Un método de operar un sistema de adsorción con oscilación de presión que comprende

(a) proporcionar un sistema de adsorción con oscilación de presión que tiene una pluralidad de depósitos adsorbedores en paralelo y una pluralidad de válvulas y colectores de distribución de gas adaptados para introducir gas dentro de cada depósito adsorbedor y retirar el gas desde cada depósito adsorbedor en una serie de ciclos de etapas de procesos secuenciales que incluyen al menos una etapa de suministro,

una etapa de despresurización, una etapa de regeneración y una etapa de represurización;

(b) operar cada uno de los depósitos adsorbedores en la serie de ciclos de las etapas de proceso secuenciales que incluyen al menos la etapa de suministro, la etapa de despresurización, la etapa de regeneración y la etapa de represurización, en el que cada uno de la pluralidad de depósitos se abre y se cierra al menos una vez durante la serie de ciclos de las etapas de procesos secuenciales en una secuencia de operación de válvula predeterminada;

(c) medir un valor de un parámetro de operación seleccionado a partir del grupo que consiste de

(1) masa real mt del gas proporcionado durante el periodo de tiempo t con respecto al depósito adsorbedor receptor durante una etapa de proceso seleccionada, porción de una etapa de proceso o serie de etapas de procesos.

(2) el volumen del gas proporcionado al depósito adsorbedor receptor durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o serie de tapas de proceso durante el periodo de tiempo t y en el que el volumen de gas se define a cualquier temperatura y presión convencional;

(3) un parámetro de transferencia de gas con presión normalizada, Gpn, mediante la ecuación

Método de diagnóstico de operación con válvulas para sistemas de adsorción de oscilación de presión.

Antecedentes de la invención

La adsorción de oscilación de presión es un método bastante conocido para la separación de mezclas de gas a granel y para la purificación de corrientes de gases que contienen impurezas indeseables. El método se ha desarrollado y adaptado para una amplia gamma de gases de suministros, condiciones operativas, recuperación del producto y pureza de producto. Los sistemas de adsorción de oscilación de presión más grandes (PSA) utilizan múltiples lechos adsorbedores en paralelo operados en ciclos secuenciales escalonados usando etapas de procesos típicas de suministro/adsorción, compensación de presión, despresurización, purga provista, purga y represurización. Estos sistemas PSA se usan ampliamente en industrias de procesos químicos para la recuperación y purificación de productos gaseosos valiosos, tales como, hidrógeno, óxidos de carbono, gas de síntesis, hidrocarburos ligeros y gases atmosféricos.

El diseño de estos sistemas PSA puede presentar retos de operación complejos debido al gran número de válvulas de conmutación requeridas para la operación cíclica de los múltiples lechos adsorbente. Por ejemplo, un sistema PSA de cuatro lechos relativamente simple tiene al menos 24 válvulas mientras que un sistema PSA de diez lechos grandes pueden tener hasta 67 válvulas. La operación para que los sistemas PSA satisfagan las especificaciones de diseño para la recuperación y pureza del producto requiere que estas válvulas operen de forma confiable durante largos periodos de tiempo. Sin embargo, todas las válvulas eventualmente experimentarán algún tipo de disfunción y la sustitución será necesaria. El ensayo y sustitución de las válvulas se puede llevar a cabo durante paradas de mantenimiento programadas, pero es probable que algunas disfunciones de válvula que ocurran entre las parada programadas.

Las disfunciones de válvula pueden incluir, por ejemplo, el fallo de una válvula para abrirse o cerrarse completamente, la baja respuesta de la válvula a las señales de control, la falta de respuesta de la válvula a las señales de control y la fuga a la atmósfera debido a los sellos de vapor defectuosos. Estos tipos de disfunciones se pueden detectar de forma relativamente fácil mediante los operarios especializados de la planta. Otro tipo de disfunción de válvula es la fuga del gas a través de una válvula cerrada debido a la degradación del sello. Este tipo de disfunción es mucho más difícil de detectar que el otro tipo de disfunciones debido a que generalmente ocurre de forma lenta y por lo tanto no es inmediatamente obvia para los operarios de la planta. Cuando los operarios finalmente se dan cuenta de que una válvula tiene una fuga, lo que podría tardar semanas o incluso meses, es una tarea difícil y consume tiempo determinar que válvula es la que presenta la fuga a partir de un análisis de información de procesos disponibles. Este tipo de fuga puede causar una caída en el rendimiento de la planta de PSA debido a la operación desequilibrada de los adsorbedor o debido a la pérdida directa del gas producto. Además, una fuga de este tipo puede progresar eventualmente hasta un punto en el que la planta PSA detiene las líneas de producción, por ejemplo, debido a que la concentración de impurezas en el gas producto excede los límites específicos. Esto da como resultado un tiempo de parada no planeado y una multa económica para el propietario de la planta.

