MXPA98005071A - Sistemas hibridos de conductor ionico de electrolito solido para purificar gases inertes - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a:Un proceso para eliminar oxígeno de una corriente de gas de alimentación para producir una corriente de gas retenido agotado en oxígeno mediante el suministro de la corriente del gas de alimentación a un sistema de separación de oxígeno en masa para eliminar oxígeno para producir una corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno y una primera corriente residual permeada conteniendo oxígeno, y suministrando la corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno a un separador que tiene una membrana primaria de transporte de iones de producir una segunda corriente residual permeada y la corriente de gas retenido agotado en oxígeno. Un gas de purga reactiva es agregado para reaccionar con una porción del oxígeno que penetra a través de la membrana primaria de transporte de iones y purga el lado permeado de la membrana primaria de transporte de iones, y/o una corriente de gas de reciclado que comprende por lo menos una porción de una corriente de gas producida durante el proceso es agregada a por lo menos una otra de las corrientes de gas.

Description

SISTEMAS HÍBRIDOS DE CONDUCTOR IÓNICO DE ELECTROLITO SOLIDO PARA PURIFICAR GASES INERTES CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un aparato y proceso para separar oxígeno de una corriente de alimentación de gases mezclados y, más particularmente, a un aparato y proceso que utiliza un sistema de separación de oxígeno en masa y un separador conductor iónico de electrolito sólido para separar oxígeno del aire para producir nitrógeno o otro gas inerte de alta pureza. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Por muchos años, los sistemas de separación de oxígeno en masa, no criogénicos, por ejemplo, sistemas de membrana de polímero orgánico, han sido usados para separar gases seleccionados del aire y otras mezclas de de gases. Fibras porosas compuestas las cuales emplean estas membranas de polímeros orgánicos pueden tener factores de separación que favorecen la permeación del oxígeno sobre el nitrógeno por un factor de diez o menos. Durante años, han sido concebidos muchos procesos que emplean tales membranas pol-maricas para la producción de oxígeno y particularmente nitrógeno del aire ambiental temando ventaja de este diferencial de penetración. Sistemas que utilizan membranas poliméricas para separar oxígeno de nitrógeno son descritos en, por ejemplo, Prasad, Patente de E.U. No.5,378,263, titulada "Nitrógeno de Membrana de Alta Pureza". Otros sistemas de separación de oxígeno en masa, no-criogénicos, utilizan la absorción por oscilación de presión (AOP) para separar gases seleccionados. Secadores de membrana polimérica usados como purificadores para producción de nitrógeno por AOP son descritos en, por ejemplo, Haas et al. , Patente de E.U. No. 5,004,482, titulada "Producción de Nitrógeno Seco de Alta Pureza". El aire es una mezcla de gases que puede contener cantidades variantes de vapor de agua y, al nivel del mar, tiene la siguiente composición aproximada en volumen: oxígeno (20.9%) , nitrógeno (78%) , argón (0.94% ) , con el resto consistiendo de trazas de otros gases. La presencia de argón en un producto de nitrógeno no es de importancia para muchas aplicaciones de este gas y por lo tanto no es eliminado con frecuencia del nitrógeno. Los sistemas de membrana polimérica han sido usados por mucho tiempo para la separación de nitrógeno del aire. Tales sistemas de TM membrana incluyen los sistemas NitroGEN desarrollados por Praxair, Inc., los cuales son usados para la producción comercial de nitrógeno a partir del aire. La pureza del producto nitrógeno depende del número de "etapas" de penetración empleadas. Para purezas bajas, es suficiente un proceso de una sola etapa. Una mayor pureza puede obtenerse en un proceso de dos etapas en donde el permeado de la segunda etapa (el cual está enriquecido en nitrógeno comparado con el aire) es reciclado al compresor de alimentación. Agregando una tercer etapa, reciclando las corrientes permeadas de la segunda y la tercera etapas a la corriente de gas de alimentación, se puede obtener una pureza aun mayor. El contenido de oxígeno en el nitrógeno producto puede ser reducido hasta aproximadamente o.5% por estos medios, pero cuando se especifican purezas mayores el área de membrana requerida y la potencia del sistema se vuelven excesivas. Cuando se especifica un producto libre de oxígeno, es