MXPA97007202A - Proceso para el cierre de una operacion de membrana - Google Patents

Abstract

Se presenta un proceso para el cierre de una zona de separación de membrana que incluye un lado no permeado y un lado permeado, y el procesamiento de una corriente de alimentación que incluye un componente no permeable, un componente condensable, menos fácilmente permeable, y un componente fácilmente permeable. Cuando la corriente de alimentación no pasa hacia la zona de separación de la membrana, una corriente de purga pasa a una presión relativamente mayor hacia el lado no permeado de la zona de separación de la membrana para eliminar una corriente degas residual y de esta forma evitar la condensación del componente condensable, menos fácilmente permeable después de la despresurización y/o enfriamiento de la zona de separación de la membrana. La invención reduce la necesidad de la dimensión fuera de las especificaciones del sistema de la membrana, lo que reduce los costos del tratamiento y evita daños al producto permeado en las superficies de la membrana provocados por la condensación de los componentes condensables, manos fácilmente permeables como por ejemplo los hidrocarburos C6+.

Description

PROCESO PARA EL CIERRE DE UNA OPERACIÓN DE MEMBRANA CAMPO Esta invención se refiere a un procedimiento para operar un proceso de separación de membrana continua, en el que la degradación de la membrana puede evitarse durante el cierre de la membrana, particularmente durante el cierre repentino o inesperado de la zona de separación de la membrana, y más específicamente la invención se refiere a un método para el cierre seguro de la membrana dentro de un proceso para la eliminación del dióxido de carbono de los gases de hidrocarburos ligeros. ANTECEDENTES Dentro de la técnica se conocen procesos y sistemas de membrana permeable, y han sido empleados o considerados para una amplia variedad de separaciones de gases y líquidos. En estas operaciones, se pone en contacto la corriente de alimentación con la superficie de una membrana, y el componente más fácilmente permeable de la corriente de alimentación se recupera como corriente permeada, y el componente menos fácilmente permeable se retira del sistema de la membrana como corriente no permeada. Los módulos de separación de la membrana se mantienen a condiciones operativas que dan como resultado una presión del lado no permeado en el cual el gas de alimentación se introduce y la corriente no permeada se retira, y una presión del lado permeado en las que la corriente permeada se retira. La presión en el lado no permeado de la membrana es mayor a la presión en el lado permeado, y el diferencial de presión entre el lado no permeado y el lado permeado de la membrana por lo general determina el grado de separación logrado por la separación de la membrana. Las membranas se utilizan ampliamente para separar componentes permeables de las corrientes de alimentación gaseosa. Los ejemplos de estas aplicaciones de procesos pueden incluir la eliminación de gases ácidos de las corrientes de gas natural, la eliminación de vapor de agua de las corrientes de aire e hidrocarburos ligeros, y la eliminación de hidrógeno de las corrientes de hidrocarburos pesados. Las membranas también se emplean en las aplicaciones de procedimiento del gas para eliminar los componentes permeables de una corriente del gas de proceso. El gas natural se utiliza como el gas natural mediante métodos a granel que emplean sistemas de membrana. La sencillez inherente de estas operaciones de separación de fluidos constituye un incentivo en la técnica para expandir el uso de los sistemas de membrana en las operaciones comerciales prácticas. Las características de selectividad y permeabilidad de los sistemas de membrana mencionados deben ser compatibles con los requerimientos de la producción global de una aplicación dada. También es necesario que las membranas presenten una estabilidad aceptable y no sufran una degradación indebida en sus propiedades de rendimiento en el curso de las operaciones comerciales prácticas. * Las membranas para el procesamiento de gas por lo general operan de manera continua, en donde una corriente de 5 gas de alimentación se introduce al módulo de separación de gas de membrana en un lado no permeado de una membrana. El gas de alimentación se introduce bajo condiciones de separación que incluyen una presión y una temperatura de separación que retienen los componentes de la corriente del gas de alimentación en la fase del vapor, muy por arriba del punto de rocío de la corriente de gas, o las condiciones de temperatura y presión en las que podría presentarse la condensación de uno de los componentes. Sin embargo, si se interrumpe el flujo de la corriente del gas de alimentación, o se reduce de repente la presión de alimentación, el material residual dentro de la zona de separación de la membrana podría alcanzar su punto de rocío y podría presentarse la condensación. La corriente del gas de alimentación que se alimenta a la membrana de separación del gas puede contener una cantidad sustancial de humedad y puede provocar la corrosión y la condensación en los instrumentos, la tubería, las herramientas neumáticas, los ventiladores y el demás equipo asociado con la membrana de separación del gas. En ciertos casos, también podría conducir a un desempeño deficiente de la membrana de separación del gas y/o el demás equipo, por ejemplo los purgadores de adsorción. Anticipando una cantidad razonable de condensación, con frecuencia los sistemas de membranas tienen un tamaño que sobrepasa las * especificaciones para compensar la pérdida de la superficie de la membrana durante la vida útil de la membrana. Para la 5 aplicación en el tratamiento de gas de volumen alto, este diseño excedente de la capacidad de la membrana puede ser muy costoso. Para las aplicaciones de secado de gas, se han presentado métodos para el empleo de gases de ventilación para eliminar la humedad de la membrana antes de que se condense. Por ejemplo, en las aplicaciones de separación de aire que constituyen un campo altamente deseable de uso de las membranas permeables, por lo general el oxígeno es el componente más fácilmente permeable del aire de alimentación para las membranas particulares y se retira como el gas permeado. En estas