Un proceso de adsorción por oscilación de presión para la separación de una mezcla de gas de alimentación que contiene dos o más componentes,

comprendiendo el proceso: (a) proporcionar un sistema de adsorción por oscilación de presión que comprende uno o más lechos compuestos, comprendiendo cada lecho compuesto material adsorbente dispuesto en dos o más vasos en configuración de flujo paralelo, teniendo cada vaso un extremo de alimentación y un extremo de producto; (b) realizar las etapas secuenciales cíclicas que comprenden (b1) introducir la mezcla de gas de alimentación en los extremos de alimentación de dos o más vasos del lecho compuesto y retirar el gas del producto de los extremos de producto de los dos o más vasos del lecho compuesto, (b2) retirar el gas a presión decreciente desde los extremos de alimentación de los dos o más vasos del lecho compuesto, (b3) purgar el lecho compuesto introduciendo gas de purga en los extremos de producto de los dos o más vasos del lecho compuesto y retirar el gas efluente de purga de los extremos de alimentación de los dos o más vasos del lecho compuesto, e (b4) introducir gas en los extremos de producto y/o extremos de alimentación de los dos o más vasos del lecho compuesto a presión creciente; y (c) para cualquiera de las etapas secuenciales, establecer una velocidad de flujo o velocidades de flujo de uno o más gases seleccionados del grupo consistente en: (c1) gas introducido en el extremo o extremos de alimentación de cualquiera de los dos o más vasos, (c2) gas introducido en el extremo o extremos de producto de cualquiera de los dos o más vasos, (c3) gas retirado del extremo o extremos de alimentación de cualquiera de los dos o más vasos, y (c4) gas retirado del extremo o extremos de producto de cualquiera de los dos o más vasos

Antecedentes de la invención

La adsorción por oscilación de presión (AOP) es un método bien conocido para la separación de mezclas gaseosas de volumen a granel y para la purificación de corrientes de gas que contienen bajas concentraciones de componentes no deseables. El método se ha desarrollado y adaptado para una amplia variedad de gases de alimentación, condiciones de operación, pureza del producto y recuperación del producto. Muchos sistemas de adsorción por oscilación de presión utilizan dos o más lechos adsorbentes paralelos que funcionan en una secuencia cíclica con el fin de mantener una velocidad constante de flujo de producto mientras los lechos seleccionados se someten a varias etapas incluyendo adsorción/fabricación del producto, despresurización, evacuación, purga, ecualización de presión, represurización y otras etapas relacionadas. Son necesarios múltiples lechos adsorbentes que usan numerosas etapas de proceso para conseguir una elevada pureza y/o recuperación de productos gaseosos valiosos tales como hidrógeno, óxidos de carbono, gas de síntesis, hidrocarburos ligeros y similares. Los sistemas AOP con múltiples lechos que usan estas etapas de proceso también se aplican en la recuperación de oxígeno del aire para varias aplicaciones industriales y para concentradores portátiles de oxígeno médico.

El documento US 2006/01306521 A1 desvela montajes de adsorción por oscilación de presión con sistemas de control de purga y montajes de generación de oxígeno y/o sistemas de pilas de combustible que contienen los mismos. Los montajes de adsorción por oscilación de presión funcionan de acuerdo con un ciclo AOP para producir una corriente de producto de hidrógeno y una corriente de subproducto a partir de una corriente de gas mezclado.

El documento US 2003/167920 A1 desvela una planta que comprende una pluralidad de adsorbentes que funcionan de acuerdo con un ciclo con una pluralidad de tiempos de fase.

El documento US 2004/0055465 A1 desvela un método que consiste en usar solamente dos adsorbentes que siguen cada uno un ciclo con cambio de fase sucesivamente que consiste en una fase de adsorción, a alta presión del ciclo y una fase de regeneración, acabando en la represurización del adsorbente.

El documento 4.761.165 desvela un método y un aparato para controlar automáticamente la represurización del producto en un proceso de adsorción por oscilación de presión.

El documento EP 1 393 795 A2 desvela un sistema concentrador de oxígeno con compensación de altitud, que incluye al menos un subsistema concentrador de oxígeno y un subsistema de cámara de sobrepresión.

La selección y el diseño apropiados de los vasos adsorbentes y lechos es un factor importante para minimizar costes de capital y maximizar la eficiencia operativa de sistemas AOP. En la técnica se han usado varios tipos de diseños para efectuar un contacto apropiado gas-adsorbente durante las etapas del proceso, y la mayoría están diseñados para su instalación dentro de los vasos cilíndricos de presión. Los adsorbentes granulares se usan ampliamente y pueden instalarse dentro de vasos cilíndricos de presión en los que el gas fluye en la dirección axial o en lechos anulares en los que el gas fluye en la dirección radial. Se han usado varios métodos para mantener los lechos del adsorbente granular en configuraciones de flujo axial o radial.

