Proceso y aparato para la eliminación de óxido nitroso.

Un proceso para eliminar agua, dióxido de carbono y óxido nitroso de una corriente gaseosa de alimentación,

proceso que comprende pasar la corriente gaseosa de alimentación a través de un primer adsorbente para adsorber agua, a través de un segundo adsorbente para adsorber dióxido de carbono y a través de un tercer adsorbente para adsorber óxido nitroso, en el que el tercer adsorbente tiene un parámetro de difusión de nitrógeno de 0, 12 s-1 o más y una capacidad de adsorción de óxido nitroso de 80 mmol/g.bar (79 mmol/g.atm) o más a 30ºC.

Proceso y aparato para la eliminación de óxido nitroso La presente invención se refiere a un proceso y un aparato para la eliminación de óxido nitroso de una corriente gaseosa de alimentación.

La purificación criogénica del aire requiere una etapa previa de purificación para la eliminación de materiales peligrosos y de punto de ebullición alto. Los componentes principales de punto de ebullición alto del aire incluyen agua y dióxido de carbono. Si no se consigue la eliminación de estas impurezas del aire, el agua y el dióxido de carbono se solidificarán en las secciones frías del aparato de separación (por ejemplo, en cambiadores de calor y colector de oxígeno líquido) causando pérdida de presión y problemas operativos y de circulación. También se deben eliminar diversos materiales peligrosos, incluidos acetileno y otros hidrocarburos. Los hidrocarburos de punto de ebullición alto constituyen un problema porque se concentran en la sección de oxígeno líquido del aparato de separación, causando un peligro potencial de explosión.

Un componente menor del aire que recientemente ha sido reconocido como importante en la purificación previa del aire es el óxido nitroso. El óxido nitroso está presente en el aire ambiente a concentraciones de aproximadamente 0, 3 ppm. El óxido nitroso tiene propiedades similares al dióxido de carbono y, por lo tanto, presenta problemas operativos potenciales resultantes de la formación de sólidos en la columna del aparato de separación y en cambiadores de calor. Además, el óxido nitroso presenta un peligro de seguridad porque se sabe que aumenta la combustión de materiales orgánicos y es sensible a los choques. Por lo tanto, existe un interés industrial significativo en la eliminación de trazas de óxido nitroso del aire ambiente antes de la destilación criogénica.

La concentración de óxido nitroso aumenta constantemente en la atmósfera a un ritmo anual de aproximadamente 0, 2 a 0, 3% como consecuencia de los gases de escape de plantas de tratamiento de residuos y catalizadores de motores de combustión y plantas térmicas. Además, se ha incrementado la atención hacia el óxido nitroso porque se ha incrementado la pureza requerida de productos gaseosos (por ejemplo, oxígeno y gases nobles) . Muchos problemas de formación previa de sólidos observados en aparatos de separación de aire y atribuidos al dióxido de carbono pueden ser debidos al óxido nitroso.

La tecnología actual para la purificación previa del aire consiste en tratamientos de adsorción, incluidos procesos de adsorción térmica oscilante (TSA) (descritos, por ejemplo, en las patentes US-A-4.541.851 y US-A-5.137.548) y procesos de adsorción oscilante a presión (PSA) (descritos, por ejemplo, en la patente US-A-5.232.474) . En general, estos sistemas están diseñados para la eliminación total de agua y dióxido de carbono. Una publicación reciente (Wenning, reunión MUST, 1996) ha destacado el problema del óxido nitroso en plantas de separación de aire.

Wenning describe que, en procesos convencionales de TSA que usan zeolitas, como zeolita 5A, el óxido nitroso es adsorbido menos intensamente que el dióxido de carbono. Esto origina penetración del óxido nitroso antes que del dióxido de carbono. El óxido nitroso entra después en la sección fría del aparato. Se producen resultados similares en procesos de PSA basados en alúmina. Los solicitantes de la presente patente han demostrado que un proceso de PSA basado sólo en alúmina elimina aproximadamente el 30% de la concentración inicial de óxido nitroso del aire. Se sabe que lechos mixtos de alúmina y zeolita usados en procesos de TSA o PSA originan más penetración de óxido nitroso que lechos no mixtos.

Hay catalizadores disponibles que convierten óxido nitroso en nitrógeno y oxígeno (Wenning) , pero estos catalizadores funcionan a temperaturas elevadas lo que es indeseable.

