PROCEDIMIENTO Y APARATO MODULAR DE ADSORCIÓN POR OSCILACIÓN DE PRESIÓN.

Procedimiento y aparato modular de adsorción por oscilación de presión ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la invención La presente invención se refiere a procedimientos de adsorción por oscilación de presión (PSA). La PSA es un procedimiento que normalmente se usa para la purificación de gases. Aplicaciones de ejemplo incluyen separación de hidrógeno y mezclas de gas, separación de helio y gas natural, purificación de gas de vertedero y separación de aire para producción de oxígeno, nitrógeno y/o argón. Análisis de los antecedentes ES 2 367 393 T3 Muchos sistemas de PSA están limitados por sus grandes fluctuaciones de flujo de gas refinado y pobre. Dichas fluctuaciones necesitan tanques de compensación o almacenamiento bastante grandes para amortiguar la fluctuación de flujo adecuadamente para permitir la función propia del equipo de procesamiento adicional conectado al sistema de PSA. Tradicionalmente, las separaciones de gas a escala industrial se realizaban usando ciclos de PSA que tenían al menos una etapa de igualación de presión para aumentar el factor de recuperación del gas pobre a presión a una pureza determinada. En los ciclos de PSA, un mayor factor de recuperación disminuye la cantidad de gas desechado al tanque de compensación de gas refinado y garantiza un flujo casi continuo de gas pobre a presión. Se conocen ciclos que tienen tres o más igualaciones. Otra etapa que se lleva a cabo, en la técnica, para reducir la pulsación de flujo es efectuar ciclos que tienen muchas igualaciones y muchos recipientes en un único tren de procesamiento. Un ejemplo de un sistema de PSA que tiene muchos recipientes y muchas etapas de igualación es la patente estadounidense Nº 3.986.849, de Fuderer y col., en la que se describen trenes de procesamiento que tienen diez recipientes de adsorbente y cincuenta y cinco válvulas. En aplicaciones industriales, los elevados costes de funcionamiento y energía asociados a la pérdida de gas pobre recuperable normalmente han sido mayores que el considerable aumento de la complejidad asociado a ciclos de PSA más complejos que tienen una o más igualaciones de presión, salvo para plantas muy grandes. Por lo tanto, la mayoría de plantas usan tanques de compensación extremadamente grandes tanto para gas refinado como para gas pobre a presión. Sistemas de PSA de todo tipo, pero especialmente los que tienen varias igualaciones, también están sujetos a serias limitaciones debido a su excesiva complejidad y a la correspondiente elevada cantidad de piezas. Dicha complejidad no sólo aumenta considerablemente la probabilidad de fallo de un componente, sino que también aumenta considerablemente el tamaño del sistema, el tiempo de ensamblaje y el coste del material. La mayoría de sistemas de PSA son sistemas con un punto único de fallo, siendo excepciones destacadas los procedimientos que se describen en la patente estadounidense Nº 4.234.322, de De Meyer y col., y en la solicitud estadounidense con número de serie 10/269.064. Incluso en los procedimientos de ejemplo, con el tiempo, la planta de PSA se debe parar para llevar a cabo el mantenimiento del componente defectuoso. Dichas paradas son muy poco aconsejables dado que provocan una pérdida de tiempo de producción considerable en toda la instalación de procesamiento. Además, cuando la PSA está conectada a un procedimiento a temperatura elevada, tal como un reformador de vapor de hidrocarburos, un reformador autotérmico, un reformador de oxidación parcial, una planta de síntesis de amoníaco o un fraccionador de etileno, la vida útil del equipo de procesamiento conectado se puede reducir mucho debido a las grandes tensiones mecánicas provocadas durante un evento de parada y reanudación. En la patente estadounidense Nº 6.051.050, de Keefer y col., se describen sistemas que usan varios módulos de PSA giratorios en paralelo a fin de logar una mayor capacidad total del sistema, pero no se describe un procedimiento o estrategia para hacer funcionar dichos módulos en el caso de malfuncionamiento. Los módulos giratorios de la patente de Keefer y col. son bastante diferentes a los aceptados en la práctica industrial y no están sujetos al mismo tipo de fallo de válvula en punto único que los aparatos de PSA con válvulas. Su modo de fallo es por medio de fallo gradual de la junta. Los módulos de la patente de Keefer y col. también tienen una gran cantidad de lechos activos y, por lo tanto, les afectan menos las variaciones de la pulsación de caudal de gas refinado y pobre. Los módulos giratorios de baja pulsación de la patente de Keefer y col. y de las invenciones similares que se describen en la patente estadounidense Nº 5.112.367, en la patente estadounidense Nº 5.268.021 y en la patente estadounidense Nº 5.366.541 tienen pérdidas inevitables debido a su uso de juntas deslizantes. Dichas pérdidas tienen como resultado una reducida pureza y recuperación de gas pobre, así como problemas de mantenimiento debido a la limitada vida útil de la junta. La alta presión empeora estos problemas, haciendo que los módulos giratorios sean menos aconsejables para separaciones considerables, desde el punto de vista industrial, que los típicos aparatos de PSA con válvulas. 