MXPA01001433A - Procesos a muy gran escala de adsorcion mediante oscilaciones de presion. - Google Patents

Abstract

Un proceso que soluciona las limitaciones en la capacidad de las unidades PSA para una amplia variedad de separaciones de gases, al lograr capacidades que exceden los 110 mil metros cubicos normales por hora en un tres de proceso unico e integrado, y que se aparta de la practica de utilizar un paso de purga igual o menor a la duracion del paso de adsorcion. Al incrementar el tiempo de purga respecto al paso de adsorcion combinado con suministra el gas de purga para cualquier lecho de adsorcion en el tren de uno o mas lechos adsorbentes y durante el paso de dar purga, los demas lechos adsorbentes suministran simultaneamente el gas de purga hacia esencialmente todos los lechos adsorbentes que pasan por el paso de purga, y el tren unico puede suministrar significativos incrementos en la capacidad, con un minimo de perdida en la recuperacion o el desempeno.

Description

PROCESOS A MUY GRAN ESCALA DE ADSORCIÓN MEDIANTE OSCILACIONES DE PRESIÓN ANTECEDENTES DE IA INVENCIÓN La presente invención se refiere a procesos para la separación de gases utilizando adsorción con oscilaciones de presión (PSA) que expanden significativamente la capacidad de los procesos de separación. La PSA proporciona una forma eficiente y económica para separar una corriente de gases de componentes múltiples que contienen cuando menos dos gases con características de adsorción diferentes . El gas más fuertemente adsorbible puede ser una impureza que se extrae del gas menos adsorbible, que es eliminado como un producto, o el gas más fuertemente adsorbible puede ser el producto deseado que es separado del gas menos adsorbible. Por ejemplo, puede desearse extraer monóxido de carbono e hidrocarburos ligeros de una corriente de alimentación que contiene hidrógeno, para producir una corriente purificada (99+ por ciento) de hidrógeno para hidrofisuración u otro proceso catalítico donde estas impurezas podrían afectar adversamente al catalizador o a la reacción. Por otra parte, puede desearse recuperar gases más fuertemente adsorbibles de una corriente de alimentación, como etileno, para producir un producto rico en etileno. En la PSA, típicamente se alimenta un gas de componentes múltiples a cuando menos una de una pluralidad de zonas de adsorción a una temperatura elevada, efectiva para adsorber cuando menos un componente, en tanto que cuando menos otro componente pasa por la zona. A un momento definido, la corriente de alimentación hacia el adsorberdor se interrumpe y se despresuriza la zona de adsorción por uno o más pasos de despresurización a favor de la corriente, donde se reduce la presión a un nivel definido que permite que el componente o componentes separados y de adsorción más débil permanezcan en la zona de adsorción para ser extraídos sin poseer una concentración significativa de los componentes de adsorción más fuerte. Entonces, la zona de adsorción es despresurizada por un paso de despresurización en contra de la corriente, donde la presión en la zona de adsorción se reduce ulteriormente al extraer gas desorbido en contra de la corriente en la dirección de la corriente alimentadora. Finalmente, la zona de adsorción se purga con el efluente de un lecho adsorbente que sufre un paso de despresurización a favor de la corriente, y luego es represurizado. La etapa final de represurización se realiza típicamente con un gas producto, y con frecuencia se le llama represurización de producto. En sistemas de zonas múltiples, típicamente hay pasos adicionales, y los anteriormente descritos pueden realizarse por etapas. US-A-3, 176, 444, US-A-3, 986, 849 y US-A-3,430,418 y 3,703,068, entre otras, describen sistemas adiabáticos PSA de zonas múltiples que utilizan despresurización tanto a favor como en contra de la corriente, y las revelaciones de estas patentes quedan incorporadas en su totalidad a la presente por referencia. Las patentes mencionadas de Fuderer y colaboradores, y Wagner, quedan incorporadas a la presente por referencia. Se sabe de varias clases de adsorbentes que son adecuados para utilizarse en sistemas PSA, cuya selección depende de los componentes de la corriente de alimentación y otros factores, que en general son sabidos por los conocedores de la técnica. En general, los adsorbentes adecuados incluyen filtros moleculares, gel de silice, carbón activado y alúmina activada. Para algunas separaciones, pueden ser provechosos los adsorbentes especializados . La Psa generalmente utiliza adsorbentes débiles, y se utiliza para separaciones en las que la cantidad de componente a separarse puede variar de trazas a más de 95 por ciento molar. Los sistemas PSA son preferibles cuando deben recuperarse altas concentraciones de materias, productos o solventes reutilizables valiosos . Un ciclo PSA es aquél en el que la desorción ocurre en condiciones de vacio, o adsorción de oscilación de vacío (VSA) . Para solucionar las bajas cargas operativas inherentes sobre el adsorbente débil, los ciclos PSA generalmente tiene tiempos de ciclo breves, del orden de segundos a minutos, para mantener lechos adsorbentes de tamaño razonable.

