Capas de protección para dispositivos de absorción con oscilación de presión de ciclo rápido.

Un procedimiento para proteger lechos en un dispositivo de absorción con oscilación de presión de ciclo rápido (RCPSA) contra la contaminación,

comprendiendo el dispositivo RCPSA al menos un lecho de absorción (2) y una capa de protección (4) en un extremo de alimentación del lecho de absorción (2), comprendiendo la capa de protección (4) una hoja laminada (15) que comprende un absorbente de protección, en el que el procedimiento comprende:

emplear una fracción de canal en la capa de protección mayor que 50%, estando la fracción de canal definida como 1 menos la fracción de hoja absorbente, estando la fracción de hoja absorbente definida como el volumen de la hoja laminada dividido por el volumen de la capa de protección; y

introducir una superficie texturada a la hoja laminada, introduciendo de ese modo espacios vacíos superficiales a la hoja laminada, estando los espacios vacíos superficiales definidos como el volumen definido por el espesor pico a pico TA de la hoja laminada menos el volumen de la envoltura de la hoja laminada, en el que una fracción del espacio vacío superficial de la hoja laminada está entre 20 y 50%, estando la fracción del espacio vacío superficial definida como el volumen de los espacios vacíos superficiales dividido por la suma del volumen de la hoja laminada más el volumen de los espacios vacíos superficiales.

Capas de protección para dispositivos de absorción con oscilación de presión de ciclo rápido REFERENCIA CRUZADA RELACIONADA CON LA SOLICITUD

La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional No. 60/886486, presentada el 24 de enero de 2007.

CAMPO La presente descripción se refiere a realizaciones de un procedimiento para proteger lechos en dispositivos de absorción con oscilación de presión de ciclo rápido (RCPSA) contra la contaminación. En particular, se refiere al diseño de capas de protección para ser empeladas en el extremo de alimentación de los lechos.

ANTECEDENTES Dispositivos de absorción con oscilación de presión (PSA) se utilizan para separar al menos un componente absorbido preferentemente de al menos un componente menos fácilmente absorbido en una mezcla de fluido de alimentación. La separación de gases por PSA se logra por ciclado de presión sincronizada y reversiones de flujos gaseosos a través de una serie de lechos de absorción que absorben los componentes preferentemente absorbidos en la mezcla de gas de alimentación. Durante cada ciclo, una mezcla de gas de alimentación presurizado se introduce primero en el extremo de alimentación de los lechos de absorción. El/los componente/s menos fácilmente absorbido/s pasan a través de los lechos de absorción mientras que el/los componente/s preferentemente absorbido/s son absorbidos. Por lo tanto, el gas tomado desde el extremo opuesto al extremo de alimentación del lecho (es decir, el extremo de producto) se concentra en el/los componentes menos fácilmente absorbido/s. El absorbente en los lechos se regenera más tarde en el ciclo cerrando el suministro de mezcla de gas de alimentación presurizado, reduciendo la presión en el lecho desorbiendo de ese modo el/los componentes absorbido/s preferentemente, y expeliendo o purgando los mismos de la cama.

Un ciclo de PSA simple puede por lo tanto involucrar una etapa de presurización simple en la que el gas concentrado en componente/s absorbido/s menos fácilmente se obtiene a partir del extremo de producto de los lechos, y una etapa de despresurización en la que el gas concentrado en componente/s absorbido/s fácilmente es evacuado desde el extremo de alimentación del lecho. Sin embargo, para mejorar la pureza, el rendimiento, y la eficiencia, en la técnica típicamente se emplean ciclos de PSA complejos. Estos ciclos más complejos utilizan los flujos gaseosos de presurización y despresurización entre los extremos de alimentación y producto de los lechos absorbentes en las distintas etapas del ciclo. Se requieren múltiples lechos de absorción para estos ciclos de PSA más complejos Los dispositivos PSA comerciales convencionales actualmente emplean absorbentes de lecho fijo en forma de perlas o pélets de aproximadamente 1 mm a 4 mm de tamaño. Con el fin de alcanzar velocidades de ciclo más altas, las velocidades de gas dentro de los lechos absorbentes deben aumentar, en particular para dispositivos con múltiples lechos absorbentes. La velocidad de ciclo máximo para tales dispositivos PSA de lecho con perlas convencionales está sin embargo limitada por factores tales como la fluidización de perlas, desgaste, y también en cierta medida las velocidades de funcionamiento de válvula y durabilidad de la válvula.

recientemente se han desarrollado dispositivos PSA de ciclo rápido (RCPSA) , que operan en velocidades de ciclo superiores a aproximadamente 2 ciclos por minuto. El uso de lechos absorbentes estructurados que comprenden hojas laminadas de absorbente inmovilizados evita los problemas de fluidificación de perlas y desgaste y también permite la disminución de las caídas de presión en los lechos. El uso de dicho absorbente de hoja laminada, combinado con el uso de válvulas rotativas compactas de alta velocidad permite velocidades de ciclo de PSA que deben alcanzarse a altas eficiencias.

Las Patentes Estadounidenses número 4.968.329 y 5.082.473 y la Publicación número 2002-0170436 divulgan realizaciones preferentes para un lecho RCPSA que comprende hojas absorbentes hoja bobinadas en espiral de 1 mm o menos de espesor. Una hoja absorbente se bobina en espiral junto con una hoja separadora, por ejemplo, una hoja separadora de malla de alambre, de manera que la hoja separadora define canales de flujo entre las hojas adyacentes de absorbente. La Patente Estadounidense número 5.082.473 sugiere que la relación de espesor de absorbente de media hoja y separación de canal (b/t) está deseablemente cerca de la unidad, pero podría ser entre 0, 5 y 2, 0, o en otras palabras, la separación de canal podría estar en algún lugar entre 0, 25 a 1 del espesor de la hoja absorbente. Esto implica entonces que la fracción de canal en el lecho (donde la fracción de canal se define como la relación entre el volumen del canal y el volumen total del lecho) es menor que 50%.