El documento US-A-5919286 enseña el uso de una capa de zeolita en el extremo de producto de un lecho de PSA para la eliminación de óxido nitroso. El documento US-A-6106593 enseña un lecho adsorbente de TSA, de tres capas, donde la capa adsorbente final elimina óxido nitroso. El adsorbente se define por una capacidad de dióxido de carbono mínima para óxido nitroso (80 mmol/g/bar (79 mmol/g/atm) ) , e incluye adsorbentes tales como CaX.

El documento US 6273939 enseña el uso de zeolitas tipo faujasita, especialmente X o LSX intercambiadas con calcio, para la eliminación de óxido nitroso del aire antes de una destilación criogénica. El adsorbente se define únicamente por su tamaño.

El documento EP-A-1064978 enseña el uso de zeolita intercambiada con bario para separar dióxido de carbono, óxido nitroso e impurezas orgánicas del aire antes de una destilación criogénica. Se usa zeolita 13X que, como se indica, presenta una gran cantidad de penetración de óxido nitroso antes de la penetración de dióxido de carbono.

El documento EP-A-1092465 enseña el uso de zeolitas tipo X con razones silicio a aluminio especificadas para la eliminación adsorbente de óxido nitroso e hidrocarburos del aire antes de una destilación criogénica. Se usa Siliporite G586 de Ceca en perlas de 1, 6 x 2, 5 mm.

En estos documentos, los adsorbentes útiles para la separación de óxido nitroso del aire se identifican por su composición o selectividad en el equilibrio.

En un primer aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para la eliminación de agua, dióxido de carbono y óxido nitroso de una corriente gaseosa de alimentación, que comprende hacer pasar la corriente de gas de alimentación a través de un primer adsorbente para adsorber agua, un segundo adsorbente para adsorber dióxido de carbono y un tercer adsorbente para adsorber óxido nitroso y formar una corriente de gas de alimentación purificada, en donde el tercer adsorbente tiene un parámetro de difusión de nitrógeno de 0, 15 s-1 o más y una capacidad de óxido nitroso de 80 mmol/g/bar (79 mmol/g/atm) o más a 30ºC. Los primer, segundo y tercer adsorbentes o cualquier combinación de ellos pueden ser opcionalmente el mismo material.

Opcionalmente, los segundo y tercer adsorbentes son el mismo material y son diferentes del primer adsorbente.

Preferiblemente, el gas de alimentación es aire.

Preferiblemente el proceso comprende además la destilación criogénica de la corriente gaseosa purificada, para separar una corriente rica en nitrógeno y/o una corriente rica en oxígeno.

Preferiblemente los adsorbentes se regeneran por adsorción térmica oscilante. Los adsorbentes se regeneran preferiblemente a una temperatura de 50 a 400ºC y/o a una presión de 0, 1 a 20 atm. Preferiblemente se pasa oxígeno, nitrógeno, metano, hidrógeno, argón o una mezcla de dos o más de ellos sobre los adsorbentes cuando estos están regenerados.

Preferiblemente la corriente gaseosa de alimentación está a una temperatura de 0 a 50ºC y/o a una presión de 3 a 20 atm.

El primer adsorbente se puede seleccionar de alúmina, gel de sílice, alúmina impregnada, zeolita A y zeolita X y el segundo y tercer adsorbente se pueden seleccionar de alúmina impregnada, material compuesto de alúmina/zeolita impregnado, zeolita A y zeolita X.

En un segundo aspecto, la presente invención se refiere a un aparato para la eliminación de agua, dióxido de carbono y óxido nitroso de una corriente gaseosa de alimentación, aparato que comprende, en conexión fluida en serie, un primer adsorbente para adsorber agua, un segundo adsorbente para eliminar dióxido de carbono y un tercer adsorbente para eliminar óxido nitroso, en el que el tercer adsorbente tiene un parámetro de difusión de nitrógeno de 0, 15 s-1 o más y una capacidad de óxido nitroso de 79 mmol/g.atm o más a 30ºC y el primer, segundo y tercer adsorbente son opcionalmente el mismo material.

Preferiblemente el aparato comprende además, en conexión fluida en serie, una unidad criogénica de separación del aire.

