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MX2011001089A - Recuperacion de dioxido de carbono del gas de proceso. - Google Patents

Recuperacion de dioxido de carbono del gas de proceso.

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MX2011001089A
MX2011001089A MX2011001089A MX2011001089A MX2011001089A MX 2011001089 A MX2011001089 A MX 2011001089A MX 2011001089 A MX2011001089 A MX 2011001089A MX 2011001089 A MX2011001089 A MX 2011001089A MX 2011001089 A MX2011001089 A MX 2011001089A
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MX
Mexico
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stream
moisture
adsorbent
feed
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Application number
MX2011001089A
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Inventor
Minish Mahendra Shah
Original Assignee
Praxair Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

Se describe un gas que contiene dióxido de carbono tal como el gas de proceso y una corriente rica en dióxido de carbono que son comprimidos, las corrientes combinadas entonces se tratan para desorber la humedad sobre los lechos adsorbentes y entonces se someten al procesamiento de temperatura sub-ambiente para producir una corriente de producto de dióxido de carbono y una corriente de ventilación. La corriente de ventilación se trata para producir una corriente reducida en dióxido de carbono que se puede utilizar para desorber la humedad de los lechos, y una corriente rica en dióxido de carbono que se combina con el gas que contiene dióxido de carbono.

Description

RECUPERACION DE DIOXIDO DE CARBONO DEL GAS DE PROCESO Campo de la Invención La presente invención se refiere a la recuperación de dióxido de carbono de corrientes tal como gas de proceso que contiene dióxido de carbono.
Antecedentes de la Invención Muchos procesos para la eliminación del C02 de las corrientes tal como el gas de proceso de combustión de combustible oxigenado dan lugar a la recuperación baja de C02 debido a las limitaciones de equilibrio de líquido de vapor de las mezclas de C02, o debido a otros apremios. Cualquier C02 que no se recupera termina en una corriente de ventilación que se liberará a la atmósfera. El interés es cada vez mayor en la recuperación de dióxido de carbono a un grado más alto de recuperación, en una corriente de producto que tiene un contenido más alto de dióxido de carbono.
Breve Descripción de la Invención Un aspecto de la presente invención es un método para la recuperación de dióxido de carbono que comprende (A) proporcionar un gas de alimentación aumentado con dióxido de carbono agregando dióxido de carbono a un gas de proceso producido por la combustión de combustible oxigenado en donde el gas de proceso comprende por lo menos dióxido de carbono, vapor de agua, NOx y monóxido de carbono, en donde el gas de alimentación contiene menos de 0.1% en volumen de hidrógeno; (B) comprimir el gas de alimentación y después secar el gas de alimentación comprimido poniéndolo en contacto con un adsorbente para formar el adsorbente cargado con humedad y una corriente de alimentación gaseosa secada; (C) someter la corriente de alimentación gaseosa secada a un proceso de recuperación de temperatura sub-ambiente, utilizando la refrigeración proporcionada por la expansión de por lo menos una corriente de producto de dióxido de carbono líquido formado por el proceso de recuperación, para producir por lo menos una corriente gaseosa de producto de dióxido de carbono y por lo menos una corriente de ventilación gaseosa que contiene dióxido de carbono; (D) separar la corriente de ventilación en una corriente rica en dióxido de carbono y una corriente reducida en dióxido de carbono, por la adsorción de oscilación de presión o por absorción física o química; (E) desorber la humedad del adsorbente cargado con humedad mediante el contacto del adsorbente cargado con humedad con la corriente reducida en dióxido de carbono para formar una corriente reducida en dióxido de carbono cargada con humedad y después separar la corriente reducida en dióxido de carbono cargada con humedad del adsorbente; y (F) combinar la corriente rica en dióxido de carbono con el gas de proceso para formar el gas de alimentación complementado con dióxido de carbono.
Otro aspecto de la invención es un método para recuperar el dióxido de carbono que comprende (A) proporcionar un gas de alimentación complementado con dióxido de carbono agregando dióxido de carbono a un gas de proceso producido por la combustión de combustible oxigenado en donde el gas de proceso comprende por lo menos dióxido de carbono, vapor de agua, NOx y monóxido de carbono, en donde el gas de alimentación contiene menos de 0.1% en volumen de hidrógeno; (B) comprimir el gas de alimentación y después secar el gas de alimentación comprimido por el contacto con un adsorbente para formar el adsorbente cargado con humedad y una corriente de alimentación gaseosa secada; (C) someter la corriente de alimentación gaseosa secada a un proceso de recuperación de temperatura sub-ambiente, utilizando la refrigeración proporcionada por la expansión de por lo menos una corriente de producto de dióxido de carbono líquido formada por el proceso de recuperación, y utilizando preferiblemente solamente la refrigeración proporcionada por tal expansión, para producir por lo menos una corriente gaseosa de producto de dióxido de carbono y por lo menos una corriente gaseosa de ventilación que contiene dióxido de carbono; (D) separar la corriente de ventilación en una corriente rica en dióxido de carbono y en una corriente reducida en dióxido de carbono, por la adsorción de oscilación de presión o por la absorción física o química; (E) expandir la corriente reducida en dióxido de carbono para formar una corriente reducida en dióxido de carbono expandida; (F) desorber la humedad del adsorbente cargado con humedad por el contacto del adsorbente cargado con humedad con la corriente reducida en dióxido de carbono expandida para formar una corriente reducida en dióxido de carbono cargada con humedad y después separar la corriente reducida en dióxido de carbono cargada con humedad del adsorbente; y (G) combinar la corriente rica en dióxido de carbono con el gas de proceso para formar el gas de alimentación complementado con dióxido de carbono.
Aún otro aspecto de la presente invención es un método para recuperar el dióxido de carbono que comprende (A) proporcionar un gas de alimentación complementado con dióxido de carbono agregando dióxido de carbono a un gas de proceso producido por la combustión de combustible oxigenado en donde el gas de proceso comprende por lo menos dióxido de carbono, vapor de agua, NOx y monóxido de carbono, en donde el gas de alimentación contiene menos de 0.1% en volumen de hidrógeno; (B) comprimir el gas de alimentación y después secar el gas de alimentación comprimido por el contacto con un adsorbente para formar el adsorbente cargado con humedad y una corriente de alimentación gaseosa secada; (C) someter la corriente de alimentación gaseosa secada a un proceso de recuperación de temperatura sub-ambiente, utilizando la refrigeración proporcionada por la expansión de por lo menos una corriente de producto de dióxido de carbono líquido formada por el proceso de recuperación, para producir por lo menos una corriente gaseosa de producto de dióxido de carbono y por lo menos una corriente gaseosa de ventilación que contiene dióxido de carbono; (D) separar la corriente de ventilación en una corriente rica en dióxido de carbono y en una corriente reducida en dióxido de carbono, por la adsorción de oscilación de presión o por la absorción física o química; (E) expandir opcionalmente la corriente reducida en dióxido de carbono para formar una corriente reducida en dióxido de carbono expandida; (F) desorber la humedad del adsorbente cargado con humedad por el contacto del adsorbente cargado con humedad con una corriente de nitrógeno y después purgar el nitrógeno del adsorbente por el contacto del adsorbente con la corriente reducida en dióxido de carbono expandida, y después separar la corriente reducida en dióxido de carbono del adsorbente; y (G) combinar la corriente rica en dióxido de carbono con el gas de proceso para formar el gas de alimentación complementado con dióxido de carbono.
Otro aspecto de la presente invención es un método para recuperar dióxido de carbono que comprende (A) proporcionar un gas de alimentación complementado con dióxido de carbono agregando dióxido de carbono a un gas de proceso producido por la combustión de combustible oxigenado en donde el gas de proceso comprende por lo menos dióxido de carbono, vapor de agua, NOx y monóxido de carbono, en donde el gas de alimentación contiene menos de 0.1% en volumen de hidrógeno; (B) comprimir el gas de alimentación y después secar el gas de alimentación comprimido por el contacto con un adsorbente para formar el adsorbente cargado con humedad y una corriente de alimentación gaseosa secada; (C) someter la corriente de alimentación gaseosa secada a un proceso de recuperación de temperatura sub-ambiente, utilizando la refrigeración proporcionada por la expansión de por lo menos una corriente de producto de dióxido de carbono líquido formada por el proceso de recuperación, para producir por lo menos una corriente gaseosa de producto de dióxido de carbono y por lo menos una corriente gaseosa de ventilación que contiene dióxido de carbono; (D) desorber la humedad del adsorbente cargado con humedad por el contacto del adsorbente cargado con humedad con la corriente de ventilación para formar una corriente de ventilación cargada con humedad y después separar la corriente de ventilación cargada con humedad del adsorbente; (E) separar la corriente de ventilación en una corriente rica en dióxido de carbono y en una corriente reducida en dióxido de carbono, por la adsorción de oscilación de presión o por la absorción física o química; y (F) combinar la corriente rica en dióxido de carbono con el gas de proceso para formar el gas de alimentación complementado con dióxido de carbono.
Otro aspecto de la presente invención es un aparato para recuperar el dióxido de carbono que comprende (A) un aparato compresor capaz de comprimir el gas que contiene dióxido de carbono para producir una corriente comprimida que contiene dióxido de carbono; (B) un aparato secador acoplado al aparato compresor para recibir la corriente comprimida que contiene dióxido de carbono, y capaz de reducir el contenido de agua de la corriente comprimida que contiene dióxido de carbono para producir una corriente secada que contiene dióxido de carbono, en donde el aparato secador comprende uno o más lechos que contienen el adsorbente de agua que puede alternativamente absorber el agua y ser desorbido del agua por el contacto con una corriente reducida en dióxido de carbono producida en el aparato de separación (D); (C) un aparato de procesamiento acoplado con el aparato secador para recibir la corriente secada que contiene dióxido de carbono, y capaz de producir de la misma por lo menos una corriente gaseosa de producto de dióxido de carbono y por lo menos una corriente gaseosa de ventilación que contiene dióxido de carbono, mediante el procesamiento de temperatura sub-ambiente; y (D) un aparato de separación acoplado al aparato de procesamiento para recibir la corriente de ventilación, y capaz de producir de la corriente de ventilación una corriente rica en dióxido de carbono y una corriente reducida en dióxido de carbono por la adsorción de oscilación de presión o por la absorción física o química, y acoplado al aparato compresor para pasar la corriente rica en dióxido de carbono al aparato compresor, y acoplado al aparato secador para que la corriente reducida en dióxido de carbono pueda pasar al aparato secador.
Un aspecto adicional de la presente invención es un aparato para recuperar el dióxido de carbono que comprende (A) un aparato compresor capaz de comprimir el gas que contiene dióxido de carbono para producir una corriente comprimida que contiene dióxido de carbono; (B) un aparato secador acoplado al aparato compresor para recibir la corriente comprimida que contiene dióxido de carbono, y capaz de reducir el contenido de agua de la corriente comprimida que contiene dióxido de carbono para producir una corriente secada que contiene dióxido de carbono, en donde el aparato secador comprende uno o más lechos que contienen el adsorbente de agua que puede alternativamente absorber el agua y ser desorbido del agua por el contacto con una corriente de ventilación del aparato de procesamiento (C); (C) un aparato de procesamiento acoplado al aparato secador para recibir la corriente secada que contiene dióxido de carbono, y capaz de producir de la misma por lo menos una corriente gaseosa de producto de dióxido de carbono y por lo menos una corriente gaseosa de ventilación que contiene dióxido de carbono, por el procesamiento de temperatura sub-ambiente; y (D) un aparato de separación acoplado al aparato secador para recibir la corriente de ventilación, y capaz de producir de la corriente de ventilación una corriente rica en dióxido de carbono y una corriente reducida en dióxido de carbono por la adsorción de oscilación de presión o por la absorción física o química, y acoplado al aparato compresor para que la corriente rica en dióxido de carbono pueda pasar al aparato compresor.
