PT2566600T - Despressurização faseada de depósito de material adsorvente - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO

"DESPRESSURIZAÇÃO FASEADA DE DEPÓSITO DE MATERIAL ADSORVENTE"

DOMÍNIO DA DIVULGAÇÃO

Os modelos de realização aqui divulgados dizem genericamente respeito a sistemas de adsorpção com oscilação de pressão. Mais especificamente, os modelos de realização aqui descritos dizem respeito a métodos e aparelho para controlar o fluxo de gases que entram ou saem de um depósito de material adsorvente.

ANTECEDENTES A Adsorpção com Oscilação de Pressão [Pressure Swing Adsorption] (PSA), é uma técnica utilizada para fraccionar misturas de gases para proporcionar pelo menos, um produto gasoso purificado e uma mistura de sub-produto do refinado. A PSA tem sido utilizada com sucesso para separar o hidrogénio a partir de outros gases, o oxigénio e azoto (nitrogénio) a partir do ar e o hélio a partir do gás natural, entre outros.

Os iniciais sistemas de PSA geralmente utilizavam quatro reservatórios de materiais adsorventes que funcionavam em paralelo. Um exemplo disto está no documento de patente U.S. Pat. No. 3 430 418 de Wagner. Melhoramentos posteriores ao processo de Wagner acrescentaram uma etapa de equalização de pressão adicional, enquanto mantendo os quatro depósitos de materiais adsorventes (por exemplo, documento de patente U.S. Pat. No. 3 564 816 de Batta) e, posteriormente, acrescentaram etapas de equalização, de ainda mais pressão, para sete ou mais depósitos no documento de patente U.S. Pat. No. 3 986 849 de Fuderer et ai. Estes aumentos no número de equalizações de pressão e o número de reservatórios de materiais adsorventes foram implementados para aumentar a recuperação de produto e a produtividade de adsorpção. Infelizmente, os aumentos no desempenho foram acompanhados por um aumento no número de válvulas necessárias, de trinta e uma para o processo de Wagner para trinta e três para o processo de Batta para um mínimo de quarenta e quatro para o processo de Fuderer et al. . O desempenho de ciclos de PSA é comumente medido com base em vários critérios. A primeira medida é a da recuperação do produto a um dado nível de impureza, a fracção das espécies de produtos na corrente de alimentação total, que é entregue como um produto purificado. Uma segunda medida é a da produtividade do material adsorvente, a qual está relacionada com a proporção do ciclo de PSA durante o qual o produto é entregue em comparação com o comprimento total do ciclo. A fim de maximizar um ou ambos destes parâmetros em composições de alimentação fixadas, uma série de abordagens têm sido descritas em outros sistemas.

Wagner, descreve a utilização de gás armazenado nos depósitos pressurizados para despressurizar um outro reservatório, que tenha sido purificado, em seguida, para purificar subsequentemente um outro reservatório antes que fosse esgotada a pressão no primeiro reservatório. Batta, descreve subsequentemente, que uma segunda equalização de pressão poderia ser acrescentada ao primeiro, e que isto iria melhorar significativamente a recuperação. Batta, manteve o abastecimento de gás de purificação no seu ciclo. Fuderer et al., estenderam esta abordagem a uma terceira equalização de pressão, e explicou que o gás mais puro retirado de um depósito, deve ser sempre o último gás admitido em qualquer outro depósito a ser despressurizado. 0 ciclo de quatro reservatórios de Batta, foi constituído de tal forma que o gás menos puro que fosse admitido no reservatório, seja pressurizado daquele que era verdadeiramente desejável. Além disso, a invenção de Fuderer et al., permitiu uma produtividade de adsorpção mais elevada do que era possível com os ciclos anteriores, uma vez que a fracção de tempo no ciclo atribuído à adsorpção era maior devido aos detalhes da lógica de comutação da válvula.

Embora estes métodos facilitem excelente recuperação do produto e a produtividade de adsorpção, eles fazem-no à custa de um elevado grau de complexidade. 0 processo original de Wagner, empregou quatro reservatórios e trinta e uma válvulas para facultar uma equalização de pressão e purificação de um outro reservatório. Batta, aumentou esse total para trinta e três válvulas e quatro reservatórios para o seu ciclo com duas equalizações. Quaisquer destes ciclos de quatro depósitos produzem gás a partir de um determinado reservatório em vinte e cinco por cento do tempo. Batta, também proporcionou um sistema de cinco reservatórios com quarenta e três válvulas para reordenar as equalizações de modo a proporcionar a desejada re-pressurização com gases, aumentando continuamente em pureza. Este ciclo produzido a partir de um determinado reservatório em apenas vinte por cento do tempo. 0 ciclo mais simples de Fuderer et al. proporcionando as três equalizações e uma etapa de purificação, requer nove reservatórios e cinquenta e cinco válvulas. Este ciclo produzido em trinta e três por cento do tempo, um aumento significativo sobre os ciclos de Batta e de Wagner. Embora estes ciclos avançassem nas áreas criticas de recuperação e de produtividade, eles fizeram-no à custa de complexidade mecânica muito aumentada. Este aumento na complexidade, é acompanhado por aumentos no volume do sistema, na massa, no tempo de montagem, e no custo de capital. Para além disso, o grande aumento do número de válvulas ao longo do tempo, reduz significativamente a fiabilidade do sistema de PSA; ao mesmo tempo tais sistemas de PSA são um ponto único da falha de sistemas, os quais devem ser desligados mesmo se falhar uma das válvulas.

Recentes esforços têm sido feitos para reduzir a complexidade, a fim de enfrentar os problemas decorrentes. 0 documento de patente U.S.Pat. No. 4 761 165 de Stõcker, implementou o processo de Wagner utilizando quatro reservatórios e dezoito válvulas, quatro das quais poderiam ser as válvulas controladas por proporcionalidade. 0 documento de patente U.S.Pat. No. 6 14 6 450 de Duhayer et al., descreve um meio para reduzir a complexidade, pela disposição de arranjo dos acessórios para tubos de melhor maneira, embora esta abordagem não altere materialmente o ciclo de PSA em termos de enumeração de válvulas ou de reservatórios. No documento de patente U.S. Patent No. 6 755 895 de Lomax et al., é descrito um processo que inclui a simplificação mecânica adicional. O documento de patente U.S. Patent No. 6 858 065, também de Lomax et al., divulga um processo que inclui uma primeira etapa de equalização tendo pelo menos duas fases, onde a pressão decresce, e uma segunda etapa de equalização, tendo pelo menos duas fases em que a pressão aumenta. O documento de patente U.S. Patent No. 7 674 319, também de Lomax et al., divulga um sistema de PSA com um sistema de controlo para monitorizar o desempenho e o funcionamento do sistema de PSA, que inclui vários transductores de pressão localizados em vários pontos no sistema. Stocker et al., também divulgam a utilização de vários transductores de pressão sobre os reservatórios de adsorpção, linhas de alimentação e linhas de produtos que são proporcionados a fim de controlar progressivamente a abertura de válvulas de abertura por proporcionalidade para impedir a fluidificação de material adsorvente. 0 documento de patente US 6 755 895 de Lomax, et al, divulga um sistema de orifícios fixos de restrição de fluxo para limitar a velocidade dos gases que saem de um reservatório de material adsorvente sem utilizar qualquer controlo de retorno (re-alimentação) ou de válvulas proporcionais.

Verificou-se que no limite de funcionamento cíclico extremamente rápido, que o caudal (taxa de fluxo) alcançado por meio da invenção de Lomax '895, pode indesejavelmente limitar a rapidez com que uma etapa de equalização de pressão pode ser executada, limitando deste modo a produtividade de material adsorvente.

SUMÁRIO DA DIVULGAÇÃO Vários dos processos acima mencionados podem alcançar uma simplificação no número total de válvulas a utilizadr em relação com o processo de Wagner. Outros, podem proporcionar vários dispositivos de medição para monitorização e controlo do sistema de PSA, para determinar a falha de válvula e o desempenho do sistema.

