ES2960021T3 - Reducción de fluctuaciones en flujo de gas de cola y propiedad de combustible desde una unidad de adsorción - Google Patents

Reducción de fluctuaciones en flujo de gas de cola y propiedad de combustible desde una unidad de adsorción Download PDF

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Abstract

Proceso de adsorción por cambio de presión para reducir las fluctuaciones en el caudal del gas de cola de la unidad de adsorción y reducir las fluctuaciones en el caudal de oxidante estequiométrico requerido para quemar completamente el gas de cola en un horno reformador. Se pueden obtener un caudal constante y propiedades de combustible constantes mediante diseños de mezcla inteligentes. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Reducción de fluctuaciones en flujo de gas de cola y propiedad de combustible desde una unidad de adsorción
Antecedentes
Esta divulgación se relaciona con procesos de adsorción por oscilación de presión (PSA), y más particularmente con reducir fluctuaciones de la tasa de flujo del gas de cola desde la unidad de adsorción y con reducir fluctuaciones del valor de combustible instantáneo (es decir poder calorífico) del gas de cola o tasa de flujo de oxidante estequiométrico requerido para quemar completamente el gas de cola en un horno de reformado.
Los procesos de PSA son bien conocidos para la separación de mezclas de gases que contienen componentes con diferentes características de adsorción. El proceso de adsorción por oscilación de presión se puede usar para separar un componente de gas primario de una mezcla de gas de alimentación que comprende el componente de gas primario y uno o más componentes de gas secundarios. El componente de gas primario puede ser H2 y los componentes de gas secundarios pueden ser gases tales como N2, CO, CO2, y CH4, tales como un reformado de un reformado de metano con vapor u otro proceso de reformado de hidrocarburos. El componente de gas primario puede ser H2 y los componentes de gas secundarios pueden ser gases tales como CH4, C2H6, C3H8, y/o alcanos superiores, alquenos, y aromáticos asociados con corrientes de gases residuales de refinería.
La producción de hidrógeno a través de adsorción por oscilación de presión (PSA de H2) es una práctica industrial establecida para suministrar hidrógeno de alta pureza para refinerías de petróleo, industrias de producción química, refinación de metales, y otras industrias relacionadas. La mezcla de gas de alimentación puede ser un reformado a partir de un proceso de reformado de hidrocarburos con vapor o un proceso de reformado autotérmico. El reformado puede haber sido compensado en un reactor de compensación. La mezcla de gas de alimentación puede ser una corriente de efluente tratada adecuadamente a partir de una unidad de gasificación.
En un sistema de PSA típico, se pasa un gas multicomponente a al menos uno de múltiples lechos de adsorción a una presión elevada para adsorber al menos un componente fuertemente absorbido mientras que al menos un componente pasa a través del lecho de adsorción. En el caso de un PSA de H2, H2 es el componente que se adsorbe más débilmente y pasa a través del lecho de adsorción.
Los ciclos de adsorción por oscilación de presión comprenden un número de etapas bien conocidas. Las diversas etapas de los ciclos de adsorción por oscilación de presión se describen en los documentos EP 2823872 y US 2014/0373713 (ahora US 9381460). Los ciclos de adsorción por oscilación de presión específicos se proporcionan en los artículos complementarios "Pressure Swing Adsorption cycles for 4 to 7 adsorption beds", número IP.com 000241449, 29 de abril de 2015, y "Pressure Swing Adsorption cycles for 7 or more adsorption beds", número IP.com 000241619, 18 de mayo de 2015, cada uno disponible en línea y en el IP.com Journal impreso.
La longitud de una etapa puede cuantificarse (discretizarse) (es decir un número entero de segmentos de tiempo de ciclo). Sin embargo, la etapa puede ser un valor fraccionario de un segmento de tiempo de ciclo con el equilibrio como una etapa inactiva. El tiempo de ciclo de la PSA es la longitud de tiempo desde que la mezcla de gas de alimentación se introduce primero en un primer lecho en el ciclo repetitivo de etapas hasta el momento cuando la mezcla gaseosa se introduce de nuevo primero en el mismo primer lecho en el siguiente ciclo repetitivo de etapas inmediatamente después del ciclo repetitivo previo de etapas.
El documento US 2006/130651 A1 divulga un ensamblaje de adsorción por oscilación de presión (PSA) que comprende una pluralidad de lechos de adsorción con el fin de separar una corriente de producto y una corriente de subproducto de una corriente de gas mixta. La corriente de subproducto contiene impurezas retiradas desde la corriente de gas mixta, tal como monóxido de carbono, dióxido de carbono, agua, metano y materia prima no reaccionada. La corriente de producto comprende gas hidrógeno puro, en donde una porción de la corriente de producto se usa como un gas de purga para los lechos de adsorción que se someten a una etapa de purga. Como resultado de las etapas de purga, la corriente de subproducto también comprende gas hidrógeno.
Como los procesos de adsorción por oscilación de presión (PSA) son bien conocidos, un experto normal en la técnica puede construir un sistema de adsorción adecuado para llevar a cabo el proceso descrito en este documento. Puede seleccionarse fácilmente el equipo adecuado para llevar a cabo el proceso. Las condiciones operativas no divulgadas específicamente en este documento que son adecuadas para uso en el proceso descrito en este documento son conocidas y pueden ser determinadas por un experto en la técnica sin experimentación indebida.
El proceso de acuerdo con la presente divulgación se puede llevar a cabo en lechos adsorbentes axiales o lechos adsorbentes radiales.
Los procesos de adsorción por oscilación de presión se llevan a cabo en una pluralidad de lechos de adsorción. Generalmente, se usa más de un lecho de adsorción de tal manera que al menos un lecho de adsorción pueda estar produciendo gas producto mientras otro lecho está regenerándose. De esta forma, se puede producir gas producto sobre una base continua. Puede usarse cualquier número adecuado de lechos de adsorción. En general, el proceso de PSA está diseñado para cumplir con la pureza de producto requerida y recuperación de producto H2 y el número de lechos de adsorción seleccionados en consecuencia. La persona experta puede seleccionar fácilmente el número de lechos de adsorción que van a ser usados.
Los lechos de adsorción pueden contener un único adsorbente o múltiples adsorbentes. En el caso de múltiples adsorbentes, los adsorbentes pueden estar intercalados, en capas, o una combinación de los mismos. Los adsorbentes adecuados son conocidos y se pueden seleccionar fácilmente por los expertos en la técnica. Son comunes alúmina activada, gel de sílice, carbón activado, tamices moleculares, y zeolitas que se producen naturalmente.
La figura 1 muestra un esquema de un sistema de adsorción de ejemplo con lechos 10A, 20A, 30A, 40A, 50A, 10B, 20B, 30B, 40B, y 50B de adsorción, adecuados para un proceso de PSA. Se puede construir un sistema de adsorción con pares, u otros múltiplos de lechos, operando en paralelo (es decir en la misma etapa). Por ejemplo, los lechos 10A y 10B de adsorción podrían configurarse para estar siempre en la misma etapa, los lechos 20A y 20b de adsorción en la misma etapa, etc. Alternativamente, se puede construir un sistema de adsorción sin lechos que operen en paralelo.