formas de realización, el nitrógeno es el componente menos fácilmente permeable y se recupera como gas no permeado. El agua líquida por lo general se elimina de la corriente ascendente del aire de alimentación de la membrana a través de los medios convencionales como por ejemplo los tambores extractores. Cualquier cantidad de vapor del agua presente en el aire de alimentación permeará la membrana dando como resultado un gas no permeado seco. En las aplicaciones de separación de aire, las características del desempeño de las membranas son sensibles a la presencia de ciertos contaminantes en la corriente del aire de alimentación. La exposición a estos * contaminantes puede dar como resultado una reducción importante en la permeabilidad de la membrana en uso. Afortunadamente, se ha descubierto que la mayoría de los contaminantes presentes 5 por lo general en el aire ambiental, por ejemplo los hidrocarburos ligeros, H20 y C02, dan como resultado, como máximo, una disminución modesta en la permeabilidad de la membrana. La presencia de concentraciones incluso relativamente bajas, por ejemplo, menos de 1 ppm por volumen, C10, de vapores de aceite de hidrocarburos pesados, como los que podrían entrar a la corriente del corriente de aire de alimentación de un compresor de aire lubricado con aceite, puede dar como resultado una pérdida rápida y extensa de la permeabilidad de la membrana. 15 Como repuesta a esta disminución indeseable en la permeabilidad de la membrana, actualmente una práctica común en las membranas es medir el área de la superficie de la membrana activa con un factor de seguridad lo suficientemente grande para compensar la pérdida de permeabilidad anticipada de todas las fuentes. Inicialmente, el sistema de la membrana se mide más allá de las especificaciones para el flujo deseado del producto, y el compresor del gas de alimentación se opera por lo general en un modo de reducción. A medida que continúa la degradación de la permeabilidad, ya sea la temperatura o la presión operativa, o ambas, se incrementan para compensar la disminución en la permeabilidad. En algunos casos, es necesario o deseable desviar alguno de los módulos en el sistema de la membrana inicialmente con el fin de reducir el área de la membrana excedente empleada cuando las membranas muestran su capacidad de permeabilidad completa, y posteriormente conducir los módulos derivados a la corriente como degradación de los progresos en los módulos inicialmente empleados. Además de una penalidad importante en el costo del capital asociada con la disposición del área de la superficie de la membrana extra, este sistema de la membrana debe operar durante una porción significativa de su vida operativa bajo condiciones fuera del diseño, y la estrategia de control para el sistema de la membrana mencionado es más complejo que para un sistema que opera de manera más apegada a sus condiciones de diseño óptimas . Como una alternativa a este diseño fuera de las especificaciones de los sistemas de membrana para compensar la degradación en el uso, se han hecho intentos para restaurar el rendimiento perdido, pero estos esfuerzos no tuvieron éxito inicialmente para desarrollar medios económicamente factibles para restaurar la permeabilidad de las membranas degradadas. La restauración de cualquier porción de las membranas degradadas requerirían la interrupción de la operación del tratamiento de gas, desplazando de esta forma grandes cantidades de gas. Ni el diseño excedente del sistema de la membrana ni la interrupción de las operaciones del producto de gas para el tratamiento de restauración de la membrana, ni una combinación de estos enfoques, constituye un medio totalmente satisfactorio para superar la degradación de la permeabilidad en las operaciones comerciales prácticas de separación de aire u otro gas. Es bastante necesario un perfeccionamiento adicional en la respuesta al problema de la degradación de la membrana en la técnica de la membrana. La Patente de los Estados Unidos Número US-A-4,881,953 presenta un enfoque al problema de la prevención de la pérdida prematura de la capacidad de la membrana pasando la mezcla del gas de alimentación a través de una cama de material absorbente, como por ejemplo carbón activado para adsorber los contaminantes como por ejemplo los contaminantes de hidrocarburos pesados sin la eliminación de los hidrocarburos más ligeros. Esto requiere el suministro de medios para eliminar la humedad del gas de alimentación, ya que los niveles de alta humedad por lo general limitan la capacidad de los adsorbentes de carbón activado para retener su capacidad de adsorción para los hidrocarburos pesados. La Patente de los Estados Unidos Número US-A-5,030,251 se refiere a la operación de un separador de membrana que elimina el vapor de agua de una alimentación de aire húmedo para producir un producto de aire para secar. Cuando se detiene la operación de esta membrana, queda cierto vapor de agua residual en el separador de la membrana y cuando el flujo de alimentación se reanuda, el vapor de agua residual fluye hacia afuera con la corriente no permeada. Esto da como resultado un producto menos seco que se produce durante los reinicios en 5 lugar de durante la operación en estado constante del separador de la membrana. Para corregir este problema, se guarda una porción del producto no permeado en un tanque de almacenamiento y se suministra para la separación de la membrana en el momento en que no se está suministrando la alimentación al separador para purgar el vapor de agua residual entre los ciclos. Cuando el ciclo de alimentación se detiene, la presión del aire del lado no permeado del separador reduce la presión atmosférica. Debido a que la presión en el tanque de almacenamiento es mayor a la presión atmosférica, algunos de los productos no permeados almacenados se purgan otra vez para formar la corriente de purga. La Patente de los Estados Unidos Número US-A- 5,383,956 se refiere a los procesos y aparatos para el arranque y el paro de los sistemas de separación de gas de membrana que tratan las corrientes de gas de alimentación de gas húmedo. El proceso emplea un módulo secador de membrana y un módulo de membrana de separación de gas en diversas secuencias de arranque y secuencias de paro para secar y separar la corriente del