Verificou-se surpreendentemente que a simplificação do processo e melhororamentos no desempenho do sistema e monitorização, podem ser alcançados pela utilização de duas ou mais válvulas para controlar o fluxo de gases que entram ou saem de um depósito de materiais adsorventes, em que as duas ou mais válvulas são abertas de um modo sequencial (ou seja, em pelo menos, duas acções separadas por um atraso no tempo). A abertura sequencial das válvulas pode aumentar o grau para o qual as espécies de material adsorvido são removidas do depósito, e também facilita a execução mais rápida de determinadas etapas de tempo do ciclo de PSA, aumentando assim a produtividade de adsorpção. A abertura sequencial das válvulas pode também permitir a verificação de funcionamento da válvula medindo quer o valor absoluto, o declive (derivado) ou a taxa de variação da derivada da pressão, quer medindo no depósito de material adsorvente, no tubo de distribuição a jusante, ou num volume de gás mantido num reservatório tampão (de reserva). 0 sistema resultante, pode ter a mesma ou reduzida enumeração de peças (incluindo ambos as válvulas e os sensores) quando comparado com os processos anteriores, e assim reduzido o risco de mau funcionamento, enquanto resultando em melhoramentos em ambos, no funcionamento do sistema PSA e no controlo.

Numa vertente, a invenção proporciona um sistema de adsorpção com oscilação de pressão, compreendendo: uma diversidade de reservatórios que têm uma ou mais camadas de material adsorvente no seu interior; um canal de gás de alimentação ligado à diversidade de reservatórios; um canal de recuperação do produto, ligado à diversidade de reservatórios; um canal de gás de purificação ligado à diversidade de reservatórios; um canal de gases residuais, ligado à diversidade de reservatórios; e um canal de equalização ligado à diversidade de reservatórios, em que: o canal de recuperação de produto está ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende, pelo menos, duas válvulas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo; e/ou o canal do gás de purificação está ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende, pelo menos, duas válvulas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo; e/ou o canal de gás residual está ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende, pelo menos, duas válvulas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo; e/ou o canal de equalização está ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende, pelo menos, duas válvulas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo, e um sistema de controlo, em que, quando estão presentes os respectivos tubos de distribuição, o sistema de controlo é configurado para: abrir de um modo sequencial as pelo menos duas válvulas no tubo de distribuição de ligação do canal de recuperação de produto; abrir de um modo sequencial as pelo menos duas válvulas no tubo de distribuição de ligação do canal de gás de purificação; abrir de um modo sequencial as pelo menos duas válvulas no tubo de distribuição de ligação do canal de gás residual; e abrir de um modo sequencial as pelo menos duas válvulas no tubo de distribuição de ligação do canal de equalização.

Os modelos de realização aqui divulgados dizem respeito a um sistema de adsorpção de pressão com oscilação, incluindo: uma diversidade de reservatórios que têm uma ou mais camadas de material adsorvente no seu interior; um canal de gás de alimentação ligado à diversidade de reservatórios; um canal de recuperação do produto ligado à diversidade de reservatórios; um canal de gás de purificação ligado à diversidade de reservatórios; um canal de gás residual ligado à diversidade de reservatórios; e um canal de equalização ligado à diversidade de reservatórios; sendo o canal de recuperação do produto ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende, pelo menos, duas válvulas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo; e um sistema de controlo configurado para abrir, as pelo menos, duas válvulas de um modo sequencial.

Os modelos de realização aqui divulgados dizem respeito a um sistema de adsorpção de pressão com oscilação, incluindo: uma diversidade de reservatórios que têm uma ou mais camadas de material adsorvente no seu interior; um canal de gás de alimentação ligado à diversidade de reservatórios; um canal de recuperação do produto ligado à diversidade de reservatórios; um canal de gás de purificação ligado à diversidade de reservatórios; um canal de gás residual, ligado à diversidade de reservatórios; e um canal de equalização ligado à diversidade de reservatórios; sendo o canal de gás de purificação ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende, pelo menos, duas válvulas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo; e um sistema de controlo configurado para abrir de um modo sequencial, as pelo menos duas válvulas.

Os modelos de realização aqui divulgados dizem respeito a um sistema de adsorpção de pressão com oscilação, incluindo: uma diversidade de reservatórios que têm uma ou mais camadas de material adsorvente no seu interior; um canal de gás de alimentação ligado à diversidade de reservatórios; um canal de recuperação do produto ligado à diversidade de reservatórios; um canal de gás de purificação ligado à diversidade de reservatórios; um canal de gás residual ligado à diversidade de reservatórios; e um canal de equalização ligado à diversidade de reservatórios; sendo o canal de gás residual ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende, pelo menos, duas válvulas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo; e um sistema de controlo configurado para abrir de um modo sequencial, as pelo menos, duas válvulas.

Os modelos de realização aqui divulgados dizem respeito a um sistema de adsorpção de pressão com oscilação, incluindo: uma diversidade de reservatórios que têm uma ou mais camadas de material adsorvente no seu interior; um canal de gás de alimentação ligado à diversidade de reservatórios; um canal de recuperação do produto ligado à diversidade de reservatórios; um canal de gás de purificação ligado à diversidade de reservatórios; um canal de gases residual ligado à diversidade de reservatórios; e um canal de equalização ligado à diversidade de reservatórios; sendo o canal de equalização ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende, pelo menos, duas válvulas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo; e um sistema de controlo configurado para abrir de um modo sequencial, as pelo menos, duas válvulas.

Os modelos de realização aqui divulgados dizem respeito a um sistema de adsorpção de pressão com oscilação, incluindo: uma diversidade de reservatórios que têm uma ou mais camadas de material adsorvente no seu interior; um canal de gás de alimentação ligado à diversidade de reservatórios; um canal de recuperação do produto ligado à diversidade de reservatórios; um canal de gás de purificação ligado à diversidade de reservatórios; um canal de gás residual, ligado à diversidade de reservatórios; e um canal de equalização ligado à diversidade de reservatórios; sendo o canal de recuperação do produto ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende, pelo menos, duas válvulas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo; sendo o canal de gás de purificação, ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende, pelo menos, duas válvulas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo; sendo o canal de gás residual ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende, pelo menos, duas válvulas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo; sendo o canal de equalização ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende, pelo menos, duas válvulas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo; e um sistema de controlo configurado para: abrir de um modo sequencial as, pelo menos, duas válvulas no tubo de distribuição de ligação do canal de recuperação do produto; abrir de um modo sequencial as pelo menos duas válvulas no tubo de distribuição de ligação do canal de gás de purificação; abrir de um modo sequencial as, pelo menos duas válvulas no tubo de distribuição de ligação do canal de gás residual; e abrir de um modo sequencial as, pelo menos duas válvulas no tubo de distribuição de ligação do canal de equalização. 0 sistema pode ainda incluir um ou mais dos seguintes: um sensor de pressão para medir uma pressão em cada um da diversidade de reservatórios; um sensor de pressão para medir a pressão no canal de recuperação do produto; e um sensor de pressão para medir uma pressão num reservatório tampão ligado em modo de fluido ao canal de recuperação do produto; um sensor de pressão para medir a pressão no canal de gás de purificação; e um sensor de pressão para medir uma pressão num reservatório tampão ligado em modo de fluido ao canal de gás de purificação; um sensor de pressão para medir uma pressão no canal de gás residual; e um sensor de pressão para medir uma pressão num reservatório tampão ligado em modo de fluido ao canal de gás residual; um sensor de pressão para medir a pressão no canal de equalização; e um sensor de pressão para medir uma pressão num reservatório tampão ligado em modo de fluido ao canal de equalização. 0 sistema de controlo pode ser configurado para determinar uma falha de válvula com base em, pelo menos, uma de: a pressão medida, por pelo menos um, de quando presente, o sensor de pressão em cada um da diversidade de reservatórios, o sensor de pressão no canal de recuperação de produto, e o sensor de pressão no reservatório tampão ligado em modo de fluido ao canal de recuperação do produto, durante a abertura sequencial das pelo menos duas válvulas, no tubo de distribuição de ligação ao canal de recuperação do produto; a pressão medida, por pelo menos um, de quando presente, o sensor de pressão em cada um da diversidade de reservatórios, o sensor de pressão no canal de gás de purificação, e o sensor de pressão no reservatório tampão ligado em modo de fluido ao canal de gás de purificação, durante a abertura sequencial de, pelo menos, as duas válvulas no tubo de distribuição de ligação do canal de gás de purificação; a pressão medida, por pelo menos um, de quando presente, o sensor de pressão em cada um da diversidade de reservatórios, o sensor de pressão no canal de gás residual, e o sensor de pressão no reservatório tampão ligado em modo de fluido ao canal de gás residual, durante a abertura sequencial de, pelo menos, as duas válvulas no tubo de distribuição de ligação do canal de gás residual; a pressão medida, por pelo menos um, de quando presente, o sensor de pressão em cada um da diversidade de reservatórios, o sensor de pressão no canal de equalização, e o sensor de pressão no reservatório tampão ligado em modo de fluido ao canal de equalização, durante a abertura sequencial de, pelo menos, as duas válvulas no tubo de distribuição de ligação ao canal de equalização. 0 sistema pode ainda incluir o canal de gás de alimentação a ser ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende, pelo menos, duas válvulas numa disposição de arranjo em fluxo paralelo; e um sistema de controlo configurado para abrir de um modo sequencial as, pelo menos, duas válvulas de alimentação.