Un lecho de adsorción es una agrupación de material de adsorción que se somete a cada una de las etapas de ciclo contemporáneamente. Un lecho de adsorción puede estar contenido en un único recipiente de contención o contenido dentro de múltiples recipientes de contención.
Los lechos de adsorción en la unidad de adsorción se someten a un ciclo repetitivo de etapas, algunos donde la mezcla de gas de alimentación se introduce en uno o más de los lechos de adsorción, algunas donde el gas producto se extrae desde uno o más de los lechos de adsorción, algunas donde las corrientes de gas intermedio se pasan entre lechos de adsorción, y algunas donde el gas de cola (gas subproducto) se extrae desde uno o más de los lechos de adsorción.
En el reformado catalítico de hidrocarburos con vapor, el gas subproducto contiene componentes de gas combustible que tienen valor de combustible. El reformado catalítico de hidrocarburos con vapor es un proceso intensivo en energía. El gas subproducto se pasa a los quemadores en el horno de reformado junto con un combustible suplementario (de ajuste) para proporcionar energía para el proceso de reformado.
Sin embargo, dado que el proceso de adsorción por oscilación de presión es un proceso cíclico (que requiere oscilaciones de presión), la tasa de flujo, presión, y concentraciones de componentes del gas subproducto varían durante el ciclo.
La industria desea minimizar las fluctuaciones de presión y tasa de flujo del combustible al horno de reformado. La industria desea operar el horno de reformado a temperaturas constantes optimizadas para la eficiencia de horno sin exceder los límites de temperatura requeridos para que los tubos de reformado y otros componentes sobrevivan al periodo de trabajo de horno.
En un esfuerzo por amortiguar las fluctuaciones de presión y tasa de flujo del gas subproducto que pasa al quemador en el horno de reformado, se usa un recipiente 60 de pico de presión como se muestra en la figura 1. Se proporciona una mayor amortiguación de las fluctuaciones de presión y tasa de flujo con los recipientes de pico de presión más grandes.
Debido al coste de capital del recipiente de pico de presión, la industria desea reducir el tamaño del recipiente de pico de presión necesario para amortiguar la variación de tasa de flujo de la corriente de gas subproducto (gas de cola) desde la unidad de adsorción hasta los quemadores.
La tasa de flujo del gas subproducto desde el recipiente 60 de pico de presión hasta los quemadores se regula usando una o más válvulas corriente abajo del recipiente de pico de presión. Se puede usar una válvula pequeña y grande en paralelo (no se muestran) para regular el flujo del gas subproducto a los quemadores donde se establece la posición de válvula de la válvula grande (para control aproximado) de tal manera que la posición de válvula de la válvula pequeña pueda proporcionar regulación de flujo en la mitad de su rango operativo (para control preciso).
Las válvulas entre el recipiente de pico de presión y los quemadores requieren una cierta cantidad de contrapresión en el recipiente de pico de presión. La presión en el recipiente de pico de presión limita la presión de soplado final y la presión de efluente de gas de purga para la unidad de adsorción por oscilación de presión.
La industria desea operar la unidad de adsorción por oscilación de presión con presiones de soplado final y presiones de purga más bajas debido a que presiones más bajas pueden dar como resultado mejoras de eficiencia y/o rendimiento para la unidad de adsorción por oscilación de presión.
La tasa de flujo de oxidante (por ejemplo aire) para la combustión del gas subproducto y del combustible de ajuste se establece para proporcionar una combustión completa del gas subproducto y del combustible de ajuste y para limitar la formación de NOx. La tasa de flujo objetivo de oxidante se establece considerando el rango completo de tasas de flujos esperadas y concentraciones de gas combustible del gas subproducto. El recipiente 60 de pico de presión puede, hasta cierto punto, amortiguar alguna variación en las concentraciones de gas combustible del gas subproducto. Se puede medir el exceso de aire que sale del horno y ajustar el oxidante de combustión introducido en el horno en consecuencia para proporcionar una cantidad deseada de exceso de oxígeno.
La industria desea minimizar el exceso de oxidante (aire) que se requiere debido a que el exceso de oxidante (aire) reducido mejora la eficiencia de horno.
Breve resumen
La presente invención se establece en las reivindicaciones y se relaciona con un proceso para producir un gas producto y un gas subproducto a partir de una mezcla de gas de alimentación en una unidad de separación por adsorción que comprende una pluralidad de lechos de adsorción, comprendiendo la mezcla de gas de alimentación un componente de gas primario y uno o más componentes de gas secundarios, conteniendo cada lecho de adsorción un adsorbente selectivo para el uno o más componentes de gas secundarios, el gas producto enriquecido con el componente de gas primario, el gas subproducto empobrecido del componente de gas primario, donde cada uno de la pluralidad de lechos de adsorción se somete a un ciclo repetitivo de etapas.
Breve descripción de varias vistas de los dibujos
La figura 1 es un esquema de un sistema de adsorción de ejemplo.
La figura 2 es una gráfica de ciclo para un ciclo de adsorción de 6 lechos y diagrama de flujo de proceso híbrido que muestra el flujo de corrientes para el proceso.
La figura 3 es una gráfica de ciclo para un ciclo de adsorción de 8 lechos y diagrama de flujo de proceso híbrido que muestra el flujo de corrientes para el proceso.
La figura 4 es un gráfico de presión de lecho como una función de tiempo en la etapa de ciclo para un lecho de adsorción que se somete a la etapa de soplado para 3 condiciones operativas diferentes.
La figura 5 muestra gráficos de fracción molar de componentes representativos en la corriente de gas de soplado como una función de moles acumulativos fuera del lecho de adsorción.
La figura 6 es un gráfico de tasa de flujo como una función de tiempo de ciclo para el gas de soplado, efluente de gas de purga, y el gas de cola combinado para operación de acuerdo con la presente divulgación.
La figura 7 es un gráfico de CAR como una función de tiempo de ciclo para el gas de soplado, efluente de gas de purga, y el gas de cola combinado para operación de acuerdo con la presente divulgación.
La figura 8 es un gráfico de tasa de flujo como una función de tiempo de ciclo para el gas de soplado, efluente de gas de purga, y el gas de cola combinado para operación usando perfiles de tasa de flujo típicos.
La figura 9 es un gráfico de CAR como una función de tiempo de ciclo para el gas de soplado, efluente de gas de purga, y el gas de cola combinado para operación usando perfiles de tasa de flujo típicos.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
La descripción detallada que sigue proporciona realizaciones de ejemplo preferidas del proceso, y no está prevista para limitar el alcance, aplicabilidad, o configuración del proceso. Más bien, la descripción detallada que sigue de las realizaciones de ejemplo preferidas proporcionará a los expertos en la técnica una descripción que permita implementar las realizaciones de ejemplo preferidas del proceso, siendo entendido que se pueden hacer diversos cambios en la función y disposición de los elementos sin apartarse del alcance del proceso como se define mediante las reivindicaciones.