2 Debido al gran tamaño de los típicos sistemas de PSA con válvulas y a su coste muy elevado sigue siendo muy poco aconsejable proporcionar capacidad de PSA de reserva para evitar paradas de procesamiento, especialmente para sistemas de PSA con válvulas que tienen igualaciones de presión y gran cantidad de lechos de adsorbente, con su correspondiente gran complejidad. Por el presente, los inventores incorporan como referencia, en su totalidad, un aparato mejorado para sistemas de PSA avanzados que reduce ampliamente la complejidad del aparato de PSA que utiliza las igualaciones de presión, que se expone en la solicitud estadounidense con número de serie 10/269.067, y procedimientos para realizar ciclos de PSA que reducen drásticamente la cantidad de válvulas necesarias para realizar los ciclos de PSA que se exponen en la solicitud estadounidense con número de serie 10/269.064. En la patente estadounidense Nº 5.549.736 se describe una lumbrera (G) y una válvula de retención 48 y una válvula de aguja 90 conectadas a las columnas de adsorbente 46. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Por consiguiente, la presente invención tal como se cita en la reivindicación 1 proporciona, de manera ventajosa, un sistema de adsorción por oscilación de presión, con válvulas, con reducidas pulsaciones de flujo. El sistema de adsorción por oscilación de presión de la presente invención se puede reparar mientras está funcionando. La presente invención proporciona además, de manera ventajosa, un sistema de adsorción por oscilación de presión con mayor fiabilidad. La presente invención proporciona un aparato para sistemas de adsorción por oscilación de presión que elimina momentos de flexión en las conexiones de extremo de los recipientes de adsorbente. La presente invención proporciona además, de manera ventajosa, un aparato de adsorción por oscilación de presión con una cubierta estructural integral. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS ES 2 367 393 T3 Una comprensión más completa de la invención y de muchas de sus ventajas correspondientes resultará más evidente haciendo referencia a la siguiente descripción detallada, en particular, cuando se considere conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los que: la Figura 1 es un diagrama esquemático de flujo de un sistema de PSA de la presente invención; la Figura 2 es un gráfico que muestra la reducción de pulsaciones de flujo que se logra con el sistema de PSA de la presente invención; la Figura 3a muestra una vista en perspectiva de una primera forma de realización del aparato de PSA de la presente invención; la Figura 3b muestra una vista en sección lateral a través de una cámara de adsorbente de la primera forma de realización del aparato de PSA de la presente invención; la Figura 4 muestra una vista en sección de los colectores de flujo de la primera forma de realización del aparato de PSA de la presente invención; la Figura 5a muestra una vista en despiece ordenado de una segunda forma de realización del aparato de PSA de la presente invención; la Figura 5b muestra una vista ensamblada de la segunda forma de realización del aparato de PSA de la presente invención y la Figura 6 muestra un sistema de PSA de la presente invención implementado usando la primera forma de realización del aparato de PSA de la presente invención. 3 DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN ES 2 367 393 T3 A continuación, se describirán formas de realización de la presente invención haciendo referencia a los dibujos adjuntos. En la siguiente descripción, los elementos constituyentes que tienen sustancialmente la misma función y disposición se indican con... [Seguir leyendo]

1. Un módulo de adsorción por oscilación de presión (PSA) para uso en un sistema de PSA, comprendiendo dicho módulo de PSA (100): - una pluralidad de cámaras de adsorbente a presión (101); - un colector de entrada (102) provisto de un canal de alimentación (137) conectado a cada cámara de adsorbente a presión de dicha pluralidad de cámaras de adsorbente a presión, estando provisto dicho colector de entrada de un canal de descarga (138) conectado a cada cámara de adsorbente a presión de dicha pluralidad de cámaras de adsorbente a presión (101); - un colector de salida (103) provisto de un canal de gas pobre conectado a cada cámara de adsorbente a presión de dicha pluralidad de cámaras de adsorbente a presión y - una estructura rígida que conecta dicho colector de entrada a dicho colector de salida, en el que dicha estructura rígida une estructuralmente dicho colector de entrada y dicho colector de salida a dicha pluralidad de cámaras de adsorbente a presión, caracterizado porque dicho colector de entrada (103) está provisto de un primer canal de igualación (145) conectado a cada cámara de adsorbente a presión de dicha pluralidad de cámaras de adsorbente a presión y en el que dicho colector de salida está provisto de un segundo canal de igualación (146) conectado a cada cámara de adsorbente a presión de dicha pluralidad de cámaras de adsorbente a presión, porque una primera válvula de igualación (142) y una segunda válvula de igualación (143) se comunican, respectivamente, con un primer canal de igualación (145) y un segundo canal de igualación (146), en el que cada cámara de adsorbente a presión de dicha pluralidad de cámaras de adsorbente a presión incluye un primer refuerzo de estanqueidad (111) dispuesto entre dicha cámara de fluido a presión (101) y dicho colector de entrada (102) y un segundo