Uno de los problemas en la construcción de instalaciones modernas de procesado de gases es que el tamaño de la instalación o cantidad de gases a tratarse en una instalación siguen aumentando. La capacidad de los complejos modernos de procesado de gases es generalmente mayor a 110,000 metros cúbicos normales por hora. La mayoria de los recipientes PSA están limitados a un diámetro que pueda transportarse a un local de construcción, lo que generalmente limita los recipientes a un diámetros de unos 4 metros, y la altura del recipiente está limitada por la resistencia al aplastamiento de la partícula adsorbente. Para capacidades mayores a 110,000 metros cúbicos normales por hora, los procesos PSA son suministrados en trenes múltiples de equipos duplicados, como bombas, calentadores, líneas, válvulas, recipientes y compresores . SUMARIO DE LA INVENCIÓN De conformidad a la presente invención, se proporciona un proceso que soluciona las limitaciones históricas de la capacidad de las unidades PSA para una amplia variedad de separación de gases. Pueden lograrse capacidades que exceden los 110,000 metros cúbicos normales por hora en un tren único de procesos integrados. El tren único de procesos integrados puede comprender entre 10 y 20 lechos adsorbentes. Esta reducción en el equipo es posible al apartarse del principio aceptado en la técnica PSA de que la longitud del paso de purga debe ser igual o menor que la longitud del paso de desorción. Los solicitantes descubrieron que aumentar el tiempo de purga respecto al paso de adsorción puede producir significativos incrementos en la capacidad, con una minima pérdida en la recuperación o el funcionamiento . Se prefiere que la proporción entre la duración del paso de purga contra la duración del paso de adsorción sea mayor que 1.0 y menor que 2.0. El beneficio de este descubrimiento es que ahora es posible construir unidades PSA a muy gran escala, a un costo significativamente menor que el costo de un segundo tren paralelo de equipo. Es un objeto de la presente invención proporcionar un proceso PSA para unidades procesadoras de gases muy grandes en un tren único de equipo. Es un objeto de la presente invención proporcionar una secuencia de proceso que solucione las limitaciones físicas del tamaño del recipiente y la resistencia del adsorbente, para permitir el procesado de grandes cantidades de alimentación, sin que por ello disminuya la eficiencia general de los sistemas de separación de gases a gran escala. En una de sus modalidades, la presente invención es un proceso de separación de un gas no adsorbible de una mezcla de gases que comprende el gas no adsorbible y un gas adsorbible en una zona PSA de un tren único. El proceso comprende hacer pasar la mezcla de gases a la zona PSA de tren único, y extraer una corriente de gases producto que comprende el gas no adsorbible y una corriente de gases de desecho que comprende el gas adsorbible. La zona PSA de tren único posee una pluralidad de lechos adsorbentes donde cada lecho adsorbente utiliza un paso de adsorción, cuando menos tres pasos de ecualización a favor de la corriente, incluyendo un paso ecualizador final a favor de la corriente, un paso de dar purga, un paso de purga contra la corriente, un paso de purga, cuando menos tres pasos de ecualización contra la corriente, incluyendo un paso de ecualización final contra la corriente y un paso de represurización. Cada uno de los pasos del proceso ocurren en secuencia y están espaciados en el tiempo de tal manera que el paso de adsorción ocurre durante un lapso de paso de adsorción, el paso de dar purga ocurre durante un lapso de paso de dar purga, y un paso de purga ocurre durante un lapso de paso de purga. El lapso del paso de purga es mayor que el lapso del paso de adsorción, donde el paso de purga comprende un paso donde el lecho adsorbente que pasa por un paso de purga recibe un gas de purga de uno o más lechos adsorbentes que pasan por el paso de dar purga, y donde los demás lechos adsorbentes suministran simultáneamente el gas de purga al lecho adsorbente que pasa por el paso de purga. En cualguier momento, la cantidad de lechos adsorbentes que pasan por el paso de adsorción es menor que la cantidad de lechos adsorbentes que pasan por el paso de purga. El proceso puede separar hidrógeno de una mezcla de gases que comprende hidrógeno, bióxido de carbono y nitrógeno . En otra de sus modalidades, la presente invención es un proceso para separar un gas no adsorbible de una mezcla de gases, que comprende el gas no