gas de alimentación. Durante el paro de este proceso que incluye por lo menos un módulo de separación de gas y por lo menos un secador de membrana, el flujo del gas de alimentación se detiene en ambos módulos de la membrana, y los módulos se despresurizan eliminando el gas presurizado de los lados no permeados de los módulos. Se permite que el gas presurizado 5 penetre a través de los módulos de la membrana respectiva hacia los lados permeados, seguido por la purga tanto de los lados permeados como de los lados no permeados de los módulos de la membrana con una corriente de gas seco. Cuando una corriente de gas natural se procesa en una zona de separación de la membrana, la presencia de hidrocarburos pesados, como por ejemplo los hidrocarburos C6 más, y particularmente los hidrocarburos C10 más bajo ciertas condiciones como la reducción de temperatura y presión, o un cambio en la composición, puede dar como resultado la pérdida de la capacidad de la membrana y con frecuencia un daño permanente a la membrana. Se están investigando procesos para evitar estos daños a la unidad de separación de la membrana. Por lo tanto, un objetivo de la invención es proporcionar un proceso mejorado de cierre para un sistema de membrana, en el que este procesos supere el problema de la degradación de permeabilidad durante las operaciones de producción de gas de hidrocarburo como por ejemplo en la producción de gas natural. Otro objetivo de la invención es proporcionar un sistema de membrana y un proceso de cierre que elimine la necesidad de diseño fuera de las especificaciones o del reemplazo prematuro de los módulos de membrana degradada, y que reduzca la necesidad de interrupción de las operaciones de producción de gas para el tratamiento de los módulos de 5 membrana, para la restauración de las características de permeabilidad de la misma. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La invención proporciona un proceso para el cierre seguro de un sistema de separación de membrana que reduce el • 10 riesgo de daños a la membrana. Se descubrió que las corrientes de procesamiento de la membrana, que comprenden componentes condensables y menos fácilmente permeables, por ejemplo los hidrocarburos C6 + en un ambiente en el que puede presentarse la condensación de los hidrocarburos mencionados, pueden estar sujetas a una falla catastrófica cuando la condensación del hidrocarburo mencionado va seguida por procedimientos de cierre convencionales como por ejemplo la despresurización del lado no permeado. Se descubrió que la despresurización de la membrana después del cierre era recomendable únicamente cuando ocurría de manera simultánea con o después del purgado de la zona no permeada de la unidad de la membrana. A través de la presente invención, se descubrió que la condensación seguida del secado, de preferencia sin cambio en las presiones relativas de los lados permeado y no permeado de la membrana, evitaba la degradación y mantenía de manera sorprendente o incluso mejoraba la selectividad. Un aspecto amplificado de la presente invención es un proceso para el cierre seguro de una zona de separación de la membrana utilizada para la eliminación de un componente fácilmente permeable desde una mezcla de gas de alimentación que incluye el componente fácilmente permeable, un componente no permeable y un componente condensable, menos fácilmente permeable. El proceso comprende el paso intermitente de la mezcla del gas de alimentación bajo condiciones de separación hacia una zona de separación de la membrana para proporcionar una corriente no permeada y una corriente permeada. La zona de separación de la membrana tiene un lado no permeado y un lado permeado. La corriente no permeada se retira del lado no permeado de la zona de separación de la membrana y una corriente permeada a una presión permeada se retira del lado permeado de la zona de separación de la membrana. Cuando la mezcla del gas de alimentación no pasa a la zona de separación de la membrana, pasa una corriente de purga reducida en el componente condensable menos fácilmente permeable, a una presión mayor que la presión del producto permeado utilizada en el paso de separación hacia el lado no permeado de la zona de separación de la membrana, para eliminar por lo menos una porción de un gas residual que permanece en el lado no permeado de la zona de separación de la membrana antes de que el gas residual se condense en la zona de separación de la membrana.

^ Posteriormente, la operación de cierre se completa "^ desprezurando la zona de separación. En una forma de realización específica de la invención, la invención se refiere a un proceso utilizado de manera intermitente para la eliminación del dióxido de carbono de una corriente de alimentación de gas de hidrocarburo para producir una corriente de gas de demanda. La mezcla de alimentación de gas de hidrocarburo comprende hidrocarburos C, — a C, , dióxido de carbono e hidrocarburos C,+. Los hidrocarburos C6+ son menos fácilmente permeables y condensables. La mezcla de alimentación del gas de hidrocarburos pasa a una zona de separación de la membrana que tiene una zona no permeada y una zona permeada bajo condiciones de separación para proporcionar una corriente no permeada retirada de la zona no permeada y una corriente permeada a una presión permeada retirada de la zona permeada. La corriente no permeada incluye hidrocarburos C6+ y una cantidad reducida de dióxido de carbono en relación con la ¡? mezcla de alimentación del gas de hidrocarburo. La corriente permeada es enriquecida con dióxido de carbono en relación con la mezcla de alimentación del gas de hidrocarburo. De manera intermitente, cuando la mezcla de alimentación del hidrocarburo no pasa a la zona de separación de la membrana, un corriente de vapor de purga reducida en hidrocarburos C6+ en relación con los hidrocarburos C6+ en la corriente no permeada, pasa de manera intermitente a una presión mayor que la presión del producto permeado hacia la zona no permeada para evitar la condensación de los hidrocarburos C6+ en la corriente no permeada que permanece en la zona no permeada. BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS ILUSTRACIONES La Fiqura 1 es un diagrama de flujo esquemático del proceso de separación al que se somete el proceso de cierre de