CONTROL DE REGENERACIÓN DE SISTEMAS HÍBRIDOS PSA/TSA (ADSORCIÓN POR VARIACIÓN DE TEMPERATURA/ADSORCIÓN POR VARIACIÓN DE PRESIÓN).

Control de regeneración de sistemas híbridos PSA/TSA (adsorción por variación de temperatura/adsorción por variación de presión). ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un procedimiento de adsorción para retirar agua y dióxido de carbono (CO2) de un gas de alimentación que usa un híbrido de variación de temperatura (es decir, TSA) y variación de presión (PSA) para regenerar el adsorbente. Más específicamente, la presente invención se refiere a un procedimiento en el que: (a) el procedimiento emplea un recipiente de adsorción que tiene un orificio de alimentación para introducir el gas de alimentación y un orificio de producto para extraer el gas producto; (b) ubicada adyacente al orificio de alimentación hay una zona de retirada de agua que contiene un adsorbente selectivo de agua (especialmente alúmina activada o gel de sílice) para adsorber el agua del gas de alimentación; (c) ubicada entre la zona de retirada de agua y el orificio de producto hay una zona de retirada de CO2 que contiene un adsorbente selectivo de CO2 (especialmente un tamiz molecular) para adsorber el CO2 del gas de alimentación; (d) el procedimiento alterna entre una secuencia de adsorción y una secuencia de regeneración; (e) durante la secuencia de adsorción: (i) el gas de alimentación se hace pasar a través del recipiente comenzando en el orificio de alimentación; (ii) al menos una parte del adsorbente selectivo de agua se satura con agua; (iii) al menos una parte del adsorbente selectivo de CO2 se satura con CO2; y (iv) el gas producto se extrae desde el orificio de producto; (f) durante la secuencia de regeneración: (i) el recipiente se despresuriza a una presión menor; (ii) comenzando en el orificio de producto, un gas de regeneración calefactor se hace pasar a través del recipiente que proporciona una cantidad de calor de regeneración como un impulso calórico para desorber (es decir, mediante variación de temperatura) sustancialmente todo el CO2 adsorbido durante la secuencia de adsorción y una parte (pero no toda la parte) del agua adsorbida durante la secuencia de adsorción; y (iii) comenzando en el orificio de producto, un gas de regeneración refrigerante se hace pasar a través del recipiente para desorber (es decir, mediante variación de presión) la mayoría o sustancialmente todo el agua restante adsorbida durante la secuencia de adsorción; y (iv) el recipiente se presuriza con gas de alimentación para preparar el recipiente para su próxima secuencia de adsorción. Se enseña el procedimiento TSA/PSA híbrido anterior (de aquí en adelante el procedimiento híbrido). Véase en particular el documento US-A-6.599.347 por Kalbassi et al. (de aquí en adelante Kalbassi) que enseña el procedimiento híbrido en el contexto de un recipiente vertical de adsorción en el que el orificio de alimentación está ubicado en el fondo del recipiente y el gas de alimentación fluye hacia arriba antes de alcanzar el orificio de producto ubicado en la parte superior del recipiente. Una cuestión clave en el procedimiento híbrido es calcular con precisión la cantidad de calor que necesita proporcionarse por el gas de regeneración calefactor en la (f)(ii) anterior de modo que no se malgaste energía calentando el gas de regeneración más allá de lo necesario. Como puede apreciarse por un experto en la técnica, el calor proporcionado por el gas de regeneración calefactor debe ser suficiente para conducir el impulso de calor resultante a través de la zona de retirada de CO2 de manera que desaparezca en una ubicación (de aquí en adelante, la ubicación de diseño) dentro de la zona de retirada de agua que esté lo suficientemente lejos como para haber regenerado una parte significativa de la zona de retirada de agua (es decir, mediante variación de temperatura), pero no demasiado lejos en la zona de retirada de agua de modo que la capacidad del gas de regeneración refrigerante para completar la regeneración de la zona de retirada de agua (es decir, mediante variación de presión) no se utilice completamente. Dicho de otro modo, la ubicación de diseño corresponde a la ubicación dentro de la zona de retirada de agua en la que ocurre la transición desde la regeneración mediante variación de temperatura, a la regeneración mediante variación de presión. Kalbassi trata esta cuestión clave en el procedimiento híbrido ajustando la cantidad de calor que va que va a proporcionarse por el gas de regeneración calentado como una función del contenido en agua del gas de alimentación. Al contrario que establecer