PROCEDIMIENTO DE TRATAMIENTO DE UN GAS POR ADSORCION A TEMPERATURA MODULADA.

Procedimiento de tratamiento de un gas por adsorción a temperatura modulada (TSA o Temperature Swing Adsorption) en al menos dos lechos de adsorbente (14A,

14B), del tipo en el cual se somete cada lecho de adsorbente a un ciclo que comprende sucesivamente: una fase de adsorción ((a); (a1)) que comprende por si misma una etapa de adsorción ((a''''1); (a''''2)) a una temperatura baja de adsorción; una fase de regeneración del adsorbente que comprende por si misma una etapa de despresurización ((b); (b1)), una etapa de calentamiento/elución ((c1); (c2)) en el transcurso de la cual el lecho se barre con un gas caliente de calentamiento/elución, y una etapa de refrigeración/elución ((d1); (d2)) en el transcurso de la cual el lecho es barrido con un gas frío de refrigeración/elución; y una fase de represurización ((e, f); (e2, f2)),

en el cual:

a) se termina la etapa de refrigeración/elución ((d1); (d2)) mientras que el gas de refrigeración/elución que sale del lecho se encuentra a una temperatura claramente superior a la temperatura del gas a tratar,

b) la fase de adsorción comprende una etapa inicial ((a1); (a2)) de adsorción en el transcurso de la cual el lecho se refrigera hasta la temperatura baja de adsorción bajo el efecto del gas a tratar,

c) donde, en el transcurso de al menos una primera parte de la etapa inicial de adsorción ((a1); (a2)), se conecta el lecho (14A, 14B) en paralelo con otro lecho (14B, 14A) al final de la fase de adsorción, y se juntan las dos corrientes de gas procedentes de estos dos lechos y

d) se termina la etapa de refrigeración/elución ((d1); (d2)) cuando el gas de refrigeración/elución que sale del lecho (14A, 14B) se encuentra a una temperatura superior de al menos 30ºC, de preferencia de al menos 50ºC, a la temperatura del gas a tratar

Procedimiento de tratamiento de un gas por adsorción a temperatura modulada.

La presente invención se refiere a un procedimiento de tratamiento de un gas por adsorción a temperatura modulada (TSA o Temperature Swing Adsorption), del tipo en el cual se somete cada lecho de adsorbente a un ciclo que comprende sucesivamente: una fase de adsorción que comprende por si misma una etapa de adsorción a una temperatura baja de adsorción; una fase de regeneración del adsorbente que comprende por si misma una etapa de despresurización, una etapa de calentamiento/elución en el transcurso de la cual el lecho es barrido con un gas de calentamiento/elución caliente, y una etapa de refrigeración/elución en el transcurso de la cual el lecho es barrido con un gas de refrigeración/elución frío; y una fase de represurización.

La invención se aplica en particular para la depuración, particularmente de agua y de anhídrido carbónico, del aire atmosférico destinado para ser destilado.

Los adsorbentes utilizados pueden ser alúmina activada, alúmina dopada, zeolitas (A, X, LSX,...), gel de sílice o una sucesión de varios de estos productos.

La adsorción del CO₂, del agua y otras impurezas es favorecida por las temperaturas bajas. Es por consiguiente importante que la adsorción se realice a baja temperatura y, consecuentemente, la realización universalmente adoptada prevé refrigerar completamente el adsorbente sustancialmente a la temperatura baja de adsorción, que es próxima a la temperatura del gas a tratar, antes de comenzar la fase de adsorción siguiente. Esta forma de proceder presenta igualmente la ventaja, en el caso de una instalación criogénica situada río abajo, minimizar el flujo de calor enviado a esta instalación durante el paso del lecho en fase de adsorción.

La invención tiene por objeto permitir una reducción de la inversión y/o un aumento de la productividad de la instalación situada río abajo, manteniendo rendimientos de adsorción satisfactorios.

A este respecto, la invención tiene por objeto un procedimiento según la reivindicación 1. El documento US-A-4472178 describe un procedimiento TSA con un barrido frío (cold purge).

Ejemplos de realización de la invención se describirán ahora con respecto a los dibujos adjuntos, en los cuales:

- la Figura 1 representa esquemáticamente una instalación de destilación de aire en la cual se aplica el procedimiento de la invención;

- la Figura 2 es un diagrama que ilustra las etapas de calentamiento/elución y de refrigeración/elución según la invención;

- la Figura 3 es un diagrama análogo a la Figura 2 que ilustra el comienzo de la fase de adsorción según la invención; y

- las Figuras 4 y 5 son diagramas que ilustran dos ejemplos de realización de la invención.

Las presiones indicadas a continuación son presiones absolutas.

Se ha esquematizado en la Figura 1 una instalación de producción de oxígeno gaseoso y de nitrógeno gaseoso a baja presión por destilación de aire atmosférico. Esta instalación comprende esencialmente un compresor de aire 1 equipado a su salida de un refrigerante 2 de aire o de agua, un aparato 3 de depuración, particularmente de agua y de CO₂, aire comprimido, una doble columna de destilación 4, y un conducto de intercambio térmico 5 destinado a refrigerar el aire depurado por intercambio de calor indirecto con los flujos gaseosos fríos procedentes de la doble columna 4.