Para identificar las válvulas que tienen un defecto de sello en la posición cerrada, se emplean de forma convencional ensayos de sellos durante las paradas de mantenimiento periódicas. Sin embargo, este tipo de inspección consume tiempo, trabajo y extiende el tiempo de parada, lo que da como resultado, de esta manera, producción pérdida. Además, el tiempo entre las paradas de mantenimiento puede ser de varios meses o incluso de dos o más años.

Existe una necesidad en el campo de la tecnología de separación de gas PSA para mejorar los métodos de operación para detectar e identificar las válvulas que presentan fugas mientras que la planta está en funcionamiento entre las paradas de mantenimiento regulares Esta necesidad se abarca por las realizaciones de la presente invención descritas a continuación y definidas por las reivindicaciones como sigue.

El documento US 4.234.322 describe un proceso de adsorción de oscilación de presión adiabática para la separación de las mezclas de gas adsorbiendo al menos un componente de gas en cada uno de los al menos ocho lechos adsorbedores operados en fase escalonada. Las válvulas se conmutan de acuerdo a un primer patrón de operación de válvula predeterminado. La conmutación de las válvulas se inicia cuando una primera cantidad física característica ha alcanzado un valor predeterminado. De forma periódica, los valores reales medidos se comparan con los valores nominales correspondientes predeterminados de una segunda cantidad física característica para cada etapa de operación. En el caso de desviaciones de los valores reales con respecto de los valores nominales, las válvulas se identifican siendo potencialmente defectuosas y por lo tanto potencialmente responsables para dichas desviaciones en cualquiera de las etapas de operación posteriores después de la primera ocurrencia de desviación. La primera cantidad física se puede ser un intervalo de tiempo o presión predeterminado. La segunda cantidad física puede ser presión, tiempo o ajuste de válvula.

El documento US 4.299.595 describe un método para operar una instalación adsorbedora de oscilación de presión multi-adsorbedora, con la que tras la detección de una condición de presión, ya sea mediante medición directa de la presión mediante medición de otro parámetro, que se desvía con respecto de un valor de referencia que indica un defecto en un adsorbedor o sus sistemas de válvula o de conducto, el adsorbedor se retira del sistema y los adsorbedores restantes continúan realizando el ciclo o se retienen temporalmente en una fase previa con reajuste de la secuencia de manera que la alimentación y la salida permanecen continuas. Los parámetros de medición pueden ser presión, tiempo y posición de válvula.

El documento EP 086436 describe un método para operar un sistema de adsorción de oscilación de presión, con el que varias cantidades física se miden continuamente y en el que la ocurrencia entre los valores medidos y los valores teóricos de estas cantidades se evalúan como una indicación de un defecto en el sistema de adsorción. Los valores medidos pueden ser la presión, ajuste de válvula y tiempo.

Breve sumario de la invención

La invención se refiere a un método para operar un sistema de adsorción con oscilación de presión de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende:

1. Un método de operar un sistema de adsorción con oscilación de presión que comprende

(a) proporcionar un sistema de adsorción con oscilación de presión que tiene una pluralidad de depósitos adsorbedores en paralelo y una pluralidad de válvulas y colectores de distribución de gas adaptados para introducir gas dentro de cada depósito adsorbedor y retirar el gas desde cada depósito adsorbedor en una serie de ciclos de etapas de procesos secuenciales que incluyen al menos una etapa de suministro, una etapa de despresurización, una etapa de regeneración y una etapa de represurización;

(b) operar cada uno de los depósitos adsorbedores en la serie de ciclos de las etapas de proceso secuenciales que incluyen al menos la etapa de suministro, la etapa de despresurización, la etapa de regeneración y la etapa de represurización, en el que cada uno de la pluralidad de depósitos se abre y se cierra al menos una vez durante la serie de ciclos de las etapas de procesos secuenciales en una secuencia de operación de válvula predeterminada;

(c) medir un valor de un parámetro de operación seleccionado a partir del grupo que consiste de

(1) masa real m_t del gas proporcionado durante el periodo de tiempo t con respecto al depósito adsorbedor receptor durante una etapa de proceso seleccionada, porción de una etapa de proceso o serie de etapas de procesos.