Preferiblemente por lo menos una corriente gaseosa de producto de dióxido de carbono entonces se comprime, por ejemplo para facilitar que sea alimentada en una tubería para la transferencia a otra ubicación.
También, preferiblemente, la corriente reducida en dióxido de carbono es calentada y tratada para reducir su contenido de NOx y monóxido de carbono.
Varias modalidades descritas en las siguientes secciones de esta especificación constituyen los aspectos de la presente invención.
Según lo utilizado en la presente, "combustión de combustible oxigenado" significa combustible de alimentación y alimentación de una corriente de oxidante que tiene un contenido de oxígeno de por lo menos 80% en volumen a un proceso de combustión y la combustión del combustible con oxígeno, preferiblemente con reciclaje al proceso de combustión de por lo menos una porción de los productos gaseosos de la combustión. Un proceso de combustión de combustible oxigenado genera una corriente de gas de proceso rica en C02- Según lo utilizado en la presente, "adsorción de oscilación de presión" significa absorber un producto, en este caso dióxido de carbono, de una corriente de alimentación gaseosa sobre un adsorbente sólido a una primera presión, eliminando la corriente de alimentación reducida del producto absorbido, y después desorber el producto a una segunda presión diferente de la primera presión. Según lo utilizado en la presente, "adsorción de oscilación de presión de vacío" (VPSA, por sus siglas en inglés) significa un proceso de adsorción de oscilación de presión en el cual la segunda presión es presión sub-ambiente.
Según lo utilizado en la presente, "absorción física" significa la absorción de un producto, en este caso dióxido de carbono, de una corriente de alimentación gaseosa pasando la corriente de alimentación en un líquido que disuelve preferiblemente el dióxido de carbono de la corriente de alimentación, eliminando la corriente de alimentación reducida del producto absorbente, y después recuperando el dióxido de carbono del líquido tal como disminuyendo la presión sobre el líquido o separando el dióxido de carbono del líquido, en donde la absorción del dióxido de carbono en el líquido no implica una reacción química del dióxido de carbono.
Según lo utilizado en la presente, "absorción química" significa la absorción de un producto, en este caso dióxido de carbono, de una corriente de alimentación gaseosa pasando la corriente de alimentación en un líquido que contenga un componente con el cual el dióxido de carbono reaccione preferiblemente, eliminando la corriente de alimentación reducida del producto absorbente, y después recuperando el dióxido de carbono del líquido tal como disminuyendo la presión sobre el líquido o separando el dióxido de carbono del líquido, en donde la absorción del dióxido de carbono en el líquido implica una reacción química del dióxido de carbono con un componente en el líquido.
Según lo utilizado en la presente, "NOx" significa óxidos de nitrógeno, que incluyen pero no se limitan a NO, N02, N20, y N3O4, y mezclas de óxidos de nitrógeno.
Según lo utilizado en la presente, "SOx" significa S02, S03, y mezclas de los mismos.
Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 es un diagrama que muestra la incorporación de una modalidad del método de la presente invención en un sistema de combustión de combustible oxigenado.
La figura 2 es un diagrama que muestra la incorporación de otra modalidad del método de la presente invención en un sistema de combustión de combustible oxigenado.
La figura 3 es un diagrama que muestra la incorporación de otra modalidad del método de la presente invención en un sistema de combustión de combustible oxigenado.
La figura 4 es un diagrama que muestra la incorporación de otra modalidad del método de la presente invención en un sistema de combustión de combustible oxigenado.
La figura 5 es un diagrama de una modalidad de una unidad secadora útil en el método de la presente invención.
La figura 6 es un diagrama de otra modalidad de una unidad secadora útil en el método de la presente invención.
La figura 7 es un diagrama de una modalidad de una unidad de procesamiento de temperatura sub-ambiente útil en el método de la presente invención.
La figura 8 es un diagrama de otra modalidad de una unidad de procesamiento de temperatura sub-ambiente útil en el método de la presente invención.
La figura 9 es un diagrama de otra modalidad de una unidad de procesamiento de temperatura sub-ambiente útil en el método de la presente invención.
La figura 10 es un diagrama de otra modalidad de una unidad de procesamiento de temperatura sub-ambiente útil en el método de la presente invención.
La figura 11 es un diagrama de otra modalidad de un proceso de temperatura sub-ambiente útil en el método de la presente invención.
La figura 12 es un diagrama de otra modalidad de un proceso de temperatura sub-ambiente útil en el método de la presente invención.
La figura 13 ilustra un diagrama de etapa de ciclo para una unidad de VPSA de C02 que tiene seis lechos, tres etapas de igualación de presión y flujo a través del lecho de evacuación, útil en la presente invención.
La figura 14 muestra un dibujo esquemático para una unidad de VPSA de C02 de la figura 13.
La figura 15 muestra la secuencia de válvula para la operación de la unidad de VPSA de C02 mostrada en las figuras 13 y 14.
La figura 16 ilustra un diagrama de etapa de ciclo alternativo para una unidad de VPSA de C02 que tiene cinco lechos, dos etapas de igualación de presión y flujo a través del lecho de evacuación, útil en la presente invención.
La figura 17 ilustra otro diagrama de etapa de ciclo alternativo para una unidad de VPSA de C02 que tiene siete lechos, tres etapas de igualación de presión y flujo a través del lecho de evacuación, útil en la presente invención.
La figura 18 ilustra otro diagrama de etapa de ciclo alternativo para una unidad de VPSA de C02 que tiene seis lechos, tres etapas de igualación de presión y mezcla directa, útil en la presente invención.
La figura 19 muestra un dibujo esquemático para la unidad de VPSA de C02 de la figura 18.
La figura 20 muestra la secuencia de válvula para la operación de la unidad de VPSA de C02 mostrada en las figuras 18 y 19.
La figura 21 ilustra aún otro diagrama de etapa de ciclo para una unidad de VPSA de C02 que tiene cinco lechos, dos etapas de igualación de presión y mezcla directa, útil en la presente invención.
La figura 22 ilustra aún otro diagrama de etapa de ciclo para una unidad de VPSA de C02 que tiene ocho lechos, dos etapas de igualación de presión y mezcla directa en donde dos lechos son continuamente alimentados y por lo menos dos lechos están continuamente bajo evacuación, útil en la presente invención.
La figura 23 ilustra otro diagrama de etapa de ciclo para una unidad de VPSA de C02 que tiene once lechos, dos etapas de igualación de presión y mezcla directa en donde tres lechos están en alimentación y dos lechos están continuamente bajo evacuación, útil en la presente invención.
La figura 24 es un diagrama que muestra la incorporación de otra modalidad del método de la presente invención, utilizando la absorción, en un sistema de combustión de combustible oxigenado.
La figura 25 es un diagrama de un proceso útil en el uso de la absorción en el método de la presente invención.
Descripción Detallada de la Invención Con referencia a la figura 1, la corriente de oxidante 2 y la corriente de reciclaje de gas de proceso 8 se mezclan para producir una corriente de alimentación de oxidante 3. La corriente de oxidante 2 comprende preferiblemente por lo menos 80% en volumen de oxígeno, y más preferiblemente por lo menos 90% en volumen de oxígeno.
El combustible 1 y la corriente de alimentación de oxidante 3 se alimentan a la caldera 10 y se queman en la caldera 10. El combustible preferido es carbón pulverizado. Otros combustibles que se pueden utilizar incluyen sólidos, líquidos y gases combustibles (preferiblemente hidrocarbonados), tal como biomasa, coque, aceite combustible, y gas natural, gas de horno de coque. El propósito del proceso de combustión de combustible oxigenado podría ser múltiple: calentamiento directo del líquido o materiales de proceso, generación de vapor que se utilizará en el proceso o producción de vapor para la producción de energía. En la modalidad mostrada en la figura 1, la energía térmica liberada de la combustión de combustible 1 con oxígeno en la corriente de alimentación de oxidante 3 se puede utilizar en la producción de vapor, preferiblemente a presiones múltiples, ilustrada como la corriente 11 cuyo vapor se expande en la turbina de vapor 14 para producir la energía 15. El vapor expandido 12 se regresa a la caldera 10 después de que se condensa.
El gas de proceso 7 de la caldera es dividido en dos corrientes: la corriente de reciclaje de gas de proceso 8 y la corriente de alimentación de gas de proceso 16. La corriente de alimentación de gas de proceso 16 está comúnmente a presión ambiente y a una temperatura de 93.33°C (200°F)-204.44°C (400°F). El gas en la corriente 16 comprende C02, H20, 02, N2, argón, monóxido de carbono (CO), SOx, NOx y otras impurezas restantes. El hidrógeno si está presente comprende no más de 0.1% en volumen de la corriente de alimentación. La corriente 16 es enfriada a la temperatura ambiente en un enfriador 20 o por enfriamiento indirecto usando agua de enfriamiento o un enfriador de hélice o por contacto directo con el agua de enfriamiento. Cualquier agua condensada 27 se separa de la corriente de gas de proceso en un separador de fase 25.
El gas de proceso enfriado 18 se mezcla con una corriente reciclada rica en C02 19 para formar una corriente de alimentación complementada con C02 21. Esta corriente de alimentación 21 es comprimida, por ejemplo en un compresor de etapas múltiples 30 (que comúnmente incluye enfriadores inter-etapa y tambores separadores para condensar el agua), a una presión de 10.20 a 54.43 atm (150 a 800 psia), preferiblemente a 20.41 a 34.02 atm (300 a 500 psia). La corriente de alimentación comprimida 32 se enfría preferiblemente en una unidad enfriadora 35 a una temperatura comúnmente de 15.6 a 48.9°C (40 a 120°F). La unidad 35 podría utilizar agua o aire de enfriamiento para alcanzar una temperatura en el intervalo de 15.6 a 48.9°C (60 a 120°F) o agua o aire de enfriamiento en combinación con agua enfriada para alcanzar una temperatura en el intervalo de 4.4 a 21.1°C (40 a 70°F). La corriente entonces se pasa a través de la unidad 40 que puede ser, por ejemplo, un tambor o separador de fase, cuya corriente 45 de agua líquida se retira y separa de la corriente de gas.
La corriente de alimentación comprimida y enfriada 48 entonces se introduce en una unidad secadora 50 para reducir el contenido de humedad en la alimentación a menos de 20 ppm, preferiblemente a menos de 5 ppm, y más preferiblemente a menos de 1 ppm. La unidad secadora 50 preferiblemente está comprendida de dos o más lechos que contienen adsorbentes para el vapor de agua, algunos de los lechos son utilizados en un momento dado para eliminar el vapor de agua de la corriente de alimentación mientras que se están regenerando otros lechos (por lo cual se entiende que el vapor de agua adsorbido es eliminado del adsorbente).
Secado La corriente reducida en C02 72 de la unidad de VPSA 70 descrita más adelante se utiliza como gas de regeneración para las lechos secadores.