Los artículos "un" y "uno, una" como se usan en este documento significan uno o más cuando se aplican a cualquier característica en las realizaciones de la presente invención descritas en la especificación y las reivindicaciones. El uso de "un" y "uno, una" no limita el significado a una única característica a menos que tal límite se establezca específicamente. El artículo "el, la" que precede a sustantivos o expresiones nominales singulares o plurales denota una característica específica particular o características específicas particulares y puede tener una connotación singular o plural dependiendo del contexto en el cual se use.
El adjetivo "cualquiera" significa uno, algunos, o todos indiscriminadamente de cualquier cantidad.
El término "y/o" colocado entre una primera entidad y una segunda entidad incluye cualquiera de los significados de (1) solo la primera entidad, (2) solo la segunda entidad, y (3) la primera entidad y la segunda entidad. El término "y/o" colocado entre las dos últimas entidades de una lista de 3 o más entidades significa al menos una de las entidades en la lista incluyendo cualquier combinación específica de entidades en esta lista. Por ejemplo, "A, B y/o C" tiene el mismo significado que "A y/o B y/o C" y comprende las siguientes combinaciones de A, B y C: (1) solo A, (2) solo B, (3) solo C, (4) A y B y no C, (5) A y C y no B, (6) B y C y no A, y (7) A y B y C.
La expresión "al menos uno de" que precede a una lista de características o entidades significa una o más de las características o entidades en la lista de entidades, pero no necesariamente que incluye al menos una de todas y cada una de las entidades específicamente enumeradas dentro de la lista de entidades y sin excluir ninguna combinación de entidades en la lista de entidades. Por ejemplo, "al menos uno de A, B, o C" (o de manera equivalente "al menos uno de A, B, y C" o de manera equivalente "al menos uno de A, B, y/o C") tiene el mismo significado que "A y/o B y/o C" y comprende las siguientes combinaciones de A, B y C: (1) solo A, (2) solo B, (3) solo C, (4) A y B y no C, (5) A y C y no B, (6) B y C y no A, y (7) A y B y C.
El término "pluralidad" significa "dos o más de dos".
La expresión "al menos una porción" significa "una porción o todo".
El término "empobrecido" significa que tiene una concentración de % en moles menor del componente indicado que la corriente original a partir de la cual fue formado. "Empobrecido" no significa que la corriente esté careciendo completamente del componente indicado.
Los términos "rico" o "enriquecido" significan que tiene una concentración de % en moles mayor del componente indicado que la corriente original a partir de la cual fue formado.
Como se usa en este documento, "tasa de flujo" incluye "tasa de flujo volumétrica", "tasa de flujo molar", y "tasa de flujo másico". El proceso se puede adaptar para usar cualquiera que sea conveniente.
El presente proceso es un proceso para producir un gas producto y un gas subproducto a partir de una mezcla de gas de alimentación en una unidad de separación por adsorción que comprende una pluralidad de lechos de adsorción. La mezcla de gas de alimentación comprende un componente de gas primario y componentes de gas secundarios. Cada uno de los lechos de adsorción contiene un adsorbente selectivo para los componentes de gas secundarios. El gas producto se enriquece con el componente de gas primario y el gas subproducto se empobrece del componente de gas primario.
La mezcla de gas de alimentación puede ser un reformado empobrecido en agua a partir de un reformado catalítico de hidrocarburos con vapor, donde la mezcla de gas de alimentación comprende H2, CO, CO2, y CH4. El componente primario puede ser H2 donde el gas producto es un gas enriquecido en H2. Los componentes de gas secundarios pueden incluir CO, CO2, y CH4. El gas subproducto puede ser un gas empobrecido en H2.
Cada uno de la pluralidad de lechos de adsorción se somete a un ciclo repetitivo de etapas (es decir un ciclo de adsorción por oscilación de presión de etapas).
El presente proceso se describe con referencia a las figuras. La figura 2 ilustra una gráfica de ciclo de adsorción por oscilación de presión de 6 lechos de ejemplo junto con un diagrama de flujo de proceso híbrido para el ciclo, y la figura 3 ilustra una gráfica de ciclo de adsorción por oscilación de presión de 8 lechos de ejemplo junto con un diagrama de flujo de proceso híbrido para el ciclo. Los detalles del presente proceso se describen con referencia a la figura 2 y figura 3.
Las gráficas de ciclos de 6 lechos y 8 lechos y los diagramas de flujo de proceso híbrido son solo de ejemplo. Se puede usar cualquier número de lechos de adsorción con el presente proceso sujeto a las limitaciones que se describen a continuación. Se puede usar cualquier ciclo de adsorción por oscilación de presión con el presente proceso sujeto a las limitaciones que se describen a continuación.
El proceso comprende una etapa 110 de producción. La etapa de producción se abrevia como "P" en la gráfica de ciclo. La etapa de producción comprende introducir una corriente 101 de la mezcla 100 de gas de alimentación (por ejemplo un reformado que comprende H2, CO, CO2, y CH4) en un lecho de adsorción que se somete a la etapa 110 de producción y adsorber los componentes de gas secundarios (por ejemplo CO, CO2, y CH4) sobre el adsorbente en el lecho de adsorción que se somete a la etapa de producción mientras que se extrae simultáneamente una corriente 200 de gas producto (por ejemplo corriente de gas producto H2) del lecho de adsorción que se somete a la etapa 110 de producción. El gas producto contiene una mayor concentración del componente de gas primario que la mezcla de gas de alimentación y se empobrece de los componentes de gas secundarios.
Cualquier etapa de producción donde se introduce una mezcla de gas de alimentación y se extrae simultáneamente una corriente de gas producto puede usarse en el presente proceso, por ejemplo las etapas de producción híbridas Producción/Enjuague (P/R), Producción/ Producto de Suministro (P/SP), Producción/Enjuague/ Producto de Suministro (P/R/SP), y Producción/Gas de Purga de Suministro (P/SPG), como se divulga en los documentos EP2823872 y US2014/0373713.
La figura 2 muestra una etapa de producción P/SP, donde una porción 201 del gas 200 producto se usa para suministrar gas producto para represurizar un lecho de adsorción que se somete a una etapa de represurización (REPR) 150. La figura 3 muestra una etapa de producción sin que se use gas producto para suministrar gas producto para represurizar un lecho de adsorción que se somete a una etapa de represurización. En cambio, en la figura 3, el lecho que se somete a la etapa de represurización se represuriza usando una porción 102 de la corriente 100 de gas de alimentación.
Cada uno de los lechos de adsorción tiene un "extremo de alimentación" y un "extremo de producto", denominados así debido a su función durante la etapa de producción del ciclo de adsorción. Se introduce una mezcla de gas de alimentación en el "extremo de alimentación" del lecho de adsorción y se extrae un gas producto desde el "extremo de producto" durante la etapa de producción del ciclo. Durante otras etapas del ciclo de adsorción, se puede introducir o extraer gas desde el "extremo de alimentación". Igualmente, durante otras etapas del ciclo de adsorción, se puede introducir o extraer gas desde el "extremo de producto".
