y 2, 3 dedicadas a la producción T2. Se podrá constatar de nuevo a este respecto que esta no es la representación detallada de un ciclo, sujeta a modificaciones tales como la descrita antes, que caracteriza a la invención pero sí la producción de los 3 flujos de oxígeno con contenido decreciente en O²y su utilización como elución y gas de represurización.

- Ciclo 14

Se podrá observar que es fácil modificar estos ciclos, incluido el funcionamiento, para tener en cuenta las variaciones climáticas de invierno/verano, jugando sobre la cantidad de aire introducida durante el comienzo de la represurización (etapa 10) por ejemplo avanzando o retrasando esta introducción.

De forma más general, es posible prever la posibilidad de pasar, entre los ciclos previamente descritos, de un ciclo a otro en función de la evolución de las condiciones operativas (pureza de la producción, caudal de producción, temperatura exterior y/o temperatura de entrada en los adsorbedores). El coste de la energía en caso de variaciones estacionales por ejemplo, la necesidad de utilizar periódicamente un ciclo con un poder de regeneración superior para realizar el equivalente de una regeneración excepcional del adsorbente que sirva para retener las impurezas secundarias...pueden llevar también a modificaciones del ciclo de presión, pero permaneciendo en el marco de la invención. La adición de la represurización con una fracción de la producción (T1) puede ser un ejemplo de estas modificaciones momentáneas.

Se podrá observar también que, mientras permanecen en un mismo ciclo, es posible adaptar a las condiciones reales de funcionamiento un cierto número de parámetros tales como las cantidades de gas transferidas por ejemplo, la cantidad de gas de elución, la duración de ciertas etapas, mientras se conservan evidentemente en este caso los tiempos de fase idénticos y las limitaciones de simultaneidad o de duración que se han mencionado previamente, la temperatura de entrada del aire en los adsorbedores (en la hipótesis de que exista un medio de calefacción o de enfriamiento). Las diversas presiones intermedias pueden constituir en particular, buenos parámetros de control.

Tomando el ejemplo del Ciclo 13, se podrán volver a añadir por ejemplo 2 segundos a las etapas 2, 5, 8 y 11 o al contrario eliminar un segundo en estas mismas etapas si resultara que la una o la otra modificación fuera interesante.

Las 2 bombas de vacío PAV1 y PAV2 no funcionan a priori en la misma zona de presión. La PAV1 parte de la presión atmosférica, incluso se alimenta inicialmente a una presión un poco superior del orden de 1,1 a 1,2 bar abs, y desciende el adsorbedor a vacío hasta una presión generalmente comprendida entre 0,45 y 0,65 bar abs, mientras que la PAV2 tiene una presión de aspiración más baja que parte de 0,65 a 0,45 para llegar a 0,45 a 0,35 bar abs. Por lo tanto, se podrá adaptar la selección de las máquinas a sus condiciones operativas diferentes. Esto podrá influir seguro sobre su tamaño (capacidad de bombeo expresado en m3/h), pero también sobre el tipo de máquina.

Por lo tanto según un modo preferente de realización, la primera bomba de vacío (PAV1) que efectúa el comienzo de la aplicación de vacío al adsorbedor, comprende una o varias etapas, en paralelo y/o en serie, seleccionada entre el grupo formado por las máquinas volumétricas de tipo de lóbulos (raíces), de paletas, de anillo líquido, en particular de anillo de agua. Las bombas de tipo de lóbulos (raíces) pueden ser secas o con inyección de agua según que se favorezca la simplicidad o la energía específica.

La segunda bomba de vacío (PAV2) comprende una o varias etapas en paralelo o en serie, seleccionada entre el grupo formado por las máquinas volumétricas de tipo de lóbulos (raíces), de paletas, de anillo líquido, en particular de anillo de agua, de tornillo o de tipo centrífuga. La tasa de compresión de esta máquina varía menos que la de la primera y así es posible utilizar ventajosamente otros tipos de máquinas que pueden ser más eficaces en estas condiciones.

Las primera y segunda bombas de vacío pueden ser por lo tanto de tipo diferente como se ha indicado anteriormente.