la presente invención. DESCRIPCIÓN DETALLADA La invención es útil para el rechazo del dióxido de carbono de una corriente de gas natural o hidrocarburo en un zona de separación de membrana para proporcionar una corriente de gas natural purificada que puede procesarse posteriormente en una planta de procesamiento de gas natural para la eliminación posterior de hidrocarburos pesados, como por ejemplo el hidrocarburo C6+ para ofrecer una corriente de gas de demanda o una corriente de gas natural purificada. La corriente de alimentación de gas puede pasar hacia una unidad de separación de membrana para ofrecer una corriente de gas permeado que incluye dióxido de carbono y un gas no permeado que incluye hidrocarburos ligeros. De preferencia, la corriente de alimentación de gas natural incluye hidrocarburos pesados en una cantidad mayor a 500 ppm y de preferencia la corriente de alimentación del gas incluye 500 ppm a 2 mol-% de hidrocarburos pesados. El término "enriquecido" tal como se utiliza en la presente tiene el propósito de referirse a la concentración de un componente de una corriente de productos en relación con la concentración de ese componente en la corriente de alimentación. Por ejemplo, la corriente permeada de la zona de separación de la membrana estará enriquecida con el componente fácilmente permeable en relación con la concentración del componente fácilmente permeable en la alimentación. El término "zona de separación de las membranas" significa uno o más dispositivos que poseen por lo menos una membrana útil para penetrar o separar componentes fácilmente permeables a partir de una mezcla del gas de alimentación. El término "punto de rocío" significa la temperatura a una presión dada en la que el vapor como por ejemplo el hidrocarburo o el agua comienzan a condensarse . Las membranas permeables capaces de separar por lo menos un componente seleccionado de una mezcla de fluido, ya sea de gas o líquidos, se consideran en la técnica como medios convenientes, potencialmente muy ventajosos para lograr la separación y/o concentración deseable del fluido. Las membranas adecuadas para la presente invención incluyen las membranas compuestas como por ejemplo aquellas membranas presentadas en la Patente de los Estados Unidos US-A-4 , 822 , 382. El término "de manera intermitente" se refiere a un proceso continuo que tiene períodos de interrupción, en particular interrupciones o intervalos no planeados o repentinos en el flujo normal de alimentación. Durante el período de interrupción, la membrana debe cerrarse con seguridad o podrían presentarse daños en la membrana. La presente invención ofrece un proceso para el cierre seguro de una membrana que es particularmente útil para estos cierres no planeados o intermitentes, en los que se reducen las condiciones identificadas en la presente que provocan daños a la membrana . Después del cierre, la condensación de una membrana puede ser el resultado de un fenómeno conocido como "condensación retrógrada". La condensación retrógrada se refiere a la condensación que se presenta de una manera opuesta al comportamiento esperado. Por ejemplo, en una membrana en la que está presente una mezcla de gases, la condensación puede presentarse al reducirse la presión. De acuerdo con la presente invención, se pasa una corriente de alimentación que incluye una mezcla de un componente permeable, no condensable y un componente condensable, menos fácilmente permeable hacia una unidad de membrana. La membrana comprende una zona no permeada desde la cual se retira una corriente no permeada y una zona permeada desde la cual se retira una corriente permeada. Cuando la membrana está sujeta a una interrupción repentina y la terminación del flujo de la corriente de alimentación hacia la membrana, existe un potencial para la condensación en la membrana. A pesar de que se ha detenido el flujo de la corriente de alimentación, continúa la penetración del componente permeable, no condensable. Esta continuación del proceso de penetración con frecuencia provoca una disminución en la presión en la zona no permeada de la membrana. En combinación con un efecto de enfriamiento de Joule-Thompson, tanto la temperatura como la presión en el lado no permeado se reducen. A medida que la presión en la zona no permeada se reduce, la presión parcial del componente condensable, menos fácilmente permeable, se incrementa. A menos que se introduzca cierto cambio en la zona no permeada, la presión parcial del componente condensable, menos fácilmente permeable, puede alcanzar un punto en el cual se formará líquido y se llevará a cabo la condensación. La presente invención actúa para reducir esta condensación retrógrada purgando la zona no permeada de la unidad de la membrana con una corriente de purga que mantiene la presión parcial del componente menos fácilmente condensable en la zona no permeada sobre el punto de rocío, o el punto en el que se presentará la condensación. Por ejemplo, en un proceso para el tratamiento de una corriente de gas natural, la invención comprende el paso - a una temperatura operativa - de una mezcla de hidrocarburos ligeros permeables, no condensables, como por ejemplo los hidrocarburos Cy a C6+ y el dióxido de carbono, y componentes condensables, menos fácilmente permeables, como por ejemplo los hidrocarburos C6+ ó C10+ hacia una unidad de membrana que cuenta con una zona no permeada y una zona permeada. Una corriente no permeada reducida en dióxido de carbono es retirada de la zona no permeada a una presión esencialmente equivalente a la presión operativa, y una corriente permeada enriquecida en dióxido de 5 carbono en relación con la corriente de alimentación es retirada de la zona permeada a baja presión. La terminación repentina del flujo de la corriente de alimentación hacia la membrana y el bloqueo de los flujos no permeados y permeados da como resultado la disminución en la presión de la zona no permeada y a medida que el dióxido de carbono continúa penetrando a través de la membrana. La eliminación del dióxido de carbono de la zona no permeada mediante la penetración aumenta la presión parcial del componente condensable menos fácilmente permeable de C6+ ó C10+ y, si no se previene, puede dar como resultado la condensación y el daño de la membrana. De acuerdo con la presente