Un proceso de adsorción de oscilación de presión que comprende introducir una mezcla de gas de alimentación en una entrada de un vaso adsorbedor durante un periodo de alimentación,

en el que la mezcla de gas de alimentación contiene un componente más fuertemente adsorbible y un componente menos fuertemente adsorbible y el vaso adsorbedor contiene una base de material adsorbente que adsorbe de manera selectiva el componente más fuertemente adsorbible, y retirar un gas de producto enriquecido en el componente menos fuertemente adsorbible de una salida del vaso adsorbedor durante al menos una parte del periodo de alimentación, en el que un coeficiente de transferencia de masa compensado por el ciclo adimensional definido como K talimentación Vads/Valimentación se mantiene en el nivel de aproximadamente 23 a aproximadamente 250, donde K es el coeficiente de transferencia de masa de la fuerza conductora lineal para la difusión del componente más fuertemente adsorbible en el adsorbente más cercano a un extremo del producto de la base del material adsorbente, talimentación es la duración del periodo de alimentación, Vads es el volumen vacío de una sección del vaso adsorbedor que contiene la base del material adsorbente, y Valimentación es el volumen de la mezcla de gas de alimentación introducido en la entrada del vaso adsorbedor durante el periodo de alimentación, y en el que Valimentación se define como NRT/Pads, donde N es el número de moles de la mezcla de gas de alimentación introducidos en la entrada del vaso adsorbedor durante el periodo de alimentación talimentación, R es la constante universal de gases, T es la temperatura media absoluta de la mezcla de gas de alimentación en la entrada del vaso adsorbedor y Pads es la presión absoluta del gas de alimentación en la entrada del vaso adsorbedor

Antecedentes de la invención

La adsorción de oscilación de presión es un importante proceso de separación de gas que se usa ampliamente en las industrias de procesamiento y fabricación. La adsorción de oscilación de presión se usa para recuperar productos de gas de alta pureza a partir de corrientes de gas de proceso en crudo, por ejemplo en producción de hidrógeno, o como alternativa para productos de gas atmosférico transportado o para procesos de separación de aire criogénico “in situ”. El proceso de adsorción de oscilación de presión se ha desarrollado en gran medida para la separación de una amplia variedad de mezclas de gas que incluyen, por ejemplo, la separación de aire para proporcionar productos de oxígeno y nitrógeno. Para volúmenes más pequeños de producto en aplicaciones de separación de aire, los procesos de adsorción de oscilación de presión pueden usar una única base adsorbente y uno o más tanques de almacenamiento de gas para proporcionar una corriente constante de producto así como gas para la represurización y purga. En mayores volúmenes de producto, se usan múltiples bases adsorbentes en paralelo con ciclos superpuestos para generar una corriente constante de producto así como para proporcionar gas para la represurización y purga.

Pueden funcionar procesos de adsorción de oscilación de presión en los que las presiones máximas y mínimas de ciclo son ambas superatmosféricas, en los que la presión máxima de ciclo es superatmosférica y la presión mínima de ciclo es atmosférica, en los que la presión máxima de ciclo es superatmosférica y la presión mínima de ciclo es subatmosférica, o en los que la presión máxima de ciclo es casi atmosférica y la presión mínima de ciclo es subatmosférica. Los dos últimos procesos se han descrito en la técnica como adsorción de oscilación de presión al vacío (AOPV) y adsorción de oscilación al vacío (AOV). Para los fines de la siguiente divulgación, se usará el término genérico “adsorción de oscilación de presión” o AOP para describir cualquier proceso cíclico de adsorción de gas que utiliza el efecto de la presión sobre la capacidad adsorbente para separar mezclas de gas. Las presiones utilizadas en un proceso genérico de AOP pueden ser superatmosféricas, subatmosféricas, atmosféricas o combinaciones de las mismas.

La tecnología del proceso AOP ha mejorado de manera significativa durante la última década. Los ciclos sofisticados de proceso y los adsorbentes mejorados han llevado a un funcionamiento más eficiente y económico de plantas de AOP, en particular para la separación de aire, la recuperación de hidrógeno y monóxido de carbono a partir de la síntesis de gas, y la recuperación de hidrógeno e hidrocarburos ligeros a partir de corrientes de gas en refinerías y plantas petroquímicas. Se desean más mejoras y los usuarios de tecnología AOP continúan buscándolas.

Dos medidas importantes de la actuación del proceso AOP son la cantidad de adsorbente requerido para un índice determinado de producción y la recuperación porcentual del producto deseado a partir de la mezcla de gas de alimentación. Un método conocido para reducir el requisito adsorbente es disminuir el tiempo de ciclo con la envoltura de la presión manteniéndose constante. Sin embargo, una disminución en el tiempo de ciclo puede tener un impacto negativo en la recuperación. Además, las reducciones en el tiempo de ciclo pueden llevar a problemas graves causados por las resultantes elevadas velocidades de gas, que incluyen elevada caída de presión, fluidización y desgaste del material adsorbente. Por lo tanto, se necesita un método para seleccionar condiciones óptimas de funcionamiento para sistemas de AOP para que pueda conseguirse una compensación apropiada entre el bajo requisito adsorbente asociado con los ciclos rápidos y los potenciales efectos negativos asociados con los ciclos rápidos. La presente invención, que se describe a continuación y se define con las reivindicaciones a continuación, proporciona un método simple para conseguir esta compensación.