adsorbible y un gas adsorbible en una zona PSA de lechos adsorbentes múltiples . El proceso comprende los siguientes pasos: la mezcla de gases a un presión de adsorción pasa a un primer lecho adsorbente de una pluralidad de lechos adsorbentes en la zona PSA. Cada uno de los lechos adsorbentes contiene un adsorbente selectivo para la adsorción del gas adsorbible en un paso de adsorción durante la duración del paso de adsorción y se recupera de éste una corriente de efluentes de adsorción. La primera zona de adsorción se despresuriza a favor de la corriente en pasos de ecualización con otros lechos adsorbentes, donde cada uno de los lechos de adsorción tiene una presión de ecualización secuencialmente inferior. Se repite cuando menos dos veces el paso de despresurización a favor de la corriente para alcanzar un último paso de ecualización. El primer lecho adsorbente se vuelve a despresurizar a favor de la corriente para suministrar una corriente de efluentes de desorción en un paso de dar purga durante un lapso de dar purga, y simultáneamente se hace pasar la corriente de eluentes de desorción por cuando menos dos lechos adsorbentes más gue están pasando por el paso de purga. El primer lecho adsorbente es despresurizado contra la corriente a una..presión de.purga, _y se recupera una corriente de desechos a una presión de desorción. Se purga el primer lecho adsorbente con una corriente de .purga durante un lapso de paso de purga donde la duración del paso de purga es mayor que el lapso del paso de adsorción. Se hace pasar la corriente de purga desde uno o más lechos adsorbentes que_ pasan por un paso de dar purga a favor de la corriente, o que pasan por un paso de ecualización a favor de la corriente. El primer lecho adsorbente es represurizado contra la corriente ecualizando la presión en el primer lecho adsorbente con la de otros lechos adsorbentes, donde cada uno dé los lechos adsorbentes tiene una presión de ecualización secuencialmente más alta, .y este .paso de represurización contra la corriente se repite cuando menos dos veces. El primer lecho adsorbente es un lecho represurizado contra la corriente con una porción de la corriente de eluentes_ de adsorción, y los pasos del proceso anteriormente descritos se. repiten para producir un proceso continuo. BREVE . DESCRIPCIÓN.DE-XOS.3JBHJQS La Figura 1 es una tabla de ciclo simplificada, que ilustra un sistema convencional de separación PSA de 16 lechos de la técnica anterior.

La Figura 2 es una tabla de ciclo simplificada, que ilustra el nuevo ciclo PSA para un sistema de 16 lechos de la presente invención. La Figura 3 es una tabla de ciclo simplificada, que ilustra una variación del nuevo ciclo PSA para un sistema de 16 lechos de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La alimentación del proceso de la presente invención puede incluir hidrógeno, monóxido de carbono, bióxido de carbono, nitrógeno, gases inertes e hidrocarburos. El proceso de la presente invención puede utilizarse para separar hidrógeno de compuestos adsorbibles como monóxido de carbono, bióxido de carbono, nitrógeno e hidrocarburos, o el proceso puede utilizarse para separar metano de compuestos menos adsorbibles incluyendo dióxido de carbono, óxidos de azufre, sulfuro de hidrógeno, hidrocarburos pesados y mezclas de todos estos . Con el término "hidrocarburos" se hace referencia a hidrocarburos que tienen de 1 a 8 átomos de carbono por molécula, incluyendo alcanos, alquenos, cicloalquenos e hidrocarburos aromáticos como benceno. Con el término "tren único de equipo" se hace referencia a una sucesión de equipos de procesado que incluye bombas, calentadores, recipientes, válvulas, líneas y compresores que son ensamblados para realizar una tarea específica, como la separación de gases, que no contiene una duplicación de equipo completa. Un tren único queda en contraste con un proceso de tren múltiple, que comprende una serie de sucesiones idénticas y paralelas de estos equipos de procesado ensamblados para realizar una sola tarea. De conformidad a la presente invención, la presión de adsorción es en general de 350 kPa a aproximadamente 7 MPa, y preferiblemente de aproximadamente 700 kPa a aproximadamente 3.5 MPa. La presión de desorción es preferiblemente de entre 3 a 550 kPa, y más preferiblemente la presión de desorción varia de entre 3 a aproximadamente 210 kPa. Las temperaturas operativas adecuadas están generalmente dentro de un rango de 10° a 65°C. Puede haver una variedad de pasos de despresurización a favor de la corriente