Una modalidad de una unidad secadora se muestra en la figura 5. Aquí, se utilizan por lo menos tres lechos que contienen material adsorbente para el vapor de agua, tal como alúmina o un tamiz molecular. Un lecho siempre elimina la humedad de la corriente de alimentación 48 y produce la corriente de alimentación secada 52. Un segundo lecho es regenerado por la corriente 82 para eliminar la humedad del lecho. En otras modalidades descritas en la présente, la corriente 72 ó 68, se utiliza de acuerdo con las circunstancias, pero la corriente 82 es referida en la presente. Durante la etapa de regeneración inicial, la corriente 82 se calienta en el calentador 92 y después se alimenta para calentar el lecho que se debe regenerar, y entonces después de que el lecho se caliente la corriente 82 evita el calentador 92 y pasa directamente al lecho. Un tercer lecho que ha experimentado la regeneración por la corriente 82, es regenerado adicionalmente por la corriente rica en C02 19 (según lo también mostrado en la figura 4). La corriente 23 de este tercer lecho entonces se recicla y mezcla con la corriente de alimentación 18. Después de un intervalo de tiempo, en cualquier momento de 2 a 24 horas, las alimentaciones a los lechos se cambian tal que el lecho que estaba en la corriente 48 recibirá la corriente 82, el lecho que fue regenerado por la corriente 82 recibe la corriente 19, y el lecho que ahora fue regenerado por la corriente 19 recibe la corriente de alimentación 48.
Con referencia a la figura 6, otra modalidad del secador 50 se ilustra detalladamente que es también adaptable al arreglo mostrado en la figura 5. En esta modalidad, el secador 50 tiene dos lechos 100 y 104 que contienen un adsorbente para el vapor de agua, por ejemplo alúmina. Cuando el lecho 100 está en línea adsorbe la humedad de la corriente de alimentación 48, las válvulas 106 y 108 están abiertas. Las válvulas 110, 112, 128 y 130 están cerradas.
En este momento, el lecho 104 se regenera; para este propósito, el lecho 104 es sometido a la despresurización, calentamiento para desorber la humedad adsorbida previamente, enfriamiento y después represurización para llevar el lecho 104 nuevamente en línea y adsorción. Durante la despresurización, una válvula de derivación de secador 114 se fija en la posición abierta y la corriente 82 (o, en otras modalidades, corriente 72 ó 68) que se utilizará para el lecho de derivación de regeneración 104 y se descarga a la atmósfera después de que opcionalmente se ha enfriado en el enfriador 119. La válvula 116 se fija en una posición abierta permitiendo que el lecho 104 se despresurice. Después de que se despresurice el lecho 104, la válvula 114 se cierra y las válvulas 116, 117 y 118 se abren permitiendo que la corriente 82 pase a través del calentador 92 a la corriente de calor 82 a una temperatura en el orden de entre aproximadamente 148.9°C a 315.6°C (300°F a 600°F), y entonces pasa a través del lecho 104 y se descarga a la atmósfera después de opcionalmente haber pasado a través del enfriador 119. Esto hace que la humedad sea desorbida del adsorbente dentro del lecho 104.
El lecho 104 entonces es enfriado abriendo la válvula de derivación de calentador 126 y cerrando la válvula de regeneración 118. Después del enfriamiento, la válvula de derivación de calentador 126 y las válvulas 116 y 117 son cerradas y una válvula de derivación de secador 114 se abre. En este momento, la válvula 128 está entreabierta permitiendo que parte de la corriente de alimentación 48 entre al lecho 104 para los propósitos de represurización. Una vez que se represuriza el lecho 104, las válvulas 106 y 108 son cerradas y las válvulas 128 y 130 se abren, permitiendo que el lecho 104 sea llevado nuevamente en línea y que el lecho 100 sea regenerado de manera similar según lo descrito en la presente para el lecho 104 y con el uso de las válvulas 110 y 112. El proceso es continuo para permitir el flujo continuo.
Es posible en algunos casos no tener una suficiente cantidad de corriente reducida en C02 82 (o corrientes 72 ó 68, en otras modalidades) para lograr toda la regeneración deseada de los lechos secadores en la unidad 50. En ese caso, la corriente de rica en C02 19 y la corriente 72 de reducida en C02 de la unidad 70 se puede alimentar a la unidad 50 que se utilizará como gas de regeneración para desorber el agua de los lechos secadores. Esta modalidad se muestra en la figura 4.
Cuando la cantidad de gas disponible de la corriente reducida en C02 82, 72 ó 68 es insuficiente para desorber completamente el agua de los techos secadores, otra solución es utilizar una corriente de nitrógeno tal como de una unidad de separación de aire que suministre el oxígeno a la corriente 2 para la combustión de combustible oxigenado en la caldera 10. Durante la regeneración de un lecho secador, el nitrógeno se podría alimentar primero para el uso en la eliminación de la humedad del lecho, y la corriente 82 se podría utilizar después para purgar el nitrógeno del lecho.
La corriente secada 52 de una unidad secadora 50 se pasa opcionalmente pero preferiblemente a través de la etapa 54 en la cual el mercurio es eliminado de la corriente por cualquiera de las técnicas conocidas en este campo técnico, tal como adsorción sobre carbono activado.
Proceso efe temperatura sub-ambiente La corriente de alimentación secada 52 se alimenta a la etapa 60 para la separación de 02, N2 y argón, así como NOx y CO si está presente, del CO2. Preferiblemente el proceso usado en esta etapa utiliza el procesamiento de temperatura sub-ambiente, tal como: condensación parcial seguida por la destilación; condensación parcial seguida por la separación de fase; la primera condensación parcial seguido por la separación de fase seguida por la condensación parcial adicional de la corriente de gas de la primera condensación parcial seguida por la separación de fase adicional.
Los ejemplos de los procesos de temperatura sub-ambiente preferidos se ilustran en las figuras 7-12. Con referencia a las figuras 7-10, la corriente de alimentación secada 52 se introduce en un intercambiador de calor principal 124 en el cual se enfría parcialmente y después se introduce en un recalentador 226 que sirve para producir la ebullición o iniciar una fase de vapor ascendente dentro de la columna de destilación 228. La corriente de alimentación secada 52 entonces se introduce nuevamente en el intercambiador de calor principal 124 en el cual se enfría completamente para por lo menos licuar parcialmente el dióxido de carbono en la corriente 52. La corriente 52 entonces se introduce a través de una válvula de expansión 230 en la columna 228 para iniciar una fase líquida descendente dentro de tal columna.
De una forma bien conocida en esta técnica, la columna 228 preferiblemente tiene un relleno estructurado para entrar en contacto con la fase de vapor ascendente que fluye a través del relleno con un flujo líquido descendente de la fase líquida. El otro líquido de vapor que entra en contacto con los elementos conocidos en la técnica se podría utilizar tal como bandejas de tamiz. Como un resultado del contacto, la fase líquida descendente llega a ser cada vez más rica en dióxido de carbono, el componente menos volátil y la fase de vapor ascendente llega a ser cada vez más rica en impurezas que tienen una volatilidad más alta que el dióxido de carbono. La columna 228 produce una corriente superior de columna pobre en dióxido de carbono 231 y una corriente inferior de columna de líquido rico en dióxido de carbono 244.
La corriente superior de columna 231 de la columna 228 entonces se pasa a través de un intercambiador de calor auxiliar 232 para que el dióxido de carbono en la corriente superior 231 sea licuado por lo menos parcialmente. La corriente superior de dióxido de carbono 231 entonces se pasa a través de un separador de fase 234 para producir una corriente de vapor reducida en dióxido de carbono 68 y una corriente líquida rica en dióxido de carbono 238. La corriente líquida rica en dióxido de carbono 238 se expande a través de una válvula de expansión 240. La expansión a través de la válvula 40 proporciona la refrigeración para la licuación parcial de la corriente superior de dióxido de carbono 231. La corriente expandida 238 y la corriente 68 se pasan a través del intercambiador de calor auxiliar 232 y a través del intercambiador de calor principal 124.
La corriente 68 se pasa a la etapa 70 que se describe en la presente.
La corriente 238 que después pasa a través del intercambiador de calor principal 124 se puede combinar con la corriente 68 y alimentarse a la etapa 70, o la corriente 238 se puede reciclar (no mostrado) a la entrada de una etapa apropiada de un compresor 30.
Una corriente de producto de dióxido de carbono 244 como un líquido se puede extraer de la columna 228 y se compone de los productos de fondo de la columna líquida rica en dióxido de carbono. La corriente de producto de dióxido de carbono 244 se puede entonces expandir en una válvula de expansión 246 para generar la refrigeración para el proceso y después de lo anterior se puede vaporizar dentro del intercambiador de calor principal 124 y comprimirse en un compresor de producto 95 para producir una corriente comprimida de dióxido de carbono 100 como el producto de dióxido de carbono. El compresor de producto 95 podría ser un compresor de etapas múltiples con enfriamiento inter-etapa.
En la modalidad representada en la figura 8, la corriente de producto de dióxido de carbono 244 no se expande toda a la misma presión sino se divide en corrientes secundarias 252 y 254 y por lo menos la corriente secundaria 252 es expandida por el uso de la válvula de expansión 256 a una presión más baja que la presión a la cual la corriente 254 se expande. Las corrientes 252 y 254 se expanden a sus presiones expandidas respectivas por el uso de las válvulas de expansión 256 y 258, respectivamente, que tienen diferentes orificios para tales propósitos. Ambas corrientes secundarias 252 y 254 entonces se vaporizan en el intercambiador de calor principal 124. La corriente secundaria de presión más baja resultante 62 se introduce en la entrada del compresor de producto 95. La corriente secundaria de presión más alta 64 se introduce en una etapa intermedia del compresor de producto 95. La corriente de producto comprimida 100 se recupera del compresor 95.
En la modalidad representada en la figura 9, la corriente superior de columna 231 se puede pasar simplemente en el intercambiador de calor principal 124. Esto recupera la refrigeración de la corriente superior de columna 231.
En la modalidad representada en la figura 10, la corriente de alimentación 52 después de la expansión a través de la válvula 230 se introduce a un separador de fase 260 para producir una corriente de fase de vapor 262 y una corriente de fase líquida 264. La corriente de fase líquida 264 se introduce en la columna 228 para producir los productos de fondo de columna que contienen dióxido de carbono 244 y la corriente de fase de vapor 231 que se puede combinar con la corriente 262 y pasa a través del intercambiador de calor auxiliar 232 según lo descrito con respecto a la modalidad de la invención descrita con respecto a la figura 7. El separador de fase 260 se podría utilizar en cualquier modalidad de la presente invención.