El documento WO02/49742 desvela un proceso para la separación de un gas preferente a partir de una mezcla de gas, en el que dicha mezcla de gas pasa por un adsorbente que tiene un coeficiente de transferencia de masa (CTM) para oxígeno de al menos 12/seg. El índice de flujo de alimentación de dicha mezcla de gas se establece como flujo molar.

El documento EP 1 188 470 A2 se refiere a la adsorción de oscilación de presión usando una base adsorbente con múltiples capas en las que se deja que el adsorbente se mezcle entre dichas dos capas. Este documento da información sobre talimentación pero no desvela explícitamente los coeficientes de transferencia de masa.

El documento WO03/004135 se dirige a un proceso de adsorción de oscilación de presión para la producción de hasta 15 LPM de oxígeno a partir de aire usando un adsorbente que tiene un coeficiente de transferencia de masa que es igual o mayor que 100/seg. El índice de flujo de alimentación se da en términos de flujo molar. Además, en la reivindicación 2 se establece que el tiempo total para un único ciclo adsorción/desorción es inferior a 10 segundos.

Breve resumen de la invención

La invención se refiere a un proceso de adsorción de oscilación de presión que comprende introducir una mezcla de gas de alimentación en una entrada de un vaso adsorbedor durante un periodo de alimentación, en el que la mezcla de gas de alimentación contiene un componente más fuertemente adsorbible y un componente menos fuertemente adsorbible y el vaso adsorbedor contiene una base de material adsorbente que adsorbe selectivamente el componente más fuertemente adsorbible y retirar un gas de producto enriquecido en el componente menos fuertemente adsorbible de una salida del vaso adsorbedor durante al menos una parte del periodo de alimentación, en el que el coeficiente de transferencia de masa compensado por el ciclo adimensional definido como K talimentaciónVads/Valimentación se mantiene en el orden de aproximadamente 23 a 250, en el que K es el coeficiente de transferencia de masa de fuerza conductora lineal para la difusión del componente más fuertemente adsorbible en el adsorbente más cercano a un extremo del producto de la base del material adsorbente, talimentación es la duración del periodo de alimentación, Vads es el volumen vacío de una sección del vaso adsorbedor que contiene la base del material adsorbente y Valimentación es el volumen de la mezcla de gas de alimentación introducido en la entrada del vaso adsorbedor durante el periodo de alimentación, y en el que Valimentación se define como NRT/Pads, donde N es el número de moles de la mezcla de gas de alimentación introducidos en la entrada del vaso adsorbedor durante el periodo de alimentación talimentación, R es la constante universal de los gases, T es la temperatura media absoluta de la mezcla de gas de alimentación en la entrada del vaso adsorbedor y Pads es la presión absoluta del gas de alimentación en la entrada del vaso adsorbedor. El componente más fuertemente adsorbido puede ser nitrógeno y el componente menos fuertemente adsorbido puede ser oxígeno.

El valor de K talimentaciónVads/Valimentación puede mantenerse en el orden de aproximadamente 23 a aproximadamente

100. El material adsorbente puede comprender una o más zeolitas, con o sin material aglutinante, seleccionadas del grupo consistente en las zeolitas CaA, NaX, CaX, BaX, LiX, NaLSX, CaLSX, BaLSX y LiLSX.

El componente más fuertemente adsorbido puede ser monóxido de carbono y el componente menos fuertemente adsorbido puede ser hidrógeno. En esta realización, K talimentaciónVads/Valimentación puede mantenerse en el orden de aproximadamente 66 a aproximadamente 250. El material adsorbente puede comprender una o más zeolitas, con o sin material aglutinante, seleccionadas del grupo consistente en las zeolitas CaA, NaX, CaX, BaX, LiX, NaLSX, CaLSX, BaLSX y LiLSX.

Típicamente, la duración del periodo de alimentación está en el orden de aproximadamente 7 a aproximadamente 20 segundos y el material adsorbente comprende partículas con una diámetro medio de partícula en el orden de aproximadamente 1,2 a aproximadamente 1,6 mm. Más específicamente, la duración del periodo de alimentación puede estar en el orden de aproximadamente 3 a aproximadamente 60 segundos y el material adsorbente puede comprender partículas con una diámetro medio de partícula en el orden de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 1,2 mm.