(2) el volumen del gas proporcionado al depósito adsorbedor receptor durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o serie de tapas de proceso durante el periodo de tiempo t y en el que el volumen de gas se define a cualquier temperatura y presión convencional;

(3) un parámetro de transferencia de gas con presión normalizada, G_pn, mediante la ecuación

en la que G_p es un parámetro de transferencia de gas derivado de la ecuación

en la m_t es la masa medida del gas proporcionado durante un periodo de tiempo t al depósito adsorbedor receptor durante la etapa de proceso seleccionada, la porción de una etapa de proceso o una serie de etapas de proceso y en la que ?P_R es el aumento de presión en depósito adsorbedor que recibe al gas durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o serie de etapas de procesos durante el periodo de tiempo t; y

(4) un parámetro de transferencia de gas con flujo normalizado, G_pf, mediante la ecuación

en la que G_r se define como

en la que m_tr es la masa medida de gas que fluye dentro del depósito receptor durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o serie de etapas de proceso durante un periodo de tiempo t;

(d) determinar la desviación del valor del parámetro operativo con respecto de un valor de referencia predeterminado; y

(e) usar la magnitud y la dirección de la desviación de (d) para determinar si cualquiera de las válvulas presentan una fuga, en la que (1) cuando el valor absoluto de la desviación de (d) es menor que un valor mínimo predeterminado, ninguna válvula se identifica como que tiene una fuga y (2) cuando el valor absoluto de la desviación de (d) es mayor que el valor mínimo predeterminado, al menos una de la válvulas se identifica como que tiene una fuga.

2. El método de la reivindicación 1, en el que G_p es igual a la masa real m_t de gas proporcionado durante el primer tiempo t al depósito adsorbedor receptor durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o series de etapas de procesos.

3. El método de la reivindicación 1, en el que G_p es igual al volumen del gas proporcionado al depósito adsorbedor receptor durante la etapa de proceso, porción de una etapa de proceso o series de etapas de proceso durante el periodo de tiempo t y en el que el volumen de gas se define a cualquier temperatura y presión seleccionada.

4. El método de la reivindicación 1, en el que la etapa de proceso seleccionada es la etapa de represurización.

5. El método de la reivindicación 4, en el que el parámetro de operación es un parámetro de transferencia de gas con presión normalizada G_pn definido por la ecuación

en la que ?P_R es el aumento de presión en el depósito adsorbedor durante el periodo de tiempo t que recibe al gas de represurización durante la etapa de represurización o porción de la etapa de represurización y G_p es igual al volumen del gas proporcionado durante el periodo de tiempo t al depósito adsorbedor durante la etapa de represurización o porción de la etapa de represurización y en la que el volumen de gas se define a una temperatura y presión seleccionada.

6. El método de la reivindicación 1 en el que la serie de ciclos de de las etapas de proceso secuenciales incluyen una etapa de compensación en la que un depósito adsorbedor se despresuriza retirando un gas de despresurización desde el mismo e introduciendo el gas de despresurización en un depósito adsorbedor receptor que se incrementa en presión.

7. El método de la reivindicación 1 en la que etapa de proceso seleccionada es la etapa de depuración o la etapa de purga.

8. El método de la reivindicación 7 en el que el parámetro de operación es un parámetro de transferencia de gas, G_p, derivado de la ecuación

en la que m_t es una masa de gas descargado desde un depósito adsorbedor durante la etapa de depuración o de purga.

9. El método de la reivindicación 1, en el que durante la etapa de suministro se introduce un gas de suministro que comprende hidrógeno y uno o más componentes de impureza en cada uno de los depósitos adsorbedores, el gas de suministro se hace pasar a través del depósito adsorbedor para adsorber al menos una porción de uno o más componentes de impureza, y se retira el gas producto de hidrógeno purificado del depósito adsorbedor.

10. El método de la reivindicación 9, en el que la etapa de proceso seleccionada es la etapa de represurización y el gas de represurización es una porción del gas producto de hidrógeno purificado.

11. El método de la reivindicación 10, en el que el parámetro de operación es un parámetro de transferencia de gas con presión normalizada, G_pn, definida por la ecuación

en la que ?P es el aumento de presión en el depósito adsorbedor que recibe el gas producto de hidrógeno purificado durante la etapa de represurización o porción de la etapa de represurización durante el periodo de tiempo t y G_p es igual al volumen del gas producto de hidrógeno purificado proporcionado al depósito adsorbedor durante la etapa de represurización o porción de la etapa de represurización durante el periodo de tiempo t y en el que el volumen de gas se define a una temperatura y presión seleccionada.

12. El método de la reivindicación 9 en el que la serie de ciclos de etapas de proceso secuenciales incluye una etapa de compensación en la que un depósito adsorbedor se despresuriza retirando un gas de despresurización desde el mismo e introduciendo el gas de despresurización en otro depósito adsorbedor, es decir, a una presión más baja que en el depósito adsorbedor que está siendo despresurizado.

13. El método de la reivindicación 9 en el que la serie de ciclos de etapas de proceso secuenciales incluyen la etapa de compensación en la que se despresuriza un depósito adsorbedor inmediatamente después de su etapa de suministro retirando un gas de despresurización desde el mismo e introduciendo el gas de despresurización en otro depósito adsorbedor que precede inmediatamente a su etapa de represurización.