La figura 11 muestra una configuración alternativa del procesamiento de temperatura sub-ambiente basado en la condensación parcial seguida por una etapa de separación de fase. La corriente de alimentación 52 se enfría en un intercambiador de calor 124 contra las corrientes frías que son calentadas. La corriente de alimentación 52 se enfría a 0°C a -21.1°C (0°F a -70°F) para condensarla parcialmente y después se alimenta a un separador de fase 129. Una corriente de producto de C02 con >90% de pureza (en volumen), preferiblemente >95% de pureza, se separa como una corriente líquida 145. Una corriente pobre en C02 del separador de fase 129 se recupera como una corriente gaseosa 161. La corriente líquida 145 se expande a través de por lo menos una válvula de expansión 256. Será ventajoso dividir la corriente 145 en dos corrientes separadas 252 y 254 y expandirlas a través de dos válvulas de expansión 256 y 258 a dos diferentes presiones. La presión a la cual se expande el producto líquido de C02 es generalmente de 3.40 a 20.41 atm (50 a 300 psia) más baja que la presión de alimentación 52 a la unidad de procesamiento de temperatura sub-ambiente. Las corrientes de producto de C02 expandidas resultantes 62 y 64 y la corriente gaseosa 161 se calientan a través del intercambiador de calor 124. La corriente pobre en C02 68 entonces se alimenta a la separación basada en adsorción o basada en absorción en la unidad 70. Las corrientes de producto de C02 62 y 64 se pueden comprimir y recuperarse según lo descrito en la presente.
La figura 12 muestra otra modalidad del procesamiento de temperatura sub-ambiente donde la condensación parcial es seguida por dos etapas de separación de fase. La corriente de alimentación 52 primero se enfría en el intercambiador de calor 124 de -17.8 a -4.4°C (0 a -40°F) para causar la condensación parcial, y después se alimenta a un separador de fase 129. El primer producto de C02 se recupera como corriente líquida 153 y se expande a través de la válvula de expansión 256. La corriente de vapor 161 del separador de fase 129 se enfría adicionalmente en el intercambiador de calor 264 de -28.9°C a -56.7°C (-20 a -70°F) para condensarla parcialmente. La corriente parcialmente condensada 161 entonces se alimenta a otro separador de fase 139. Una segunda corriente de producto de C02 se recupera como corriente líquida 155 que se expande a través de la válvula de expansión 258. La corriente de vapor reducida en C02 adicional 163 se recupera del separador de fase 139. La segunda corriente expandida de producto de C02 155 y la corriente de vapor 163 se calientan a través de los ¡ntercambiadores de calor 264 y 124 y la primera corriente expandida de producto de C02 153 se calienta a través del intercambiador de calor 124. La corriente pobre en C02 68 y las dos corrientes de producto de C02 62 y 64 se procesan adicionalmente según lo descrito en la presente.
El C02 purificado, se obtiene del procesamiento de temperatura sub-ambiente en una corriente o en dos corrientes tal como las corrientes 62 y 64 que pueden estar a la misma presión o a dos diferentes presiones. La corriente o corrientes de C02 purificado se puede si se desea comprimir en por ejemplo un compresor de etapas múltiples 95 a una presión de 34.02 a 204.13 atm (500 a 3000 psia), preferiblemente a 102.06 a 170.11 atm (1500 a 2500 psia). Tal compresión es deseable para el transporte de tubería u otra disposición de la corriente. La pureza del C02 es generalmente mayor de 95%. Usando el procesamiento de temperatura sub-ambiente, 60-93 por ciento de C02 contenido en la corriente 52 se recupera como C02 de producto en la corriente 100. El grado de recuperación depende de la concentración de C02 en la corriente 52. El C02 restante está contenido en la corriente de ventilación 68, que está generalmente a una presión cercana a la presión de la corriente de alimentación 52. La concentración de C02 en la corriente de ventilación 68 está generalmente en el intervalo de 25-40%.
Procesamiento de ¡a corriente 68 ó 69 Según lo ilustrado en las figuras 1-4, la corriente 68 entonces se alimenta a la unidad 70 donde experimenta la separación adicional, por adsorción, absorción física o por absorción química. La unidad 70 produce una corriente rica en C02 19 a 1.02-1.36 atm (15-20 psia) y la corriente reducida en C02 72 a esencialmente la presión de la corriente 68 que fue alimentada a la unidad 70. La corriente 72 se calienta preferiblemente a 1 8.9-371.1°C (300-700°F) en un calentador 76 y después se expande a 1.02-1.36 atm (15-20 psia) en el expansor 80 para recuperar la energía. Preferiblemente, la temperatura de la corriente calentada 78 es tal que después de la expansión, la temperatura de la corriente expandida está cercana a la temperatura de la corriente 48 (4.4-48.9°C (40-120°F)). La corriente expandida 82 se utiliza como gas de regeneración de lecho adsorbente en la unidad secadora 50. La corriente cargada con humedad 90 de la unidad secadora se ventila a la atmósfera.
Alternativamente, la corriente 72 se calienta en el calentador 76 y se expande en el expansor 80 después, en lugar de antes, se pasa a través de una unidad secadora 50 para la regeneración de los lechos secadores. Esta modalidad alternativa se muestra en la figura 2, en donde la corriente 72 de la unidad 70 se pasa a través de una unidad secadora 50 para la regeneración de los lechos secadores y emerge de la unidad 50 como una corriente 75 que se calienta a 148.9-371.1°C (300-700°F) en el calentador 76 para formar la corriente calentada 78 que entonces se expande a 1.02-1.36 atm (15-20 psia) en el expansor 80 para recuperar la energía.
La corriente rica en C02 19 se recicla y mezcla con el gas de proceso de la caldera 10. Recuperando el C02 adicional de la corriente de ventilación 68 mediante el procesamiento en la unidad 70 y reciclándolo, la recuperación total de C02 se puede aumentar al intervalo de 96-99%. Así, la corriente de producto 100 contiene de 96% a 99% de C02 contenido en la corriente de gas de proceso 18.
Adsorción En esta modalidad, la corriente de ventilación 68 se pasa a una unidad de adsorción de oscilación de presión de vacío (VPSA) 70. La unidad de VPSA contiene los lechos múltiples que contienen el adsorbente que adsorbe selectivamente el C02. La unidad de VPSA produce una corriente rica en C02 19 a 1.02-1.36 atm (15-20 psia) y la corriente reducida en C02 72 a esencialmente la presión de la corriente 68 que fue alimentada a la unidad de VPSA. La corriente 72 se calienta preferiblemente a 148.9-371.1°C (300-700°F) en un calentador 76 y después se expande a 1.02-1.36 atm (15-20 psia) en el expansor 80 para recuperar la energía. Preferiblemente, la temperatura de la corriente calentada 78 es tal que después de la expansión, la temperatura de la corriente expandida está cercana a la temperatura de la corriente 48 (4.4-48.9°C (40-120°F)). La corriente expandida 82 se utiliza como gas de regeneración de lecho adsorbente en la unidad secadora 50. La corriente cargada con humedad 90 de la unidad secadora se ventila a la atmósfera.
Después de que la concentración de C02 sea aumentada por despresurización múltiple en la unidad 70 se puede utilizar para producir el producto de C02 mediante la reducción de presión adicional. Para algunos adsorbentes, la despresurización de la presión alta a baja aumenta la concentración de C02 en el lecho adsorbente. Esta etapa en el proceso se puede utilizar para eliminar varias etapas de proceso según lo descrito en la técnica anterior. Por lo tanto, se pueden eliminar varias piezas de maquinaria giratoria (por ejemplo, el compresor de enjuague, compresor de purgación, compresor de reciclaje) y los requisitos de energía asociados, para así proporcionar un proceso y sistema que aumenten la operación y mejoren la eficacia.
En una modalidad de la etapa de VPSA 70, los procesos proporcionan el flujo a través del lecho de evacuación (ver por ejemplo, las figuras 13-17). Las modalidades del flujo directo se pueden realizar usando un número diverso de lechos y etapas de igualación de presión. Por ejemplo, el flujo a través del lecho de evacuación se puede lograr con seis lechos y tres etapas de igualación de presión (figuras 13-17). Alternativamente, el flujo a través del lecho de evacuación se puede lograr con cinco lechos y dos etapas de igualación de presión (figura 16) o siete lechos y tres etapas de igualación de presión (figura 17). En cualquier momento durante cualquiera de estos procesos, los lechos estarán en una de las siguientes categorías de etapas: alimentación, despresurizaciones, evacuación, igualaciones de presión, y represurización. Además, una etapa de purgación se puede incluir en el ciclo para la modalidad mostrada en la figura 17.
En otras modalidades alternativas, el producto de C02 producido durante la etapa de despresurización final (DPf) no se pasa a través de otro lecho bajo evacuación. En lugar de eso, esta corriente se mezcla directamente con la corriente del lecho de evacuación. En una modalidad preferida y ejemplar, esto se puede lograr con una unidad de VPSA de C02 que tiene seis lechos y tres etapas de igualación de presión (figuras 18-20). En otras modalidades, esto se puede lograr usando una unidad de VPSA de C02 que tiene cinco lechos y dos etapas de igualación de presión (figura 21). En cualquier momento durante cualquiera de estos procesos, los lechos estarán en una de las siguientes categorías de etapas: alimentación, despresurizaciones, evacuación, igualaciones de presión, y represurización.
Las combinaciones de flujo directo y mezcla directa pueden también ser utilizadas. En tales modalidades, una porción de la corriente producida durante la etapa de despresurización (DPf) fluye a través del lecho bajo evacuación y el resto se mezcla directamente con la corriente que sale del lecho bajo evacuación.
En modalidades donde sea deseable la capacidad de producción creciente, se pueden utilizar las modalidades mostradas en las figuras 22 y 23. Más específicamente, la figura 22 muestra un diagrama de etapas de ciclo para una modalidad de la presente invención en donde dos igualaciones de presión y ocho lechos se utilizan con la mezcla directa. En esta modalidad, dos lechos son continuamente alimentados y por lo menos dos lechos están continuamente bajo evacuación. Se espera que este arreglo permita un aumento en la calidad de la planta. La figura 23 ilustra una diagrama de etapas de ciclo para una modalidad de la presente invención en la cual dos igualaciones de presión y once lechos se utilizan con la mezcla directa. En esta modalidad, tres lechos son continuamente alimentados y dos lechos están continuamente bajo evacuación. Se espera que este arreglo también permita un aumento en calidad de la planta. En cualquier momento durante cualquiera de estos procesos, los lechos estarán en una de las siguientes categorías de etapas: alimentación, descompresiones, evacuación, igualaciones de presión, y represurización.
En cualquiera de las modalidades, cada lecho se rellena preferiblemente con por lo menos dos capas de adsorbentes. El tipo y tamaño de la capa adsorbente hacia el extremo de alimentación (es decir, una capa adsorbente selectiva al agua) en el lecho se selecciona para eliminar la humedad en la corriente de alimentación tal que cualquier humedad residual no deteriora el funcionamiento de la capa adsorbente (es decir, selectiva a C02) principal. La capa adsorbente selectiva al agua es también preferiblemente capaz de eliminar las impurezas (por ejemplo, cantidades de rastro de sulfuro o compuestos de hidrocarburo pesados) de la corriente de alimentación, al grado que tales impurezas están presentes. La segunda capa adsorbente (es decir, la capa adsorbente selectiva a C02) principal se utiliza para adsorber selectivamente el C02 de la corriente de alimentación después de que se haya eliminado suficiente humedad.
Para la primera capa adsorbente (es decir la capa adsorbente selectiva al agua), son preferidos los adsorbentes tal como alúmina activada, gel de sílice o tamiz molecular de zeolita.
Estos adsorbentes se piensan para ser ilustrativos y otros adsorbentes capaces de eliminar suficiente humedad son también convenientes para el uso de acuerdo con la presente invención. Las características preferidas para tales adsorbentes incluyen: capacidades de alta resistencia de compresión, alta resistencia de desgaste, gran densidad a granel, poco espacio entre partículas, capacidad de alto calor, conductividad térmica grande, disminución de baja presión y estable en agua líquida.