Numa outra vertente, a invenção proporciona um método de funcionamento de um sistema de adsorpção de pressão com oscilação, que compreende uma diversidade de reservatórios, um canal de gás de alimentação ligado à diversidade de reservatórios, um canal de recuperação do produto ligado à diversidade de reservatórios, um canal de gás de purificação ligado à diversidade de reservatórios, um canal de igualização ligado à diversidade de reservatórios, e um canal de gás residual ligado à diversidade de reservatórios, compreendendo o método, pelo menos um, de entre: a abertura sequencial de duas ou mais válvulas dispostas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo e a ligação de um, da diversidade de reservatórios ao canal de recuperação do produto; a abertura sequencial de duas ou mais válvulas dispostas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo e a ligação de um, da diversidade de reservatórios ao canal de gás residual; a abertura sequencial de duas ou mais válvulas dispostas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo e a ligação de um, da diversidade de reservatórios ao canal de equalização; e a abertura sequencial de duas ou mais válvulas dispostas numa disposição de arranjo de fluxo em paralelo e a ligação de um, da diversidade de reservatórios ao canal de gás de purificação.

Outras vertentes e vantagens tornar-se-ão evidentes, a partir da descrição seguinte e das reivindicações anexas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A Figura 1 é um diagrama de fluxo simplificado de um sistema de adsorpção de pressão com oscilação da tecnologia anterior. A Figura IA é um diagrama simplificado de um sistema de controlo utilizado para o funcionamento de um sistema de adsorpção de pressão com oscilação da tecnologia anterior. A Figura 2 é um diagrama de fluxo simplificado de um sistema de adsorpção de pressão com oscilação de acordo com os modelos de realização aqui divulgados. A Figura 3 é um diagrama de fluxo simplificado de um sistema de adsorpção de pressão com oscilação de acordo com os modelos de realização aqui divulgados. A Figura 4 é um diagrama de fluxo simplificado de um sistema de adsorpção de pressão com oscilação de acordo com os modelos de realização aqui divulgados. A Figura 5 é um diagrama de fluxo simplificado de um sistema de adsorpção de pressão com oscilação de acordo com os modelos de realização aqui divulgados. A Figura 6 é um diagrama de fluxo simplificado de um sistema de adsorpção de pressão com oscilação de acordo com os modelos de realização aqui divulgados. A Figura 7 é um diagrama simplificado de um esquema de controlo utilizado para o funcionamento de um sistema de adsorpção de pressão com oscilação, de acordo com o modelo de realização aqui divulgado. A Figura 8 é um diagrama de fluxo simplificado de um sistema de adsorpção de pressão com oscilação de acordo com os modelos de realização aqui divulgados.

As Figuras 9A a 9D são diagramas de sequências de válvula de exemplo para um sistema de adsorpção de pressão com oscilação de 8 reservatórios, tal como ilustrado na Figura 8, utilizando 3 fases de equalização. A Figura 10 é um diagrama de fluxo simplificado de um sistema de adsorpção de pressão com oscilação de acordo com os modelos de realização aqui divulgados.

As Figuras 11A a 11E são diagramas de sequências de válvula de exemplo para um sistema de adsorpção de pressão com oscilação de 9 reservatórios, tal como ilustrado na Figura 10, utilizando 4 fases de equalização.

DESCRIÇÃO DETALHADA

Numa vertente, os modelos de realização aqui divulgados dizem respeito a métodos e aparelho para controlar o fluxo de gases que entram ou saem de um depósito de material adsorvente. Mais especificamente, os modelos de realização aqui divulgados dizem respeito à utilização de duas ou mais válvulas para controlar o fluxo de gases que entram ou saem de um depósito de materiais adsorventes, em que as duas válvulas são abertas de um modo sequencial (ou seja, em pelo menos, duas acções separadas por um atraso no tempo).

Referindo-nos agora à Figura 1, está ilustrado um diagrama de fluxo de processo simplificado de um sistema de PSA da tecnologia anterior. 0 sistema de PSA 5 inclui, um primeiro reservatório 10, um segundo reservatório 12, um terceiro reservatório 14, e um quarto reservatório 16. Cada um dos reservatórios 10, 12, 14, 16 inclui tipicamente um ou mais depósitos de material adsorvente. Os reservatórios 10, 12, 14, 16 estão ligados em relação de fluxo paralelo entre um tubo de distribuição da fonte 18, a qual abastece uma mistura de gás de alimentação, e um tubo de distribuição de produto 20, o qual proporciona uma saída para o gás efluente do produto não absorvido. Os reservatórios 10, 12, 14, 16 também estão ligados a um tubo de distribuição residual 22, o qual proporciona uma saída para os componentes adsorvidos. De um modo adicional, os reservatórios 10, 12, 14, 16 estão ligados a um tubo de distribuição de equalização 24, proporcionando a equalização de pressão entre dois ou mais reservatórios, para conservar a energia de pressão durante o funcionamento do sistema. Estes são tipicamente os quatro tubos de distribuição discutidos na tecnologia, tal como no documento de patente U.S. Pat. No. 6 858 065. 0 documento de patente U.S. Pat. No. 7 674 319, divulga também a ligação de reservatórios 10, 12, 14, 16 a um tubo de distribuição de gás de purificação 26.

Cada um dos reservatórios 10, 12, 14, 16 pode ser ligado ao respectivo tubo de distribuição com uma válvula para controlar o fluxo de gás para os reservatórios e a partir dos reservatórios. No sistema da Figura 1, o fluxo de gases para o depósito de material adsorvente e a partir do depósito de material adsorvente, pode ser controlado, por exemplo, utilizando um sistema, tal como ilustrado na Figura IA. 0 reservatório 10, por exemplo, pode ser ligado a uma válvula de controlo de fluxo 30, proporcionada com controlo da posição e montagens de elaboradores de relatórios (posicionadores) 32, utilizados em conjunto com um sistema de controlo 34 e, pelo menos, dois sensores de pressão 36, 38 de monitorização da pressão no reservatório 10, para se atingir a diferença alvejada na pressão e/ou na taxa de declínio de pressão. A taxa de fluxo através da válvula de controlo de fluxo 30, é continuamente variada, e requer um algoritmo de controlo complexo para o ajustamento do desempenho da válvula. Para além disso, existe uma inerente falta de confiabilidade no próprio posicionador. Isto resulta em tais sistemas serem geralmente proporcionados com um modo de sobreposição de comando manual de funcionamento. Para além disso, um tal sistema não pode ser accionado se falhar qualquer sensor de pressão 36, 38. Este defeito exige, quer a disponibilização de vários sensores ou quer de meios para isolarem o reservatório adsorvido com falha, para a reparação dos componentes defeituosos. 0 mau funcionamento da válvula de controlo 30, pode resultar num excessivamente rápido fluxo de saída do reservatório 10, o que pode resultar na fluidificação aerodinâmica das partículas individuais em um ou mais depósitos de material adsorvente contido nesse reservatório, o que pode fazer com que essas partículas sejam levadas para fora do reservatório, para se quebrarem, devido ao impacto com o reservatório, ou com outras partículas, ou para serem re-disposicionadas em arranjo de uma maneira não uniforme, agravando assim potencialmente, a tendência das partículas para subsequentemente se fluidificarem. Se a válvula de controlo 30 proporcionar um fluxo insuficiente, então o tempo requerido para completar a etapa no ciclo de PSA, irá ser mais longo para se concluir. Se o ciclo de PSA estiver a ser actuado a uma frequência de ciclo fixada, isso irá resultar numa maior proporção do desejado gás de produto a ser descartado como desperdício, reduzindo assim a recuperação fraccionada e a produtividade de adsorpção. Se a frequência do ciclo for reduzida para compensar para a baixa taxa caudal, então é reduzida a produtividade de adsorpção.