una cantidad fija de calor basándose en las condiciones ambientales más adversas que probablemente se producirán, esto proporciona ahorros de energía significativos. Kalbassi es una solución incompleta, sin embargo, con respecto a la presente invención porque, a diferencia de la presente invención, el ajuste de Kalbassi de la cantidad necesaria de calor no tiene en cuenta datos de temperatura durante la 2   secuencia de regeneración y particularmente datos de temperatura tomados en el interior de una parte estratégica (la parte estratégica) de la zona de retirada de agua que se centra alrededor de la ubicación de diseño. Estos datos de temperatura permiten medir la ubicación real en la que desaparece el impulso de calor y concilian cualquier discrepancia con la ubicación de diseño ajustando apropiadamente la cantidad de calor que va que va a proporcionarse en la próxima secuencia de regeneración. La capacidad de afinar el ajuste del calor proporcionado de un ciclo a otro de esta manera incrementa adicionalmente el ahorro de energía en Kalbassi. En general, la parte estratégica podría ser cualquier parte de la zona de retirada de agua distinta de la de los bordes o cerca de ellos, puesto que, como puede apreciarse por un experto en la técnica, los bordes de la zona de retirada de agua no son ubicaciones de diseño prácticas para que el impulso de calor desaparezca en un procedimiento híbrido debido al riesgo de contaminación de agua del adsorbente de CO2. En particular, si la ubicación de diseño se encuentra cerca del borde de la zona de retirada de agua adyacente a la zona de retirada de CO2, esto significa que una pequeña extensión, en caso de haber, de la zona de retirada de agua se regenera mediante variación de temperatura; de manera similar, si la ubicación de diseño se encuentra cerca del borde de la zona de retirada de agua en la que se introduce el gas de alimentación, esto significa que una pequeña extensión, en caso de haber, del recipiente de la zona de retirada de agua se regenera mediante variación de presión. Para ser más preciso, si se pensara en el adsorbente selectivo de agua contenido en la zona de retirada de agua como en 10 capas de igual espesor (con la capa 1 comenzando al final de la zona de retirada de agua adyacente al orificio de alimentación y avanzando secuencialmente hasta la capa 10, siendo la capa 10 adyacente a la zona de retirada de CO2), la parte estratégica comprendería 3-4 capas consecutivas cualquiera entre (e incluyendo) las capas 2 a 9. Dado que la ubicación de diseño para que el impulso de calor desaparezca en un sistema híbrido habitual está normalmente en algún lugar entre las capas 6 y 9, se deduce que la parte estratégica comprenderá habitualmente las capas 6 a 9. El documento US-A-6.402.809 (2002) por Monereau et al. asignado a L Air Liquide también enseña el procedimiento híbrido al que antes se ha hecho referencia. Monereau enseña además a controlar la temperatura del gas de regeneración dependiendo de las condiciones de operación que incluyen el perfil térmico de la salida frontal de calor mediante el [adsorbedor] al final de la regeneración. O, como se enseñó más particularmente en la columna 5, línea 5 de Monereau, la temperatura del gas de regeneración se controla según el perfil térmico a medida que el frente de calor abandona [la zona de retirada de agua]. Por consiguiente los datos de temperatura se toman en el borde de la zona de retirada de agua correspondiente a la capa 1 en la definición de la presente invención de la zona de retirada de agua. Como se analizó previamente, esto va en contra de lo enseñado en la presente invención. En particular, una ubicación tal significa que se utiliza una pequeña medida, en caso de haber, de la capacidad para completar la regeneración de la variación de presión del recipiente de la zona de retirada de agua, y consecuentemente el gas de regeneración se calienta más de lo necesario. El documento US-A-4.541.851 (1985; correspondiente al documento EP-A-0118349) por Bosquain et al. asignado a LAir Liquide enseña el uso de un lecho de adsorción radial en el procedimiento híbrido al que se hizo referencia anteriormente en el que el orificio de alimentación distribuye el gas de alimentación en el exterior del... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de adsorción para retirar agua y CO2 de un gas (12) de alimentación en el que: (a) el procedimiento emplea un recipiente (14) de adsorción que tiene un orificio (16) de alimentación para introducir el gas (12) de alimentación y un orificio (18) de producto para extraer el gas producto; (b) ubicada adyacente al orificio (16) de alimentación hay una zona (22) de retirada de agua que contiene un adsorbente selectivo de agua para adsorber el agua del gas (12) de alimentación; (c) ubicada entre la zona (22) de retirada de agua y el orificio (18) de producto hay una zona (24) de retirada de CO2 que contiene un adsorbente selectivo de CO2 para adsorber el CO2 del gas (12) de alimentación; (d) el procedimiento alterna entre una secuencia de adsorción y una secuencia de regeneración; (e) durante la secuencia de adsorción: (i) el gas (12) de alimentación se hace pasar a través del recipiente (14) comenzando en el orificio (16) de alimentación; (ii) al menos una parte del adsorbente selectivo de agua se satura con agua; (iii) al menos una parte del adsorbente selectivo de CO2 se satura con CO2; y (iv) el gas (20) producto se extrae desde el orificio (18) de producto; (f) durante la secuencia de regeneración: (i) el recipiente (14) se despresuriza a una presión menor; (ii) comenzando en el orificio (18) de producto, un gas de regeneración calefactor se hace pasar a través del recipiente (14) que proporciona una cantidad de calor de regeneración como un impulso calórico para desorber sustancialmente todo el CO2 adsorbido durante la secuencia de adsorción y sólo una parte del agua adsorbida durante la secuencia de adsorción; y (iii) comenzando en el orificio (18) de producto, un gas de regeneración refrigerante se hace pasar a través del recipiente (14) para desorber la mayoría o sustancialmente todo el agua restante adsorbida durante la secuencia de adsorción; y (iv) el recipiente (14) se presuriza con gas (12) de alimentación para preparar el recipiente para su próxima secuencia de adsorción; caracterizado porque considerando que el adsorbente selectivo de agua contenido en la zona (22) de retirada de agua consiste en diez capas (1 - 10) teóricas de igual espesor, con la capa 1 comenzando al final de la zona (22) de retirada de agua adyacente al orificio (16) de gas de alimentación y las capas avanzando secuencialmente hasta la capa 10 al final de la zona (22) de retirada de agua que es adyacente a la zona (24) de retirada de CO2, la cantidad de calor de regeneración para la próxima secuencia de regeneración se ajusta como una función de datos de temperatura tomados dentro de una parte estratégica de la zona de adsorbente selectivo de agua que comprende 3-4 capas consecutivas cualquiera entre, e incluyendo, las capas 2 a 9 de manera que el impulso de calor desaparece dentro de dicha parte estratégica. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la parte estratégica comprende las capas 6 a 9. 3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que los datos de temperatura se obtienen a partir de una ubicación en la capa 9 y a partir de una ubicación en la capa 6. 4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la cantidad de calor que va a proporcionarse por el gas de regeneración calentado también se ajusta como una función del contenido en agua del gas (12) de alimentación. 5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas (12) de alimentación es aire. 6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que el gas (20) producto se alimenta a una unidad de separación de aire criogénica y se separa en sus componentes constitutivos. 7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el gas (12) de alimentación es gas natural. 8. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el gas (12) de alimentación es un gas de síntesis que comprende monóxido de carbono e hidrógeno. 9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el adsorbente selectivo de agua es alúmina activada. 7   10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el adsorbente selectivo de agua es gel de sílice. 11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el adsorbente selectivo de CO2 es un tamiz molecular. 12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el recipiente (14) de adsorción es un recipiente de flujo vertical en el que el orificio (16) de alimentación está ubicado en el fondo del recipiente (14) de adsorción y el gas (12) de alimentación fluye hacia arriba a través del recipiente de adsorción antes de alcanzar el orificio (18) de producto ubicado en la parte superior del recipiente de adsorción. 13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el recipiente de adsorción es un recipiente de flujo radial en el que el orificio de alimentación distribuye el gas de alimentación en el exterior del recipiente de adsorción, y el gas de alimentación fluye radialmente a través del recipiente de adsorción antes de alcanzar el orificio de producto ubicado en el exterior del recipiente de adsorción. 8   9