típico usar un sistema de desoxigenación basado en hidrógeno (de aquí en adelante un sistema "deoxo convencional") para tratar el retenido (producto) del proceso de membrana. Una cantidad de hidrógeno puro es agregada a la corriente de retenido la cual pasa entonces a través de un catalizador que induce al hidrógeno para reaccionar con el oxígeno contenido para producir agua. Un sistema secador separado se requiere para eliminar esta agua. Es obvio que se requiere un exceso de hidrógeno (--2>202). Este exceso de hidrógeno permanece en el nitrógeno producto. La combinación de un sistema de membrana polimérica con un sistema purificador deoxo convencional representa el estado actual del arte para producir nitrógeno de alta pureza en cantidades de pequeñas a medianas. Sin embargo, puede hacerse un tipo de membrana enteramente diferente a partir de ciertos óxidos inorgánicos. Estas membranas de transporte de iones de electrolito sólido son hechas a partir de óxidos inorgánicos, tipificados por zirconio estabilizado con calcio -o itrio- y óxidos análogos que tienen una estructura de fluorita o perovs ita. A temperaturas elevadas estos materiales contienen espacios vacíos de iones oxígeno óbiles. Cuando se aplica un campo eléctrico a través de tal membrana de óxido, la membrana transportará oxígeno a través de la membrana en la forma de iones óxido. Debido a que estos materiales solamente permiten la penetración de oxígeno, actúan como una membrana con una selectividad infinita para oxígeno. Estas membranas de cerámica de óxidos son por eso muy atractivas para usarse en nuevos procesos de separación de aire. Aunque el potencial de estos materiales de cerámica de óxidos como membranas de separación de gases es grande, existen ciertos problemas en su uso. La dificultad más obvia es que todos los materiales cerámicos de de óxidos exhiben una apreciable conductividad de iones oxígeno solamente a temperaturas elevadas. Usualmente deben ser operadas muy arriba de 500°C, generalmente en el rango de 500°C-1100°C. Esta limitación persiste a pesar de la mucha investigación para encontrar materiales que trabajen bien a temperaturas menores. Hay ahora dos tipos de membranas de transporte de iones de electrolito sólido en uso: conductores iónicos que conducen solamente iones oxígeno a través de la membrana y conductores mezclados que conducen iones y electrones a través de la membrana. Gomo se usan en la presente, los términos "conductor iónico de electrolito sólido" , "membrana de transporte de iones de electrolito sólido", "membrana de transporte de iones", o simplemente "electrolito sólido" son usados para designar ya sea un material de tipo iónico o un material de tipo conductor mezclado, a menos que se especifique otra cosa. Tecnología de conductores iónicos de electrolito sólido es descrita con más detalle en Prasad et al., Patente de E.U., No. 5,547,494, titulada "Membrana de Electrolito en Etapas", la cual es incorporada por la presente mediante referencia para describir más completamente el estado del arte. Una membrana de transporte de iones de electrolito sólido que exhibe características de conducción mezclada puede transportar oxígeno cuando es sometida a una presión parcial diferencial de oxígeno a través de la membrana sin la necesidad de un campo eléctrico aplicado o electrodos externos los cuales serían necesarios con los conductores iónicos. En un óxido inorgánico de conducción iónica o mezclada, el transporte de oxígeno ocurre debido a la presencia de vacantes de oxígeno en el óxido. Los iones oxígeno aniquilan las vacantes de iones oxígeno que son altamente móbiles en el óxido. Deben ser suministrados electrones (y retirados en el otro lado de una membrana de óxido) para hacer que proceda la reacción. Para materiales que exhiben conductividad iónica solamente, deben ser aplicados electrodos a las superficies opuestas de la membrana de óxido y la corriente electrónica es aportada por un circuito externo. Prasad et al., Patente de E.U., No. 5,557,951, titulada "Proceso y Aparato para Recuperar Argón de una Unidad Criogénica de Separación de Aire" , revela la extracción de un líquido enriquecido en argón de una columna de argón empacada , evaporando el líquido enriquecido en argón para producir vapor enriquecido en argón, y poniendo en contacto el vapor enriquecido en argón con una membrana iónica de electrolito sólido o de conductor mezclado. Argón de grado producto es recobrado teniendo una concentración de oxígeno de menos de aproximadamente 10 ppm. Chen et al., Patente de