invención, después de la interrupción del flujo de la corriente de alimentación, la zona no permeada se purga con una corriente de purga de tal forma que la presión parcial del componente condensable, menos fácilmente permeable, se mantenga sobre el punto de condensación. Esto requiere que la corriente del gas de purga incluya una cantidad menor del componente condensable, menos fácilmente permeable, a la cantidad de componente condensable menos fácilmente permeable en la zona no permeada. De preferencia, la corriente del gas de purga reducida en el componente condensable, menos fácilmente permeable, incluye menos de 90 mol-% de componente condensable, menos fácilmente permeable, en la corriente no permeada, y de manera más preferente, la corriente del gas de purga incluye menos de 10 mol-% del componente condensable, menos fácilmente permeable, en la zona no permeada, y de manera más preferente, la corriente del gas de purga incluye menos de 0.1 mol-% del componente condensable, menos fácilmente permeable, en la corriente no permeada. La operación de la membrana se mide a través de la selectividad de la membrana y la permeabilidad de un componente a través de la membrana. Estos parámetros dependen de las fuerzas de impulso de la presión parcial entre las zonas no permeada y permeada para cada componente. En la separación de dos componentes en una unidad de membrana, cuando la relación del flujo molar del flujo permeado con el flujo de alimentación es baja, la selectividad ("S") es el producto de la relación de las fracciones de las moléculas de los componentes en la corriente de alimentación y la relación inversa de la fuerza de impulso de la presión parcial entre las zonas no permeada y permeada, donde la fuerza de impulso de la presión parcial para un componente dado de una mezcla es la diferencia entre la presión parcial del componente en la alimentación menos la presión parcial del componente en el producto permeado. Tal como se estipula en la forma de ecuación: S=x1*(ppf2 - PPp2)X2*(PPf1 ~ PPpl) donde x1 y x2 son las fracciones de la molécula de alimentación # de los componentes 1 y 2 ; ppf1 y ppf2 son las presiones parciales de los componentes 1 y 2 en la corriente de alimentación; y pp 1 y ppp2 son la presión parcial de los componentes 1 y 2 en la 5 corriente del producto permeado. La permeabilidad ("PM") para una relación de flujo molar baja del flujo permeado con el flujo de alimentación, expresada en términos de cada componente, es el flujo del componente a través de la membrana dividida por el producto del área de la superficie de la membrana y la fuerza de impulso de la presión parcial para este componente entre la corriente de alimentación y las presiones parciales del producto permeado. En forma de ecuación, la permeabilidad del componente 1 se expresa de la siguiente forma : 15 PM = Fp*Xf1 / A*(Ph*xf1 - t*xpl) donde F es la relación de flujo permeado desde la zona de la membrana; A es el área de la superficie de la membrana; X, y Xf1 son las presiones totales de la corriente de alimentación y la corriente del producto permeado; y xp1 y xf1 son las fracciones de moléculas del componente 1 en el extremo de producto permeado y el extremo de la corriente de alimentación de la membrana. En una forma de realización, el gas de purga comprende el gas de demanda de la planta de procesamiento de gas que se dirige en la corriente descendente de la zona de separación de la membrana. En otra forma de realización, el gas de purga comprende una corriente de efluentes del adsorbente derivada de la adsorción de los hidrocarburos más pesados desde una porción de la corriente del gas de alimentación. De acuerdo con la invención, una porción de la corriente de alimentación pasa hacia una cama de adsorción que contiene un adsorbente selectivo para la adsorción de los hidrocarburos pesados, con el fin de producir un efluente adsorbente esencialmente libre de hidrocarburos. Cuando se reanuda la alimentación a la membrana, la cama de adsorción puede generarse en la manera convencional con una corriente de gas de regeneración calentado. A pesar de que puede utilizarse cualquier corriente de gas adecuado para este propósito, se prefiere que la corriente del gas de regeneración sea seleccionado del grupo formado por el nitrógeno, una corriente de gas combustible, porciones del gas de demanda, gas permeado, y corrientes del gas no permeado, así como mezclas de las mismas. El gas permeado es el más preferido ya que está libre esencialmente de hidrocarburos pesados como por ejemplo los hidrocarburos C6+ ó c?o+* E--- -~fas regenerante gastado puede emplearse para uso de combustible . La zona de adsorción de la presente invención se refiere a un procesamiento giratorio térmico convencional en el que cada cama de una zona de adsorción lleva a cabo, en una base cíclica, la adsorción a una temperatura de adsorción en la que el (los) componente (s) más fácilmente adsorbible (s) en la corriente de alimentación se adsorben de manera selectiva para proporcionar una corriente de un efluente de adsorción enriquecida en los componentes menos fácilmente adsorbibles, 5 una regeneración a una temperatura de desorción que es mayor a la temperatura de adsorción que resulta al pasar un gas de purga a una temperatura elevada, es decir, equivalente a o mayor a la temperatura de desorción deseada a través de la cama, y el enfriamiento de la cama a la temperatura de adsorción pasando un gas de purga a través de ésta. Estos pasos de proceso se revelan, por ejemplo en la Patente de los Estados Unidos antes citada con Número US-A-4 , 484, 933. Debe entenderse que la zona de adsorción de la presente invención contiene una cama de adsorción que contiene un adsorbente adecuado para adsorber los componentes particulares que se adsorberán en la misma. También debe entenderse que el término "contracorriente" denota que la dirección del flujo de gas a través de la cama de adsorción, está en contracorriente con respecto a la dirección del flujo de la corriente de alimentación. De manera similar, el término "misma corriente" denota el flujo en la misma dirección que el flujo de la corriente de alimentación. El término "enriquecido" tiene el propósito de ser una referencia para la composición de la corriente de alimentación, a menos que se indique otra cosa.

