PROCEDIMIENTO DE PRODUCCION DE HIDROGENO POR ADSORCION E INSTALACION PARA LA REALIZACION DE ESTE PROCEDIMIENTO.

Procedimiento de producción de hidrógeno por adsorción con variación de presión en una unidad PSA de un gas de carga a una primera presión (P1) que contiene hidrógeno con envío residual comprimido en una red de distribución de mezcla gaseosa combustible a una segunda presión (P2),

inferior a la primera presión (P1), y que contiene al menos un 30% de hidrógeno, que comprende la etapa de extraer una fracción de mezcla gaseosa combustible que circula por la red, comprimirla sustancialmente a la primera presión (P1) e inyectarla como gas de carga adicional en la unidad PSA

Procedimiento de producción de hidrógeno por adsorción e instalación para la realización de este procedimiento.

La presente invención se refiere a los procedimientos de producción/depuración de hidrógeno por adsorción con variación de presión en una unidad PSA de un gas de carga a una primera presión que contiene hidrógeno con envío residual comprimido en una red de distribución de mezcla gaseosa combustible a una segunda presión y que contiene igualmente hidrógeno y destinado para alimentar diversas estaciones de usuarios en el emplazamiento o en su proximidad.

En las instalaciones clásicas de producción de hidrógeno a partir de un gas de carga, el hidrógeno se produce, con las pérdidas de carga poco más o menos, a la presión elevada del gas de carga, siendo el resto del PSA en cuanto al mismo generalmente evacuado a baja presión en una red de distribución de mezcla gaseosa combustible (llamada "réseau fuel gaz" (red de combustible gaseoso) presente en los grandes emplazamientos industriales y transportando estas mezclas de hidrocarburo y de hidrógeno a media presión procedentes de purgas diversas y destinadas para ser quemadas, particularmente en una caldera para producir vapor.

Estas unidades PSA presentan el defecto de estar limitadas en rendimiento de extracción, lo cual hace que una parte nada despreciable del hidrógeno del gas de carga se pierda en el residuo y en la red de mezcla gaseosa combustible.

El documento WO-03/068365 describe un procedimiento en el cual una parte del flujo de mezcla gaseosa combustible que circula por un conducto de distribución es derivada, comprimida y tratada como un gas de ciclo en una unidad de producción de un gas activo a partir de una mezcla gaseosa de síntesis. El flujo derivado donde la parte del componente activo ha sido en parte eliminado se reinyecta en el conducto de distribución.

Para pasar de un rendimiento ligeramente superior al 72% a un rendimiento ligeramente superior al 80%, se ha propuesto multiplicar los equilibrados entre las botellas de la unidad PSA, lo cual necesita no obstante una inversión importante (mayor número de adsorbedores, generalmente unitariamente más grande).

Un segundo intento por mejorar el rendimiento consiste en disminuir la presión de regeneración extrayendo el residuo bajo una presión reducida ligeramente superior a la presión atmosférica, pudiendo entonces el rendimiento alcanzar, a costa de la adición de un compresor, valores del orden del 90%.

Por otro lado, reciclando, con compresión, una parte del residuo PSA en el gas de carga, se pueden alcanzar rendimientos del orden del 95%, pero al precio de un compresor suplementario.

La presente invención tiene por objeto proponer un procedimiento de producción de hidrógeno mejorado que permite, sin sobrecostes significativos, obtener rendimientos superiores al 95%, alcanzando, incluso sobrepasando al 100%.

Para ello, el procedimiento según la invención comprende además la etapa de extraer de la red de distribución una fracción de mezcla gaseosa combustible que contiene al menos un 30% de hidrógeno, comprimirla sustancialmente a la presión del gas de carga e inyectarla como gas de carga adicional en la unidad PSA, por ejemplo en mezcla con el gas de carga.

En efecto, cuando, incluso con un gas de carga rico en hidrógeno, por ejemplo con un contenido en hidrógeno superior al 70%, la composición del residuo se vuelve rápidamente pobre cuando se aumenta el rendimiento de la unidad PSA, cayendo rápidamente por debajo del 30% una vez que los rendimientos de extracción se vuelven superiores al 85%, los inventores han puesto de manifiesto que, en la mayoría de los casos, el contenido en hidrógeno en la red de distribución de la mezcla gaseosa combustible era superior a estos valores, generalmente del orden de 35 a 50%, y que era por consiguiente juicioso constituir una alimentación secundaria de la unidad PSA con este fluido rico en hidrógeno más bien que con un residuo reciclado.

Con el procedimiento según la invención, para una misma producción se tendrá necesidad de introducir menos gas de carga, disminuyendo así la compresión necesaria y generalmente el tamaño de la unidad PSA para una ganancia en energía y en inversión. Se hace igualmente posible, para una misma cantidad de impurezas introducidas en la unidad PSA y/o para una misma cantidad de gas comprimido, tratar sustancialmente más hidrógeno y aumentar la producción para alcanzar, como se ha mencionado anteriormente, rendimientos superiores al 98%.

La utilización de lechos múltiples, que emplea adsorbentes diferentes con funcionalidades específicas, tales como la alúmina activada, los geles de sílices, los carbones activos y las zeolitas adecuadas, permite gestionar con precisión la introducción en los PSA de constituyentes no deseados normalmente no presentes en el gas de carga principal.