E.U. , No. Fe. 34,595 (reexpedición de la Patente de E.U., No. 5,035,726), titulada "Proceso Para Eliminar Oxígeno y Nitrógeno de Argón Crudo" , relata el uso de membranas de electrolito sólido impulsada-eléctricamente para la eliminación de bajos niveles de oxígeno de corrientes de gas de argón crudo. Chen et al., estima la potencia eléctrica necesaria para varios ejemplos de procesos multi-etapas y también menciona la posibilidad de usar membranas de conductor mezclado operadas mediante el mantenimiento de una presión de oxígeno en el lado de la alimentación. Chen et al., enseña además que el oxígeno existente del lado permeado de una membrana iónica potenciada eléctricamente puede ser o eliminado como una corriente de oxígeno puro o mezclado con un gas "dulce" adecuado tal como nitrógeno. Mazanec et al., Patente de E.U.,No. 5,160,713, titulada "Proceso Para Separar Oxígeno de un Gas Que Contiene Oxígeno Usando una Membrana Bi-Conteniendo Óxidos Metálicos Mezclados", se refiere a procesos de separación de oxígeno empleando una membrana de óxidos metálicos mezclados que contienen bismuto los cuales estipulan generalmente que el oxígeno separado puede ser recolectado para recuperación hecho reaccionar con una substancia consumidora de oxígeno. El retenido agotado de oxígeno es desechado aparentemente. Mazanec et al., Patente de E.U.,No. 5,306,411, titulada "Membranas de - lti-G-xttponentes Sólidos, Componentes de Reactores Electroquímicos, Reactores Electroquímicos y Uso de Membranas, Componentes de Reactores, y Reactor Para Reacciones de Oxidación", se refiere a un número de usos de una membrana de electrolito sólido en un reactor electroquímico. Se menciona que los óxidos nitrosos y óxidos sulfurosos en los gases de los conductos o tubos de salida pueden ser convertidos en gas nitrógeno y azufre elemental, respectivamente, y que un gas reactivo tal como un gas de hidrocarburo ligero puede ser mezclado con un gas inerte diluyente el cual no interfiere con la reacción deseada, aunque la razón para proveer tal mezcla no está establecida. Ninguna de las dos patentes de Mazanec et al., citadas revelan procesos para producir un producto de alta pureza de una corriente que contiene oxígeno. OBJETIVOS DE LA INVENCIÓN Es por lo tanto, un objetivo de la invención proveer un proceso eficiente para obtener nitrógeno u otro gas inerte de alta pureza usando un sistema híbrido de separación de oxígeno en masa y un módulo de transporte de iones con una corriente de gas de purga para reducir el consumo de energía. Es también un objetivo de la invención proveer un proceso eficiente para hacer nitrógeno u otro gas inerte de alta pureza usando un sistema híbrido de separación de oxígeno en masa no-criogénico y un módulo de transporte de iones reciclando la corriente de desperdicio de purga del módulo de transporte de iones para reducir el consumo de energía. Es un objetivo adicional de la invención incrementar la eficiencia de los procesos híbridos purgando el lado de penetración de la membrana de transporte de iones con una purga de desperdicio, una purga de producto, o una purga reactiva. Es aun otro objetivo de la invención mejorar la eficiencia de los procesos híbridos usando un sistema de separación de pvsmbrana de polímero de etapas múltiples como el sistema de separación de oxígeno en masa no-criogénico. Es aun un objetivo más de la invención mejorar la eficiencia de los procesos híbridos usando membranas de transporte de iones de etapas múltiples como separadores de oxígeno. Es aun otro objetivo de la invención mejorar la eficiencia de los procesos híbridos usando un cambiador de calor para emparejar la región de temperatura ambiente del sistema de membrana polimérica con la región de alta temperatura del sistema de membrana de transporte de iones.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN La invención comprende un proceso para eliminar oxígeno de una corriente de gas de alimentación que contiene oxígeno elemental y por lo menos otro gas para producir una corriente de gas retenido agotado en oxígeno. El proceso involucra suministrar la corriente de gas de alimentación a un sistema de separación de oxígeno en masa para eliminar oxígeno para producir una corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno y una primera corriente residual de permeado conteniendo oxígeno. La corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno es suministrado entonces a un separador que incluye un módulo primario de transporte de iones que tiene una membrana primaria de transporte de iones