a presiones intermedias, pasos de purga a favor de la corriente y pasos de purga contra la corriente, todos ellos sabidos entre los conocedores de la técnica y que se describen en las patentes previamente descritas en lo que se refiere a procesos PSA. Por ejemplo, pueden utilizarse de uno a cinco o más de estos pasos de despresurización a favor de la corriente para ecualizar presiones, para mejorar aún más la recuperación de producto. El proceso PSA de la presente invención es del tipo PSA general. Se introduce la corriente de alimentación a un lecho adsorbente que pasa por adsorción a la presión más elevada, o presión de adsorción, a un extremo de entrada de un lecho adsorbente que posee un extremo de entrada y un extremo opuesto de descarga. El adsorbente puede comprender compuestos cristalinos sólidos en polvo capaces de adsorber y desorber el compuesto adsorbible. Los ejemplos de tales adsorbentes incluyen gel de silice, alúminas activadas, carbón activado, filtros moleculares y mezclas de todos estos. Los filtros moleculares incluyen filtros moleculares de zeolita. Los adsorbentes preferidos son las zeolitas . En la patente US-A-3, 986, 846 se describen varios ciclos que usan, por ejemplo, un tiempo de adsorción de 240 segundos en una configuración de 10 lechos adsorbentes con un tiempo total de ciclo de 13 minutos y 20 segundos. Al incrementar la cantidad de lechos puede reducirse el tiempo total de adsorción. Por ejemplo, en una configuración de 12 lechos adsorbentes, y para el mismo tiempo de adsorción de 240, la duración total del ciclo puede reducirse a 12 mi utos . Cuando se usa el mismo volumen adsorbente para las configuraciones de 10 y 12 lechos adsorbentes, y a condición de que se requiera el mismo inventario adsorbente relativo por unidad de volumen de alimentación, la configuración de 12 lechos incrementa la capacidad de producto en un 33 por ciento. Similarmente, para el mismo tiempo de adsorción de 240 segundos en una configuración de 14 lechos, el tiempo total del ciclo podria reducirse a 11 minutos y 12 segundos, y el incremento en la capacidad de producto respecto a la configuración de 10 lechos adsorbentes seria de 66 por ciento. Este mismo análisis puede aplicarse a configuraciones con cualquier número de adsorbentes, sea par o impar. En general, mantener constante el tiempo de adsorción reduce la duración total del ciclo, e incrementa la capacidad. Conforme operan más lechos adsorbentes en el paso de adsorción que corresponde a ritmos de alimentación más elevados, la duración del subciclo, definido como el tiempo total del ciclo dividido entre la cantidad de lechos adsorbentes, disminuye, que tiene el efecto de reducir el tiempo disponible para los demás pasos del ciclo. Contrariamente a la técnica anterior, se descubrió que reducir el tiempo para recibir purga produce un impacto más significativo para reducir la recuperación del efluente de producto no adsorbido y también para incrementar el volumen relativo de adsorbente requerido, comparado con reducir la duración del paso de adsorción. Además, todos los ciclos anteriormente descritos tienen un menor número de lechos adsorbentes en el paso de purga que en el paso de adsorción. Con excepción de los ciclos PSA que utilizan tanques externos, todos los procesos de la técnica anterior PSA requieren la misma cantidad de lechos adsorbentes en el paso de dar purga y en el paso de recibir purga, o paso de purga. Haciendo referencia a la Figura 1, se presenta una representación del ciclo del proceso para un sistema PSA convencional de 16 lechos adsorbentes. El ciclo para cada lecho adsorbente consiste en un paso de adsorción, cuatro pasos de despresurización a favor de la corriente, un paso de dar purga a favor de la corriente, un paso de purga contra la corriente, un paso de purga, cuatro pasos de represurización contra la corriente y un paso final de represurización. En cualquier momento en este ciclo convencional de 16 lechos, seis lechos adsorbentes están operando en el paso de adsorción, tres lechos adsorbentes están operando en un paso de purga y tres lechos adsorbentes operan en un paso de dar purga. El gas de purga para cualquier lecho adsorbente se suministrado directamente de algún otro lecho adsorbente. Es decir, el número de lechos adsorbentes que dan purga y el número de lechos adsorbentes que reciben gas de purga, o que pasan por el paso de purga, son iguales . Para cualquier lecho adsorbente en el ciclo, el tiempo para el paso de purga, o tiempo de paso de purga, es igual