En particular, el ciclo de presión es generalmente tal que la presión al final de la etapa 9 es igual a la presión al comienzo de la etapa 7 de más o menos 100 milibares, preferiblemente de más o menos 50 milibares.

Más precisamente, el ciclo de presión puede ser tal que la presión en el adsorbedor a lo largo de las etapas 7, 8 y 9 , que corresponden al dominio de funcionamiento de PAV2 permanece en una horquilla de presión igual a P más o menos 100 milibares, preferiblemente igual a P más o menos 50 milibares, siendo P una presión comprendida entre 0,45 y 0,3 bares. Al ser la presión de descarga la presión atmosférica, la tasa de compresión se mantendrá casi constante, comprendida aproximadamente entre 2 y 3.

De modo preferente, la presión en el adsorbedor a lo largo de las etapas 7, 8 y 9 permanece igual a 450 mbar abs más o menos 100 milibares, preferiblemente más o menos 50 mbar.

Durante el funcionamiento de la bomba de vacío PAV2, se puede modular si es necesario el caudal de gas de elución entre el principio y el final de la etapa bien para optimizar los rendimientos del ciclo, o bien para favorecer el funcionamiento de la bomba de vacío, en particular en el caso de una máquina centrífuga.

Con respecto a uno cualquiera de las ciclos Ciclo 1 a Ciclo 12, se puede observar que es conveniente introducir un cierto número de limitaciones sobre la duración de las etapas con el fin de tener el ciclo óptimo, es decir evitar las capacidades tampón inútiles o por lo menos minimizar su tamaño y asegurar un funcionamiento continuo de las máquinas. En particular, el hecho de que la duración de la etapa 4 sea igual a la duración de la etapa 10 permite hacer el principio de la represurización directamente con el flujo de tercera pureza producido durante la etapa 4.

Igualmente de forma preferente, la duración de la etapa 12 es igual a la duración de la etapa 3 permitiendo al compresor de aire C-air funcionar de forma continua, siendo la suma de las duraciones de las etapas 12, 1 y 2 igual a una fase del ciclo. Esto explica también la elección hecha aquí con respecto a toda la serie de ciclos preferentes (Ciclo 1 a 12), a saber, que el flujo de pureza intermedia T2 se obtenga en la etapa 3 (o 3-a y 3-b) por simple descompresión en flujo paralelo y/o por simple descompresión en flujo paralelo simultánea con una despresurización hacia la atmósfera, evitando así durante esta etapa la utilización de cualquier máquina.

Para algunas transferencias, es preferible utilizar las capacidades tampón para no alargar el ciclo introduciendo por ejemplo tiempos muertos. De forma general, estas capacidades pueden recibir todo el flujo de gas extraído y simultáneamente proporcionar una parte de este si es necesario o bien no recibir más que el excedente, yendo la parte utilizada simultáneamente directamente al adsorbedor en cuestión. La primera solución permite una mejor homogeneización del flujo, pero puede llevar a agrandar algunas tuberías. Por tanto, el oxígeno producido con la segunda pureza (T2) durante la etapa 3 es enviado al menos en parte en una primera capacidad tampón.

A menos que la producción de oxígeno alimente a la presión de producción una red de volumen suficiente, el oxígeno que constituye la producción (T1) producido con la primera pureza durante las etapas 1 y 2 es enviado al menos en parte en una segunda capacidad tampón .

La productividad (producción total con la pureza requerida o caudal de oxígeno calculado puro por m3 de adsorbedor, de adsorbedor total, de adsorbedor dedicado a la separación de O²/N²según las definiciones elegidas) es tanto más elevada cuanto más corto es el tiempo de ciclo y cuanto más se mantienen las características intrínsecas del adsorbente y del ciclo. Esto pone en juego también la cinética de transferencia de masa, las pérdidas de carga (y por lo tanto de esta manera, la geometría del adsorbedor), el tiempo de maniobra de las válvulas ... Con la tecnología actual, los tiempos de ciclo son generalmente inferiores a un minuto y están preferiblemente en el intervalo de 15/45 segundos.