Verificou-se, surpreendentemente, que um sistema de PSA pode ser melhorado pela utilização de duas ou mais válvulas de ligar/desligar (on/off) em paralelo, para controlarem a taxa para a qual o gás flui durante a alimentação, a equalização de pressão, a pressurização do produto, a despressurização contra-corrente, e/ou a purificação. A utilização de válvulas de ligar/desligar (on/off) em paralelo, também foi verificada para se permitir que um sistema de PSA funcione com uma redução na dependência de sensores e de circuitos de controlo por realimentação, dos quais ambos sao inerentemente nao confiáveis. A titulo de exemplo, aumentando a recuperação fraccionada da desejada, espécie de material menos adsorvente (leve), requer a eliminação mais eficaz das espécies de material adsorvido (pesado) a partir do depósito de material adsorvente, no final de cada ciclo.

Isto pode ser conseguido controlando o ritmo para o qual as alterações de pressão através do depósito de material adsorvente durante a etapa de despressurização contra-corrente, enquanto não se restringir a taxa de fluxo (caudal) a partir do mesmo reservatório para o mesmo colector de gás residual durante a etapa de purificação subsequente.

Referindo-nos agora à Figura 2, é ilustrado um modelo de realização de um sistema de PSA de acordo com os modelos de realização aqui divulgados, utilizando duas ou mais válvulas de ligar/desligar (on/off) para controlarem o fluxo de gás que sai do depósito de material adsorvente para o canal de gás residual. 0 sistema PSA 40, inclui um primeiro reservatório 42, um segundo reservatório 44, um terceiro reservatório 46, e um quarto reservatório 48. Cada um dos reservatórios 42, 44, 46, 48 inclui tipicamente um ou mais depósitos de material adsorvente (não mostrado). Os reservatórios 42, 44, 46, 48 estão ligados em relação de fluxo paralelo entre um canal de gás de alimentação 50, que abastece uma mistura de gás de alimentação, e um canal de recuperação de produto 52, o qual proporciona uma saída para o gás efluente do produto não absorvido. Os reservatórios 42, 44, 46, 48 também estão ligados a um canal de gás residual 54, que proporciona uma saída para os componentes de material adsorvido. Para além disso, os reservatórios 42, 44, 46, 48 estão ligados a um canal de equalização 56, o qual proporciona o fornecimento de um gás de purificação ao sistema de PSA, para a equalização de pressão entre dois ou mais reservatórios de modo a conservar a energia de pressão durante o funcionamento do sistema, e um canal de gás de purificação 57.

Para conseguir uma melhor eliminação de espécies de material adsorvido a partir do depósito de material adsorvente, durante a etapa de despressurização, cada reservatório 42, 44, 46, 48 pode ser, respectivamente, ligado ao canal de gás residual por via de válvulas paralelas de ligar/desligar (on/off) 58, 60. Embora apenas sejam mostradas duas válvulas, podem também ser utilizadas três ou mais válvulas. As válvulas de ligar/desligar (on/off) 58, 60, podem incluir um orifício de fluxo do mesmo diâmetro efectivo ou de diferente diâmetro efectivo, em que os diâmetros de orifício de fluxo podem ser seleccionados para se adaptarem com a taxa para a qual a pressão se altera durante o ciclo de despressurização.

Referindo-nos agora às Figuras 2 e 7, em funcionamento, o ciclo de despressurização pode ser controlado e monitorizado utilizando um sistema de controlo 64, e pode começar pela abertura da válvula 58, proporcionando um primeiro trajecto de fluxo de despressurização, seguido pela abertura da válvula 60 depois de um intervalo de tempo seleccionado, proporcionando um aumento do tamanho do trajecto de fluxo, durante a continuada despressurização. Como um especialista competente na tecnologia iria apreciar, a utilização de n válvulas de ligar/desligar, cada uma de tamanho diferente, pode proporcionar 2n resistências de fluxo distintas. A selecção do tamanho dos respectivos orifícios de fluxo, pode ser adaptada para atender ao processo de separação específico e à pressão desejada que se altera durante o ciclo de despressurização, e pode permitir a eliminação das espécies de material adsorvido a serem optimizadas. Num modelo de realização da presente invenção, a capacidade de fluxo final das válvulas combinadas, utilizadas durante a etapa de purificação, é suficiente para que a perda de pressão através dessas válvulas seja menos do que 2 psi. Num outro modelo de realização da presente invenção, as válvulas 58 e 60 são escolhidas de tal modo que, pela primeira abertura da válvula 58, para se iniciar a purificação em contra-corrente do reservatório 42, em seguida, depois de um período de tempo pré-determinado, que é menor do que a duração da etapa de purificação em contra-corrente, vai abrir a válvula 60, a purificação em contra-corrente pode ser essencialmente completada antes do início da subsequente etapa de purificação. Num modelo de realização da presente invenção, a conclusão substancial poderia ser considerada para ocorrer quando a pressão dentro do reservatório 42, for menos do que 5 psi maior do que a pressão no colector residual 54.

Também foi verificado pelos presentes inventores que as válvulas de ligar/desligar podem melhorar a conf iabilidade do sistema de PSA, em comparação com as válvulas de controlo de fluxo tipicas, tal como ilustrado na Figura IA. 0 sistema de PSA da Figura 1 e da Figura IA, como acima mencionado, requer ajustamento do controlo da válvula de fluxo e posicionamento da compensação da válvula. 0 algoritmo de controlo é complexo, poderá ser alterado pelos operadores utilizando aleatoriamente um sistema de controlo digital, e requer um tempo significativo desde a inicialização até conseguir o controlo desejado. Para mais, a variabilidade no desempenho da válvula, significa que os parâmetros de controlo utilizados para uma válvula 30 no reservatório 10 podem não ser adequados para uma válvula 30 no reservatório 12, 14, ou 16. Isto pode ser devido a diferenças nos tempos de resposta (tempos de desfasagem de controlo, diferenças de configurações do regulador de pressão e desempenho, etc.), na posição de compensação, e tamanho de compensação, e outros factores. Para além disso, as alterações no posicionador, a própria válvula (ou seja, devido à erosão, incrustação de partículas, etc.), ou o depósito de material adsorvente (devido à sedimentação, à ligação, e grandes volumes ou a fluidificação local ao longo do tempo) podem afectar o desempenho da válvula e o algoritmo de controlo de retorno (re-alimentação) associados no controlo da taxa de fluxo (caudal) para dentro ou para fora do reservatório.