También se deberá entender que la invención puede llevarse a cabo utilizando un material adsorbente adecuado en la cama de adsorción, que tenga una selectividad de diversos componentes de una corriente de alimentación sobre muchos otros componentes, proporcionando de esta forma un componente menos 5 fácilmente adsorbible y un componente más fácilmente adsorbible. En la presente invención, los componentes más fácilmente adsorbibles son hidrocarburos pesados como por ejemplo los hidrocarburos C6+ y el agua, así como los componentes menos fácilmente adsorbibles son los hidrocarburos C, - C6. Los adsorbentes adecuados conocidos en el arte y disponibles comercialmente incluyen los tamices moleculares cristalinos, carbonos activados, arcillas activadas, gel de silice, albúminas activadas y mezclas de las mismas. Los tamices moleculares cristalinos incluyen tamices moleculares zeolíticos. Los tamices moleculares zeolíticos en la forma calcinada pueden representarse mediante la fórmula general: Me2/nO : A1203 : xSi?2 donde Me es un catión, x tiene un valor de 2 al infinito, y n es la valencia del catión. Las zeolitas típicas más conocidas que pueden utilizarse incluyen: cabacita, también conocida como zeolita D, clinoptilolita, EMC-2 , zeolita L, ZSM-5, ZSM-11, ZSM-18, ZSM-57, EU-1, ofrecita, faujacita, ferrierita, modenita, zeolita A, ZK-5 , zeolita rho, zeolita beta, bogsita y cilicalita. El producto adsorbente de la presente invención se seleccionará de estos adsorbentes de zeolita y mezclas de la misma. Las descripciones detalladas de algunas de las zeolitas antes identificadas pueden encontrarse en D. W. Breck, ZEOLITE MOLECULAR SIEVES (TAMICES MOLECULARES DE ZEOLITA) . John Wiley e Hijos, Nueva York, 1974, incorporada en la presente por referencia. Con frecuencia es recomendable al utilizar los tamices moleculares cristalinos que el tamiz molecular sea aglomerado con un aglutinante con el fin de asegurar que el adsorbente tenga un tamaño de partícula adecuado. A pesar de que existen una variedad de materiales aglutinantes sintéticos y naturales disponibles, como por ejemplo los óxidos metálicos, arcillas, sílices, albúminas, sílice-albúminas, sílice-zirconias, sílice-torias, sílice-berilias, sílice-titanias, sílice-albúmina-torias, sílice-albúmina-zirconias, mezclas de éstas y similares, de las cuales se prefieren los aglutinantes de sílice. El sílice se prefiere porque puede emplearse para aglomerar el tamiz molecular sin alterar sustancialmente las propiedades adsorbentes de la zeolita. La elección de un aglutinante adecuado y de los métodos empleados para aglomerar los tamices moleculares son conocidos por lo general por los capacitados en la técnica y no necesitan describirse posteriormente aquí. El proceso de adsorción opera de manera más eficiente cuando la temperatura de adsorción, la temperatura en la cual se lleva a cabo el paso de la adsorción, se encuentra de preferencia en el rango de 5°C a 80°C. La temperatura de desorción, la temperatura a la cual se recupera el efluente de la desorción, de preferencia se encuentra dentro del rango de 5 120°C a 315°C. Los resultados experimentales presentados posteriormente muestran que cuando una unidad de separación de membrana que procesa una mezcla de gas que contiene un componente condensable experimenta una pérdida repentina del ß 10 flujo de alimentación, y durante la pérdida del flujo de alimentación la zona no permeada de la unidad de separación se purga con un gas de purga que contiene menos componente condensable que en la zona no permeada, pueden evitarse de manera exitosa e incluso quizás mejorarse los daños a la membrana. Cuando la condensación va seguida por o es el resultado de la despresurización, o cuando la condensación ocurre al permitir que se eleve la presión de la zona permeada, se puede provocar daños a la membrana. La combinación de una zona de adsorción separada para proporcionar gas de purga para la membrana durante las interrupciones de la corriente de alimentación y el uso de la corriente permeada durante la operación normal de la membrana para regenerar la zona de adsorción da como resultado un nuevo enfoque para mantener la capacidad de la membrana y prevenir daños a los sistemas de la membrana en plantas de procesamiento comercial grandes. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA ILUSTRACIÓN En la ilustración, el proceso de la presente invención se ilustra por medio de un diagrama de flujo 5 simplificado en el cual los detalles como las bombas, instrumentos, circuitos de intercambio de calor y recuperación de calor, compresores y hardware similar han sido eliminados por ser no esenciales del entendimiento de las técnicas implicadas. El uso del equipo diverso mencionado se encuentra dentro del campo de acción de las personas capacitadas en la técnica. Con referencia ahora a la Figura 1, una corriente de alimentación del gas de hidrocarburo 200 - a una presión de separación que va de 700 kPa (100 psia) a 10.5 MPa (1500 psia) y una temperatura de separación que varía desde 25-60 °C - pasa de manera intermitente a una zona de separación de la membrana 400 a través de las líneas 200 y 210. La corriente de alimentación del gas de hidrocarburo incluye hidrocarburos C1H— # C6+, dióxido de carbono, hidrocarburos pesados como por ejemplo hidrocarburos C6+ ó C10+. Las zonas de separación de la membrana 400 incluye una zona no permeada 400a y una zona permeada 400b. Una corriente no permeada que incluye hidrocarburos pesados y que tiene una cantidad reducida de dióxido de carbono en relación con la corriente de alimentación se retira de una zona no permeada 400a a una presión no permeada esencialmente equivalente a la presión de separación a través de la línea 220 y una corriente permeada enriquecida en dióxido de carbono se retira de la zona permeada a una presión permeada que va de 100 kPa (15 psia) 1050 kPa (150 psia) a través de la línea 260 y la línea 280. La corriente no permeada 220 pasa hacia una zona de separación 465 donde los hidrocarburos como por ejemplo los hidrocarburos C6+ son eliminados para producir una corriente de gas de demanda en la línea 230 que se retira como línea de producción del gas de demanda 250. El proceso se opera de una manera intermitente de tal forma que cuando la corriente de alimentación no está disponible, la zona de separación de la membrana 400 se cierra. A través del proceso de esta invención, cuando se interrumpe el flujo de la corriente de alimentación 200, una porción de la corriente de alimentación 200 pasa a través de la línea 310, la válvula 450 y las líneas 320 y 330 a la zona de adsorción 460. La zona de adsorción 460 contiene un adsorbente seleccionado del grupo formado por el carbono activado, gel de sílice, tamices moleculares de albúmina y combinaciones de los mismos para eliminar de manera selectiva por lo menos una porción del hidrocarburo C6+ de la corriente de alimentación del gas y producir una corriente de gas de purga en la línea 360 que incluye menos que los hidrocarburos C6+ de la corriente no permeada. Cuando la corriente de alimentación pasa hacia la zona de separación de la membrana, la corriente del gas de purga pasa hacia la zona no permeada a través de las líneas 360, 380, la válvula 430 y la línea 390 para arrastrar cualquier gas no permeado residual que conste de hidrocarburos condensables C6+ que permanezcan en la zona no permeada 400a 5 antes de reducir la presión en la zona no permeada. Por lo tanto, la zona de adsorción está disponible durante las interrupciones de la corriente de alimentación intermitente para proporcionar una corriente de gas de purga. De preferencia, la corriente