refuerzo de estanqueidad (111) dispuesto entre dicha cámara de fluido a presión (101) y dicho colector de salida (103); - una placa de retención (122) provista en un extremo de dicha al menos una cámara de adsorbente a presión y extendiéndose a través de una trayectoria de flujo de la misma, - una capa de malla (124) dispuesta adyacente a dicha placa de retención y extendiéndose a través de dicha trayectoria de flujo de dicha al menos una cámara de adsorbente a presión, en el que dichos primer y segundo refuerzo de estanqueidad (111) tienen una parte que se introduce en dicha de adsorbente a presión, teniendo dicha parte una superficie cóncava dispuesta opuesta a dicha placa de retención, definiendo dicha superficie cóncava y dicha placa de retención una cámara (120, 121) y en el que dichos primer y segundo refuerzo de estanqueidad (111) incluyen un distribuidor de flujo (114, 113) dispuesto dentro de dicha cámara. 2. El módulo de PSA (100) según la reivindicación 1, en el que dicha estructura rígida no está en contacto con el fluido que fluye a través de dicho módulo de PSA. 3. El módulo de PSA (100) según la reivindicación 1, en el que dicha estructura rígida incluye una pluralidad de los tirantes (104) que se extienden entre dicho colector de entrada y dicho colector de salida. 4. El módulo de PSA (100) según la reivindicación 1, en el que dicha estructura rígida incluye una pluralidad de paneles (200, 201, 203, 204) que se extienden entre dicho colector de entrada y dicho colector de salida. 5. El módulo de PSA (100) según la reivindicación 4, que comprende además una cubierta (208) que rodea dicho colector de salida y una pluralidad de válvulas (141, 142, 143) dispuestas en dicho colector de salida. 6. El módulo de PSA (100) según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos una cámara de adsorbente a presión de dicha pluralidad de cámaras de adsorbente a presión comprende una masa adsorbente (131) dispuesta adyacente a dicha capa de malla. 7. El módulo de PSA (100) según la reivindicación 1, en el que al menos una cámara de adsorbente a presión (101) de dicha pluralidad de cámaras de adsorbente a presión comprende: - una primera placa de retención (122) dispuesta en un extremo de dicha al menos una cámara de 9 ES 2 367 393 T3 adsorbente a presión y extendiéndose a través de una trayectoria de flujo de la misma; - una primera capa de malla (124) dispuesta adyacente a dicha primera placa de retención y extendiéndose a través de dicha trayectoria de flujo de dicha al menos una cámara de adsorbente a presión; - una segunda placa de retención (122) dispuesta en un extremo opuesto de dicha al menos una cámara de adsorbente a presión y extendiéndose a través de dicha trayectoria de flujo de la misma; - una segunda capa de malla (124) dispuesta adyacente a dicha segunda placa de retención y extendiéndose a través de dicha trayectoria de flujo de dicha al menos una cámara de adsorbente a presión; - una masa adsorbente (131) dispuesta entre dicha primera capa de malla y dicha segunda capa de malla. 8. El módulo de PSA (100) según la reivindicación 7, en el que dicha al menos una cámara de adsorbente a presión comprende además una capa elástica (130) dispuesta entre dicha primera placa de retención (121) y dicha masa adsorbente (131), en el que dicha capa elástica está sujeta comprimida entre dicha primera placa de retención y dicha masa adsorbente. 9. El módulo de PSA (100) según la reivindicación 8, en el que dicha capa elástica es un filtro. 10. El módulo de PSA (100) según la reivindicación 7, en el que dicha al menos una cámara de adsorbente a presión comprende además un primer anillo de estanqueidad radial (125) configurado para unir dicha primera placa de retención y dicha primera capa de malla y un segundo anillo de estanqueidad radial (127) configurado para unir dicha segunda capa de retención y dicha segunda capa de malla. 11. El módulo de PSA (100) según la reivindicación 7, en el que dicha al menos una cámara de adsorbente a presión comprende además un primer anillo elástico (123) configurado para montar dicha primera placa de retención y dicha primera capa de malla y un segundo anillo elástico (123) configurado para montar dicha segunda placa de retención y dicha segunda capa de malla. 12. El módulo de PSA (100) según la reivindicación 1, en el que dicha estructura rígida está conectada al menos a una cámara de adsorbente a presión de dicha pluralidad de cámaras de adsorbente a presión con medios de conexión que no transmiten un momento de flexión a dicha al menos una cámara de adsorbente. ES 2 367 393 T3 11 ES 2 367 393 T3 12 ES 2 367 393 T3 13 ES 2 367 393 T3 14 ES 2 367 393 T3 ES 2 367 393 T3 16 REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN La presente lista de referencias que cita el solicitante es sólo para comodidad del lector. La misma no forma parte del documento de patente europea. A pesar de que se ha prestado gran atención a la hora de recopilar las referencias, no se pueden excluir errores u omisiones y la OEP niega toda responsabilidad en este sentido. Documentos de patente citados en la descripción ES 2 367 393 T3 US 3986849 A, Fuderer [0003] US 5268021 A [0005] US 4234322 A, De Meyer [0004] US 5366541 A [0005] US 269064 A [0004] [0007] [0025] [0032] [0040] US 269067 A [0007] [0043] US 6051050 A, Keefer [0005] US 5549736 A [0007] US 5112367 A [0005] US 10269064 B [0041] 17