con un lado de retención y un lado de penetración, para producir una segunda corriente residual de permeado y la corriente de gas retenido agotado en oxígeno. Preferiblemente, un gas de purga reactivo es agregado entonces para reaccionar con por lo menos una porción del oxígeno que penetra a través de la membrana primaria de transporte de iones y purgar el lado permeado de la membrana primaria de transporte de iones, mejorando de ese modo la eficiencia del proceso. En una modalidad preferida de la invención, el separador comprende además una membrana de módulo de transporte de iones inicial que tiene un lado de permeado y un lado de retenido al cual se suministra la corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno para producir una corriente de gas de retenido agotado en oxígeno inicial y una corriente residual de permeado inicial, la membrana de transporte de iones inicial conectada en serie con la membrana primaria de transporte de iones de tal manera que la corriente de gas retenido agotado de oxígeno inicial es suministrado al lado del retenido de la membrana primaria de transporte de iones. En otra modalidad preferida de la invención, por lo menos una porción de por lo menos una de la primera corriente residual permeada conteniendo oxígeno del sistema de separación de oxígeno en masa y la corriente residual per eada de la membrana primaria de transporte de iones es reciclada mediante adición a la corriente de gas de alimentación. En otra modalidad preferida de la invención, el gas de purga reactivo está en exceso estequiométrico al oxígeno que penetra a través de la membrana de transporte de iones y reacciona con substancialmente todo el oxígeno en ella para producir una corriente de purga que contiene productos de combustión y una porción de gas de purga reactivo sin reaccionar, siendo usada la corriente de desperdicio de purga para purgar el lado permeado de la membrana primaria de transporte de iones. Aun en otra modalidad preferida de la invención, la corriente de purga de la membrana primaria de transporte de iones es usada para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones inicial. La invención también comprende un proceso para eliminar oxígeno de una corriente de gas de alimentación usando una corriente de gas reciclado que comprende por lo menos una porción de por lo menos una corriente de gas producida durante el proceso, la cual es reciclada agregando la corriente de gas de reciclo a por lo menos una corriente de gas del proceso. La invención ccmprende además un proceso para eliminar oxígeno de una corriente de gas de alimentación que contiene oxígeno elemental y por lo menos otro gas para producir una corriente de gas retenido agotado de oxígeno. El proceso involucra el suministro de la corriente de gas de alimentación a una primera etapa de membrana polimérica que tiene un lado de retenido y un lado de permeado para eliminar oxígeno para producir una primera corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno y una primera corriente residual de permeado conteniendo oxígeno. La primera corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno es suministrado entonces a una segunda etapa de membrana polimérica que tiene un lado de retenido y un lado de permeado para eliminar oxígeno para producir una segunda corriente residual permeada y una segunda corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno, la segunda etapa de membrana polimérica conectada en serie con la primera etapa de membrana polimérica de tal manera que la primera corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno es suministrada al lado de retenido de la segunda etapa de membrana polimérica. La segunda corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno es suministrado a un separador que incluye un módulo primario de transporte de iones que tiene una membrana primaria de transporte de iones con un lado de retenido y un lado de permeado, para producir una tercera corriente residual de permeado y la corriente de gas retenido agotado en oxígeno. Una corriente de gas de reciclo que ccmprende por lo menos una porción de por lo menos una corriente de gas producida durante el proceso es reciclada agregando la corriente de gas de reciclo a por lo menos una corriente de gas del proceso. En una modalidad preferida de la invención, la corriente de gas de reciclo comprende por lo menos una porción de por lo menos la primera o una de las primeras corrientes residuales de permeado conteniendo oxígeno de la primera etapa de membrana polimérica y la segunda