La capa principal de adsorbente (es decir, la capa adsorbente selectiva a C02) después de la capa adsorbente selectiva al agua tiene preferiblemente las siguientes características: alta selectividad, alta capacidad de trabajo, cinética rápida y poca adsorción de calor. Los ejemplos comunes de tales adsorbentes incluyen, pero no están limitados a: NaY, HY, NaX, gel de sílice, y carbono activado. Otras características físicas deseadas del adsorbente de capa principal (es decir, la capa selectiva a CO2) incluyen: alta resistencia a compresión, alta resistencia a desgaste, grande densidad a granel, poco espacio entre partículas, capacidad de alto calor, conductividad térmica y disminución de baja presión durante las etapas de alimentación y evacuación.
Los expertos en la técnica apreciarán que una capa mezclada compuesta que contiene ambos adsorbentes se podría utilizar en la presente invención siempre y cuando las características de los adsorbentes sean cumplidas.
Ahora con referencia a las figuras 13-15, se ilustra una primera modalidad de la presente invención que tiene seis lechos (A1-A6) y que usa diez etapas con flujo a través del lecho de evacuación para producir el C02 enriquecido. Las etapas de proceso incluyen: 1. Etapa de alimentación. La corriente de alimentación 68 que contiene dióxido de carbono a una alta presión entre aproximadamente 6.80-34.02 atm (100-500 psia) (por ejemplo, aproximadamente 25.51 atm (375 psia)) se alimenta a la unidad de PSA de C02. Después de un periodo predeterminado o después de que el C02 penetre el lecho en la alimentación 68, se completa la etapa de alimentación. 2. Despresurización 1 (DP1) paralela (CoC). El lecho de VPSA de C02, que ha concluido la etapa de alimentación ahora está a alta presión de alimentación (por ejemplo, 6.80-34.02 atm (100-500 psia)), se despresuriza a una presión media (por ejemplo, 5.44-27.21 atm (80-400 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 13) u opuesta (no mostrada en la figura 13) al flujo de alimentación. 3. Despresurización 2 (DP2) paralela (CoC). El lecho de VPSA de C02, que ahora está a una cierta presión media (por ejemplo, 5.44-27.21 atm (80-400 psia)), se despresuriza adicionalmente a una presión más baja (por ejemplo, 4.08-20.41 atm (60-300 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 13) u opuesta (no mostrada en la figura 13) al flujo de alimentación. 4. Despresurización 3 (DP3) paralela (CoC). El lecho de VPSA de C02, que ahora está a una cierta presión media (por ejemplo, 4.08-20.41 atm (60-300 psia)), se despresuriza adicionalmente a una presión más baja (por ejemplo, 3.40-13.60 atm (50-200 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 13) u opuesta (no mostrada en la figura 13) al flujo de alimentación. 5. Despresurización final (DPf). El lecho de VPSA de C02, que ahora está a una presión más baja que al principio de la etapa 4 (aproximadamente 3.40-13.60 atm (50-200 psia)) se despresuriza adicionalmente a una presión de aproximadamente ambiente (aproximadamente 1.36 atm (20 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 13) y/u opuesta (no mostrada en la figura 13) al flujo de alimentación.
Según lo mostrado por las flechas en la figura 13 (es decir las flechas de DPf al lecho bajo evacuación), la corriente de esta etapa (DPf) fluye a través del lecho bajo evacuación (por ejemplo en la figura 13: lecho 1 al lecho 6, lecho 2 al lecho 1, lecho 3 al lecho 2, lecho 4 al lecho 3, lecho 5 al lecho 4 o lecho 6 al lecho 5 en las etapas de ciclo respectivas). 6. Evacuación. El lecho VPSA de C02, que ahora está cerca de la presión ambiente (aproximadamente 1.36 atm (20 psia)), se evacúa a una presión baja predeterminada, a una presión sub-ambiente (aproximadamente 0.06-0.81 atm (1-12 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 13) u opuesta (mostrada en la figura 13) al flujo de alimentación. Según lo mostrado en la figura 13 y presentado en la descripción de la etapa 5 (DPf) anterior, este lecho recibe el gas de otro lecho en la etapa de DPf. El gas del lecho bajo evacuación constituye la corriente de producto de C02. 7. Igualación de presión 3 (PE3) en sentido contrario (CcC). El lecho evacuado ahora tiene una presión igualada a un intervalo de presión del gas producido en la etapa 4 (DP3) (es decir, a aproximadamente 3.40-13.60 atm (50-200 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 13) u opuesta (mostrada en la figura 13) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta la recuperación de C02 manteniendo el C02 de la etapa 4 dentro del sistema de VPSA. Esto minimiza la pérdida del C02 eliminando la necesidad de enviar el C02 a una corriente de desecho. 8. Igualación de presión 2 (PE2) en sentido contrario (CcC). La presión igualada del lecho en la etapa 7 ahora es una presión igualada a un intervalo de presión del gas producido en la etapa 3 (DP2) (es decir, a aproximadamente 4.08-20.41 atm (60-300 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 13) u opuesta (mostrada en la figura 13) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta la recuperación de C02 manteniendo el C02 de la etapa 3 dentro del sistema de VPSA. Esto minimiza la pérdida de C02 eliminando la necesidad de enviar el C02 a una corriente de desecho. 9. Igualación de presión 1 (PE1) en sentido contrario (CcC). La presión igualada del lecho en la etapa 8 es una presión igualada adicional a un intervalo de presión del gas producido en la etapa 2 (DP1) (es decir, a aproximadamente 5.44-27.21 atm (80-400 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 13) u opuesta (mostrada en la figura 13) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta adicionalmente la recuperación de C02 manteniendo el C02 de la etapa 2 dentro del sistema de VPSA. Esto minimiza la pérdida de CO2 eliminando la necesidad de enviar el C02 a una corriente de desecho. 10. Represurización (FeRP). El lecho de presión igualada se represuriza a una presión de alimentación (6.80-34.02 atm (100-500 psia)) por el gas de alimentación o por la parte del efluente generado de otro lecho en la etapa 1 (es decir efluente de alimentación). Después de la represurización a la presión de alimentación, este lecho está listo ahora para regresar a la etapa 1.
El proceso de diez etapas descrito es para un ciclo de un lecho en la unidad de VPSA de C02. Las diez etapas anteriores para este flujo a través de la modalidad de evacuación del lecho se realizan de una manera cíclica con los otros lechos en la unidad tal que la comunicación y el efluente de alimentación de la etapa 1 son continuas. Además, la etapa de evacuación (número 6) se diseña para que sea continua. Esto asegura que la bomba de vacío opere continuamente, y que no exista interrupción de la comunicación en la unidad de VPSA de C02. Seis lechos de adsorción se utilizan en la modalidad descrita anteriormente para mantener la continuidad de las etapas de proceso esenciales.
El hardware correspondiente ejemplar y un diagrama esquemático de flujo del proceso de VPSA C02 que corresponde al ciclo mostrado en la figura 13, se representa en la figura 14. Varias válvulas en la figura 14 se pueden operar de la manera ilustrada en la figura 15 para realizar las diez etapas en el proceso de seis lechos según lo descrito anteriormente. Se debe apreciar que las presiones y duraciones de etapa mostradas son solamente para propósitos ilustrativos. Los expertos en la técnica apreciarán que otras combinaciones de presiones y duraciones de etapa se puedan utilizar.
Como se puede apreciar de la descripción anterior, la presente invención se basa así en las despresurizaciones de por lo menos un adsorbente selectivo a C02 de alta presión a baja presión para aumentar la concentración de C02 en el lecho. Después de que se aumente la concentración de C02, produce el producto de C02 por la reducción de presión adicional. Esto ha llegado a ser posible basado en el reconocimiento que para algunos adsorbentes, la reducción de presión de presión alta a baja aumenta la concentración de C02 en el adsorbente.
En la modalidad mostrada en las figuras 13-15 y según lo descrito, el gas producido durante la despresurización final (etapa número 5, DPf) fluye a través del lecho bajo evacuación según lo mostrado por las flechas en el diagrama de etapas de ciclo en la figura 13.
Las modalidades ejemplares alternativas y adicionales que utilizan la corriente de gas de despresurización final (DPf) que fluye a través del lecho de evacuación, se ilustran en las figuras 16 y 17.
Ahora con referencia a la figura 16, se muestra un diagrama de etapas de ciclo para un proceso de ocho etapas que utiliza cinco lechos y dos etapas de igualación de presión. Estas etapas de ciclo se realizan en una manera similar a las etapas descritas anteriormente con referencia a la figura 13, salvo que se han eliminado las etapas DP3 y PE3. Más específicamente, las etapas de ciclo para la figura 16 incluyen las siguientes: 1. Etapa de alimentación. La corriente de alimentación 68 que contiene dióxido de carbono a una alta presión de entre aproximadamente 6.80-34.02 atm (100-500 psia) (por ejemplo, aproximadamente 25.51 atm (375 psia)) se alimenta a la unidad de VPSA de C02 70. Después de un periodo predeterminado o después de la penetración del C02 del lecho en la alimentación 68, se concluye la etapa de alimentación. 2. Despresurización 1 (DP1) paralela (CoC). El lecho de VPSA de C02, que ha completado la etapa de alimentación ahora está a alta presión de alimentación (por ejemplo, 6.80-34.02 atm (100-500 psia)), se despresuriza a una presión media (por ejemplo, 5.44-27.21 atm (80-400 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 16) u opuesta (no mostrada en la figura 16) al flujo de alimentación. 3. Despresurizaron 2 (DP2) paralela (CoC). El lecho de VPSA de C02> que ahora está a una cierta presión media (por ejemplo, 5.44-27.21 atm (80-400 psia)), se despresuriza adicionalmente a una presión inferior (por ejemplo, 4.08-20.41 atm (60-300 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 16) u opuesta (no mostrada en la figura 16) al flujo de alimentación. 4. Despresurización final (DPf). El lecho de VPSA de C02, que ahora está a una presión más baja que al principio de la etapa 4 (aproximadamente 3.40-13.60 atm (50-200 psia)) se despresuriza adicionalmente a una presión aproximadamente ambiente (aproximadamente 1.36 atm (20 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 16) y/u opuesta (no mostrada en la figura 16) al flujo de alimentación.