En un tercer aspecto, la presente invención se refiere a un proceso para eliminar óxido nitroso de una corriente gaseosa de alimentación, proceso que comprende hacer pasar la corriente gaseosa de alimentación sobre un adsorbente que tiene un parámetro de difusión de nitrógeno de 0, 15 s-1 o más y una capacidad de óxido nitroso de 80 mmol/g.bar (79 mmol/g.atm) o más a 30ºC.

La producción de adsorbentes que tienen el parámetro requerido de difusión de nitrógeno está dentro de la capacidad de los fabricantes de adsorbentes. Se pueden producir formas químicas conocidas de los adsorbentes que tengan la propiedad requerida mediante selección apropiada de procesos de fabricación para producir tamaños de...

1. Un proceso para eliminar agua, dióxido de carbono y óxido nitroso de una corriente gaseosa de alimentación, proceso que comprende hacer pasar la corriente gaseosa de alimentación a través de un primer adsorbente para adsorber agua, un segundo adsorbente para adsorber dióxido de carbono y un tercer adsorbente para adsorber óxido nitroso, en el que el tercer adsorbente tiene un parámetro de difusión de nitrógeno de 0, 15 s-1 o más y una capacidad de óxido nitroso de 80 mmol/g.bar (79 mmol/g.atm) o más a 30ºC.

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el primer, el segundo y el tercer adsorbentes, o cualquier combinación de ellos, son el mismo material.

3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el segundo y el tercer adsorbentes son el mismo material, y son diferentes del primer adsorbente.

4. Un proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el gas de alimentación es aire.

5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende además la destilación criogénica de la corriente gaseosa de alimentación purificada para separar una corriente rica en nitrógeno y/o una corriente rica en oxígeno.

6. Un proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que los adsorbentes se regeneran por adsorción térmica oscilante.

7. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 6, en el que los adsorbentes se regeneran a una temperatura de 50 a 400ºC.

8. Un proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la corriente gaseosa de alimentación está a una temperatura de 0 a 50ºC.

9. Un proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que la corriente gaseosa de alimentación está a una presión de 3 a 20 atm.

10. Un proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que los adsorbentes se regeneran a una presión de 0, 1 a 20 atm.

11. Un proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que se hace pasar oxígeno, nitrógeno, metano, hidrógeno, argón o una mezcla de dos o más de ellos sobre los adsorbentes cuando estos están regenerados.

12. Un proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el primer adsorbente se selecciona de alúmina, gel de sílice, alúmina impregnada, zeolita A y zeolita X.

13. Un proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el segundo adsorbente se selecciona de alúmina impregnada, material compuesto de alúmina/zeolita impregnado, zeolita A y zeolita X.

14. Un proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el tercer adsorbente se selecciona de alúmina impregnada, material compuesto de alúmina/zeolita impregnado, zeolita A y zeolita X.

15. Un proceso de acuerdo con cualquier reivindicación precedente, en el que el tercer adsorbente es zeolita CaX.

16. Aparato para eliminar agua, dióxido de carbono y óxido nitroso de una corriente gaseosa de alimentación, aparato que comprende, en conexión fluida en serie, un primer adsorbente para adsorber agua, un segundo adsorbente para eliminar dióxido de carbono y un tercer adsorbente para eliminar óxido nitroso, en el que el tercer adsorbente tiene un parámetro de difusión de nitrógeno de 0, 15 s-1 o más y una capacidad de óxido nitroso de 80 mmol/g.bar (79 mmol/g.atm) o más a 30ºC y el primer, el segundo y el tercer adsorbentes pueden ser opcionalmente el mismo material.

17. Aparato de acuerdo con la reivindicación 16, que comprende además, en conexión fluida en serie, una unidad de separación criogénica del aire.

18. Un proceso para eliminar óxido nitroso de una corriente gaseosa de alimentación, proceso que comprende hacer pasar la corriente gaseosa de alimentación sobre un adsorbente que tiene un parámetro de difusión de nitrógeno de 0, 15 s-1 o más y una capacidad de óxido nitroso de 80 mmol/g.bar (79 mmol/g.atm) o más a 30ºC.

19. El uso de un adsorbente que tiene un parámetro de difusión de nitrógeno de 0, 15 s-1 o más y una capacidad de óxido nitroso de 80 mmol/g.bar (79 mmol/g.atm) para separar óxido nitroso de una corriente gaseosa de alimentación.