corriente residual de permeado conteniendo oxígeno de la segunda etapa de membrana polimérica. En otra modalidad preferida de la invención, el separador comprende además un módulo de transporte de iones inicial que tiene una membrana de transporte de iones inicial con un lado de permeado y un lado de retenido al cual es suministrado la segunda corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno para producir una corriente de gas de retenido agotado en oxígeno inicial y una corriente residual de permeado inicial, el módulo de transporte de iones inicial conectado en serie con el módulo de transporte de iones primario de tal manera que la corriente de gas retenido agotado en oxígeno es suministrado al lado de retenido de la membrana de transporte de iones primario. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Otros objetivos, aspectos y ventajas de la invención se le ocurrirán a aquellos expertos en el arte de la siguiente descripción de modalidades preferidas y los dibujos que las acompañan, en los cuales: La Fig. 1 es un diagrama esquenatico de una modalidad de la invención en donde una corriente de gas de producto intermedio de nitrógeno de baja a alta pureza de un sistema de separación de oxígeno en masa es tratada en un módulo de transporte de iones de electrolito sólido en donde una purga reactiva es ejecutada para producir un producto libre de oxígeno; La Fig. 2 es un diagrama esquemático de una modalidad de la invención en donde un sistema de membrana polimérica de dos etapas produce un producto intermedio de nitrógeno de media-alta pureza el cual es tratado después en un módulo de membrana de transporte de iones energizado eléctricamente para producir un producto libre de oxígeno; La Fig. 3 es un diagrama esquemático de una modalidad de la invención similar a la Fig. 2 que usa un módulo de membrana de transporte de iones impulsado a presión en donde una porción del producto de alta pureza es usado para una corriente de purga para la membrana de transporte de iones; La Fig. 4 es un diagrama esquemático de una modalidad de la invención que tiene un sistema de membrana polimérico de dos etapas y un sistema de módulo de transporte de iones de electrolito sólido de dos etapas en donde la etapa final del módulo de transporte de iones de electrolito sólido emplea una purga de producto y la corriente de gas permeado de la segunda etapa de membrana polimérica es usada para purgar la primera etapa del módulo de transporte de iones de electrolito sólido; La Fig. 5 es un diagrama esquemático de una modalidad de la invención similar a la Fig. 4, en donde es realizada una purga reactiva en la última etapa del módulo de transporte de iones de electrolito sólido y los gases de escape son usados para purgar la primera etapa del módulo de transporte de iones de electrolito sólido; La Fig. 6 es un diagrama esquemático de una modalidad de la invención similar a la Fig. 5, en donde la purga reactiva contiene un exceso de combustible para que la corriente residual de purga contenga poco oxígeno pero incluya algo de combustible y los productos de ccmbustión la cual es entonces hecha reaccionar con un gas que contiene oxígeno en un quemador; La Fig. 7 es un diagrama esquemático de una modalidad de la invención similar a la Fig. 3 pero mostrando cómo puede ser acoplada la región de temperatura ambiente del sistema de separación de membrana de polímero mediante un cambiador de calor con la región de alta temperatura del módulo de transporte de iones de electrolito sólido; La Fig. 8 es un diagrama esquemático de una modalidad de la invención similar a la Fig. 4 pero mostrando cómo puede ser acoplada la región de temperatura ambiente del sistema de separación de membrana de polímero mediante un cambiador de calor con la región de alta temperatura del módulo de transporte de iones de electrolito sólido; T-a Fig. 9 es un diagrama esquemático de una modalidad de la invención mostrando elementos de cambiador de calor y que tiene un sistema de módulo de transporte de iones de electrolito sólido en donde la corriente de gas del sistema de separación de oxígeno en masa es pasada primero a través de un cambiador de calor interno dentro del segundo módulo de transporte de iones de electrolito sólido antes de ser purificada por la primera etapa del módulo de transporte de iones de electrolito sólido y la segunda etapa del módulo de transporte de iones de electrolito sólido; La Fig. 10 es un diagrama esquemático de una modalidad de la invención mostrando elementos del cambiador de calor y que tiene