Existe una necesidad continua en la técnica de separación de gas adsorbente de diseños de vasos que maximicen la cantidad de trabajo de fabricación realizado en el taller y minimicen la cantidad de trabajo de fabricación y montaje requerido durante la instalación en campo. Esto requiere vasos adsorbentes que pueden transportarse de manera segura de forma casi completa, preferentemente en los que los vasos se envasan con adsorbente en el taller. También existe la necesidad de diseños de lechos que minimicen el volumen vacío (es decir, el volumen vacío no ocupado por adsorbente) dentro de los vasos adsorbentes. Además, se desea usar diseños adsorbentes y métodos de fabricación que aseguren sustancialmente una actuación idéntica de cada lecho adsorbente en el funcionamiento de sistemas AOP con múltiples lechos. Además, existe la necesidad de diseños y métodos operativos mejorados para grandes plantas AOP con índices de producción de gas mayores que la capacidad de sistemas con un único tren que usan vasos adsorbentes que tienen el máximo diámetro transportable.

Las realizaciones de la invención descritas a continuación y definidas por las reivindicaciones que siguen están dirigidas a estas necesidades.

Resumen de la invención

La invención está dirigida a un proceso de adsorción por oscilación de presión para la separación de una mezcla de gas de alimentación que contiene dos o más componentes, comprendiendo el proceso

(a) proporcionar un sistema de adsorción por oscilación de presión que comprende uno o más lechos compuestos, comprendiendo cada lecho compuesto material adsorbente dispuesto en dos o más vasos en

configuración de flujo paralelo, teniendo cada vaso un extremo de alimentación y un extremo de producto;

(b) realizar las etapas secuenciales cíclicas que comprenden

(b1) introducir la mezcla del gas de alimentación en los extremos de alimentación de dos o más vasos del lecho compuesto y retirar el gas del producto de los extremos de producto de los dos o más vasos del lecho compuesto,

(b2) retirar el gas a presión decreciente de los extremos de alimentación de los dos o más vasos del lecho compuesto,

(b3) purgar el lecho compuesto introduciendo gas de purga en los extremos de producto de los dos o más vasos del lecho compuesto y retirar el gas efluente de purga de los extremos de alimentación de los dos o más vasos del lecho compuesto, e

(b4) introducir gas en los extremos de producto y/o extremos de alimentación de los dos o más vasos del lecho compuesto a presión creciente; y

(c) para cualquiera de las etapas secuenciales, establecer una velocidad de flujo o velocidades de flujo de uno o más gases seleccionados del grupo consistente en: (c1) gas introducido en el extremo o extremos de alimentación de cualquiera de los dos o más vasos, (c2) gas introducido en el extremo o extremos de producto de cualquiera de los dos o más vasos, (c3) gas retirado del extremo o extremos de alimentación de cualquiera de los dos o más vasos, y

(c4) gas retirado del extremo o extremos de producto de cualquiera de los dos o más vasos. La velocidad de flujo o velocidades de flujo pueden establecerse para mantener los valores de los parámetros de control seleccionados para los dos o más vasos de manera que

(a) la diferencia absoluta entre los parámetros de control seleccionados para dos cualesquiera de los dos o más vasos es inferior a un valor predeterminado, o

(b) la diferencia absoluta entre los parámetros de control seleccionados de cada uno de los dos o más vasos del lecho compuesto y el promedio de los parámetros de control de cada uno de los dos o más vasos del lecho compuesto es inferior a un valor predeterminado,

en el que el parámetro de control para cada vaso se selecciona del grupo consistente en

(1) la concentración en tiempo medio de un componente seleccionado en el gas del producto del vaso;

(2) la concentración mínima o máxima de un componente seleccionado en el gas del producto del vaso;

(3) el tiempo medio de la concentración de un componente seleccionado en el gas efluente de purga del vaso;

(4) la concentración mínima o máxima de un componente seleccionado en el gas efluente de purga del vaso;

(5) la concentración mínima o máxima de un componente seleccionado en el espacio vacío del adsorbente en un punto seleccionado en el vaso;

(6) la presión diferencial entre dos puntos en el vaso en un tiempo seleccionado durante las etapas secuenciales;

(7) la temperatura mínima o máxima en un punto seleccionado en los vasos durante las etapas secuenciales; y

(8) la presión mínima o máxima en un punto seleccionado en el vaso durante las etapas secuenciales.