As válvulas de ligar/desligar utilizadas na presente invenção não necessitam de um algoritmo de controlo para proporcionar vários graus de resistência ao fluxo. Em vez disso, a abertura sequencial das duas ou mais válvulas de ligar/desligar resulta numa alteração desejada na resistência ao fluxo. A alteração na resistência ao fluxo é previsível com válvulas de ligar/desligar (abertas ou fechadas). Também foi verificado que o período de tempo para completar um ciclo pode ser reduzido com a utilização de duas ou mais válvulas de ligar/desligar, em comparação com uma única válvula de controlo de fluxo estrangulado. Para além disso, as válvulas de ligar/desligar são significativamente mais robustas do que as típicas válvulas de controlo de fluxo, são geralmente menos dispendiosas para comprar e manter, e podem funcionar ao longo de mais ciclos antes que a válvula falhe. A abertura sequencial das válvulas de ligar/desligar, como foi em cima observado, pode ser utilizada para criar mais do que uma mudança de etapa em qualquer própria pressão, na taxa de alteração de pressão, ou na taxa de alteração da taxa de alteração de pressão. Isto pode resultar em vários benefícios, incluindo um ou mais de entre os seguintes: a melhoria da eliminação de espécies de material adsorvido durante a despressurização, a redução do tempo de ciclo de despressurização, a redução do número de sensores de pressão requeridos, e menos tempo em baixo, do sistema de PSA, devido ao aumento da confiabilidade do sistema utilizando válvulas de ligar/desligar.

Embora mais robustas e fiáveis, como acima notado, mesmo as válvulas de ligar/desligar falham. Ainda com referência à Figura 2, para determinar a falha da válvula, pode ser alocado um sensor de pressão num reservatório 42, 44, 46, 48, pode ser alocado no canal de gás residual, ou pode ser alocado num tanque tampão ligado ao canal de gás residual. Tal como ilustrado na Figura 2, um sensor de pressão 62, está alocado no canal de gás residual. Um único sensor de pressão, em qualquer uma destas localizações, pode proporcionar a medição indirecta da abertura da válvula, medindo a alteração de etapa na pressão, a taxa de alteração de pressão, ou a taxa de alteração na taxa de alteração de pressão. Quando não ocorre a alteração esperada, a taxa de alteração, ou a derivada da alteração na pressão, pode ser indicada uma falha da válvula.

Em alguns modelos de realização, válvulas redundantes (não mostrado) podem ligar um reservatório ao canal de gás residual. No caso em que uma válvula 58, 60 falham, o sistema de controlo 64 reconheceria que a esperada alteração de etapa da pressão, por exemplo, não teria ocorrido, e que um algoritmo complementar pode abrir uma das válvulas redundantes, a fim de realizar, apenas com um modesto atraso na acção, a redução da pressão pretendida.

Embora a maioria da tecnologia anterior descrita acima nos antecedentes, era dedicada a reduzir o número total de válvulas, verificou-se que, embora a presente invenção empregue válvulas de processo mais discretas do que a solução tradicional de uma grande válvula única (posicionada continuamente para proporcionar diferentes graus de resistência ao fluxo), os sistemas de PSA actuais, utilizam poucos sensores e pequena ou nenhuma acção de retorno (re-alimentação/feedback) , resultando num sistema global mais fiável. Um tal sistema, pode na verdade, ter os mesmos componentes ou menos, devido à reduzida necessidade de sensores e accionadores para proporcionarem o controlo do sistema. Para além disso, um desvio da actuação pretendida é mais fácil de corrigir automaticamente do que a utilização de uma válvula de controlo de fluxo, o que tipicamente requer a intervenção manual. A utilização de pelo menos duas válvulas, de acordo com os modelos de realização aqui divulgados, podem também proporcionar uma vantagem em relação à utilização de uma única válvula de controlo de fluxo de dosagem, em que as válvulas de dosagem têm uma taxa reduzida de abertura e de fecho em relação às válvulas de ligar/desligar. Esta taxa reduzida, provoca a possibilidade de qualquer tempo de etapa, excessivamente estendido no ciclo de PSA, para acomodar o fecho da válvula, que é de outro modo desejavelmente muito rápido, ou proporcionar uma adicional válvula accionada para proporcionar gás de escape rápido. Esta válvula adicional acrescenta um componente adicional que pode causar falha. Quando, pelo menos, são utilizadas duas válvulas de ligar/desligar, em lugar de uma válvula de dosagem, cada uma daquelas válvulas pode proporcionar actuação rápida e positiva.

Uma outra vantagem da utilização de duas ou mais válvulas que são abertas de um modo sequencial num sistema de PSA é que, inevitavelmente, a diferença de pressão entre o reservatório e a fonte ou destino do gás que flui, diminui entre o primeiro momento em que a primeira das duas ou mais válvulas se abre e um segundo momento quando as outras válvulas são abertas. Para a maioria dos tipos de válvulas de processo, o binário e/ou a força do accionador é uma função da pressão diferencial. Assim, embora a primeira válvula deva ser proporcionada com um accionador suficiente para abrir a válvula contra a máxima pressão diferencial, as outras válvulas podem ser proporcionadas com um accionador mais pequeno. Este, vantajosamente, reduz o tamanho e o peso do accionador, mas também reduz a tensão de fadiga para a qual a válvula é submetida, reduzindo vantajosamente o risco de uma eventual falha por fadiga da válvula em serviço. Uma vantagem relacionada à prestação de um accionador mais pequeno, é que o funcionamento inadvertido da válvula pode ser evitado quando a pressão diferencial fôr indesejavelmente alta. Num modelo de realização da presente invenção, os reservatórios 42, 44, 46, 48 na Figura 2 são proporcionados com uma válvula 58 que tem uma capacidade de fluxo relativamente pequena e capaz de abertura a um primeiro diferencial de pressão. A válvula 60 é proporcionada com uma segunda capacidade de fluxo maior, mas é proporcionada com um accionador relativamente mais fraco, que apenas pode abrir a válvula a uma pressão diferencial adequada para o tempo de abertura pretendido. Este modelo de realização previne a abertura não intencionada da válvula grande 60, enquanto o reservatório 42 está sob elevada pressão, evitando assim, uma não intencionada alta taxa de fluxo para o colector residual 54, o que poderia causar problemas funcionais graves. Para além disso, se a pressão diferencial de abertura da válvula 60 fôr escolhida cuidadosamente, a abertura desta válvula poderia compensar de modo próprio as variações na taxa de fluxo através da válvula 58, como embora, mesmo que seja activado o sinal digital para abrir a válvula (muitas vezes pneumático), a válvula não será, de facto aberta, até que seja atingida a pressão diferencial desejada. 0 desempenho melhorado realizado com a utilização de duas ou mais válvulas de ligar/desligar que ligam os reservatórios para o canal de gás residual pode também ser realizado, utilizando duas ou mais válvulas de ligar/desligar para a realização de outras etapas no ciclo. Em conformidade, pode ser desejado para ligar um ou mais dos canais, do de gás de alimentação, do canal de gás de purificação, do canal de produto gasoso, e do canal de equalização para os reservatórios, com um tubo de distribuição de válvula que compreende duas ou mais válvulas de ligar/desligar numa disposição de arranjo de fluxo paralelo. 0 sistema de controlo pode também ser configurado para abrir de um modo sequencial tais válvulas, quando presentes.

Referindo-nos agora à Figura 3, onde números semelhantes representam partes semelhantes, é ilustrado um modelo de realização de um sistema de PSA de acordo com modelos de realização aqui revelados, utilizando duas ou mais válvulas para controlar o fluxo de gases para o depósito de material adsorvente ou a partir do depósito de material adsorvente, através do canal de gás de purificação. Este canal de purificação pode ser configurado para desempenhar apenas a etapa de purificação, ou pode ser configurado para desempenhar de um modo sequencial várias etapas. Da mesma forma, embora a Figura 3 represente um PSA tendo quatro reservatórios, a presente invenção pode ser aplicada a sistemas de PSA que tenham qualquer número de reservatórios 2 ou superior. No modelo de realização da Figura 3, o canal de gás de purificação 57 está ligado a cada um dos reservatórios 42, 44, 46, 48 por via de um tubo de distribuição de válvula incluindo, pelo menos, duas válvulas de ligar/desligar 66, 68 numa disposição de arranjo de fluxo paralelo. Semelhante ao modelo de realização da Figura 2, um sensor de pressão (não ilustrado) pode ser localizado em qualquer um dos reservatórios 42, 44, 46, 48, no canal de gás de purificação 57, ou num tanque tampão em modo de fluido ligado ao canal de gás de purificação.