un sistema de módulo de transporte de iones de electrolito sólido de dos etapas en donde la corriente de gas del sistema de separación de oxígeno en masa es purificada primero por la primera etapa del módulo de transporte de iones de electrolito sólido y es introducida entonces a la segunda etapa del módulo de transporte de iones de electrolito sólido mediante un elemento novedoso de diseño de reactor para purificación adicional; y La Fig. 11 es un diagrama esquemático de una modalidad de la invención mostrando elementos del cambiador de calor y que tiene un sistema de módulo de transporte de iones de dos etapas en donde la corriente de gas del sistema de separación de oxígeno en masa es introducida primero a la primera etapa del módulo de transporte de iones mediante un elemento novedoso de diseño de reactor y es purificada además por la segunda etapa del módulo de transporte de iones. DESCRIPCIÓN D-_IAI_LADA DE LA INVENCIÓN La invención puede ser llevada a cabo empleando un sistema de membrana de transporte de iones de electrolito sólido, ya sea potenciado eléctricamente o potenciado por presión, como el separador para eliminar el oxígeno residual de una corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno obtenida de un sistema de separación de oxígeno en masa después de procesar una corriente inicial de alimentación. Puesto que la operación de los dos tipos de sistemas de transporte de iones de electrolito sólido es un poco diferente, se dan adelante descripciones separadas de sistema de separación de oxígeno en masa/sistemas híbridos de transporte de iones de electrolito sólido. Preferiblemente por lo menos 50% del oxígeno elemental en la corriente inicial de alimentación es eliminado por el sistema de separación de oxígeno en masa. La corriente de gas alimentada a la porción de transporte de iones de electrolito sólido del sistema tendría un rango preferido de 88-99% de nitrógeno (más correctamente, gas libre de oxígeno), es decir, 1-12% de oxígeno elemental; siendo el rango más preferido 93-98% de nitrógeno, argón u otros gases inertes (gas libre de oxígeno), es decir, 2-7% de oxígeno elemental. El aparato de transporte de iones de electrolito sólido es operado generalmente por arriba de los 400° C, preferiblemente en el rango de 400° C-12000 C, más preferiblemente en el rango de 600°C-1000°C. Debido a la necesidad de mantener estas altas temperaturas, la corriente de gas alimentada al aparato de transporte de iones de electrolito sólido debe ser usualmente calentado. En esta invención, el sistema deoxo convencional y los sistemas de suministro de hidrógeno y de secador asociados del arte anterior son eliminados. Nitrógeno de alta pureza puede ser producido eficiente y económicamente combinando un sistema de separación de oxígeno en masa , tal como un sistema de membrana polimérica, con un sistema de membrana de transporte de iones de electrolito sólido. El sistema de membrana polimérica elimina el grueso del oxígeno y elimina también casi todo el vapor de agua y dióxido de carbono de la corriente de gas de alimentación, mientras que el sistema de membrana de transporte de iones de electrolito sólido elimina el oxígeno restante para hacer un producto libre de oxígeno substancialmente, referido en adelante como un producto de alta pureza. La mayoría de los gases procesados por sistemas de separación de oxígeno en masa habrán sido separados de sus impurezas, tales como vapor de agua y dióxido de carbono, en la etapa de pre-purificación. Debe ser notado, sin embargo, que puede ser usado un post-purificador suplementario para eliminar cualqui.er agua producida por la conducción de protones del ánodo al cátodo y su reacción con oxígeno, lo cual es una posibilidad con algunos electrolitos y conduciría a alguna contaminación de bajo nivel del producto. Tal post-purificador suplementario podría ser un sistema de membrana polimérica pero es preferiblemente un sistema de absorción oscilante térmico el cual puede tomar ventaja de la integración térmica con el proceso de transporte de iones de electrolito sólido a temperatura elevada. En esta invención, el oxígeno residual en el retenido del proceso de membrana polimérica es eliminado por una "membrana" adicional hecha de un material de transporte de iones de electrolito sólido. Tales materiales de transporte de iones de electrolito sólido pueden transportar oxígeno, y solamente oxígeno, por un mecanismo de vacante de ion oxígeno. El factor de separación para O?