Según lo mostrado por las flechas en la figura 16 (es decir las flechas de DPf al lecho bajo evacuación), la corriente de esta etapa (DPf) fluye a través del lecho bajo evacuación (por ejemplo según lo mostrado en la figura 16: lecho 1 al lecho 5, lecho 2 al lecho 1, lecho 3 al lecho 2, lecho 4 al lecho 3 o lecho 5 al lecho 4 en las etapas de ciclo respectivas). 5. Evacuación. El lecho de VPSA de C02, que ahora está cerca de la presión ambiente (aproximadamente 1.36 atm (20 psia)), se evacúa a una presión baja predeterminada, a una presión sub-ambiente (aproximadamente 0.06-0.81 atm (1-12 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 16) u opuesta (mostrada en la figura 16) al flujo de alimentación. Según lo mostrado en la figura 16 y de acuerdo con la descripción de la etapa 4 (DPf) anterior, este lecho recibe el gas de otra lecho en la etapa de DPf durante la etapa de DPf. El gas del lecho bajo evacuación constituye la corriente de producto de C02. 6. Igualación de presión 2 (PE2) en sentido contrario (CcC). El lecho evacuado ahora está a una presión igualada en un intervalo de presión del gas producido en la etapa 3 (DP2) (es decir, a aproximadamente 4.08-20.41 atm (60-300 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 16) u opuesta (mostrada en la figura 16) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta la recuperación del C02 manteniendo el C02 de la etapa 3 dentro del sistema de VPSA. Esto minimiza la pérdida del C02 eliminando la necesidad de enviar el C02 a una corriente de desecho. 7. Igualación de presión 1 (PE1) en sentido contrario (CcC). La presión igualada de lecho en la etapa 6 es una presión igualada adicional a un intervalo de presión del gas producido en la etapa 1 (DP1) (es decir, a aproximadamente 5.44-27.21 atm (80-400 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 16) u opuesta (mostrada en la figura 16) al flujo de alimentación. Esta etapa adicional aumenta la recuperación de C02 manteniendo el C02 de la etapa 2 dentro del sistema de VPSA. Esto minimiza la pérdida de C02 eliminando la necesidad de enviar el C02 a una corriente de desecho. 8. Represurización (FeRP). El lecho de presión igualada se represuriza a una presión de alimentación (6.80-34.02 atm (100-500 psia)) por el gas de alimentación o por parte del efluente generado de otro lecho en la etapa 1 (es decir, el efluente de alimentación). Después de la represurización a la presión de alimentación, este lecho está listo ahora para regresar a la etapa 1.
El proceso de ocho etapas descrito es para un ciclo de un lecho en la unidad de VPSA de C02. Las ocho etapas anteriores para este flujo a través de la modalidad de lecho evacuación, se realizan de una manera cíclica con los otros lechos en la unidad tal que la comunicación y efluente de alimentación de la etapa 1 sean continuos. Además, la etapa de evacuación (número 5) se diseña para que sea continua. Esto asegura que la bomba de vacío opere continuamente, y que no haya interrupción de comunicación en la unidad de VPSA de C02. Cinco lechos de adsorción se utilizan en la modalidad descrita anteriormente para mantener la continuidad de las etapas de proceso esenciales.
Ahora con referencia a la figura 17, se muestra una diagrama de etapa de ciclo para un proceso de once etapas que utiliza siete lechos y tres etapas de igualación de presión. Estas etapas de ciclo se realizan de una manera similar a las etapas descritas anteriormente con referencia a la figura 13, salvo que una etapa adicional (Rf) es incluida entre la etapa de despresurizaron final (DPf) y la etapa de evacuación. Más específicamente, las etapas de ciclo para la figura 17 incluyen las siguientes: 1. Etapa de alimentación. La corriente de alimentación 68 que contiene dióxido de carbono a una alta presión entre aproximadamente 6.80-34.02 atm (100-500 psia) (por ejemplo, aproximadamente 25.51 atm (375 psia)) se alimenta a la unidad de PSA de C02 70. Después de un periodo predeterminado o después de que el CO2 penetre el lecho en la alimentación 68, se completa la etapa de alimentación. 2. Despresurización 1 (DP1) paralela (CoC). El lecho de VPSA de C02, que ha concluido la etapa de alimentación ahora está a alta presión de alimentación (por ejemplo, 6.80-34.02 atm (100-500 psia)), se despresuriza a una presión media (por ejemplo, 5.44-27.21 atm (80-400 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 17) u opuesta (no mostrada en la figura 17) al flujo de alimentación. 3. Despresurización 2 (DP2) paralela (CoC). El lecho de VPSA de C02, que ahora está a una cierta presión media (por ejemplo, 5.44-27.21 atm (80-400 psia)), se despresuriza adicionalmente a una presión más baja (por ejemplo, 4.08-20.41 atm (60-300 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 17) u opuesta (no mostrada en la figura 17) al flujo de alimentación. 4. Despresurización 3 (DP3) paralela (CoC). El lecho de VPSA de C02, que ahora está a una cierta presión media (por ejemplo, 4.08-20.41 atm (60-300 psia)), se despresuriza adicionalmente a una presión más baja (por ejemplo, 3.40-13.60 atm (50-200 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 17) u opuesta (no mostrada en la figura 17) al flujo de alimentación. 5. Despresurización final (DPf). El lecho de VPSA de C02, que ahora está a una presión más baja que al principio de la etapa 4 (aproximadamente 3.40-13.60 atm (50-200 psia)) se despresuriza adicionalmente a una presión de aproximadamente ambiente (aproximadamente 1.36 atm (20 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 17) y/u opuesta (no mostrada en la figura 17) al flujo de alimentación. 6. Recibir la purgación (Rf). La corriente producida por DPf (por ejemplo, lecho 1 en la figura 17) se alimenta a otro lecho que completa la DPf, pero aún no bajo evacuación (por ejemplo, lecho 7 en la figura 17). Durante este tiempo (duración de la etapa de Rf), el efluente (por ejemplo, lecho 7 en la figura 17) fluye al tanque 442 como el producto de C02. Durante el periodo de tiempo restante de DPf del lecho 1, el gas fluye a través del lecho bajo evacuación (por ejemplo, lecho 7 en la figura 17). 7. Evacuación. El lecho VPSA de C02, que ahora está cerca de la presión ambiente (aproximadamente 1.36 atm (20 psia)), se evacúa a una presión baja predeterminada, a una presión sub-ambiente (aproximadamente 0.06-0.81 atm (1-12 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 17) u opuesta (mostrada en la figura 17) al flujo de alimentación. Según lo mostrado en la figura 17, este lecho (lecho 1) recibe el gas de otro lecho en la etapa de DPf (lecho 2). El gas del lecho bajo evacuación constituye por lo menos parte del producto de C02. 8. Igualación de presión 3 (PE3) en sentido contrario (CcC). El lecho evacuado ahora tiene una presión igualada a un intervalo de presión del gas producido en la etapa 4 (DP3) (es decir, a aproximadamente 3.40-13.60 atm (50-200 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 17) u opuesta (mostrada en la figura 17) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta la recuperación de C02 manteniendo el C02 de la etapa 4 dentro del sistema de VPSA. Esto minimiza la pérdida del C02 eliminando la necesidad de enviar el C02 a una corriente de desecho. 9. Igualación de presión 2 (PE2) en sentido contrario (CcC). La presión igualada del lecho en la etapa 7 ahora es una presión igualada a un intervalo de presión del gas producido en la etapa 3 (DP2) (es decir, a aproximadamente 4.08-20.41 atm (60-300 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 17) u opuesta (mostrada en la figura 17) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta la recuperación de C02 manteniendo el C02 de la etapa 3 dentro del sistema de VPSA. Esto minimiza la pérdida de C02 eliminando la necesidad de enviar el C02 a una corriente de desecho. 10. Igualación de presión 1 (PE1) en sentido contrario (CcC). La presión igualada del lecho en la etapa 9 es una presión igualada adicional a un intervalo de presión del gas producido en la etapa 2 (DP1) (es decir, a aproximadamente 5.44-27.21 atm (80-400 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 13) u opuesta (mostrada en la figura 13) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta adicionalmente la recuperación de C02 manteniendo el C02 de la etapa 2 dentro del sistema de VPSA. Esto minimiza la pérdida de C02 eliminando la necesidad de enviar el C02 a una corriente de desecho. 11. Represurización (FeRP). El lecho de presión igualada se represuriza a una presión de alimentación (6.80-34.02 atm (100-500 psia)) por el gas de alimentación o por parte del efluente generado de otro lecho en la etapa 1 (es decir efluente de alimentación). Después de la represurización a la presión de alimentación, este lecho está listo ahora para regresar a la etapa 1.
El proceso de once etapas descrito es para un ciclo de un lecho en la unidad de VPSA de C02. Las once etapas anteriores para este flujo a través de la modalidad de evacuación del lecho se realizan de una manera cíclica con los otros lechos en la unidad tal que la comunicación y el efluente de alimentación de la etapa 1 sean continuos. Además, la etapa de evacuación (número 7) se diseña para que sea continua. Esto asegura que la bomba de vacío opere continuamente, y que no exista interrupción de la comunicación en la unidad de VPSA de C02. Siete lechos de adsorción se utilizan en la modalidad descrita anteriormente para mantener la continuidad de las etapas de proceso esenciales.
Ahora con referencia a las figuras 18-20, se ilustra una modalidad de la presente invención que tiene seis lechos (A1-A6) y que usa diez etapas con la mezcla directa del gas de C02 de la etapa de DPf y de la etapa de evacuación para producir un gas enriquecido C02 final. Las etapas de proceso incluyen: 1. Etapa de alimentación. La corriente de alimentación 68 que contiene dióxido de carbono a una alta presión (por ejemplo, aproximadamente 25.51 atm (375 psia)) se alimenta a la unidad de PSA de C02 70. Después de un periodo predeterminado o después de que el C02 penetre el lecho en la alimentación 68, se completa la etapa de alimentación. 2. Despresurización 1 (DP1) paralela (CoC). El lecho de VPSA de C02, que ha concluido la etapa de alimentación ahora está a alta presión de alimentación (por ejemplo, 6.80-34.02 atm (100-500 psia)), se despresuriza a una presión media (por ejemplo, 5.44-27.21 atm (80-400 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 18) u opuesta (no mostrada en la figura 18) al flujo de alimentación. 3. Despresurización 2 (DP2) paralela (CoC). El lecho de VPSA de C02, que ahora está a una cierta presión media (por ejemplo, 5.44-27.21 atm (80-400 psia)), se despresuriza adicionalmente a una presión más baja (por ejemplo, 4.08-20.41 atm (60-300 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 18) u opuesta (no mostrada en la figura 18) al flujo de alimentación. 4. Despresurización 3 (DP3) paralela (CoC). El lecho de VPSA de C02, que ahora está a una cierta presión media (por ejemplo, 4.08-20.41 atm (60-300 psia)), se despresuriza adicionalmente a una presión más baja (por ejemplo, 3.40-13.60 atm (50-200 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 18) u opuesta (no mostrada en la figura 18) al flujo de alimentación. 5. Despresurización final (DPf). El lecho de VPSA de C02, que ahora está a una presión más baja que al principio de la etapa 4 (aproximadamente 3.40-13.60 atm (50-200 psia)) se despresuriza adicionalmente a una presión de aproximadamente ambiente (aproximadamente 1.36 atm (20 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 18) y/u opuesta (no mostrada en la figura 18) al flujo de alimentación para producir el producto de C02438 mostrado en la figura 19. Esta corriente puede constituir parte del producto de C02. 6. Evacuación. El lecho VPSA de C02, que ahora está cerca de la presión ambiente (aproximadamente 1.36 atm (20 psia)), se evacúa a una presión baja predeterminada, a una presión sub-ambiente (aproximadamente 0.06-0.81 atm (1-12 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 18) u opuesta (mostrada en la figura 18) al flujo de alimentación. El gas del lecho bajo evacuación (corriente 436 en la figura 19) constituye parte de la corriente de producto de C02 (corriente 19). Opcionalmente, la corriente 436 se puede comprimir < adicionalmente usando un soplador (no mostrado) antes de pasar al tanque 442. 7. Igualación de presión 3 (PE3) en sentido contrario (CcC). El lecho evacuado ahora tiene una presión igualada a un intervalo de presión del gas producido en la etapa 4 (DP3) (es decir, a aproximadamente 3.40-13.60 atm (50-200 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 18) u opuesta (mostrada en la figura 18) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta la recuperación de C02 manteniendo el C02 de la etapa 4 dentro del sistema de VPSA. Esto minimiza la pérdida del C02 eliminando la necesidad de enviar el C02 a una corriente de desecho. 8. Igualación de presión 2 (PE2) en sentido contrario (CcC). La presión igualada del lecho en la etapa 7 ahora es una presión igualada a un intervalo de presión del gas producido en la etapa 3 (DP2) (es decir, a aproximadamente 4.08-20.41 atm (60-300 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 18) u opuesta (mostrada en la figura 18) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta la recuperación de C02 manteniendo el C02 de la etapa 3 dentro del sistema de VPSA. Esto minimiza la pérdida de C02 eliminando la necesidad de enviar el C02 a una corriente de desecho. 9. Igualación de presión 1 (PE1) en sentido contrario (CcC). La presión igualada del lecho en la etapa 8 es una presión igualada adicional a un intervalo de presión del gas producido en la etapa 2 (DP1) (es decir, a aproximadamente 5.44-27.21 atm (80-400 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 18) u opuesta (mostrada en la figura 18) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta adicionalmente la recuperación de C02 manteniendo el C02 de la etapa 2 dentro del sistema de VPSA. Esto minimiza la pérdida de C02 eliminando la necesidad de enviar el C02 a una corriente de desecho. 10. epresurización (FeRP). El lecho de presión igualada se represuriza a una presión de alimentación (6.80-34.02 atm (100-500 psia)) por el gas de alimentación o por parte del efluente generado de otro lecho en la etapa 1 (es decir efluente de alimentación). Después de la represurización a la presión de alimentación, este lecho está listo ahora para regresar a la etapa 1.