del gas de purga incluye una porción de la corriente no permeada agotada en el componente condensable, menos fácilmente permeable, y de manera más preferente, el gas de purga incluye una porción de la mezcla del gas de alimentación agotada en el componente condensable, menos fácilmente disponible, en relación con la corriente no permeada. Cuando esta corriente de purga se emplea para arrastrar el gas no permeado residual de la zona no permeada, la condensación de los hidrocarburos pesados se evita y por lo tanto se previenen los daños a la zona de separación de la membrana. Durante estos períodos en los que la corriente de alimentación pasa hacia la zona de separación de la membrana, la zona de adsorción se regenera a través de cualquiera de las siguientes operaciones: una segunda corriente de gas de purga como por ejemplo una porción del gas de demanda en la línea 240; una corriente de gas combustible en la línea 500; o una porción de la corriente permeada en la línea 270; pasa a través de las líneas 240, 290 y 290' hacia el calentador 410 que calienta la segunda corriente del gas de purga a una temperatura de regeneración que varía de 30°C a 300°C, para ofrecer una corriente de gas de regeneración calentada que pasa a través de la línea 300, la válvula 420 y la línea 360 hacia la zona de adsorción 460. Por lo tanto, la zona de adsorción puede regenerarse con una segunda corriente del gas de purga seleccionada de un grupo consistente de una porción de los gases de demanda, una corriente de gas combustible, una porción de la corriente permeada, nitrógeno, una porción de la corriente no permeada y mezclas de las mismas. Es recomendable emplear la corriente permeada como regenerante durante la operación normal de la membrana. La corriente permeada por lo general está libre de hidrocarburos pesados y siempre está disponible para esta regeneración sin requerir un almacenamiento especial. El gas de regeneración agotado se recupera de la zona de adsorción y se pasa a través de la línea 330, línea 340, la válvula 440 y la línea 350 donde se retira del sistema. El gas de regeneración agotado 350 puede utilizarse para suministrar gas combustible dentro de la zona de separación 465. EJEMPLOS Los siguientes ejemplos de membranas que funcionan en un medio ambiente potencialmente condensante se basaron en el rendimiento de los micromódulos de membrana, cada uno con 2800 mm2 de superficie de la membrana compuesta con una capa de separación que incluye por lo menos un poli-ftalato de bisfenol A (tetrametilo) conforme a lo revelado en la Patente de los Estados Unidos Número US-A-4, 822 , 382. Los micromódulos se presurizaron a una presión de separación de 3.6 MPa (515 psia) con una corriente de alimentación preparada sin el retiro de una corriente no permeada. La corriente de alimentación del gas cargado condensable se preparó rociando una corriente de gas de hidrógeno de 99% de pureza a través de una mezcla de hidrocarburo líquido de 10 vol-% de benceno y 90 vol-% de hexano para saturar la corriente del gas de hidrógeno con la mezcla de hidrocarburo a una temperatura de 24°C (75°F) . Como parte de cada prueba, se midió la selectividad de la membrana antes y después de la exposición a la corriente del gas de hidrógeno saturado, presurizando el micromódulo de la membrana con una mezcla de gas de 10 vol-% de dióxido de carbono y 90 vol-% de metano. Para estos ejemplos, la relación molar del flujo permeado con el flujo de alimentación fue menor a 3%. CONTROL EJEMPLO 1 CONDENSACIÓN SEGUIDA POR LA DESPRESURIZACIÓN Se roció una corriente de gas de hidrógeno tal como se describió en la presente anteriormente y se pasó hacia un micromódulo de la membrana durante 6 horas a una presión de 3.6 MPa y una temperatura de 24 °C medidas en el rociador mientras se mantuvo la temperatura del micromódulo en 37 °C (100°F) sin tener un flujo no permeado desde el módulo de la membrana. El micromódulo se despresurizó posteriormente a la presión atmosférica. Después de la despresurización, se pasó una mezcla de gas que contenía 10 vol-% de dióxido de carbono y 90 vol-% de metano hacia el micromódulo de la membrana para volver a presurizar el micromódulo a 49 °C (120°F) a una temperatura de 3.6 MPa (515 psia) y se determinó la selectividad de la membrana. Los resultados se muestran en la Tabla 1. Antes de la prueba, las cuatro muestras probadas tenían selectividades de 6 y permeabilidades 4. Tal como se muestra en la columna O, inmediatamente después de la condensación y la despresurización, la permeabilidad promedio alcanzó un valor de 46 y la selectividad se redujo a 1. Claramente, el efecto de la despresurización seguida a la condensación produjo daños severos a la membrana. Además, incluso después de que se secaron las muestras de la micromembrana con la mezcla de gas de C02/CH4 durante varios días y a una temperatura de 37 °C (100°F) , y una presión de 3.6 MPa (515 psia), la selectividad del C02/CH4 y la permeabilidad del C02 no regresaron a los niveles originales tal como se muestra a 4, 11 y 18 dias desde el punto de condensación y despresurización. Por lo tanto, la despresurización después de la condensación mostró un daño catastrófico a la membrana en una forma que no pudo recuperarse incluso secando el módulo de la membrana. TABLA 1 CONDENSACIÓN SEGUIDA POR LA DESPRESURIZACION ANTES DE LA CONDENSACIÓN DÍAS DESPUÉS DE LA CONDENSACIÓN 0 4 11 B PERMEABILIDAD C02 4 46 6 5 5 SELECTIVIDAD C02/CH4 6 1 2 2 2 INVENCIÓN EJEMPLO II SIN DESPRESURIZACIÓN DESPUÉS DE LA CONDENSACIÓN J El micromódulo de la membrana se suministró con el m ~ 10 gas de hidrógeno rociado del Control del Ejemplo I a 3.6 MPa y 37 °C durante 6 horas sin retirar la corriente no permeada. Al finalizar el período de 6 horas, se retiró una corriente no permeada a una velocidad equivalente a la velocidad de alimentación durante un período de 30 minutos introduciendo todavía el gas de hidrógeno rociado. Al final del período de 30 minutos y sin una despresurización, la alimentación de C02/CH4 se volvió a introducir y se midió la permeabilidad y la selectividad. Los resultados se muestran en la Tabla 2 en períodos de tiempo antes y a 3 y 4 días después de la condensación. Los resultados muestras que las propiedades de la membrana se mantuvieron y de manera sorprendente mejoraron ligeramente cuando, después de la exposición a un hidrocarburo de condensación, la membrana se secó con un gas de purga esencialmente libre de componentes condensables, manteniendo al mismo tiempo la presión diferencial entre los lados no permeado y permeado de la membrana. TABLA 2 SIN DESPRESURIZACIÓN DESPUÉS DE LA CONDENSACIÓN ANTES DÍA 3 DÍA 4 5 PERMEABILIDAD C02 4 6 3.5 SELECTIVIDAD COz/CH4 6 7.5 9 CONTROL EJEMPLO II CONDENSACIÓN SEGUIDA POR UNA PRESIÓN PERMEADA CRECIENTE En este Ejemplo, el micromódulo de la membrana se roció con el gas de hidrógeno saturado de hidrocarburo del Ejemplo I durante 6 horas bajo las condiciones de la Invención del Ejemplo I. El flujo permeado del módulo de la membrana se bloqueó y el lado permeado de la membrana se elevó a la presión de alimentación durante un período de 10 minutos. La introducción del gas de hidrógeno rociado fue reemplazada por el flujo del gas de alimentación de C02/CH4 del ejemplo I y se establecieron los flujos permeado y no permeado a una presión operativa de 3.6 MPa y una temperatura de (49°C) 120 °F. La permeabilidad y selectividad medidas se muestran en la Tabla III a 1 día después de la condensación. Después de la condensación y de permitir que se elevara la presión permeada a la presión de alimentación, se observó como resultado la pérdida de la selectividad de la membrana.