/N2 es por lo tanto infinito. El oxígeno residual es eliminado sin inyectar cualesquiera otras impurezas en la corriente del producto. No hay necesidad del hidrógeno requerido por el proceso deoxo convencional , y no hay necesidad de un secador para eliminar el agua formada por la combustión del hidrógeno. Muchos óxidos sólidos que podrían servir como membranas de transporte de iones de electrolito sólido conducen solamente vacantes de iones oxígeno. Con tales materiales, deben ser aplicados electrodos a las superficies del óxido y deben ser aplicados un voltaje y corriente eléctricos con el fin de transportar oxígeno a través de la membrana. Han sido sintetizados otros óxidos que conducen vacantes de iones oxígeno y electrones. Con estos materiales, el oxígeno puede ser transportado a través de la membrana por la aplicación de una relación de presión parcial de oxígeno a través de la membrana sin la necesidad de electrodos o energía eléctrica. Cualquiera de estos materiales de transporte de iones de electrolito sólido pueden ser usados, de acuerdo con esta invención, para eliminar el oxígeno residual en el retenido del sistema de membrana polimérica. Como se mencionó antes, los términos "conductor iónico de electrolito sólido", "membrana de transporte de iones de electrolito sólido", "membrana de transporte de iones", o "electrolito sólido" son usados para designar o un material de tipo iónico o un material de tipo conductor mezclado a menos que se especifique lo contrario. El término "nitrógeno" como se usa en la presente significará usualmente gas agotado en oxígeno, es decir, agotado en oxígeno con relación al gas de alimentación. Cerno se discutió antes, la membrana de transporte de iones permite solamente la penetración de oxígeno. Por lo tanto, la composición del retenido dependerá de la composición del gas de alimentación. El gas de alimentación será agotado en oxígeno, pero retendrá nitrógeno y cualesquiera otros gases (por ejemplo, argón) presentes en el gas de alimentación. El significado del término será claro para el experto en el arte en el contexto del uso del término a la luz de la invención como se describe en la presente. romo se usa aquí, el término "oxígeno elemental" significa cualquier oxígeno que está sin combinar con cualquier otro elemento de la Tabla Periódica. Aunque típicamente se encuentra en forma diatómica, el oxígeno elemental incluye atemos de oxígeno sencillos, ozono triatómico, y otras formas sin combinar con otros elementos.

El término "alta pureza" se refiere a una corriente de producto que contiene menos de dos por ciento en volumen de gases indeseados. Preferiblemente el producto es por lo menos 99.0% puro, más preferiblemente 99.9% puro, y lo más preferiblemente por lo menos 99.99% puro, en donde puro indica una ausencia de gases indeseados. El término "sistema no-criogénico de separación en masa" se refiere a cualquier sistema de separación de gases que no utiliza un cambio de fase líquido-gas para separar oxígeno de uno o más de otros gases, es decir, no usa la destilación, e incluye sistemas de absorción y membranas poliméricas convencionales. Los términos "absorción por oscilación de presión" o "AOP" se refieren a sistemas que usan materiales de absorción que son selectivos para un gas, típicamente nitrógeno u oxígeno, para separar ese gas de otros gases. Tales materiales incluyen materiales AOP selectivos para oxígeno, selectivos de relación, los cuales son materiales AOP que contienen carbono usualmente y proveen nitrógeno de alta presión y oxígeno de baja presión, selectivos de equilibrio, selectivos de nitrógeno, los cuales son típicamente mallas moleculares de zeolita y proveen nitrógeno de baja presión y oxígeno de alta presión. Si un sistema AOP forma parte del sistema de separación en masa, un sistema AOP selectivo de relación es adecuado particularmente para sistemas de transporte de iones impulsados por presión debido a que tales sistemas proveen nitrógeno de alta presión y oxígeno de baja presión, lo cual es una ventaja significativa porque la fuerza impulsora primaria para la membrana de transporte de iones es la presión del gas de alimentación. En contraste, los sistemas AOP selectivos de relación y los sistemas AOP selectivos de equilibrio trabajan igualmente bien para un sistema de transporte de iones impulsado eléctricamente o cualquier sistema de transporte de iones con una purga reactiva porque la presión del gas de alimentación no es la fuerza impulsora primaria de tales sistemas de transporte de iones. El término "corriente de desperdicio" como se usa en la presente designa una