En muchas aplicaciones de PSA, las corrientes de alimentación pueden contener pequeñas cantidades de contaminantes que son aún más preferentemente absorbidos en el absorbente que los componente/s destinados a ser absorbidos. Dichos contaminantes pueden caracterizarse la absorción muy fuerte, y en ocasiones irreversible, y pueden desactivar o envenenar el absorbente degradando así su capacidad y selectividad y por lo tanto su capacidad de funcionar adecuadamente. Por ejemplo, las zeolitas de baja relación de sílice y alúmina, de intercambio de iones, alta selectividad de nitrógeno, se utilizan comúnmente en la separación de oxígeno del aire,

pero estas zeolitas son muy sensibles a los contaminantes de agua en la corriente de alimentación.

Varios procedimientos pueden utilizarse en PSA convencional para eliminar los contaminantes de la corriente de gas de alimentación y por lo tanto proteger contra la degradación del lecho absorbente. Estos incluyen la limpieza corriente arriba del gas de alimentación (por ejemplo, enfriamiento del gas de alimentación seguido por condensación corriente arriba del dispositivo PSA) o absorción en lechos de protección regenerables (que se colocan típicamente en el extremo de alimentación dentro de la misma carcasa absorbente del dispositivo PSA) . Los lechos de protección sirven para absorber virtualmente todo el contaminante de la corriente de alimentación antes de que alcance el lecho de absorbente primario. Y, los lechos de protección se regeneran al mismo tiempo que el lecho de absorbente primario en el ciclo PSA típico. Para la eliminación de contaminantes de agua de una corriente de alimentación, típicamente se utiliza un desecante como una capa de protección en el extremo de alimentación de los lechos.

Las capas de protección para el control de contaminantes dentro de un lecho de PSA no contribuyen con el proceso de absorción primaria y por lo tanto añaden efectivamente volumen muerto no deseado en el lecho de PSA. Preferentemente, el espacio vacío en los extremos de los lechos de absorbente debe ser minimizado para una mejor recuperación. Por tanto, es deseable minimizar la longitud y volumen vacío interno de tales capas de protección, eliminando aún efectivamente al mismo tiempo los contaminantes en la corriente de alimentación. En la técnica anterior, esto se hace generalmente mediante la maximización de la cantidad de material absorbente de protección presente en la capa de protección permitiendo al mismo tiempo un flujo aceptable de gas a través de la capa de protección. En aplicaciones de PSA que emplean absorbentes de zeolita en que el agua es un contaminante primario, típicamente de 5 a 30% del lecho absorbedor está ocupado por una capa de protección que contiene alúmina, gel de sílice, carbón activado, o una combinación de éstos. El gas de alimentación se seca hasta 0, 1 a 5 ppm de vapor de agua antes de ponerse en contacto con las capas absorbentes de zeolita.

Los dispositivos PSA convencionales son menos sensibles a la presencia de contaminantes en la corriente de alimentación que los dispositivos RCPSA de ciclo más rápido desarrollados recientemente. Los primeros tienen lechos de absorción relativamente más grandes sobre los que debe producirse la difusión de contaminantes y tienen inventario de absorbente relativamente más grande de modo que si una cantidad dada se desactiva, la misma representa una fracción más pequeña del total. Además, la tasa de deterioro depende del número acumulado de ciclos experimentados, que es menor para los dispositivos PSA convencionales durante un período de tiempo dado.

Experimentalmente se observó sensibilidad inesperada de los dispositivos RCPSA a los contaminantes de la corriente de alimentación en la Patente Estadounidense número 7.037.358. También se dieron a conocer varios procedimientos en la misma para proteger los... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para proteger lechos en un dispositivo de absorción con oscilación de presión de ciclo rápido (RCPSA) contra la contaminación, comprendiendo el dispositivo RCPSA al menos un lecho de absorción (2) y una capa de protección (4) en un extremo de alimentación del lecho de absorción (2) , comprendiendo la capa de protección (4) una hoja laminada (15) que comprende un absorbente de protección, en el que el procedimiento comprende:

emplear una fracción de canal en la capa de protección mayor que 50%, estando la fracción de canal definida como 1 menos la fracción de hoja absorbente, estando la fracción de hoja absorbente definida como el volumen de la hoja laminada dividido por el volumen de la capa de protección; y introducir una superficie texturada a la hoja laminada, introduciendo de ese modo espacios vacíos superficiales a la hoja laminada, estando los espacios vacíos superficiales definidos como el volumen definido por el espesor pico a pico TA de la hoja laminada menos el volumen de la envoltura de la hoja laminada, en el que una fracción del espacio vacío superficial de la hoja laminada está entre 20 y 50%, estando la fracción del espacio vacío superficial definida como el volumen de los espacios vacíos superficiales dividido por la suma del volumen de la hoja laminada más el volumen de los espacios vacíos superficiales.

2. El procedimiento de la reivindicación 1 en el que el contaminante es agua.

3. El procedimiento de la reivindicación 1 o reivindicación 2 en el que la velocidad de ciclo del dispositivo RCPSA de operación es mayor que aproximadamente 5 ciclos por minuto.

4. El procedimiento de la reivindicación 1 en el que introducir una superficie texturada a la hoja laminada comprende recubrir a malla de alambre con una suspensión de contenido bajo en sólidos.

5. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el que la capa de protección comprende un bobinado en espiral de la hoja laminada y una hoja separadora y el procedimiento comprende emplear una malla 30 de alambre para la hoja separadora.