La dirección de flujo durante otras etapas se describe típicamente con referencia a la dirección de flujo durante la etapa de producción. De este modo, el flujo de gas en la misma dirección que el flujo de gas durante la etapa de producción es "cocorriente" (a veces denominado "concurrente") y el flujo de gas que está en la dirección opuesta al flujo de gas durante la etapa de producción es "contracorriente". Introducir en cocorriente un gas en un lecho de adsorción significa introducir el gas en la misma dirección que el gas de alimentación introducido durante la etapa de producción (es decir introducir en el extremo de alimentación). Introducir a contracorriente un gas en un lecho de adsorción significa introducir el gas en una dirección opuesta a la dirección del flujo de gas de alimentación durante la etapa de alimentación (es decir introducir en el extremo de producto). Extraer en cocorriente un gas desde un lecho de adsorción significa extraer el gas en la misma dirección que el gas producto durante la etapa de producción (es decir extraer desde el extremo de producto). Extraer a contracorriente un gas desde un lecho de adsorción significa extraer el gas en una dirección opuesta a la dirección del flujo de gas producto durante la etapa de producción (es decir extraer desde el extremo de alimentación).
El proceso puede incluir cualquier número adecuado de etapas de ecualización de despresurización y de ecualización de presurización complementaria según se desee. El número de etapas de ecualización de despresurización y de ecualización de presurización complementaria puede depender del número de lechos de adsorción usados. En los documentos EP2823872 y US2014/0373713 se describen diversas etapas de ecualización de despresurización y ecualización de presurización.
La figura 2 muestra un ciclo con 1 conjunto de etapas de ecualización de despresurización y de ecualización de presurización complementaria. La figura 3 muestra un ciclo con 3 conjuntos de etapas de ecualización de despresurización y de ecualización de presurización complementaria.
El proceso comprende una etapa 120 de suministro de gas de purga. La etapa de suministro de gas de purga se abrevia "SPG" en este documento. La etapa de suministro de gas de purga (SPG) 120, comprende extraer en cocorriente una corriente de gas 125 de purga de un lecho de adsorción que se somete a la etapa 120 de suministro de gas de purga, y pasar la corriente de gas 125 de purga desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa 120 de suministro de gas de purga a un lecho de adsorción que se somete a una etapa de purga (PRG) 140.
Un lecho de adsorción que se somete a una etapa de suministro de gas de purga puede suministrar gas de purga a uno o más lechos de adsorción que se someten a una etapa de purga.
Cualquier etapa de suministro de gas de purga donde una corriente de gas de purga se extrae en cocorriente y se pasa a uno o más lechos de adsorción que se someten a una etapa de purga puede usarse en el presente proceso, por ejemplo las etapas híbridas de suministro de gas de purga con alimentación (SPG/F), enjuague (SPG/R), y soplado (SPG/BD) como se divulga en los documentos EP2823872 y US2014/0373713.
El proceso comprende una etapa 130 de soplado. La etapa de soplado se abrevia "BD" en las gráficas de ciclo. La etapa de soplado comprende extraer a contracorriente una corriente de gas 135 de soplado desde un lecho de adsorción que se somete a la etapa 140 de soplado. La corriente de gas de soplado tiene una tasa de flujo que está regulada por la válvula 41. El gas de soplado tiene una concentración del componente de gas primario que es menor que la concentración del componente de gas primario en la mezcla de gas de alimentación.
En el presente proceso se puede usar cualquier etapa de soplado donde se extraiga a contracorriente un gas de soplado, por ejemplo una etapa híbrida de ecualización de despresurización/soplado DEQ/BD como se divulga en los documentos EP2823872 y US2014/0373713.
El proceso comprende una etapa 140 de purga. La etapa de purga se abrevia "PRG" en las gráficas de ciclo. La etapa de purga comprende introducir a contracorriente la corriente de gas 125 de purga desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa 120 de suministro de gas de purga en un lecho de adsorción que se somete a la etapa 140 de purga y extraer a contracorriente una corriente de efluente 145 de gas de purga desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa 140 de purga. El efluente 145 de gas de purga tiene una concentración de los componentes de gas secundarios que es mayor que la concentración de los componentes de gas secundarios en la mezcla 100 de gas de alimentación.
El proceso comprende una etapa 150 de represurización. La etapa de represurización se abrevia "REPR" en las gráficas de ciclo. La etapa de represurización comprende aumentar la presión en un lecho de adsorción que se somete a la etapa 150 de represurización mediante al menos uno de (i) introducir en cocorriente una segunda corriente 102 de la mezcla (100) de gas de alimentación en el lecho de adsorción que se somete a la etapa 150 de represurización como se muestra en la figura 3, e (ii) introducir a contracorriente una porción 201 de la corriente 200 de gas producto desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa 110 de producción en el lecho de adsorción que se somete a la etapa 150 de represurización como se muestra en la figura 2. Dado que la etapa de represurización incluye al menos uno de (i) y (ii), significa que se pueden proporcionar tanto (i) como (ii). La presión en el lecho de adsorción que se somete a la etapa de represurización se puede aumentar hasta que la presión esté sustancialmente en (por ejemplo dentro de 5 % de hasta e incluyendo) la presión de gas de alimentación.
Como se usa en este documento, el término "etapa de represurización" es un término genérico que incluye las diversas etapas de presurización de producto, y formas híbridas de las mismas, y las diversas etapas de presurización de alimentación, y formas híbridas de las mismas, compárese con los documentos EP2823872 y US2014/0373713.
De acuerdo con el presente proceso, al menos un lecho de adsorción se somete a al menos parte de la etapa 140 de purga simultáneamente con al menos otro lecho de adsorción que se somete a al menos parte de la etapa 130 de soplado, es decir al menos un lecho de adsorción se somete a al menos parte de la etapa 140 de purga mientras que al menos otro lecho de adsorción se somete a al menos parte de la etapa 130 de soplado. La corriente de efluente 145 de gas de purga desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa 140 de purga se combina con la corriente de gas 135 de soplado desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa 130 de soplado para formar una corriente 57 de gas subproducto (gas de cola). La corriente de gas 135 de soplado se extrae desde el lecho que se somete a la etapa 130 de soplado simultáneamente con la extracción de la corriente de efluente 145 de gas de purga del lecho que se somete a la etapa 140 de purga durante al menos parte de la etapa de purga. La corriente de gas 135 de soplado puede extraerse desde el lecho que se somete a la etapa 130 de soplado simultáneamente con la extracción de la corriente de efluente 145 de gas de purga desde el lecho que se somete a la etapa 140 de purga durante esencialmente toda (al menos 95 % del tiempo de etapa de ciclo) la etapa de purga y la etapa de soplado.
El presente proceso es adecuado para ciclos de adsorción con etapas de purga y soplado de cocorriente, por ejemplo, los ciclos de adsorción que se muestran en la figura 2 y figura 3 de la presente divulgación, y las figuras 5, 10, 11, 13, 14, 15, 17, 18, 21, 24, 25, 26, 27, 30, 32, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 44, 45, 46, 48, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, y 68 de "Pressure Swing Adsorption cycles for 7 or more Adsorption Beds", número IP.com 000241449, 29 de abril de 2015, disponible en línea y en el IP.com Journal impreso.
El proceso comprende introducir la corriente 57 de gas subproducto en un recipiente 60 de pico de presión y extraer la corriente 57 de gas subproducto del recipiente 60 de pico de presión. El recipiente de pico de presión ayuda a amortiguar las fluctuaciones de presión y flujo de la corriente 57 de gas subproducto.