Referindo-nos agora à Figura 4, onde números semelhantes representam partes semelhantes, é ilustrado um modelo de realização de um sistema de PSA de acordo com os modelos de realização aqui revelados, utilizando duas ou mais válvulas para controlar o fluxo de gases que entram ou que saem do depósito de material adsorvente para o canal de recuperação de produto. Neste modelo de realização, o canal de recuperação de produto 52 é ligado a cada um dos reservatórios 42, 44, 46, 48 por via de um tubo de distribuição de válvula incluindo, pelo menos, duas válvulas de ligar/desligar 70, 72 numa disposição de arranjo de fluxo paralelo. Semelhante ao modelo de realização da Figura 2, um sensor de pressão 74 pode estar localizado em qualquer um dos reservatórios 42, 44, 46, 48, no canal de recuperação de produto 52 (conforme ilustrado), ou num tanque tanque tampão (não ilustrado) em modo de fluido ligado ao canal de recuperação do produto 52. 0 funcionamento do modelo de realização da Figura 4 difere um pouco dos modelos de realização anteriores, naquilo em que o fluxo sendo controlado está dentro do reservatório 42 a partir do colector de produto 52. No inicio da etapa de pressurização final, após a última de uma ou mais etapas de equalização de pressão, a pressurização final pode ser conseguida através da utilização de gás de produto purificado, de gás de alimentação não purificado, ou de ambos. Devido a ter uma primeira válvula 70, a qual tem uma primeira capacidade de fluxo aberta, no inicio da etapa de pressurização final, é conseguido uma primeira taxa de fluxo (caudal) de gás de produto para dentro do reservatório 42. Num modelo de realização da presente invenção, a restrição de fluxo da válvula 70 pode ser seleccionada de modo a que a taxa de fluxo (caudal) através da válvula 70 provoca um desvio no fluxo de produto liquido a sair do PSA 40, que é menos do que um valor-alvo, podemos dizer, 15%. Depois de um primeiro intervalo de tempo, a válvula de alimentação 80 pode ser aberta para efectuar a re-pressurização parcial do produto. Depois de um segundo intervalo de tempo, a válvula 72 pode ser aberta. Em alternativa, as pelo menos duas válvulas, podem ser proporcionadas na posição da válvula de alimentação 80, em vez da posição das válvulas de produto 70 e 72, ou podem ser proporcionadas duas ou mais válvulas em cada uma das posições. Num modelo de realização em que são proporcionadas duas válvulas para uma posição e apenas é proporcionada uma única válvula na outra, existem cinco estados distintos de fluxo entre os colectores. Não há fluxo de qualquer direcção. Fluxo em apenas a proveniência do colector de alimentação 50, fluxo em apenas a proveniência do colector de produto 52, e duas combinações da resistência de fluxo através do reservatório e através da combinação das válvulas abertas. Estas combinações, podem permitir a adequação de taxa da taxa de fluxo (caudal) entre os colectores, para executarem a re-pressurização final sem a desvantajosa fluidificação do depósito de material adsorvente, e podem subsequentemente de modo vantajoso permitir a produção de produto purificado durante o que constituiria nominalmente de outra forma, a etapa de pressurização final. Isto aumenta vantajosamente a fracção do ciclo de PSA durante o qual, a separação de adsorpção está a ocorrer, e aumenta a produtividade do material adsorvente.

Referindo-nos agora à Figura 5, onde números semelhantes representam partes semelhantes, é ilustrado um modelo de realização de um sistema de PSA de acordo com os modelos de realização aqui revelados, utilizando duas ou mais válvulas para controlarem o fluxo de gases que entram ou que saem do depósito de material adsorvente para o canal de equalização. Neste modelo de realização, o canal de equalização 56 está ligado a cada um dos reservatórios 42, 44, 46, 48 por via de um colector de válvula que inclui, pelo menos, duas válvulas de ligar/desligar 76, 78 numa disposição de arranjo de fluxo paralelo. Semelhante ao modelo de realização da Figura 2, um sensor de pressão 80 pode estar localizado em qualquer um dos reservatórios 42, 44, 46, 48, o canal de equalização 56 (como ilustrado) , ou num tanque tampão (de reserva) (não ilustrado) de modo fluido ligado ao canal de equalização 56. Como anteriormente, o canal de equalização não necessita de ser utilizado apenas para equalização, e pode ser do tipo conhecido na tecnologia, onde o mesmo canal é utilizado para executar pelo menos duas etapas sequenciais, tal como uma primeira e uma segunda etapa de equalização.

Referindo-nos agora à Figura 6, onde números semelhantes representam partes semelhantes, é ilustrado um modelo de realização de um sistema de PSA de acordo com os modelos de realização aqui revelados, utilizando duas ou mais válvulas para controlarem o fluxo de gases que entram ou que saem do depósito de material adsorvente para cada um dos canais, de recuperação de produto, do canal de purificação, do canal de gás residual, e do canal de equalização.

Os processos de adsorpção cíclicos, como acima mencionado, utilizam várias etapas para conseguir a separação desejada, incluindo a adsorpção, a equalização, e a despressurização, de entre outros. Estas etapas podem ser desempenhadas em fluxo ascendente ou em fluxo descendente, dependendo da configuração do reservatório e da tubagem utilizada. Por exemplo, como ilustrado na Figura 5, o sistema de PSA 40 inclui um canal de equalização 56 disposto por cima dos reservatórios 42, 44, 46, 48. 0 processo de adsorpção cíclico pode recuperar a energia de pressão pela equalização da pressão entre um reservatório a uma pressão inicial mais elevada e um outro reservatório, a uma pressão inicial mais baixa para no final atingir, uma pressão intermédia. Um reservatório que desempenha a equalização de pressão numa direcção de fluxo ascendente, tem o potencial para fluidificar e válvulas de poeira a jusante e tubagem, se a velocidade não for cuidadosamente controlada. Assim, o cuidado deve ser utilizado quando se selecciona a amplitude da restrição de fluxo para as duas ou mais válvulas 76, 78. Para limitar o potencial para a fluidificação, quando a equalização da pressão tem inicio, onde o diferencial de pressão e, por conseguinte, as velocidades são maiores, uma primeira válvula 76 com uma área de fluxo limitada pode abrir em primeiro lugar, limitando a velocidade máxima alcançável a uma fracção da velocidade requerida para fluidificar o reservatório de fluxo ascendente. Num momento posterior, na etapa de equalização de pressão, é aberta uma segunda válvula 78 enquanto a primeira válvula 76 permanece aberta, para aumentar a área total a fluir e para assegurar que a pressão intermédia é alcançada no período de tempo desejado. 0 intervalo para o qual abre a segunda válvula 78 pode ser programado, por exemplo, para ocorrer num momento em que a pressão diferencial entre os reservatórios é mais pequena e a velocidade resultante no reservatório de fluxo ascendente não irá fluidificar o material adsorvente. Para maior controlo da velocidade, este conceito pode ser alargado a uma diversidade (três ou mais) de válvulas que estão programadas para abrirem em intervalos diferentes durante a equalização de pressão para se atingir o perfil de velocidade desejado no reservatório de fluxo ascendente.

Enquanto apenas quatro reservatórios sejam mostrados nas Figuras 2 a 6, os sistemas de PSA de acordo com modelos de realização podem aqui incluir qualquer número de reservatórios, tais como 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou mais reservatórios. 0 PSA de único reservatório pode também beneficiar a partir dos modelos de realização aqui apresentados, embora um canal de equalização de pressão possa não ser necessário.