Según lo mostrado adicionalmente en la figura, el producto C02 19 se forma de C02 de las corrientes 438 (etapa 6) y 436 (etapa 7) alimentadas al tanque de producto 442. Se espera que el producto 19 tenga un nivel de pureza de C02 de aproximadamente 80 por ciento molar o mayor.
El proceso de diez etapas descrito es para un ciclo de un lecho en la unidad de VPSA de C02. Las diez etapas anteriores para este flujo a través de la modalidad de evacuación del lecho se realizan de una manera cíclica con los otros lechos en la unidad tal que la comunicación y el efluente de alimentación de la etapa 1 sean continuas. Además, la etapa de evacuación (número 6) se diseña para que sea continua. Esto asegura que la bomba de vacío opere continuamente, y que no exista interrupción de la comunicación en la unidad de VPSA de C02. Seis lechos de adsorción se utilizan en la modalidad descrita anteriormente para mantener la continuidad de las etapas de proceso esenciales.
El hardware correspondiente ejemplar y un diagrama esquemático de flujo del proceso de VPSA C02 que corresponde al ciclo mostrado en la figura 18, se representa en la figura 19. Varias válvulas en la figura 19 se pueden operar de la manera ilustrada en la figura 20 para realizar las diez etapas en el proceso de seis lechos según lo descrito anteriormente. Se debe apreciar que las presiones y duraciones de etapa mostradas son solamente para propósitos ilustrativos. Los expertos en la técnica apreciarán que otras combinaciones de presiones y duraciones de etapa se puedan utilizar.
En la modalidad mostrada en las figuras 18-20 y según lo descrito en la presente, el gas producido durante la etapa de despresurización final (DPf) se mezcla con el gas evacuado de la etapa número 6.
Otra modalidad ejemplar que utiliza la mezcla directa de la corriente de gas de despresurización final (DPf) con el gas producido por el lecho de evacuación se ilustra en la figura 21.
Ahora con referencia a la figura 21, se muestra una diagrama de etapas de ciclo para un proceso de ocho etapas que utilice cinco lechos y dos etapas de igualación de presión. Estas etapas de ciclo se realizan de una manera similar a las etapas descritas anteriormente con referencia a la figura 18, salvo que se han eliminado las etapas DP3 y PE3. Más específicamente, las etapas de ciclo para la figura 21 incluyen las siguientes: 1. Etapa de alimentación. La corriente de alimentación 68 que contiene dióxido de carbono a una alta presión de entre aproximadamente 6.80-34.02 atm (100-500 psia) se alimenta a la unidad de VPSA de C02 70. Después de un periodo predeterminado o después de la penetración del C02 del lecho en la alimentación 68, se concluye la etapa de alimentación. 2. Despresurización 1 (DP1) paralela (CoC). El lecho de VPSA de C02, que ha completado la etapa de alimentación ahora está a alta presión de alimentación (por ejemplo, 6.80-34.02 atm (100-500 psia)), se despresuriza a una presión media (por ejemplo, 5.44-27.21 atm (80-400 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 21) u opuesta (no mostrada en la figura 21) al flujo de alimentación. 3. Despresurización 2 (DP2) paralela (CoC). El lecho de VPSA de C02> que ahora está a una cierta presión media (por ejemplo, 5.44-27.21 atm (80-400 psia)), se despresuriza adicionalmente a una presión inferior (por ejemplo, 4.08-20.41 atm (60-300 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 21) u opuesta (no mostrada en la figura 21) al flujo de alimentación. 4. Despresurización final (DPf). El lecho de VPSA de C02, que ahora está a una presión más baja que al principio de la etapa 4 (aproximadamente 3.40-13.60 atm (50-200 psia)) se despresuriza adicionalmente a una presión aproximadamente ambiente (aproximadamente 1.36 atm (20 psia)) en una dirección igual (mostrada en la figura 21) y/u opuesta (no mostrada en la figura 21) al flujo de alimentación. 5. Evacuación. El lecho de VPSA de C02, que ahora está cerca de la presión ambiente (aproximadamente 1.36 atm (20 psia)), se evacúa a una presión baja predeterminada, a una presión sub-ambiente (aproximadamente 0.06-0.81 atm (1-12 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 21) u opuesta (mostrada en la figura 21) al flujo de alimentación. El gas del lecho bajo evacuación (corriente 36a en la figura 19) constituye parte de la corriente de producto de C02 (corriente 19). Opcionalmente, la corriente 436 se puede comprimir adicionalmente usando un soplador (no mostrado) antes de pasar al tanque 442. 6. Igualación de presión 2 (PE2) en sentido contrario (CcC). El lecho evacuado ahora está a una presión igualada en un intervalo de presión del gas producido en la etapa 3 (DP2) (es decir, a aproximadamente 4.08-20.41 atm (60-300 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 21) u opuesta (mostrada en la figura 21) al flujo de alimentación. Esta etapa aumenta la recuperación del C02 manteniendo el C02 de la etapa 3 dentro del sistema de VPSA. Esto minimiza la pérdida del C02 eliminando la necesidad de enviar el C02 a una corriente de desecho. 7. Igualación de presión 1 (PE1) en sentido contrario (CcC). La presión igualada de lecho en la etapa 6 es una presión igualada adicional a un intervalo de presión del gas producido en la etapa 2 (DP1) (es decir, a aproximadamente 5.44-27.21 atm (80-400 psia)) en una dirección igual (no mostrada en la figura 21) u opuesta (mostrada en la figura 21) al flujo de alimentación. Esta etapa adicional aumenta la recuperación de CO2 manteniendo el C02 de la etapa 2 dentro del sistema de VPSA. Esto minimiza la pérdida de C02 eliminando la necesidad de enviar el C02 a una corriente de desecho. 8. Represurización (FeRP). El lecho de presión igualada se represuriza a una presión de alimentación (6.80-34.02 atm (100-500 psia)) por el gas de alimentación o por parte del efluente generado de otro lecho en la etapa 1 (es decir, el efluente de alimentación). Después de la represurización a la presión de alimentación, este lecho está listo ahora para regresar a la etapa 1.
La corriente de producto de C02 19 es formado C02 de las corrientes 438 (etapa 4) y 436 (etapa 5) en el tanque 442.
El proceso de ocho etapas descrito es para un ciclo de un lecho en la unidad de VPSA de C02. Las ocho etapas anteriores para esta modalidad de mezcla directa, se realizan de una manera cíclica con los otros lechos en la unidad tal que la comunicación y efluente de alimentación de la etapa 1 sean continuos. Además, la etapa de evacuación (número 5) se diseña para que sea continua. Esto asegura que la bomba de vacío opere continuamente, y que no haya interrupción de comunicación en la unidad de VPSA de C02. Cinco lechos de adsorción se utilizan en la modalidad descrita anteriormente para mantener la continuidad de las etapas de proceso esenciales.
También se espera que la presente invención se pueda modificar para producir cantidades más altas de C02 y así alta capacidad de producción. Por ejemplo, uno puede necesitar o desear procesar caudales de alimentación más altos que se pueden controlar por un solo tren de vacío o un solo recipiente (debido a las limitaciones de fluidificación o transporte). En tales situaciones, las etapas de proceso se pueden arreglar tal que por lo menos dos lechos sean alimentados y por lo menos dos lechos estén bajo evacuación todo el tiempo. Tales diagramas y configuración de etapa de ciclo ejemplares se muestran en las figuras 22 y 23. Alternativa o adicionalmente, los múltiples trenes se pueden utilizar.
Absorción Cuando la etapa 70 utiliza la absorción física con los solventes tal como selexol y rectisol, se puede colocar apenas hacia debajo de la etapa de procesamiento de temperatura sub-ambiente 60. La corriente reducida en C02 de tal unidad de absorción física estará generalmente libre de humedad. Las unidades de absorción física procesan la corriente de ventilación 68 de la etapa 60 según lo mostrado en las figuras 1-4 y producen la corriente de producto rica en C02 19 y la corriente pobre en C0272.
Cuando la etapa 70 utiliza la absorción química con las corrientes reactivas tal como una solución acuosa de amina sustituida con alquilo, amoníaco o carbonato de potasio, las unidades se colocan preferiblemente según lo mostrado en la figura 24 en donde la unidad de absorción química 70 se coloca preferiblemente después de que la corriente de ventilación 68 se haya utilizado como un gas de regeneración para la unidad secadora 50. Es probable que la corriente pobre en C0272 de tal sistema de absorción contenga agua, y por lo tanto no ves conveniente para el uso como gas de regeneración. La corriente pobre en C02 cargada con humedad 69 se pasa al sistema de absorción química 70 donde es tratada por cualquier método conocido en el cual la corriente gaseosa 69 se pone en contacto con con una solución acuosa de alquilamina, amoníaco o carbonato de potasio para absorber el dióxido de carbono de la corriente gaseosa en la corriente acuosa, y el dióxido de carbono se separa posteriormente de la corriente acuosa enriquecida con dióxido de carbono resultante.
La figura 25 muestra un diagrama aplicable a los sistemas de separación de C02 basados en la absorción física y absorción química. La corriente pobre en CQ2 68 según lo mostrado en las figuras 1 a 4 o la corriente pobre en C02 69 mostrada en la figura 24 se introduce en el absorbente 501 de la parte inferior. La corriente 505 del solvente (como el término utilizado respectivamente con respecto a los procesos de absorción física y absorción química) se alimenta al absorbente 501 de la parte superior. El solvente absorbe el C02 de la corriente de alimentación. La corriente pobre en C02 resultante 510 es calentada en el intercambiador de calor 512 recuperando el calor del solvente pobre en C02 520. La corriente pobre en C02 calentada 513 se alimenta al separador 503. Opcionalmente, el separador se calienta en la parte inferior suministrando calor vía el recalentador 530. Una corriente de rica en C02 19 se recupera de la parte superior del separador 503. El solvente pobre en C02 520 se enfría en el intercambiador de calor 512 y después en el enfriador 523 y se recicla al absorbente 501 como la corriente 505.