al tiempo del paso de dar purga, o tiempo de dar purga. Además, el tiempo durante el que ocurre el paso de adsorción, o tiempo de paso de adsorción, es mayor que el paso de dar purga o el paso de purga. Haciendo ahora referencia a la Figura 2, se ilustra un ciclo de proceso representativo de la presente invención para 16 lechos adsorbentes que operan en un tren único. El ciclo que se muestra en la Figura 2 contiene los mismos pasos que se ilustran en la Figura 1, aunque difiere en hay sólo cuatro lechos en el paso de adsorción, cinco lechos en el paso de purga y se suministra gas de purga de un solo lecho adsorbente a uno o más lechos adsorbentes en cualquier momento dado del ciclo. Además, el tiempo de purga es significativamente mayor que el tiempo de adsorción para cualquier lecho en el ciclo. Haciendo referencia a la Figura 2, siguiendo el paso de adsorción, el lecho adsorbente 1 pasa por cuatro pasos a favor de la corriente de despresurización o ecualización. Durante el primer paso de ecualización, el lecho adsorbente 1 está vinculado a favor de la corriente con el lecho adsorbente 6. Durante el siguiente paso de ecualización, el lecho adsorbente 1 está vinculado al lecho adsorbente 7. Durante el tercer paso de ecualización, el lecho adsorbente 1 está vinculado al lecho adsorbente 8 y durante el último o cuarto paso de ecualización, el lecho adsorbente 1 está vinculado al lecho adsorbente 9. El lecho adsorbente 1 luego pasa por un paso de dar purga donde el lecho adsorbente es despresurizado a favor de la corriente y se extrae un gas de purga del lecho adsorbente 1 y es pasado a los lechos adsorbentes 10, 11, 12, 13 y 14 para suministrar gas de purga para purgar esencialmente todos los lechos durante una primera porción del paso de dar purga. En este ejemplo, al mismo tiempo, el lecho adsorbente 16 también está pasando por despresurización a favor de la corriente, y suministra un gas de purga a los lechos adsorbentes 10, 11, 12, 13 y 14. En la siguiente porción del paso de dar purga, se suministra gas de purga a los lechos adsorbentes 10, 11, 12, 13, 14 y 15, y en el segmento final del paso de dar purga se suministra gas de purga a los lechos 10, 11, 12, 13, 14 y 15. Al mismo tiempo, el lecho adsorbente 2 también está pasando por despresurización a favor de la corriente y suministra un gas de purga a los mismos lechos adsorbentes 10, 11, 12, 13, 14 y 15. El paso de purga contra la corriente sigue el paso de dar purga. En el paso de purga contra la corriente, el lecho adsorbente es despresurizado contra la corriente para liberar una corriente de gases de desecho. El primer lecho adsorbente es luego purgado contra la corriente con gas de purga inicialmente del lecho adsorbente 3, luego los lechos adsorbentes 3 y 4, luego el lecho adsorbente 4, luego los lechos adsorbentes 4 y 5, luego los lechos adsorbentes 5 y 6, luego el lecho adsorbente 6, luego los lechos adsorbentes 6 y 7, luego el lecho adsorbente 7, y finalmente los lechos adsorbentes 7 y 8. Durante la fase inicial de la purga contra la corriente del lecho adsorbente 1, el lecho adsorbente 2 pasa por la purga contra la corriente para liberar presión. El lecho adsorbente 3 pasa por un paso de dar purga a favor de la corriente, el lecho adsorbente 4 pasa por el cuarto paso de ecualización a favor de la corriente con el lecho adsorbente 12, el lecho adsorbente 5 pasa por el segundo paso de ecualización a favor de la corriente con el lecho adsorbente 11, los lechos adsorbentes 6, 7, 8 y 9 están en el paso de adsorción, el lecho adsorbente 10 está pasando por represurización final, el lecho adsorbente 11 está pasando por la segunda ecualización a favor de la corriente con el lecho adsorbente 5, el lecho adsorbente 12 está pasando por ecualización contra la corriente con el lecho adsorbente 11, y los lechos adsorbentes 13, 14, 15 y 16 también están pasando por una purga contra la corriente. De esta manera, se suministra gas de purga de uno o más lechos adsorbentes a cuando menos otros dos lechos adsorbentes que están pasando por un paso de purga. Al final del último paso de ecualización, el lecho adsorbente 1 es represurizado con la presión de adsorción. Puede lograrse la represurización reintroduciendo alimentación o introduciendo contra la corriente una porción de la corriente de producto. En una zona de adsorción de oscilaciones de presión de tren único y lechos múltiples de 16 lechos adsorbentes, se prefiere que el ciclo incluya cuando menos cuatro pasos de adsorción, cuando menos cinco pasos de