Los efectos térmicos internos en las VPSA según los ciclos recomendados por la invención serán ventajosamente mejorados utilizando materiales con cambio de fase y/o adsorbentes con capacidad térmica mejorada por la adición de material inerte. Se sabe en particular, que la utilización de un adsorbente con un núcleo inerte aumenta la capacidad térmica de la partícula haciendo el ciclo más isotérmico pero aumenta también la cinética de transferencia de masa.

Se puede utilizar esta última característica para acortar la duración de las etapas o reducir las pérdidas de carga utilizando las partículas de tamaño superior en iso-cinética. El documento FR 2 794 993 describe una partícula adsorbente de este tipo.

Los ciclos según la invención pueden ser utilizados también conjuntamente con la implementación, en lugar de adsorbentes particulares, de contactores, en particular, de contactores con pasos paralelos y preferiblemente de monolitos. Se puede encontrar una representación de estos contactores, por ejemplo, en el documento FR 2952553.

Las válvulas pueden ser reemplazadas entonces por distribuidores, en particular por sistemas rotativos. En estas condiciones, los tiempos de los ciclos citados antes se pueden dividir entonces por un factor de 2 a 10 como orden de magnitud y no ser más que de algunos segundos.

Todas estas últimas cuestiones y otras que se intentarán citar aquí como la utilización de multicapas de adsorbente, de adsorbente que presenta una afinidad para el argón, de motores de accionamiento de máquinas con velocidad variable, como el acoplamiento de varias unidades idénticas ... no constituyen más que mejoras conocidas de los ciclos de VPSA, eventualmente aplicables en el marco de la invención y no serán más desarrolladas en el marco de esta memoria.

El ejemplo se refiere a la producción de un caudal mínimo de 120 toneladas al día de oxígeno contado puro con una pureza del 90 % molar. La producción debe estar disponible de manera continua y constante a una presión de 1,35 bar abs. El sitio está cerca del nivel del mar y las condiciones locales corresponden a una zona templada y de humedad normal.

El ciclo elegido es el ciclo 7 descrito anteriormente con una presión alta de 1,50 bar abs y una presión baja de 0,35 bar abs.

Se utilizan 4 adsorbedores que comprenden cada uno 10 m3 de adsorbente con aproximadamente 85 % en volumen de ULSX. El tiempo de ciclo es de 36 segundos, esto es un tiempo de fase de 9 segundos. Cada una de las etapas básicas es de aproximadamente 3 segundos. En el transcurso de la etapa 10, el aire atmosférico se introduce un poco más tarde que el oxígeno de pureza T3, mientras que la presión en el adsorbedor es del orden de 0,45 bar abs. El flujo T1, que constituye la producción es por lo tanto un 90 % molar de O², el flujo T2 está entre 88 y 89 % de O², el flujo T3 es de alrededor de 85 % de O². La alimentación de aire tiene un caudal de 20.000 m3/h, la primera bomba de vacío PAV1 tiene un caudal también de aproximadamente 20.000 m3/h, mientras que la segunda bomba de vacío PAV2 tiene un caudal de aproximadamente 30.000 m3/h.

Se obtiene de este modo una producción de oxígeno un poco superior a las 120 toneladas al día requeridas, lo que corresponde a una productividad de alrededor de 90 Nm3/h/m3.

La energía específica depende esencialmente de la elección de las máquinas y más particularmente de la optimización entre rendimientos, inversión y simplicidad. Se puede bajar un poco por debajo de 0,3 kWh/Nm3 favoreciendo el rendimiento o alcanzar aproximadamente 0,34 kWh/Nm3 con máquinas más rústicas.

La utilización de material con cambio de fase permite eliminar la mayoría de la efectos térmicos y un aumento en productividad y energía específica que puede pasar del 10 %.

Se ha verificado por simulación que los otros ciclos descritos en la presente memoria daban resultados cercanos a los del ciclo 7, pudiendo favorecer las condiciones operatorias un poco diferentes de las del ejemplo determinados ciclos.

Esto confirma en la idea de que las elecciones fundamentales se refieren por una parte a la producción de oxígeno a 3 niveles de pureza a saber:

- para una pureza requerida Pur1 del 93 % de O², un segundo flujo comprendido aproximadamente entre 91 y 92 % de O²y un tercer flujo entre 88 y 91 %

- para una pureza requerida Pur1 del 90 % de O², un segundo flujo comprendido entre aproximadamente 88 y 89 % de O²y un tercer flujo entre 85 y 87 %

y por otra parte a la utilización de estos flujos tanto para la elución como para la represurización en un orden óptimo.