La corriente 57 de gas subproducto se puede pasar desde el recipiente 60 de pico de presión a una pluralidad de quemadores en un horno de reformado. También se puede pasar un combustible suplementario (combustible de ajuste) a los quemadores en el horno de reformado para proporcionar la energía requerida para el proceso de reformado.
En el presente proceso, la tasa de flujo de la corriente de gas 125 de purga desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa 120 de suministro de gas de purga se regula para alcanzar una primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo del efluente 145 de gas de purga desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa 140 de purga. La tasa de flujo de la corriente de gas 125 de purga extraída desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa de suministro de gas de purga puede regularse, por ejemplo, mediante una válvula 141 corriente abajo del lecho de adsorción que se somete a la etapa 120 de suministro de gas de purga.
La corriente de gas 125 de purga tiene una tasa de flujo que puede controlarse, por ejemplo mediante una válvula 141 corriente arriba del lecho de adsorción que se somete a la etapa de purga. La tasa de flujo del gas 125 de purga introducido en el lecho de adsorción que se somete a la etapa de purga puede controlarse con el fin de regular la tasa de flujo de la corriente de efluente 145 de gas de purga para alcanzar la primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo para el efluente 145 de gas de purga.
La tasa de flujo de la corriente de gas 135 de soplado desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa 130 de soplado se regula para alcanzar una segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo. La tasa de flujo de la corriente de gas 135 de soplado puede regularse, por ejemplo, mediante una válvula 41 corriente abajo del lecho de adsorción que se somete a la etapa 130 de soplado.
Como se discutirá con más detalle a continuación, la primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo se calcula a partir de una función que relaciona un valor de propiedad de combustible para el efluente 145 de gas de purga con un flujo acumulativo del efluente de gas de purga usando una curva característica para el efluente de gas de purga. También, la segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo se calcula a partir de una función que relaciona un valor de propiedad de combustible para el gas 135 de soplado con un flujo acumulativo del gas 135 de soplado usando una curva característica para el gas de soplado. Se selecciona convenientemente la misma propiedad de combustible para el efluente 145 de gas de purga y el gas 135 de soplado.
La propiedad de combustible se puede seleccionar a partir de poder calorífico superior (HHV), poder calorífico inferior (LHV), índice de Wobbe (WI), y una propiedad relacionada con un requisito estequiométrico de oxígeno para la combustión completa de una corriente de combustible, por ejemplo, requisito de aire de combustión (CAR).
CAR es el requisito estequiométrico de oxígeno para la combustión completa de un combustible, definido como una relación del volumen de aire con el volumen de combustible. CAR es un término común usado en el campo de la combustión. En caso de que no se use aire, el término puede modificarse fácilmente para tener en cuenta la concentración de oxígeno del oxidante de combustión. Para una discusión sobre el requisito de aire de combustión, se remite al lector a (1) el North American Combustion Handbook, Vol. 1, 3ra edición, pp. 45-48, 1986, (2) "Theoretical Introduction to the use of a Residual Oxygen Measurement Method for the Analysis of Combustion Air Requirement Index (CARI) and Wobbe Index of Fuel Gases", McGowan et al., COSA Xentaur, (3) "Methodology for Residual Oxygen Calorimetry", Hailey, COSA Xentaur y (4) US2017/115246.
Con el fin de limitar la fluctuación de tasa de flujo de la corriente 57 de subproducto resultante, la primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo y la segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo se calculan cada una para proporcionar una tasa de flujo molar o volumétrica combinada que es constante o limitada a un rango de tasa de flujo seleccionado. El rango de tasa de flujo seleccionado puede ser ±5 % de un valor medio de la tasa de flujo molar o volumétrica combinada durante la etapa de soplado.
Con el fin de limitar la fluctuación de valor de propiedad de combustible dependiente de tiempo de la corriente 57 de subproducto resultante, un valor de propiedad de combustible dependiente de tiempo combinado puede limitarse a un rango de valores de propiedad de combustible seleccionado o a un valor de propiedad de combustible constante. La primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, la segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, el valor de propiedad de combustible para el efluente 145 de gas de purga, y el valor de propiedad de combustible para el gas 135 de soplado definen un valor de propiedad de combustible dependiente de tiempo combinado, como se discute con más detalle a continuación. La primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo y la segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo se calculan cada una para proporcionar una propiedad de combustible resultante para un efluente de gas de purga combinado y corriente de gas de soplado que es constante o está limitada a un rango de valores de propiedad de combustible seleccionado. El rango de valores de propiedad de combustible seleccionado puede ser ±5 % de un valor medio del valor de propiedad de combustible combinado durante la etapa de soplado.
Aunque las tasas de flujos y los valores de propiedades de combustible de la corriente de efluente 145 de gas de purga y la corriente de gas 135 de soplado normalmente cambian sobre la duración de la etapa respectiva, los inventores han descubierto que, para un proceso por oscilación de presión con etapa de purga y etapa de soplado concurrente (que se produce al mismo tiempo), ciertas propiedades de combustible de la corriente de efluente 145 de gas de purga y la corriente de gas 135 de soplado pueden hacerse complementarias. Mezclar inteligentemente la corriente de efluente 145 de gas de purga y la corriente de gas de soplado puede dar como resultado una corriente 57 de gas subproducto con una tasa de flujo sustancialmente constante y con un valor de propiedad de combustible sustancialmente constante. Adicionalmente, los inventores han desarrollado un método para diseñar esta mezcla inteligente.
Se pueden obtener varios beneficios proporcionando una corriente 57 de gas subproducto con una tasa de flujo sustancialmente constante. Se puede usar un recipiente 60 de pico de presión más pequeño debido a que se reduce la variación en la presión y tasa de flujo de la corriente 57 de subproducto. Las válvulas dispuestas operativamente corriente abajo del recipiente de pico de presión y corriente arriba de los quemadores del horno de reformado pueden eliminarse o estar completamente abiertas de tal manera que el recipiente de pico de presión se pueda operar a una presión más baja. Al operar el recipiente 60 de pico de presión a una presión más baja, la presión de soplado final y la presión de gas de purga pueden ser más bajas, dando como resultado mejoras de rendimiento y eficiencia para la unidad de adsorción por oscilación de presión.
Se pueden obtener beneficios adicionales en el proceso de reformado de hidrocarburos con vapor proporcionando una corriente 57 de gas subproducto con un valor de propiedad de combustible sustancialmente constante. Con propósitos de ilustración, se discute el requisito de aire de combustión, pero la discusión se aplica a cada una de las propiedades de combustible enumeradas anteriormente.
La corriente de gas subproducto junto con un combustible suplementario (de ajuste) típicamente se usan como combustible en un horno de reformado de hidrocarburos con vapor para proporcionar la energía para la reacción de reformado. Mantener una relación de aire de combustión (CAR) sustancialmente constante para un horno de reformado de hidrocarburos con vapor puede ser particularmente beneficioso.