Referindo-nos agora às Figuras 8 e 9A a 9D, onde números semelhantes representam partes semelhantes, é ilustrada uma sequência de válvulas para um sistema de PSA de acordo com os modelos de realização aqui divulgados. 0 sistema de PSA de Figuras 8 e 9A a 9D inclui 8 reservatórios com a configuração de válvula mostrada na Figura 8, incluindo duas válvulas de ligar/desligar paralelas que ligam o reservatório a cada um dos canais, ao de gás de alimentação 50, ao canal de recuperação de produto 52, ao canal de gás residual 54, ao canal de equalização 56 e ao canal do gás de purificação 57. Embora apenas esteja ilustrado um reservatório, é reconhecido que os 8 reservatórios do sistema estão ligados de maneira semelhante à dos modelos de realização ilustrados nas Figuras 2 a 6. A sequência de válvulas, ilustrada nas Figuras 9A a 9D, utilizam 3 etapas de equalização no ciclo de PSA, o qual que inclui: adsorpção ("Adsorb")("deixar-se absorver"), quando o reservatório está sob pressão elevada e de preferência tornando o gás de produto enriquecido; "Prv EQ1", "Prv EQ2", e "Prv EQ3", em que o reservatório proporciona gás para um estágio de equalização de pressão; despressurização ("Blowdown")("perder pressão"), denotando despressurização para a pressão mais baixa do sistema; "Rcv EQ1", "Rev EQ2", e "Rev EQ3", em que o reservatório recebe gás durante uma etapa de equalização de pressão; re-pressurização de produto ("Prod Repress")("reforço de pressão no produto"); e "Prv Purificação", e "Rcv Purificação", onde o gás de purificação é alimentado a partir respectivamente, do reservatório ou para o reservatório.

As duas válvulas que ligam o reservatório a cada canal são diferenciadas nas Figuras 9A a 9D, pela indicação de uma como o "piloto", a qual é normalmente a primeira válvula a abrir durante o inicio de uma etapa, tendo a válvula de "piloto" um orifício de fluxo mais pequeno para controlar o fluxo inicial a partir dos reservatórios, como acima descrito. Por exemplo, a válvula 58 na Figura 8, pode ser a válvula piloto que liga o reservatório ao canal de gás residual 54, e a válvula 60 pode ser a segunda válvula que liga o reservatório ao canal de gás residual 54. A abertura sequencial da segunda válvula é indicada nas Figuras 9A a 9D por "delay" ("atraso"), em que o atraso de tempo entre a abertura da válvula piloto e a segunda válvula, é adequada para o estágio do ciclo de PSA. A sequência de válvula ilustrada nas Figuras 9A a 9D utiliza 3 etapas de equalização no ciclo de PSA, que inclui: Adsorpção ("Adsorb")("deixar-se absorver"), quando o reservatório está sob pressão elevada e de preferência tornando o gás de produto enriquecido; "Prv EQ1", "Prv EQ2", e "Prv EQ3", em que o reservatório proporciona gás para um estágio de equalização de pressão; despressurização ("Blowdown")("perder pressão"), denotando despressurização para a pressão mais baixa do sistema; "Rev EQ1", "Rev EQ2", e "Rev EQ3", em que o reservatório recebe gás durante um estágio de equalização de pressão; re-pressurização de produto ("Prod Repress")("reforço de pressão no produto"); e "Prv Purificação", e "Rcv Purificação", onde o gás de purificação é alimentado respectivamente a partir do reservatório ou para o reservatório.

Referindo-nos agora às Figuras 10 e 11A a 11E, onde números semelhantes representam partes semelhantes, é ilustrada uma sequência de válvula para um sistema de PSA de acordo com modelos de realização aqui divulgados. O sistema de PSA das Figuras 10 e 11A a 11E, inclui 9 reservatórios com a configuração de válvula mostrada na Figura 10, incluindo duas válvulas de ligar/desligar paralelas que ligam o reservatório a cada um dos canais, o de gás de alimentação 50, o canal de recuperação de produto 52, o canal de gás residual 54, um primeiro canal de equalização 56(1), um segundo canal de equalização 56(2), e o canal de gás de purificação 57. Embora apenas esteja ilustrado um reservatório, é reconhecido que os 9 reservatórios do sistema estão ligados de maneira semelhante à dos modelos de realização ilustrados nas Figuras 2 a 6. A sequência de válvula ilustrada nas Figuras 11A a 11E utiliza 4 etapas de equalização no ciclo de PSA, que inclui: adsorpção ("Adsorb")("deixar-se absorver"), quando o reservatório está sob pressão elevada e de preferência tornando o gás de produto enriquecido; "Prv EQl", "Prv EQ2", "Prv EQ3" e "Prv EQ4", em que o reservatório proporciona gás para um estágio de equalização de pressão; despressurização ("Blowdown")("perder pressão"), denotando despressurização para a pressão mais baixa do sistema; "Rcv EQl", "Rev EQ2", "Rev EQ3" e "Rev EQ4", em que o reservatório recebe gás durante uma etapa de equalização de pressão; re-pressurização de produto ("Prod Repress")("reforço de pressão no produto"); e "Prv Purificação", e "Rcv Purificação", onde o gás de purificação é alimentado respectivamente a partir do reservatório ou para o reservatório.

As duas válvulas que ligam o reservatório a cada canal são diferenciadas nas Figuras 11A a 11E, indicando uma como o "piloto", a qual é normalmente a primeira válvula a abrir durante o inicio de uma etapa, tendo a válvula de "piloto" um menor orifício de fluxo para controlar o fluxo inicial a partir dos reservatórios, como acima descrito. Por exemplo, a válvula 58 na Figura 10, pode ser a válvula piloto que liga o reservatório ao canal de gás residual 54, e a válvula 60 pode ser a segunda válvula a ligar o reservatório ao canal de gás residual 54. A abertura sequencial da segunda válvula está indicada nas Figuras 9A a 9D por "delay" ("atraso"), em que o atraso de tempo entre a abertura da válvula piloto e a segunda válvula, é adequada para o estágio do ciclo de PSA. A sequência de válvula ilustrada nas Figuras 9A a 9D utiliza 3 etapas de equalização no ciclo de PSA, que inclui:

Adsorpção ("Adsorb")("deixar-se absorver"), quando o reservatório está sob pressão elevada e de preferência tornando o gás de produto enriquecido; "Prv EQ1", "Prv EQ2", e "Prv EQ3", em que o reservatório proporciona gás para um estágio de equalização de pressão; despressurização ("Blowdown")("perder pressão"), denotando despressurização para a pressão mais baixa do sistema; "Rev EQ1", "Rev EQ2", e "Rev EQ3", em que o reservatório recebe gás durante um estágio de equalização de pressão; re-pressurização de produto ("Prod Repress")("reforço de pressão no produto"); e "Prv Purificação", e "Rcv Purificação", onde o gás de purificação é alimentado a partir do ou para o reservatório, respectivamente. As Figuras 11A a 11E, mostram um outro exemplo de aplicação de algumas vertentes da presente invenção, e difere do exemplo ilustrado nas Figuras 9A a 9D pela adição de uma 4a (quarta) equalização de pressão, onde são incluídos no ciclo dois intervalos de tempo adicionais, a fim de executar, respectivamente "Prv EQ4" e "Rev EQ4".

Como acima descrito, os sistemas de PSA de acordo com os modelos de realização incluem duas ou mais válvulas de ligar/desligar numa disposição de arranjo de fluxo paralelo para proporcionarem o controlo melhorado do fluxo para depósitos de materiais adsorventes ou a partir de depósitos de materiais adsorventes, durante os respectivos ciclos. Enquanto se estiverem a utilizar várias válvulas para cada etapa, a contagem total de elementos componentes para os sistemas de PSA aqui apresentados, pode ser reduzida ou minimizada pela localização de modo adequado de sensores de pressão.

De forma vantajosa, os modelos de realização aqui divulgados podem proporcionar para um ou mais de entre os seguintes: o desempenho de processo melhorado (mais elevada recuperação fraccionada de gás de produto); uma redução na dependência de sensores e circuitos de retorno para controlo (re-alimentação = feedback); equivalente ou melhor desempenho técnico com menos elementos componentes, maior simplicidade, bem como o potencial para permitir um modo de "auto-saneamento de interrupção" ("auto-cura") , em que a falha de uma única válvula ou sensor não interrompe o funcionamento do sistema de PSA.