Otra realización que no está de acuerdo con la invención incluye un sistema de adsorción por oscilación de presión que comprende uno o más lechos compuestos, comprendiendo cada lecho compuesto material adsorbente y teniendo un extremo de alimentación del lecho compuesto y un extremo de producto de lecho compuesto, teniendo el uno o más lechos compuestos un colector de extremo de alimentación de lecho compuesto... [Seguir leyendo]

1. Un proceso de adsorción por oscilación de presión para la separación de una mezcla de gas de alimentación que contiene dos o más componentes, comprendiendo el proceso:

(a) proporcionar un sistema de adsorción por oscilación de presión que comprende uno o más lechos compuestos, comprendiendo cada lecho compuesto material adsorbente dispuesto en dos o más vasos en configuración de flujo paralelo, teniendo cada vaso un extremo de alimentación y un extremo de producto;

(b) realizar las etapas secuenciales cíclicas que comprenden

(b1) introducir la mezcla de gas de alimentación en los extremos de alimentación de dos o más vasos del lecho compuesto y retirar el gas del producto de los extremos de producto de los dos o más vasos del lecho compuesto, (b2) retirar el gas a presión decreciente desde los extremos de alimentación de los dos o más vasos del lecho compuesto, (b3) purgar el lecho compuesto introduciendo gas de purga en los extremos de producto de los dos o más vasos del lecho compuesto y retirar el gas efluente de purga de los extremos de alimentación de los dos o más vasos del lecho compuesto, e (b4) introducir gas en los extremos de producto y/o extremos de alimentación de los dos o más vasos del lecho compuesto a presión creciente; y

(c) para cualquiera de las etapas secuenciales, establecer una velocidad de flujo o velocidades de flujo de uno o más gases seleccionados del grupo consistente en:

(c1) gas introducido en el extremo o extremos de alimentación de cualquiera de los dos o más vasos, (c2) gas introducido en el extremo o extremos de producto de cualquiera de los dos o más vasos, (c3) gas retirado del extremo o extremos de alimentación de cualquiera de los dos o más vasos, y (c4) gas retirado del extremo o extremos de producto de cualquiera de los dos o más vasos.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la velocidad de flujo se establece o las velocidades de flujo se establecen para mantener los valores de los parámetros de control seleccionados para los dos o más vasos de manera que

la diferencia absoluta entre los parámetros de control seleccionados para dos cualesquiera de los dos o más vasos es inferior a un valor predeterminado, o la diferencia absoluta entre el parámetro de control seleccionado de cada uno de los dos o más vasos del lecho compuesto y la media de los parámetros de control de cada uno de los dos o más vasos del lecho compuesto es inferior a un valor predeterminado, en el que el parámetro de control para cada vaso se selecciona del grupo consistente en

(1) la concentración en tiempo medio de un componente seleccionado en el gas del producto del vaso;

(2) la concentración mínima o máxima de un componente seleccionado en el gas del producto del vaso;

(3) el tiempo medio de la concentración de un componente seleccionado en el gas efluente de purga del vaso;

(4) la concentración mínima o máxima de un componente seleccionado en el gas efluente de purga del vaso;

(5) la concentración mínima o máxima de un componente seleccionado en el espacio vacío del adsorbente en un punto seleccionado en el vaso;

(6) la presión diferencial entre dos puntos en el vaso en un tiempo seleccionado durante las etapas secuenciales;

(7) la temperatura mínima o máxima en un punto seleccionado en los vasos durante las etapas secuenciales; y

(8) la presión mínima o máxima en un punto seleccionado en el vaso durante las etapas secuenciales.

3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende dos o más lechos compuestos de material adsorbente.

4. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1 que consiste en dos lechos compuestos de material adsorbente, en el que cada lecho compuesto consiste en 2 a 20 vasos.

5. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la mezcla de gas de alimentación es aire y el gas del producto contiene más del 85% de volumen de oxígeno; y en el que un parámetro de control para cada vaso es la concentración en tiempo medio de oxígeno en el gas del producto retirado de la salida de ese vaso.

6. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende

d) seleccionar un parámetro de control, y

e) establecer la velocidad de flujo o las velocidades de flujo para mantener los valores del parámetro de control para los vasos seleccionados de los dos o más vasos de manera que la diferencia absoluta entre los valores 5 para dos cualesquiera de los vasos seleccionados sea inferior a un valor predeterminado.

7. El proceso de acuerdo con la reivindicación 2 que además comprende

d) seleccionar un control de parámetro; y

10 e) establecer la velocidad de flujo o las velocidades de flujo para mantener los valores del parámetro de control para los vasos seleccionados de los dos o más vasos de manera que la diferencia absoluta entre los valores para dos cualesquiera de los vasos seleccionados sea inferior a un valor predeterminado; y f) en el que la mezcla de gas de alimentación es aire y el gas del producto contiene más del 85% de volumen de oxígeno; y en el que el parámetro de control para cada vaso es la concentración en tiempo medio de oxígeno en el gas del producto retirado de la salida de ese vaso.