Eliminación de NOx y CO La corriente 72 se puede tratar, si se desea, para reducir el contenido de monóxido de carbono, NOx, o ambos.
Para reducir el monóxido de carbono, la corriente preferiblemente primero es calentada, y después se pasa a través de un reactor que contiene un catalizador que promueve la conversión del monóxido de carbono a dióxido de carbono por la reacción con el oxígeno presente en la atmósfera dentro del reactor. Los catalizadores convenientes para esta reacción de conversión son bien conocidos en este campo. Los ejemplos de catalizadores útiles incluyen óxido de hierro o metal noble (tal como cobre, rutenio, platino, paladio, rodio, oro) en un portador de alúmina. Esta reacción puede reducir los niveles de CO más de 98%.
Para reducir el contenido de NOx de la corriente, la corriente y una corriente que contiene amoníaco se alimentan a un reactor que contiene un catalizador que promueve la conversión del NOx a nitrógeno según lo representado por la reacción 4NO + 4NH3 + 02 4N2 + 6H20 Los catalizadores convenientes para promover esta reacción son bien conocidos en este campo. Los ejemplos incluyen pentóxido de vanadio con óxido de tungsteno o molibdeno como promotor en el óxido de tungsteno como portador. Esta reacción puede reducir el nivel de NOx más del 95%.
La figura 3 muestra a una modalidad donde las emisiones de NOx y monóxido de carbono (CO) se reducen adicionalmente a emisiones de C02. En este esquema, la corriente reducida en C02 72 se calienta a 260 a 426.7°C (500 a 800°F) en el calentador 76. La corriente calentada 78 se pasa a través de un reactor catalítico 84 donde el monóxido de carbono se oxida en dióxido de carbono. El efluente del reactor 84 se envía a otro reactor catalítico 86 donde el óxido nítrico contenido en la corriente 78 es convertido a nitrógeno haciéndolo reaccionar con amoníaco alimentado como la corriente 87.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Un método para recuperar el dióxido de carbono, que comprende (A) proporcionar un gas de alimentación aumentado con dióxido de carbono agregando dióxido de carbono a un gas de proceso producido por la combustión de combustible oxigenado en donde el gas de proceso comprende por lo menos dióxido de carbono, vapor de agua, NOx y monóxido de carbono, en donde el gas de alimentación contiene menos de 0.1% en volumen de hidrógeno; (B) comprimir el gas de alimentación y después secar el gas de alimentación comprimido poniéndolo en contacto con un adsorbente para formar el adsorbente cargado con humedad y una corriente de alimentación gaseosa secada; (C) someter la corriente de alimentación gaseosa secada a un proceso de recuperación de temperatura sub-ambiente, utilizando la refrigeración proporcionada por la expansión de por lo menos una corriente de producto de dióxido de carbono líquido formado por el proceso de recuperación, para producir por lo menos una corriente gaseosa de producto de dióxido de carbono y por lo menos una corriente de ventilación gaseosa que contiene dióxido de carbono; (D) separar la corriente de ventilación en una corriente rica en dióxido de carbono y una corriente reducida en dióxido de carbono, por la adsorción de oscilación de presión o por absorción física o química; (E) desorber la humedad del adsorbente cargado con humedad mediante el contacto del adsorbente cargado con humedad con la corriente reducida en dióxido de carbono para formar una corriente reducida en dióxido de carbono cargada con humedad y después separar la corriente reducida en dióxido de carbono cargada con humedad del adsorbente; y (F) combinar la corriente rica en dióxido de carbono con el gas de proceso para formar el gas de alimentación complementado con dióxido de carbono.
2. El método de la reivindicación 1, en donde la refrigeración utilizada en la etapa (C) es proporcionada solamente por expansión.
3. El método de la reivindicación 1, en donde por lo menos una porción de la corriente rica en dióxido de carbono se pone en contacto con el adsorbente cargado con humedad para desorber la humedad del adsorbente cargado con humedad y después se combina con el gas de proceso.
4. El método de la reivindicación 1, en donde la corriente reducida en dióxido de carbono se trata antes o después de la expansión de la misma para reducir su contenido de NOx.
5. El método de la reivindicación 1, en donde la corriente reducida en dióxido de carbono se trata antes o después de la expansión de la misma para reducir su contenido de monóxido de carbono.
6. El método de la reivindicación 1, en donde se expande la corriente reducida en dióxido de carbono antes de que se ponga en contacto con el adsorbente cargado con humedad.
7. Un método para recuperar el dióxido de carbono, que comprende (A) proporcionar un gas de alimentación complementado con dióxido de carbono agregando dióxido de carbono a un gas de proceso producido por la combustión de combustible oxigenado en donde el gas de proceso comprende por lo menos dióxido de carbono, vapor de agua, NOx y monóxido de carbono, en donde el gas de alimentación contiene menos de 0.1% en volumen de hidrógeno; (B) comprimir el gas de alimentación y después secar el gas de alimentación comprimido por el contacto con un adsorbente para formar el adsorbente cargado con humedad y una corriente de alimentación gaseosa secada; (C) someter la corriente de alimentación gaseosa secada a un proceso de recuperación de temperatura sub-ambiente, utilizando la refrigeración proporcionada por la expansión de por lo menos una corriente de producto de dióxido de carbono líquido formada por el proceso de recuperación, y utilizando preferiblemente solamente la refrigeración proporcionada por tal expansión, para producir por lo menos una corriente gaseosa de producto de dióxido de carbono y por lo menos una corriente gaseosa de ventilación que contiene dióxido de carbono; (D) separar la corriente de ventilación en una corriente rica en dióxido de carbono y en una corriente reducida en dióxido de carbono, por la adsorción de oscilación de presión o por la absorción física o química; (E) expandir la corriente reducida en dióxido de carbono para formar una corriente reducida en dióxido de carbono expandida; (F) desorber la humedad del adsorbente cargado con humedad por el contacto del adsorbente cargado con humedad con la corriente reducida en dióxido de carbono expandida para formar una corriente reducida en dióxido de carbono cargada con humedad y después separar la corriente reducida en dióxido de carbono cargada con humedad del adsorbente; y (G) combinar la corriente rica en dióxido de carbono con el gas de proceso para formar el gas de alimentación complementado con dióxido de carbono.
8. Un método para recuperar el dióxido de carbono, que comprende (A) proporcionar un gas de alimentación complementado con dióxido de carbono agregando dióxido de carbono a un gas de proceso producido por la combustión de combustible oxigenado en donde el gas de proceso comprende por lo menos dióxido de carbono, vapor de agua, NOx y monóxido de carbono, en donde el gas de alimentación contiene menos de 0.1% en volumen de hidrógeno; (B) comprimir el gas de alimentación y después secar el gas de alimentación comprimido por el contacto con un adsorbente para formar el adsorbente cargado con humedad y una corriente de alimentación gaseosa secada; (C) someter la corriente de alimentación gaseosa secada a un proceso de recuperación de temperatura sub-ambiente, utilizando la refrigeración proporcionada por la expansión de por lo menos una corriente de producto de dióxido de carbono líquido formada por el proceso de recuperación, para producir por lo menos una corriente gaseosa de producto de dióxido de carbono y por lo menos una corriente gaseosa de ventilación que contiene dióxido de carbono; (D) desorber la humedad del adsorbente cargado con humedad por el contacto del adsorbente cargado con humedad con la corriente de ventilación para formar una corriente de ventilación cargada con humedad y después separar la corriente de ventilación cargada con humedad del adsorbente; (E) separar la corriente de ventilación en una corriente rica en dióxido de carbono y en una corriente reducida en dióxido de carbono, por la adsorción de oscilación de presión o por la absorción física o química; y (F) combinar la corriente rica en dióxido de carbono con el gas de proceso para formar el gas de alimentación complementado con dióxido de carbono.
9. Aparato para recuperar el dióxido de carbono, que comprende (A) un aparato compresor capaz de comprimir el gas que contiene dióxido de carbono para producir una corriente comprimida que contiene dióxido de carbono; (B) un aparato secador acoplado al aparato compresor para recibir la corriente comprimida que contiene dióxido de carbono, y capaz de reducir el contenido de agua de la corriente comprimida que contiene dióxido de carbono para producir una corriente secada que contiene dióxido de carbono, en donde el aparato secador comprende uno o más lechos que contienen el adsorbente de agua que puede alternativamente absorber el agua y ser desorbido del agua por el contacto con una corriente reducida en dióxido de carbono producida en el aparato de separación (D); (C) un aparato de procesamiento acoplado con el aparato secador para recibir la corriente secada que contiene dióxido de carbono, y capaz de producir de la misma por lo menos una corriente gaseosa de producto de dióxido de carbono y por lo menos una corriente gaseosa de ventilación que contiene dióxido de carbono, mediante el procesamiento de temperatura sub-ambiente; y (D) un aparato de separación acoplado al aparato de procesamiento para recibir la corriente de ventilación, y capaz de producir de la corriente de ventilación una corriente rica en dióxido de carbono y una corriente reducida en dióxido de carbono por la adsorción de oscilación de presión o por la absorción física o química, y acoplado al aparato compresor para pasar la corriente rica en dióxido de carbono al aparato compresor, y acoplado al aparato secador para que la corriente reducida en dióxido de carbono pueda pasar al aparato secador.
10. Aparato de la reivindicación 9, que adicionalmente comprende el aparato expansor acoplado al aparato separador para recibir y expandir la corriente reducida en dióxido de carbono y acoplado al aparato secador a modo que la corriente reducida en dióxido de carbono expandida pueda pasar al aparato secador.
11. Aparato para recuperar el dióxido de carbono, que comprende (A) un aparato compresor capaz de comprimir el gas que contiene dióxido de carbono para producir una corriente comprimida que contiene dióxido de carbono; (B) un aparato secador acoplado al aparato compresor para recibir la corriente comprimida que contiene dióxido de carbono, y capaz de reducir el contenido de agua de la corriente comprimida que contiene dióxido de carbono para producir una corriente secada que contiene dióxido de carbono, en donde el aparato secador comprende uno o más lechos que contienen el adsorbente de agua que puede alternativamente absorber el agua y ser desorbido del agua por el contacto con una corriente de ventilación del aparato de procesamiento (C); (C) un aparato de procesamiento acoplado al aparato secador para recibir la corriente secada que contiene dióxido de carbono, y capaz de producir de la misma por lo menos una corriente gaseosa de producto de dióxido de carbono y por lo menos una corriente gaseosa de ventilación que contiene dióxido de carbono, por el procesamiento de temperatura sub-ambiente; y (D) un aparato de separación acoplado al aparato secador para recibir la corriente de ventilación, y capaz de producir de la corriente de ventilación una corriente rica en dióxido de carbono y una corriente reducida en dióxido de carbono por la adsorción de oscilación de presión o por la absorción física o química, y acoplado al aparato compresor para que la corriente rica en dióxido de carbono pueda pasar al aparato compresor.
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