Enquanto a divulgação inclui um número limitado de modelos de realização, os especialistas com competência na tecnologia, tendo beneficiado desta divulgação, irão considerar que podem ser elaborados outros modelos de realização, que não se afastam do âmbito da presente divulgação, a qual é definida pelas reivindicações.

Claims (11)

REIVINDICAÇÕES

1. Um sistema de adsorpção com oscilação de pressão (40), compreendendo: uma diversidade de reservatórios (42, 44, 46, 48) tendo uma ou mais camadas de material adsorvente no seu interior; um canal de gás de alimentação (50) ligado à diversidade de reservatórios; um canal de recuperação de produto (52) ligado à diversidade de reservatórios; um canal de gás de purificação (57) ligado à diversidade de reservatórios; um canal de gás residual (54) ligado à diversidade de reservatórios; e um canal de egualização (56) ligado à diversidade de reservatórios, em que: o canal de recuperação de produto (52) está ligado a cada um da diversidade de reservatórios por via de um tubo de distribuição que compreende pelo menos duas válvulas (70, 72) numa disposição de arranjo de fluxo paralelo; e/ou o canal de gás de purificação (57) está ligado a cada um da diversidade de reservatórios por via de um tubo de distribuição que compreende pelo menos duas válvulas (66, 68), numa disposição de arranjo de fluxo paralelo; e/ou o canal de gás residual (54) está ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende pelo menos duas válvulas (58, 60) numa disposição de arranjo de fluxo paralelo; e/ou o canal de equalização (56) está ligado a cada um da diversidade de reservatórios através de um tubo de distribuição que compreende pelo menos duas válvulas (76, 78) numa disposição de arranjo de fluxo paralelo, e um sistema de controlo (64), em que, quando os respectivos tubos de distribuição estão presentes, o sistema de controlo é configurado para: abrir as pelo menos duas válvulas (70, 72) no tubo de distribuição que liga de um modo sequencial o canal de recuperação produto; abrir as pelo menos duas válvulas (66, 68) no tubo de distribuição que liga de um modo sequencial o canal de gás de purificação; abrir as pelo menos duas válvulas (58, 60) no tubo de distribuição que liga de um modo sequencial o canal de gás residual; e abrir as pelo menos duas válvulas (76, 78) no tubo de distribuição que liga de um modo sequencial o canal de equalização.

2. O sistema da reivindicação 1, em que cada uma das válvulas nos respectivos tubos de distribuição é uma válvula de ligar/desligar.

3. 0 sistema da reivindicação 2, em que as válvulas de ligar/desligar em cada respectivo tubo de distribuição tem um orifício de fluxo com um diâmetro semelhante.

4. 0 sistema da reivindicação 2, em que as válvulas de ligar/desligar em cada respectivo tubo de distribuição tem um orifício de fluxo com um diâmetro semelhante.

5. 0 sistema de qualquer uma das reivindicações anteriores, compreendendo ainda, pelo menos, um dos seguintes: um sensor de pressão para a medição de uma pressão em cada um da diversidade de reservatórios; um sensor de pressão (74) para a medição de uma pressão no canal de recuperação do produto; e um sensor de pressão para a medição de uma pressão num reservatório tampão ligado em modo de fluido ao canal de recuperação do produto; um sensor de pressão para a medição de uma pressão no canal de gás de purificação; e um sensor de pressão para a medição de uma pressão num reservatório tampão em modo de fluido ligado ao canal de gás de purificação; um sensor de pressão (62) para a medição de uma pressão no canal de gás residual; e um sensor de pressão para a medição de uma pressão num reservatório tampão em modo de fluido ligado ao canal de gás residual; um sensor de pressão (80) para a medição de uma pressão no canal de equalização; e um sensor de pressão para a medição de uma pressão num reservatório tampão em modo de fluido ligado ao canal de equalização; em que o sistema de controlo é configurado para determinar uma falha de válvula com base em, pelo menos, um dos seguintes: a pressão medida, por pelo menos, um de, quando presente, o sensor de pressão em cada um da diversidade de reservatórios, o sensor de pressão no canal de recuperação do produto, e o sensor de pressão no reservatório tampão em modo de fluido ligado ao canal de recuperação do produto durante a abertura sequencial das, pelo menos, duas válvulas no tubo de distribuição de ligação do canal de recuperação do produto; a pressão medida, por pelo menos, um de, quando presente, o sensor de pressão em cada um da diversidade de reservatórios, o sensor de pressão no canal de gás de purificação, e o sensor de pressão no reservatório tampão em modo de fluido ligado ao canal de gás de purificação durante a abertura sequencial das, pelo menos, duas válvulas no tubo de distribuição de ligação do canal de gás de purificação; a pressão medida, por pelo menos, um de, quando presente, o sensor de pressão em cada um da diversidade de reservatórios, o sensor de pressão no canal de gás residual, e o sensor de pressão no reservatório tampão em modo de fluido ligado ao canal de gás residual durante a abertura sequencial das, pelo menos, duas válvulas no tubo de distribuição de ligação do canal de gás residual; a pressão medida, por pelo menos, um de, quando presente, o sensor de pressão em cada um da diversidade de reservatórios, o sensor de pressão no canal de equalização, e o sensor de pressão no reservatório tampão em modo de fluido ligado ao canal de equalização durante a abertura sequencial das, pelo menos, duas válvulas no tubo de distribuição de ligação do canal de equalização.

6. 0 sistema de qualquer uma das reivindicações anteriores, em que um ou mais dos seus respectivos tubos de distribuição compreende pelo menos três válvulas, e em que o sistema de controlo é configurado para abrir de um modo sequencial as pelo menos, três válvulas.

7. 0 sistema de qualquer uma das reivindicações anteriores, em que as respectivas, pelo menos, duas válvulas de uma disposição de arranjo de fluxo paralelo são dimensionadas de modo a manter uma velocidade nos respectivos reservatórios abaixo da qual poderia fluidificar os materiais adsorventes no seu interior.

8. 0 sistema da reivindicação 7, em que o sistema de controlo é configurado para abrir de um modo sequencial as válvulas, com base numa pressão, num diferencial de pressão, numa taxa de alteração de pressão, ou numa taxa de alteração na taxa de alteração de pressão.

9. 0 sistema de qualquer uma das reivindicações anteriores, compreendendo ainda: o canal de gás de alimentação a ser ligado a cada um da diversidade de reservatórios por via de um tubo de distribuição que compreende pelo menos duas válvulas (80(1), 80(2)), numa disposição em arranjo de fluxo paralelo; e um sistema de controlo (64) configurado para abrir de um modo sequencial as, pelo menos, duas válvulas de alimentação.

10. Um método de funcionamento de um sistema de adsorpção com oscilação de pressão (40) que compreende uma diversidade de reservatórios (42, 44, 46, 48) , um canal de gás de alimentação (50) ligado à diversidade de reservatórios, um canal de recuperação de produto (52) ligado à diversidade de reservatórios, um canal de gás de purificação (57) ligado à diversidade de reservatórios, um canal de equalização (56) ligado à diversidade de reservatórios, e um canal de gás residual (54) ligado à diversidade de reservatórios, o método que compreende, pelo menos, um dos seguintes: abrir de um modo sequencial duas ou mais válvulas (70, 72) dispostas num arranjo de fluxo paralelo e ligação de um da diversidade de reservatórios ao canal de recuperação de produto (52); abrir de um modo sequencial duas ou mais válvulas (58, 60) dispostas num arranjo de fluxo paralelo e ligação de um da diversidade de reservatórios ao canal de gás residual (54); abrir de um modo sequencial duas ou mais válvulas (76, 78) dispostas num arranjo de fluxo paralelo e ligação de um da diversidade de reservatórios ao canal de gás de equalização (56); e abrir de um modo sequencial duas ou mais válvulas (66, 68) dispostas num arranjo de fluxo paralelo e ligação de um da diversidade de reservatórios ao canal de gás de purificação (57).

11. O método da reivindicação 10, compreendendo ainda a abertura de uma válvula redundante disposta num arranjo de fluxo paralelo em resposta a uma falha de válvula.