TABLA 3 PRODUCTO PERMEADO BLOQUEADO SIN DESPRESURIZACION ß ANTES DESPUÉS PERMEABILIDAD C02 5 13 SELECTIVIDAD C02/CH4 7 1.5 F

Claims (7)

1. REIVINDICACIONES 1. Un proceso para el cierre de una zona de separación de la membrana utilizado para la eliminación de un componente fácilmente permeable de una mezcla de gas de alimentación que incluye el componente fácilmente permeable mencionado, un componente no permeable, y un componente condensable, menos fácilmente permeable, donde el proceso mencionado incluye los pasos de: a) pasar la mezcla del gas de alimentación mencionada bajo condiciones de separación a la zona de la membrana mencionada que cuenta con un lado no permeado y un lado permeado para proporcionar una corriente no permeada retirada del lado no permeado y una corriente permeada retirada del lado permeado a una presión permeada; b) pasar de manera intermitente una corriente de purga a una presión mayor a la presión permeada utilizada en el paso (a) reducida en el componente condensable, menos fácilmente permeable mencionado en relación con el lado no permeado mencionado de la zona de separación de la membrana mencionada cuando esta mezcla del gas de alimentación no pasa a la zona de separación de la membrana para eliminar por lo menos una porción de un gas residual que permanece en el lado no permeado antes de que el gas residual mencionado se condense en la zona de separación de la membrana mencionada; y c) completar la operación de cierre despresurizando la zona de separación mencionada.
2. 2. El proceso de la reivindicación 1 que además incluye la realización del paso c) simultáneamente con el paso (b).
3. 3. El proceso de las reivindicaciones 1 ó 2 donde el componente condensable, menos fácilmente permeable mencionado, incluye hidrocarburos C6+ y el componente fácilmente permeable mencionado incluye dióxido de carbono.
4. 4. El proceso de las reivindicaciones 1 ó 2 donde el componente fácilmente permeable mencionado incluye dióxido de carbono .
5. 5. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 donde la corriente de purga mencionada se selecciona del grupo formado por el nitrógeno, metano, etano, propano, butano y mezclas de los mismos.
6. 6. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 donde la corriente de purga mencionada incluye una porción de la corriente no permeada mencionada agotada en el componente condensable, menos fácilmente permeable mencionado. 7. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 donde la corriente de purga mencionada incluye la mezcla de gas de alimentación mencionada, agotada en el componente condensable, menos fácilmente permeable mencionado, en relación con la corriente no permeada. 8. El proceso de las reivindicaciones 1 ó 2 donde la mezcla del gas de alimentación es una mezcla del gas de alimentación de hidrocarburo que comprende hidrocarburos C, a C6, hidrocarburos C6+ y dióxido de carbono. 9. El proceso de la reivindicación 8 donde la 5 corriente de purga se reduce a hidrocarburos C6+ e incluye menos de 90 mol-% de los hidrocarburos C6+ en la corriente no permeada . 10. El proceso de las reivindicaciones 8 ó 9 donde las condiciones de separación incluyen una presión de 10 separación que varía de 700 kPa (100 psia) a
7. 7.5 MPa (1500 psia) y una temperatura de separación que varía de 25°C a 60°C. PROCESO PARA EL CIERRE DE UNA OPERACIÓN DE MEMBRANA RESUMEN DE LA INVENCIÓN 5 Se presenta un proceso para el cierre de una zona de separación de membrana que incluye un lado no permeado y un lado permeado, y el procesamiento de una corriente de alimentación que incluye un componente no permeable, un componente condensable, menos fácilmente permeable, y un 10 componente fácilmente permeable. Cuando la corriente de alimentación no pasa hacia la zona de separación de la membrana, una corriente de purga pasa a una presión relativamente mayor hacia el lado no permeado de la zona de separación de la membrana para eliminar una corriente de gas 15 residual y de esta forma evitar la condensación del componente condensable, menos fácilmente permeable después de la despresurización y/o enfriamiento de la zona de separación de la membrana. La invención reduce la necesidad de la dimensión fuera de las especificaciones del sistema de la membrana, lo 20 que reduce los costos del tratamiento y evita daños al producto permeado en las superficies de la membrana provocados por la condensación de los componentes condensables, menos fácilmente permeables como por ejemplo los hidrocarburos C6+.