Cuando el requisito de aire de combustión para la corriente de gas subproducto fluctúa, el punto de ajuste para la tasa de flujo de aire de combustión generalmente se establece para asegurar una combustión completa teniendo en cuenta las fluctuaciones esperadas en el requisito de aire de combustión y la tasa de flujo de combustible. El punto de ajuste para la tasa de flujo de aire de combustión está fuertemente influenciado por el requisito máximo de aire de combustión esperado.
En caso de que se puedan reducir las fluctuaciones en el requisito de aire de combustión para la corriente 57 de gas subproducto y hacer que el requisito de aire de combustión coincida con un valor medio, el punto de ajuste para la tasa de flujo de aire de combustión se puede reducir para coincidir con un requisito de aire de combustión más bajo. Una disminución en el punto de ajuste para la tasa de flujo de aire de combustión se traduce en una eficiencia mejorada de horno y eficiencia mejorada del proceso de reformado de hidrocarburos con vapor.
La primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo y la segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo se pueden determinar como se describe a continuación. Con propósitos ilustrativos, en la descripción se usan tasas de flujos molares.
La mezcla inteligente se puede describir matemáticamente usando dos ecuaciones principales. La primera tasa de flujo molar predefinida dependiente de tiempo para la corriente de efluente 145 de gas de purga puede representarse mediante f(t) en cualquier momento dado en la etapa 140 de purga, y la segunda tasa de flujo molar predefinida dependiente de tiempo para la corriente de gas de soplado puede representarse mediante g(t) en cualquier momento dado en la etapa 130 de soplado. La primera ecuación de diseño principal requiere que el valor combinado para la primera tasa de flujo molar predefinida dependiente de tiempo y la segunda tasa de flujo molar predefinida dependiente de tiempo en cualquier momento dado durante la superposición de la etapa 140 de purga y la etapa 130 de soplado sea un valor constante o esté limitado a un rango de tasa de flujo seleccionado. En este análisis, se usa un valor constante, C1. C1 es la tasa de flujo molar media de la corriente combinada durante la superposición de la etapa 140 de purga y la etapa 130 de soplado. La primera ecuación de diseño principal puede escribirse:
Cuando la tasa de flujo de la corriente de efluente 145 de gas de purga se regula para alcanzar la primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo y la tasa de flujo de la corriente de gas 135 de soplado se regula para alcanzar la segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, la tasa de flujo de corriente 57 de gas subproducto será esencialmente constante en cualquier momento dado de la etapa de ciclo. Para satisfacer la condición de frontera de esta ecuación
donde F* y G* son los moles acumulativos totales de efluente de gas de purga y gas de soplado, respectivamente, que salen de sus respectivos lechos de adsorción durante el tiempo total de etapa de ciclo,<t>es el tiempo total de etapa de ciclo, y C1 es la tasa de flujo molar media del valor combinado para la primera tasa de flujo molar predefinida dependiente de tiempo y la segunda tasa de flujo molar predefinida dependiente de tiempo.
El valor de propiedad de combustible para la corriente de efluente de gas de purga puede representarse mediante ^(t) y el valor de propiedad de combustible para la corriente de gas de soplado puede representarse mediante $(t).
La segunda ecuación de diseño principal requiere que el valor de propiedad de combustible instantáneo normalizado de tasa de flujo molar para las corrientes de efluente de gas de purga y gas de soplado combinadas en cualquier momento dado en la etapa de ciclo sea un valor de propiedad de combustible constante o esté limitado a un rango de valores de propiedad de combustible seleccionado, por ejemplo dentro de 10 % o 5 % de un valor medio para las corrientes de efluente de gas de purga y gas de soplado combinadas. En este análisis, se usa un valor constante, C2. La segunda ecuación de diseño principal se puede escribir:
Cuando se satisface esta ecuación, el valor de propiedad de combustible de la corriente de gas subproducto es constante en cualquier momento dado de la etapa de ciclo. Para satisfacer la condición de frontera de esta ecuación
donde F* y G* son los moles acumulativos totales de efluente de gas de purga y gas de soplado, respectivamente, que salen de sus respectivos lechos de adsorción durante el tiempo total de etapa de ciclo,<t>es el tiempo total de etapa de ciclo, y C2 es el valor medio de propiedad de combustible de la corriente de gas subproducto.
Para usar estas dos ecuaciones para diseñar la mezcla inteligente, ^ y $ necesita estar relacionados con f(t) y g(t), respectivamente, de tal manera que dos incógnitas en f(t) y g(t) puedan resolverse a partir de las dos ecuaciones.
Para eludir problemas al definir estas relaciones en el espacio de tiempo de ciclo, se puede hacer una suposición esencial de que la función que representa el valor de propiedad de combustible para el efluente de gas de purga,<y>, y la función que representa el valor de propiedad de combustible para el gas de soplado, $, varía con los moles acumulativos de gas efluente fuera del respectivo lecho de adsorción siguiendo una función bien definida o una "curva característica", independiente de cómo cambia con el tiempo la tasa de flujo de la corriente de efluente de gas de purga, f(t), o la tasa de flujo de la corriente de gas de soplado, g(t). Por ejemplo, cuando la mitad de los moles de efluente de gas de purga han dejado el lecho de adsorción, el valor de propiedad de combustible de esa corriente en el punto a medio camino es el mismo independientemente de qué tasas de flujos fueron usadas para llegar al punto a medio camino. Esta suposición fue validada con modelado y experimentos de laboratorio para procesos típicos de PSA de H2 (véase ejemplos). Esta suposición transforma la dependencia de<y>y $ en f(t) y g(t) desde el espacio de tiempo de ciclo a un espacio de flujo en moles acumulativo a través de
y
La segunda ecuación de diseño se convierte en
donde Y(F(t)) y $(G(t)) son las curvas características de la corriente de efluente de gas de purga y la corriente de gas de soplado, respectivamente. La suposición de una curva característica ha sido probada mediante simulaciones y experimentos de laboratorio.
Para demostrarlo, la figura 4 traza la presión de lecho de absorción del lecho que se somete a la etapa de soplado como una función del tiempo durante la etapa de soplado. Los datos son para un ciclo de PSA de H2 de 6 lechos con etapas de purga y soplado concurrentes como se muestra en la figura 2. Fueron probadas tres condiciones operativas, donde fue variada la tasa de flujo del gas de soplado mientras que las condiciones para todas las demás etapas fueron mantenidas iguales. En la primera condición operativa (Ejecución 1), el Cv de la válvula 41 que controla el flujo de salida de gas de soplado fue disminuido durante la etapa de soplado. En la segunda condición operativa (Ejecución 2), el Cv de la válvula 41 que controla el flujo de salida de gas de soplado fue aumentado durante la etapa de soplado. En la tercera condición operativa (Ejecución 3), el Cv de la válvula 41 que controla el flujo de salida de gas de soplado fue mantenido constante durante la etapa de soplado. El resultado son tres perfiles de presión diferentes para el lecho que se somete a la etapa de soplado como se muestra en la figura 4.