La duración... [Seguir leyendo]

1. Un proceso de adsorción de oscilación de presión que comprende introducir una mezcla de gas de alimentación en una entrada de un vaso adsorbedor durante un periodo de alimentación, en el que la mezcla de gas de alimentación contiene un componente más fuertemente adsorbible y un componente menos fuertemente adsorbible y el vaso adsorbedor contiene una base de material adsorbente que adsorbe de manera selectiva el componente más fuertemente adsorbible, y retirar un gas de producto enriquecido en el componente menos fuertemente adsorbible de una salida del vaso adsorbedor durante al menos una parte del periodo de alimentación, en el que un coeficiente de transferencia de masa compensado por el ciclo adimensional definido como K talimentación Vads/Valimentación se mantiene en el nivel de aproximadamente 23 a aproximadamente 250, donde K es el coeficiente de transferencia de masa de la fuerza conductora lineal para la difusión del componente más fuertemente adsorbible en el adsorbente más cercano a un extremo del producto de la base del material adsorbente, talimentación es la duración del periodo de alimentación, Vads es el volumen vacío de una sección del vaso adsorbedor que contiene la base del material adsorbente, y Valimentación es el volumen de la mezcla de gas de alimentación introducido en la entrada del vaso adsorbedor durante el periodo de alimentación, y en el que Valimentación se define como NRT/Pads, donde N es el número de moles de la mezcla de gas de alimentación introducidos en la entrada del vaso adsorbedor durante el periodo de alimentación talimentación, R es la constante universal de gases, T es la temperatura media absoluta de la mezcla de gas de alimentación en la entrada del vaso adsorbedor y Pads es la presión absoluta del gas de alimentación en la entrada del vaso adsorbedor.

2. El proceso de la Reivindicación 1 en el que el componente más fuertemente adsorbido es nitrógeno y el componente menos fuertemente adsorbido es oxígeno.

3. El proceso de la Reivindicación 2 en el que K talimentación Vads/Valimentación se mantiene en el orden de aproximadamente 23 a aproximadamente 100.

4. El proceso de la Reivindicación 2 en el que el material adsorbente comprende una o más zeolitas, con o sin material aglutinante, seleccionadas del grupo consistente en las zeolitas CaA, NaX, CaX, BaX, LiX, NaLSX, CaLSX, BaLSX y LiLSX.

5. El proceso de la Reivindicación 1 en el que el componente más fuertemente absorbido es monóxido de carbono y el componente menos fuertemente absorbido es hidrógeno.

6. El proceso de la Reivindicación 5 en el que K talimentación Vads/Valimentación se mantiene en el orden de aproximadamente 66 a aproximadamente 250.

7. El proceso de la Reivindicación 5 en el que el material adsorbente comprende una o más zeolitas, con o sin material aglutinante, seleccionadas del grupo consistente en las zeolitas CaA, NaX, CaX, BaX, LiX, NaLSX, CaLSX, BaLSX y LiLSX.

8. El proceso de la Reivindicación 1 en el que la duración del periodo de alimentación está en el orden de aproximadamente 7 a aproximadamente 120 segundos y el material adsorbente comprende partículas con una diámetro medio de partícula en el orden de aproximadamente 1,2 a aproximadamente 1,6 mm.

9. El proceso de la Reivindicación 1 en el que la duración del periodo de alimentación está en el orden de aproximadamente 3 a aproximadamente 60 segundos y el material adsorbente comprende partículas con una diámetro medio de partícula en el orden de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 1,2 mm.

10. El proceso de la Reivindicación 1 en el que la duración del periodo de alimentación está en el orden de aproximadamente 0,25 a aproximadamente 30 segundos y el material adsorbente comprende partículas con una diámetro medio de partícula en el orden de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 0,8 mm.

11. El proceso de la Reivindicación 1 que además comprende la etapa de purgar el vaso adsorbedor introduciendo un gas de purga en el vaso adsorbedor y pasando dicho gas de purga a través de la base del material adsorbente para desorber el componente más fuertemente adsorbido, en el que el valor de (ΔP/P)purga se mantiene por debajo de aproximadamente 0,3, donde ΔP es la caída de presión a lo largo de la base del material adsorbente al final del periodo de purga y P es la presión mínima absoluta en la base del material adsorbente al final del periodo de purga.

12. El proceso de la Reivindicación 1 en el que la base del material adsorbente comprende dos o más adsorbentes.

13. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1-7, que además comprende las etapas de despresurizar el vaso adsorbente retirando un gas de despresurización del mismo;

purgar la base del material adsorbente durante un periodo de purga en el que un gas de purga se introduce a una velocidad de flujo de gas de purga en el vaso adsorbedor y pasa a través de la base del material adsorbente para desorber el componente más fuertemente adsorbido; y repetir las etapas de introducción, despresurización y purga de una manera cíclica; en el que durante dichas etapas de introducción, despresurización y purga se encuentra la etapa adicional de control del proceso de adsorción de oscilación de presión seleccionando un valor deseado de K talimentación Vads/Valimentación dentro del nivel, y ajustando un índice de flujo del gas de alimentación, la duración del periodo de alimentación, o el índice de flujo del gas de alimentación y la duración del periodo de alimentación para mantener el valor deseado de

K talimentación Vads/Valimentación.

14. El método de la reivindicación 13 en el que el índice de flujo de gas se controla de manera que (ΔP/P)purga se mantiene por debajo de aproximadamente 0,3, donde ΔP es la caída de presión a lo largo de la base del material adsorbente al final del periodo de purga y P es la presión mínima absoluta en la base del material adsorbente al final del periodo de purga.