Se podrá observar que el flujo T2 se produce sólo durante la etapa 3 mientras que se utiliza durante las etapas 8, 9 y 11. Teniendo en cuenta la duración de las etapas, cada una del orden de 3 segundos, se ve que conviene utilizar una capacidad tampón para almacenar la cantidad de gas necesaria en la etapa 8 y en la etapa 11 mientras que la utilizada durante la etapa 9 puede ser tomada directamente. En este caso, se tiene una misma pureza media de los flujos correspondientes a las etapas 8, 9 y 11. Se podría eventualmente construir un ciclo próximo con las duraciones de las etapas un poco diferentes, un etapa 9 más corta por ejemplo, que llevaría a una pequeña diferencia de composición entre la cantidad almacenada y la cantidad utilizada directamente. Una tal diferencia no es significativa y la introducción de un cuarto flujo no se justifica a nivel técnico. Es lo mismo para el principio de la invención que engloba tales variantes no significativas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento de producción de oxígeno por adsorción de un flujo de aire atmosférico utilizando una unidad de tipo VPSA que comprende 4 adsorbedores, 1 compresor de aire y 2 bombas de vacío, siguiendo cada adsorbedor un mismo ciclo de presión con un desfase de un tiempo de fase, que comprende las siguientes etapas:

a) producción de un primer flujo gaseoso rico en oxígeno que comprende un contenido en oxígeno T1 mientras se carga el adsorbedor, aguas arriba del flujo de aire atmosférico,

b) producción de un segundo flujo gaseoso rico en oxígeno que comprende un contenido en oxígeno T2 < T1, c) producción de un tercer flujo gaseoso rico en oxígeno que comprende un contenido en oxígeno T3 <T2 <T1 con extracción simultánea de un flujo residual enriquecido en nitrógeno,

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la producción del segundo flujo gaseoso de la etapa b) se efectúa por despresurización en flujo paralelo.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la producción del segundo flujo gaseoso de la etapa b) se efectúa en dos tiempos, un primer tiempo durante el cual la producción se realiza por despresurización en flujo paralelo y un segundo tiempo durante el cual la producción se realiza por una despresurización en flujo paralelo combinada con una despresurización a contracorriente.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado por que la despresurización a contracorriente se efectúa por medio de una válvula.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que la etapa e) de represurización se efectúa con 3 flujos sucesivamente, un primero, un segundo y un tercer flujo de represurización, con contenido creciente en oxígeno, siendo el primer flujo de represurización el tercer flujo gaseoso producido en la etapa c), siendo el segundo flujo de represurización el segundo flujo gaseoso producido en la etapa b) y siendo el tercer flujo de represurización el primer flujo gaseoso producido en la etapa a).

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que:

- la presión al final de la etapa a) está comprendida entre 1,75 y 1,25 bares, preferiblemente entre 1,55 y 1,45 bares, - la presión al final de la etapa b) está comprendida entre 1,5 y 1,0 bares, preferiblemente entre 1,30 y 1,20, - la presión al final de la etapa c) está comprendida entre 1,0 y 0,7 bares, preferiblemente entre 0,90 y 0,80, y - la presión baja del ciclo de presión está comprendida entre 0,25 y 0,45 bares, preferiblemente entre 0,40 y 0,30.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que el tiempo de ciclo de dicha unidad es inferior a 60 segundos, preferiblemente comprendido entre 15 y 45 segundos.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que al menos una bomba de vacío, preferiblemente una bomba de vacío centrífuga, incluye una o varias etapas, en paralelo y/o en serie, seleccionada entre el grupo formado por las máquinas volumétricas de tipo de lóbulos, de paletas, de anillo líquido, en particular, de anillo de agua.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el compresor de aire C-air alimenta permanentemente uno de los 4 adsorbedores.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que el primer flujo gaseoso producido en la etapa a) es enviado al menos en parte en una primera capacidad tampón.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el segundo flujo gaseoso producido en la etapa b) es enviado al menos en parte en una segunda capacidad tampón.