purga, y que la duración del paso de purga exceda la duración del paso de adsorción en una proporción de 1.25 veces el tiempo del paso de adsorción. Cuando una porción del gas de dar purga es suministrado por un lecho adsorbente que pasa por el paso final de despresurización a favor de la corriente, la duración del paso de dar purga comprende entre 0.15 y 0.4 veces el tiempo de purga. Haciendo referencia a la Figura 3, se representa un ciclo de proceso de la presente invención en una modalidad alternativa para el ciclo de 16 lechos. En el ciclo de 16 lechos de la Figura 3, hay cuatro pasos de adsorción y seis pasos de purga. En esta configuración, el paso de dar purga a favor de la corriente es tomado durante una parte del paso simultáneamente con la última ecualización a favor de la corriente y durante una parte del paso separadamente. El paso de dar purga a favor de la corriente es tomado de un lecho adsorbente y es pasado simultáneamente a seis lechos adsorbentes . Se proporcionan los siguiente ejemplos con propósitos ilustrativos, y no se pretende que limiten el alcance de las reivindicaciones anexas . EJEMPLOS EJEMPLO 1 La Tabla 1 ilustra un ciclo PSA convencional de conformidad a US-A-3, 986, 849 (Fuderer y colaboradores), para un ciclo que utiliza 12 lechos adsorbentes . En el ciclo convencional, la duración del paso de adsorción y la duración del paso de despresurización son iguales y cada uno representa aproximadamente una tercera parte de la duración total del ciclo. El paso de recibir gas de purga representa un 13 por ciento del ciclo, y la represurización representa aproximadamente 21 por ciento del ciclo total. Similarmente, para un ciclo convencional de 16 lechos de la técnica anterior como se muestra en la Figura 1, la distribución de los pasos en el ciclo aparecen en la Tabla 1 en el ciclo de 16 lechos. El tiempo de adsorción ahora representa aproximadamente el 37.5 por ciento del ciclo, la despresurización representa aproximadamente el 31.3 por ciento del ciclo total, el paso de recibir gas de purga representa un 15.6 por ciento del ciclo, y la represurización representa aproximadamente el 15.6 por ciento del ciclo. A altos ritmos de alimentación, el volumen del lecho adsorbente llega al máximo tamaño práctico, y más allá de éste es necesario reducir el tiempo de adsorción y, por consiguiente, la duración total del ciclo. Esto tiene el efecto deseable de reducir el inventario especifico de adsorbente, pero tiene el efecto indeseable de reducir el tiempo del paso de recibir purga. Reducir el tiempo del paso de recibir purga reduce significativamente la recuperación del efluente de producto no adsorbido, y aumenta el volumen relativo de adsorbente requerido por unidad de alimentación. Por consiguiente, no se alcanza el incremento que se esperaba en la capacidad de producción, y de hecho se reduce por partida doble: se reduce la recuperación del efluente de producto no adsorbido, y se incrementa el volumen relativo de adsorbente requerido por volumen de alimentación.

EJEMPLO II La Tabla 2 ilustra un ciclo PSA de la presente invención para un ciclo de 16 lechos como se muestra en la Figura 2. De conformidad a la presente invención, se aumenta la duración en el paso de recibir purga, y el paso de dar purga es desacoplado del paso de recibir purga. El paso de adsorción ahora representa aproximadamente el 25 por ciento del ciclo total, los pasos de despresurización representan aproximadamente 28.1 por ciento del ciclo total, los pasos de recibir purga representan aproximadamente 31.3 por ciento del ciclo total, y los pasos de represurización siguen representando un 15.6 por ciento del ciclo. Aunque hay menos de aproximadamente 0.1 por ciento de reducción en la recuperación del efluente de producto no adsorbido, no hay incremento en los requisitos del volumen relativo de adsorbente por volumen de alimentación y se reduce la duración total del ciclo, lo que se traduce en un incremento general de la capacidad. Otra ventaja de este tipo de ciclo es que hay más adsorbentes para el paso de despresurización contra la corriente y el paso de purga, estos pasos descargan gas a la presión baja, y la composición que sale del adsorbente varía respecto al tiempo. Tener más adsorbentes en el paso significa una mezcla mucho mejor de estos gases antes del tambor de mezcla (o purga) . Esto puede reducir significativamente el volumen requerido para la mezcla, y por consiguiente el costo de este tambor, además de proporcionar un mejor control del gas a baja presión.