La figura 5 traza la fracción molar de 4 componentes representativos (CO, CH4, CO2, y H2+N2) de la corriente de gas de soplado como una función de los moles acumulativos fuera del lecho de adsorción. Fueron recolectados datos para 2 experimentos (A y B) para cada una de las condiciones operativas. A pesar de los diferentes perfiles de presión, la fracción molar para cada uno de los componentes representativos como una función de los moles de efluente acumulativos fuera del lecho que se somete a la etapa de soplado sigue una curva característica. La dispersión en las curvas es del orden de la dispersión de experimentos repetidos (es decir A versus B). Fueron observados resultados de laboratorio similares para la etapa de purga usando tres perfiles de presión diferentes.
Aunque la figura 5 muestra las curvas características en términos de las fracciones molares de los componentes representativos en la corriente de gas de soplado, dado que las propiedades de combustible tales como c Ar , HHV, LHV, e índice de Wobbe son todas funciones de la composición de la corriente de gas solamente, la figura 5 muestra indirectamente la existencia de curvas características de las propiedades de combustible.
Por consiguiente, la primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo se calcula a partir de una función que relaciona el valor de propiedad de combustible para el efluente 145 de gas de purga con un flujo acumulativo del efluente 145 de gas de purga, y la segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo se calcula a partir de una función que relaciona el valor de propiedad de combustible para el gas 135 de soplado con el flujo acumulativo del gas 135 de soplado.
Para que sea posible el diseño de mezcla inteligente, las curvas características de Y(F(t)) y $(G(t)) necesitan estar en los lados opuestos de C2. Es decir, una necesita ser mayor que o igual a C2 y la otra menor que o igual a C2. Como se muestra en los ejemplos a continuación, estas dos condiciones se pueden cumplir, o al menos, durante la mayor porción de la etapa de ciclo.
Una vez que están disponibles las curvas características para un diseño de ciclo de PSA, las dos ecuaciones se pueden resolver fácilmente, por ejemplo, usando ecuaciones numéricas para diferenciación e integración, por ejemplo, usando un programa de hoja de cálculo.
Ejemplo 1
Las condiciones resumidas en las tablas 1 y 2 son las usadas en los experimentos de laboratorio que produjeron los resultados que se muestran en las figuras 4 y 5. La tabla 1 muestra el rendimiento cuando el ciclo de PSA alcanzó el estado estable cíclico para las 3 condiciones de soplado diferentes. Excepto las purezas de N2 y CO para el Experimento 3, el rendimiento es casi idéntico en las tres condiciones. Esta observación es importante ya que permite diseños que usan diferentes perfiles de tasa o presión sin afectar el rendimiento.
La tabla 2 muestra la presión en la parte inferior del lecho de adsorción que se somete a la etapa de purga y la presión de final de etapa de las etapas representativas para las 3 diferentes condiciones de soplado. Están previstas para representar los estados de cada lecho al principio y final de una etapa de ciclo. Los resultados experimentales muestran que estos estados de comienzo y final son casi idénticos, independiente de las condiciones de soplado; toda la dispersión está dentro del rango de error experimental. Esta observación es importante dado que la curva característica depende del estado inicial de la etapa de purga o soplado. Si este estado inicial cambia, nunca habrá una curva característica. Igualmente, una curva característica implica que el lecho de adsorción alcanza el mismo estado al final de la etapa de purga o soplado, independiente de cómo se alcance el final de la etapa. Esta implicación también está validada por los experimentos.
Tabla 1
Tabla 2
Fueron llevados a cabo experimentos similares usando tres perfiles de tasa de flujo diferentes para la corriente de efluente de gas de purga desde el lecho de adsorción que se sometió a la etapa de purga, mientras que se mantenían constantes las condiciones de todas las otras etapas; también fueron observadas curvas características para la corriente de gas de purga en estos experimentos.
Ejemplo 2
Este ejemplo ilustra el diseño de mezcla inteligente con el requisito de aire de combustión (CAR) o el requisito estequiométrico de oxígeno como la propiedad de combustible. El requisito estequiométrico de oxígeno para una corriente se puede calcular a partir de su composición química. La cantidad estequiométrica de oxígeno se puede calcular conociendo la concentración de cada una de las especies combustibles.
Los resultados en este ejemplo se basan en simulaciones. En la simulación fue seleccionado un ciclo típico de PSA de H2 de 10 lechos. La solución de estado estable desde la simulación proporciona la composición como una función de tiempo para la etapa de purga y etapa de soplado, respectivamente, a partir de la cual se puede construir la curva característica de CAR para cada etapa. La simulación también proporciona F* y G*.
La simulación se puede llevar a cabo de manera conveniente, usando software disponible comercialmente, por ejemplo, ASPEN Adsorción™ de AspenTech o desarrollando una rutina de simulación como se delinea en “Software development for designing gas adsorption processes", Alivand et al., Gas Processing, Gulf Publishing Company, diciembre de 2017, se pueden predecir las concentraciones de especies gaseosas para la corriente de efluente de gas de purga y corriente de gas de soplado durante la etapa de ciclo. A partir de las concentraciones de especies gaseosas, se puede calcular el requisito estequiométrico de oxígeno para la corriente de gas de soplado y la corriente de efluente de gas de purga.
Con las curvas características, F* y G*, f(t) y g(t) fueron resueltos a partir de las dos ecuaciones de diseño usando ecuaciones numéricas para diferenciación e integración en una hoja de cálculo. El método numérico es directo y no involucra iteración.
La figura 6 muestra la tasa de flujo de la corriente de efluente de gas de purga y la tasa de flujo de la corriente de gas de soplado como una función del tiempo sobre la duración de la etapa de ciclo. Estos dos perfiles de tasa de flujo son las soluciones de las dos ecuaciones de diseño, siendo las curvas características de la corriente de efluente de gas de purga y la corriente de gas de soplado obtenidas mediante simulaciones. La tasa de flujo combinada desde estas dos corrientes es constante sobre la duración de la etapa de ciclo.
La figura 7 muestra el CAR para la corriente de efluente de gas de purga y el CAR para la corriente de gas de soplado como una función del tiempo sobre la duración de la etapa de ciclo. Estos dos perfiles de CAR son las soluciones de las dos ecuaciones de diseño. El CAR combinado desde estas dos corrientes es constante sobre la duración de la etapa de ciclo. Esta constante es el CAR promedio de toda la corriente combinada. Nótese también que el CAR de la corriente de gas de soplado está por debajo de este promedio y el de la corriente de efluente de gas de purga está por encima del promedio durante la mayor porción de la etapa excepto un período de tiempo muy corto al comienzo.
Ejemplo 3
El ejemplo 3 es un ejemplo comparativo con el ejemplo 2. Se basa en el mismo ciclo de PSA de H2 de 10 lechos. Para este ejemplo se usan perfiles de tasa de flujo convencionales para tal ciclo. Como se muestra en la figura 8, estos dos perfiles de tasa dan como resultado un flujo de gas de cola combinado que cambia con el tiempo sobre la duración de la etapa de ciclo. Usando las mismas curvas características usadas en el ejemplo 2, los perfiles de CAR resultantes han sido calculados y trazados en la figura 9. Se puede ver que el CAR de la corriente de gas de cola combinada varía sobre la duración de la etapa de ciclo.

Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES 1. Un proceso de adsorción por oscilación de presión para separar un componente de gas primario de una mezcla de gas de alimentación que comprende el componente de gas primario y uno o más componentes de gas secundarios, comprendiendo el proceso: una etapa (110) de producción, que comprende introducir una corriente (101) de la mezcla (100) de gas de alimentación en un lecho de adsorción que se somete a la etapa (110) de producción y adsorber el uno o más componentes de gas secundarios sobre el adsorbente en el lecho de adsorción que se somete a la etapa de producción mientras que se extrae simultáneamente una corriente (200) de gas producto desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa (110) de producción; una etapa (120) de suministro de gas de purga, que comprende extraer en cocorreinte una corriente de gas (125) de purga desde un lecho de adsorción que se somete a la etapa (120) de suministro de gas de purga, y pasar la corriente de gas (125) de purga desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa de suministro de gas de purga a un lecho de adsorción que se somete a una etapa (140) de purga; una etapa (130) de soplado, que comprende extraer a contracorriente una corriente de gas (135) de soplado desde un lecho de adsorción que se somete a la etapa (130) de soplado; la etapa (140) de purga, que comprende introducir a contracorriente la corriente de gas (125) de purga desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa (120) de suministro de gas de purga en un lecho de adsorción que se somete a la etapa (140) de purga y extraer a contracorriente una corriente de efluente (145) de gas de purga desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa (140) de purga; una etapa (150) de represurización, que comprende aumentar la presión en un lecho de adsorción que se somete a la etapa (150) de represurización mediante al menos uno de (i) introducir en cocorriente una segunda corriente (102) de la mezcla (100) de gas de alimentación en el lecho de adsorción que se somete a la etapa (150) de represurización, o (ii) introducir a contracorriente una porción de la corriente (200) de gas producto desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa (110) de producción en el lecho de adsorción que se somete a la etapa (150) de represurización; en donde al menos un lecho de adsorción se somete a al menos parte de la etapa (140) de purga simultáneamente con al menos otro lecho de adsorción que se somete a al menos parte de la etapa (130) de soplado, y la corriente de efluente (145) de gas de purga desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa (140) de purga se combina con la corriente de gas (135) de soplado desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa (130) de soplado para formar una corriente (57) de gas subproducto; regular la tasa de flujo de la corriente de gas (125) de purga desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa (120) de suministro de gas de purga para alcanzar una primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, f(t), del efluente (145) de gas de purga desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa (140) de purga; caracterizado porque introduce la corriente (57) de gas subproducto en un recipiente (60) de pico de presión; extrae la corriente (57) de gas subproducto desde el recipiente (60) de pico de presión; regula la tasa de flujo de la corriente de gas (135) de soplado desde el lecho de adsorción que se somete a la etapa (130) de soplado para alcanzar una segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, g(t); en donde la primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, f(t), se calcula a partir de una función que relaciona un valor de propiedad de combustible para el efluente (145) de gas de purga con un flujo acumulativo del efluente (145) de gas de purga; en donde la segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, g(t), se calcula a partir de una función que relaciona un valor de propiedad de combustible para el gas (135) de soplado con un flujo acumulativo del gas (135) de soplado; y en donde la primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, f(t), y la segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, g(t), se calculan cada una para proporcionar una tasa de flujo molar o volumétrica combinada que es constante o está limitada a un rango de tasa de flujo seleccionado.
  2. 2. El proceso como se reivindica en la reivindicación 1, en donde el valor de propiedad de combustible, y , para el efluente (145) de gas de purga se determina, mediante simulación o medición, como una función del flujo acumulativo del efluente (145) de gas de purga en la etapa (140) de purga.
  3. 3. El proceso como se reivindica en la reivindicación 1 o reivindicación 2, en donde el valor de propiedad de combustible, $, para el gas (135) de soplado se determina, mediante simulación o medición, como una función del flujo acumulativo del gas (135) de soplado en la etapa (130) de soplado.
  4. 4. El proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, f(t), y la segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, g(t), se determinan a partir de
    y v/ (‘)xf ( ,)+^(,)xs(>) = r / ( ' ) * ( ' ) = " en donde C1 es la tasa de flujo molar o volumétrica combinada y C2 es un valor de propiedad de combustible dependiente de tiempo combinado que es constante o está limitado a un rango de valores de propiedad de combustible seleccionado.
  5. 5. El proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el rango de tasa de flujo seleccionado es ±5 % de un valor medio de la tasa de flujo molar o volumétrica combinada durante la etapa de soplado.
  6. 6. El proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en donde la primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, f(t), la segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, g(t), el valor de propiedad de combustible,<y>, para el efluente (145) de gas de purga, y el valor de propiedad de combustible, $, para el gas (135) de soplado definen un valor de propiedad de combustible dependiente de tiempo combinado, en donde el valor de propiedad de combustible dependiente de tiempo combinado es un valor de propiedad de combustible constante o limitado a un rango de valores de propiedad de combustible seleccionado.
  7. 7. El proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en donde la primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, f(t), y la segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo, g(t), se calculan cada una para proporcionar un valor de propiedad de combustible resultante para un efluente de gas de purga combinado y corriente de gas de soplado que es constante o está limitado a un rango de valores de propiedad de combustible seleccionado.
  8. 8. El proceso como se reivindica en la reivindicación 6 o reivindicación 7, en donde el rango de valores de propiedad de combustible seleccionado es ±10 % o ±5 % de un valor medio del valor de propiedad de combustible dependiente de tiempo combinado durante la etapa de soplado.
  9. 9. El proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el valor de propiedad de combustible para el efluente (145) de gas de purga es un poder calorífico superior (HHV) o un poder calorífico inferior (LHV) para el efluente (145) de gas de purga, y en donde el valor de propiedad de combustible para el gas (135) de soplado es un poder calorífico superior (HHV) o un poder calorífico inferior (LHV) para el gas (135) de soplado.
  10. 10. El proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el valor de propiedad de combustible para el efluente (145) de gas de purga es un valor de índice de Wobbe (WI) para el efluente (145) de gas de purga, y en donde el valor de propiedad de combustible para el gas (135) de soplado es un valor de índice de Wobbe (WI) para el gas (135) de soplado.
  11. 11. El proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el valor de propiedad de combustible para el efluente (145) de gas de purga es un valor de propiedad relacionado con un requisito estequiométrico de oxígeno para combustión completa del efluente (145) de gas de purga; y en donde el valor de propiedad de combustible para el gas (135) de soplado es un valor de propiedad relacionado con un requisito estequiométrico de oxígeno para combustión completa del gas (135) de soplado.
  12. 12. El proceso como se reivindica en la reivindicación 11, en donde el requisito estequiométrico de oxígeno para combustión completa del efluente (145) de gas de purga es un requisito de aire de combustión (CAR) para el efluente (145) de gas de purga; y en donde el requisito estequiométrico de oxígeno para combustión completa del gas (135) de soplado es un requisito de aire de combustión (CAR) para el gas (135) de soplado.
  13. 13. El proceso como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde la primera tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo es mayor que cero en cualquier momento durante la etapa (140) de purga y la segunda tasa de flujo predefinida dependiente de tiempo es mayor que cero en cualquier momento durante la etapa (130) de soplado.
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