La doble columna 4 comprende esencialmente una columna de presión media inferior 6 sobremontada por una columna de baja presión 7. Un vaporizador-condensador 8 pone en relación de intercambio térmico el vapor de cabeza (nitrógeno aproximadamente puro) de la columna 6 con el líquido de cuba (oxígeno aproximadamente puro) de la columna 7. Esta está sobremontada por un tramo de diámetro más pequeño o "minarete" 9 con el cual su cima se comunica libremente.

En funcionamiento, el aire a tratar, comprimido en 1 a una presión media MP del orden de 5 a 6 bares, pre-refrigerado en 2, depurado en 3 y refrigerado en 5 hasta la proximidad de su punto de condensación, se introduce en cuba de la columna 6. El "líquido rico de cuba" (aire enriquecido en oxígeno) de esta columna es, después de la descompresión en una válvula reductora de presión 10, introducido en un emplazamiento intermediario de la columna 7. Del "líquido pobre inferior" LP₁ (nitrógeno impuro) trasegado de un nivel intermedio de la columna 6 es, después de la descompresión en una válvula reductora de presión 11, introducido por la parte superior de la columna 7. Del "líquido pobre superior" LP₂ (nitrógeno aproximadamente puro) trasegado en cabeza de la columna 6 es, después de la descompresión en una válvula reductora de presión 12, introducido por la parte superior del minarete 9.

El oxígeno gaseoso y el nitrógeno gaseoso de producción son trasegados respectivamente a la cuba de la columna 6 y a la parte superior del minarete 9. El gas residual W de la doble columna, constituido por nitrógeno impuro, es trasegado a la parte superior de la columna 7. Estos tres flujos gaseosos, en la proximidad de la presión atmosférica PA, se calientan en el conducto de intercambio 5 a contra-corriente del aire entrante.

El aparato de depuración 3 comprende dos botellas 13A, 13B que contienen cada una un lecho 14A, 14B de un adsorbente que es por ejemplo alúmina dopada. Cada botella se somete al ciclo siguiente:

(1) Una fase (a) de adsorción a la presión media MP. El aire procedente del refrigerante 2 se introduce a la entrada (extremo inferior) de la botella, atraviesa el lecho 14 de abajo a arriba, sale de nuevo depurado por la salida de la botella, luego se dirige hacia el conducto de intercambio 5.

(2) Una fase de depuración que comprende varias etapas:

En el transcurso de esta etapa, como se ha ilustrado con líneas de trazo interrumpido en la figura 2, donde la longitud de la botella a partir de su extremo de entrada, es llevada en abscisas mientras que la temperatura del adsorbente es llevada en ordenadas, un frente de calor progresa desde la salida a la entrada de la botella (instantes sucesivos t1 a t5). Esta etapa se termina en un instante t2 predeterminado, para el cual el frente de calor está completamente contenido en la botella.

En el transcurso de esta etapa, como se ha ilustrado con líneas de trazo continuo en la Figura 2, un frente de refrigeración progresa de la salida a la entrada de la botella (instantes sucesivos t3 a t8) Esta etapa se termina sustancialmente cuando, en el instante t8, el frente de refrigeración alcanza la entrada de la botella y bien antes de que el adsorbente situado cerca de esta entrada vuelva a la proximidad de la temperatura normal o baja de adsorción. Este instante está por ejemplo determinado por una temperatura del gas de elución que sale a 70ºC.

(3) Una fase de represurización, que comprende una etapa inicial (e) de subida en presión hasta la presión media, y luego una etapa final (f) de seguridad a esta presión media.

Generalmente, el comienzo de las etapas (b) y (e) se realiza por equilibrado de presiones entre las dos botellas, mientras que la continuación de la etapa (e) se obtiene introduciendo el aire a tratar en la entrada de la botella, estando la salida de esta cerrada.

Cuando la botella se pone de nuevo en fase de adsorción, una parte del adsorbente se encuentra así claramente por encima de la temperatura normal o baja de adsorción, que es próxima a la temperatura del aire a tratar pre-refrigerado en 2, por ejemplo próxima a la temperatura ambiente. Consecuentemente, al comienzo de la fase de adsorción, un frente de calor progresa por la botella, hasta su salida, de forma que el aire entrante refrigere la totalidad del lecho...

1. Procedimiento de tratamiento de un gas por adsorción a temperatura modulada (TSA o Temperature Swing Adsorption) en al menos dos lechos de adsorbente (14A, 14B), del tipo en el cual se somete cada lecho de adsorbente a un ciclo que comprende sucesivamente: una fase de adsorción ((a); (a1)) que comprende por si misma una etapa de adsorción ((a''1); (a''2)) a una temperatura baja de adsorción; una fase de regeneración del adsorbente que comprende por si misma una etapa de despresurización ((b); (b1)), una etapa de calentamiento/elución ((c1); (c2)) en el transcurso de la cual el lecho se barre con un gas caliente de calentamiento/elución, y una etapa de refrigeración/elución ((d1); (d2)) en el transcurso de la cual el lecho es barrido con un gas frío de refrigeración/elución; y una fase de represurización ((e, f); (e2, f2)),

en el cual:

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el gas a tratar es aire atmosférico destinado para ser destilado.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque se termina la etapa de refrigeración/elución ((d1); (d2)) cuando el gas de refrigeración/elución que sale del lecho (14A, 14B) se encuentra a una temperatura superior de 70ºC a la del gas a tratar.

4. Procedimiento según la reivindicación 2 o la reivindicación 3, caracterizado porque el tiempo de un ciclo total de adsorción/regeneración no excede los 200 minutos.