EJEMPLO III Se utilizó una planta piloto para evaluar el efecto de cambiar el tiempo de purga respecto al tiempo de adsorción en los ciclos PSA. La planta piloto consistió en un a sola cámara adsorbente que contenía unos 340 ce de adsorbente, además de los recipientes, válvulas y tuberías conectoras auxiliares necesarias para simular ciclos PSA de lechos múltiples. La alimentación incluyó aproximadamente 72.5 por ciento molar de hidrógeno, 0.67 por ciento molar de nitrógeno, 2.04 por ciento molar de monóxido de carbono, 5.57 por ciento molar de metano y aproximadamente 19.2 por ciento molar de bióxido de carbono. El adsorbente comprendió carbono activado y un filtro molecular de zeolita para producir un producto de hidrógeno que comprendió menos de 1 ppmm de monóxido de carbono y aproximadamente 1 ppmm de metano. La cámara fue operada en una secuencia cíclica de adsorción y desorción sobre un rango de presiones operativas de entre 2,200 kPa y aproximadamente 160 kPa. La presión de purga fue de aproximadamente 160 kPa, la última presión de ecualización fue de aproximadamente 614 kPa, y la presión de dar purga fue de aproximadamente 255 kPa. El lecho fue represurizado con gas producto a una presión de producto de aproximadamente 2,140 kPa. Se mantuvo la temperatura de alimentación a la temperatura ambiente, que fue de un promedio de 21°C. La temperatura de la cámara adsorbente fue esencialmente igual que la temperatura de alimentaicón, o dentro de aproximadamente 6°C de la temperatura de alimentación, con una variación sorprendentemente reducida durante el tiempo de adsorción en el ciclo. La duración del ciclo PSA utilizado para las pruebas de campo comprendieron un tiempo de adsorción que varió de 90 segundos a aproximadamente 180 segundos. El tiempo de los pasos de ecualización y de purga fueron de aproximadamente 30 segundos, y la duración del paso de dar purga fue de aproximadamente 60 segundos. Se midió el desempeño en términos de recuperación de hidrógeno, y la capacidad en términos de alimentación por ciclo, como se muestra en la tabla 3.

Estos resultados muestran claramente que reducir la duración del paso de adsorción en una proporción de aproximadamente 2 (de 180 segundos a 90 segundos) resulta en un cambio en la recuperación de hidrógeno de aproximadamente 0.2 por ciento, en tanto que un cambio en la duración del paso de purga en una proporción similar (de 90 a 45 segundos) resulta en un cambio de aproximadamente 1.5 por ciento en la recuperación de hidrógeno. Por consiguiente, el efecto de reducir la duración del paso de purga es de 8 a 10 veces más significativo que reducir el tiempo del paso de adsorción. En un proceso PSA, el tiempo total del ciclo tiene una relación directa con el costo del equipo. Mientras más breve es el tiempo del ciclo total, menor es el costo. Fundamentado en los resultados anteriores, el tiempo total del ciclo puede ser abreviado con un mínimo efecto sobre la recuperación general, al aumentar el tiempo del paso de purga respecto al tiempo del paso de adsorción. EJEMPLO IV La planta piloto y el procedimiento descritos en el Ejemplo III fueron utilizados para evaluar el efecto sobre la recuperación de producto y la duración del ciclo para reducir la duración del paso de adsorción respecto a la duración del paso de dar purga. La Tabla 4 resume los resultados para una alimentación de hidrógeno que contiene aproximadamente 99 por ciento molar de hidrógeno y 1 por ciento molar de monóxido de carbono. El adsorbente utilizado para la separación fue un filtro molecular de tipo 5A, y la adsorción tuvo lugar a aproximadamente 21°C. El proceso PSA comprendió tres pasos de ecualización.