La presente invención tiene igualmente por objeto una instalación para la realización de este procedimiento, que comprende:

Según una característica más particular de la invención, los primero y segundo comprensores utilizan subconjuntos comunes y constituyen por ejemplo etapas diferentes de compresión en una línea de ejes común.

Con una disposición de este tipo, la adición de la alimentación secundaria de la unidad PSA obtenida comprimiendo una fracción sacada de la red de distribución de mezcla gaseosa combustible permite, a buen precio con relación a una solución clásica, aumentar el rendimiento de extracción en hidrógeno y esto, de forma más eficaz que por la realización de un reciclado de una parte residual de la unidad PSA.

La presente invención se describirá ahora en relación con un modo de realización dado a título ilustrativo pero en modo alguno limitativo, realizada en relación con el dibujo adjunto, en el cual:

- la figura 1 es una vista esquemática de una instalación para la realización del procedimiento según la invención.

En la figura única, se reconoce una unidad PSA de producción de hidrógeno por adsorción con variación de presión 1 que comprende al menos cuatro adsorbedores que contienen cada uno al menos un adsorbente capaz de separar el hidrógeno de una mezcla gaseosa que contiene hidrógeno, típicamente un carbón activo y/o una zeolita.

La unidad PSA 1 comprende una entrada 2 que recibe un gas de carga a presión elevada, típicamente entre 15 y 45 bares, en un conducto 3 procedente por ejemplo de una unidad de reformación catalítica y que contiene al menos un 60%, ventajosamente al menos un 70% de hidrógeno. La unidad PSA 1 comprende una salida 4 para la alimentación de un conducto 5 de suministro, sustancialmente a la misma presión que el gas de carga de hidrógeno de pureza elevada hacia puestos de usuarios 6 del emplazamiento.

La unidad PSA 1 comprende al menos una salida de gas residual 7, empobrecido en hidrógeno, conducido, por medio de un conducto 8 que incorpora un compresor de extracción 9, hacia un conducto 10 que transporta al emplazamiento una mezcla gaseosa combustible destinada para alimentar otros puestos de usuarios, típicamente quemadores 11 para el calentamiento de elementos activos o pasivos del emplazamiento industrial, y que contienen al menos un 30%, ventajosamente entre un 35 y un 50% de hidrógeno.

Con esta disposición, el gas residual se extrae, a la salida 7, a una presión baja, del orden de 1,1 a 2 bares, y está comprimido, por el compresor 9 a la presión que reina en el conducto 10, típicamente comprendida entre 3 y 8 bares.

Según un aspecto de la invención, un conducto 12 que incorpora un compresor 13 conecta un punto del conducto 10 río arriba de la zona de conexión del conducto 10 con el conducto 8 con el conducto de suministro...

1. Procedimiento de producción de hidrógeno por adsorción con variación de presión en una unidad PSA de un gas de carga a una primera presión (P₁) que contiene hidrógeno con envío residual comprimido en una red de distribución de mezcla gaseosa combustible a una segunda presión (P₂), inferior a la primera presión (P₁), y que contiene al menos un 30% de hidrógeno, que comprende la etapa de extraer una fracción de mezcla gaseosa combustible que circula por la red, comprimirla sustancialmente a la primera presión (P₁) e inyectarla como gas de carga adicional en la unidad PSA.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende la etapa de inyectar la fracción de mezcla gaseosa combustible en el gas de carga.

3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la primera presión (P₁) está comprendida entre 15 y 45 bares y la segunda presión (P₂) está comprendida entre 3 y 8 bares.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el residuo se extrae de la unidad de adsorción con variación de presión a una tercera presión (P₃) comprendida entre 1,1 y 2 bares aproximadamente.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la mezcla gaseosa combustible contiene entre un 35 y un 50% de hidrógeno.

6. Instalación para la realización del procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende:

- al menos un conducto de suministro de gas de carga (3);

- al menos un conducto (10) de una red de distribución de mezcla gaseosa combustible;

- al menos una unidad PSA (1) de separación de gas por adsorción que tiene una entrada (2) conectada con el conducto de gas de carga (3), una salida de gas de producción (4) y al menos una salida (7) de gas residual;

- un primera compresor (9) que conecta la salida de gas residual (7) con el conducto (10); y

- un segundo compresor (13) que conecta el conducto (10) de una red de distribución de mezcla gaseosa combustible con la entrada (2) de la unidad PSA.

7. Instalación según la reivindicación 6, caracterizada porque el segundo compresor (13) está dispuesto en un conducto (12) que conecta el conducto (10) con el conducto de gas de carga (3).

8. Instalación según la reivindicación 6 ó 7, caracterizada porque el segundo compresor (13) está conectado con el conducto (10) de una red de distribución de mezcla gaseosa combustible río arriba de la conexión de esta última con el primer compresor (9).

9. Instalación según una de las reivindicación 6 a 8, caracterizada porque los primero (9) y segundo (13) compresores utilizan sub-conjuntos comunes.

10. Instalación según la reivindicación 9, caracterizada porque los primero (9) y segundo (13) compresores comprenden un conducto de eje común (14).