La primera columna en la Tabla 4 muestra la recuperación de hidrógeno para un tiempo de paso de adsorción de 180 segundos en un ciclo PSA convencional, con un tiempo total de ciclo de 12 minutos, donde la proporción de la duración del paso de purga contra la duración de paso de adsorción fue de aproximadamente 0.5. En la segunda columna se muestran los resultados de un ciclo de la presente invención, donde se aumentó la proporción de la duración del paso de purga contra la duración del paso de adsorción a aproximadamente 1.5, y el tiempo del ciclo total se redujo a 10 minutos. Los resultados del Ejemplo IV demuestran que para una disminución del 20 por ciento en el tiempo del ciclo al disminuir el tiempo del paso de adsorción respecto a la duración del paso de purga, la recuperación de hidrógeno se redujo sólo ligeramente.

Claims (8)

1. REIVINDICACIONES 1. Un proceso para la separación de un gas no adsorbible de una mezcla de gases que comprende el gas no adsorbible y un gas adsorbible en una zona de adsorción por oscilación de presiones de tren único, donde el proceso comprende hacer pasar la mezcla de gases a la zona de adsorción por oscilación de presiones de tren único y extraer una corriente de gas producto que comprende el gas no adsorbible y una corriente de gases de desecho que comprende el gas adsorbible, donde la zona de adsorción por oscilación de presiones de tren único posee una pluralidad de lechos adsorbentes donde se utiliza en cada lecho adsorbente un paso de adsorción, cuando menos dos pasos de ecualización a favor de la corriente incluyendo un paso final de ecualización a favor de la corriente, un paso de dar purga, un paso de purga contra la corriente, un paso de purga, cuando menos tres pasos de ecualización contra la corriente incluyendo un paso final de ecualización contra la corriente y un paso de represurización, donde cada uno de los pasos ocurre de forma secuencial y diferido respecto al tiempo, donde el paso de adsorción corre durante un tiempo de paso de adsorción, el paso de dar purga ocurre durante un tiempo de paso de dar purga y un paso de purga ocurre durante un tiempo de paso de purga, donde el tiempo de paso de purga es mayor que el tiempo de paso de adsorción, y donde el paso de purga comprende el lecho adsorbente que pasa por un paso de purga que recibe un gas de purga de uno o más de los otros lechos adsorbentes que pasan por el paso de dar purga, donde los demás lechos adsorbentes suministran simultáneamente el gas de purga al lecho adsorbente que pasa por el paso de purga y donde en cualquier momento dado, la cantidad de lechos adsorbentes que pasan por el paso de adsorción es menor que la cantidad de lechos adsorbentes que pasan por el paso de purg . 2. El proceso de la reivindicación 1, donde la proporción de la duración del paso de purga contra la duración del paso de adsorción es mayor que 1.0 y menor que
2. 2.0.
3. 3. El proceso de la reivindicación 1, donde la mezcla de gases pasa a la zona de adsorción por oscilación de presiones de tren único a un ritmo de alimentación mayor a 110 mil metros cúbicos normales por hora.
4. 4. El proceso de la reivindicación 1, donde la zona de adsorción por oscilación de presiones de tren único comprende de 10 a 20 lechos adsorbentes.
5. 5. El proceso de la reivindicación 1, donde la zona de adsorción por oscilación de presiones de tren único comprende un tren único de 16 lechos adsorbentes, donde el proceso comprende cuando menos cuatro pasos de adsorción, cuando menos cinco pasos de purga, y la duración del paso de purga excede la duración del paso de adsorción en una proporción de 1.25 veces la duración del paso de adsorción.
6. 6. El proceso de la reivindicación 1, donde una porción del gas de purga es suministrado por un lecho adsorbente que pasa por el paso de despresurización final a favor de la corriente .
7. 7. El proceso de la reivindicación 8, donde el paso de dar purga ocurre durante un tiempo de paso de dar purga, y el tiempo de dar purga es menor que el tiempo de purga, donde el tiempo del paso de dar purga comprende entre 0.15 y 0.4 veces el tiempo del paso de purga.
8. 8. El proceso de la reivindicación 1, donde el componente no adsorbible comprende hidrógeno, y el componente adsorbible es seleccionado del grupo que consiste en hidrocarburos, bióxido de carbono, monóxido de carbono, nitrógeno y mezclas de estos, o donde el componente no adsorbible comprende metano y el componente adsorbible es seleccionado del grupo que consiste en bióxido de carbono, hidrocarburos con uno o más átomos de carbono, óxidos de azufre, sulfuro de hidrógeno y mezclas de estos.