corriente de gas que es desechada típicamente pero puede ser usada cerno una "corriente de purga" para purgar las membranas y realizar otras funciones. El término "corriente de desperdicio conteniendo oxígeno" cerno se usa en la presente con relación al separador de transporte de iones se refiere a una corriente permeada o penetrada en la cual algo o todo el oxígeno saliendo de la membrana de transporte de iones puede haber sido consumido. Por ejemplo, cuando una corriente de gas de purga reactiva es usada para purgar el lado permeado (ánodo) de la membrana de transporte de iones, el gas reactivo reacciona con el oxígeno penetrando a través de la membrana de transporte de iones en la superficie de la membrana de transporte de iones. Por lo tanto, con tal corriente de purga reactiva, no se forma una corriente de gas oxígeno en masa en el módulo de transporte de iones ni sale una corriente de gas oxígeno del módulo de transporte de iones. Si se usa una corriente de purga inerte, la corriente de gas permeada que sale del módulo de transporte de iones será diluida por la corriente de purga inerte. En ausencia de una corriente de purga, la corriente de gas permeada que aleja el oxígeno de la membrana de transporte de iones es oxígeno puro, y ambas, las corrientes de alimentación o de retenido deben estar a presión elevada (o la corriente permeada a presión muy baja) para crear una fuerza impulsora para el transporte de oxígeno. Mientras tal membrana no purgada es atractiva para la eliminación de cantidades más grandes de oxígeno de las corrientes de gas inertes, la recuperación de oxígeno está limitada por presiones que pueden ser aplicadas. Aun así, el grado de purificación que puede ser obtenido es limitado. El término "corriente permeada residual" incluye corrientes de desperdicio, corrientes de desperdicio conteniendo oxígeno, y otras emisiones de la zona permeada las cuales pueden ser usadas como corrientes de purga de acuerdo con la presente invención. Debe notarse que las corrientes de gas que son descritas como enriquecidas en oxígeno contienen un porcentaje mayor de oxígeno que la corriente de gas de alimentación y aquellas descritas cerno agotadas en oxígeno contienen un porcentaje menor de oxígeno que la corriente de gas de alimentación. Así, si el aire (que contiene 21% de oxígeno) fuera la corriente de gas de alimentación, una corriente de gas enriquecida en oxígeno contendría más de 21% de oxígeno. Así, el término enriquecido en nitrógeno es sinónimo de agotado en oxígeno y el término agotado en nitrógeno es sinónimo del término enriquecido en oxígeno. La invención será ahora descrita en detalle con referencia a las figuras en las cuales numerales de referencia similares son usados para indicar elementos similares. Una modalidad de la invención es ilustrada por el diagrama esquemático de proceso mostrado en la Fig. 1. En esta modalidad, una corriente de gas 82 de producto crudo intermedio de nitrógeno o agotada en oxígeno es generada por el sistema de oxígeno en masa 11 a partir de la corriente de gas de alimentación 8. La corriente de gas intermedio 82 es tratada en el módulo de transporte de iones 31 en donde una purga de gas reactiva puede ser realizada para producir la corriente de gas retenido 89 de alta pureza. Muchas de las modalidades de la invención usan un gas purga reactiva para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones de electrolito sólido y, en algunos casos el gas de purga puede ser reciclado o, si se usa en exceso, el gas reactivo de purga sin reaccionar y una corriente de gas conteniendo oxígeno pueden ser introducidos y quemados en un quemador para eliminar gas combustible sin reaccionar y monóxido de carbono antes de descargar. Durante la operación, la corriente de gas de alimentación 8 es comprimida por el ccmpresor 51, enfriada por el enfriador 74, y separada parcialmente por el sistema de separación 11 de oxígeno en masa el cual produce la corriente de gas 82 y la corriente de desperdicio 79, la cual es desechada. La corriente de gas 82 es dividida en dos corrientes de gas de proporciones deseadas con el fin de regular la temperatura de la corriente de gas de alimentación 85 de manera tal que el módulo de transporte de iones 31 es mantenido dentro de un rango de temperatura deseado para el calor generado por la reacción del oxígeno en la zona permeada 34 con la corriente 61 de gas reactivo. Por ejemplo, si la corriente de gas 82 contuviera 5% de oxígeno en volumen, la fracción de volumen de la primera corriente de gas 84 podría ser 0.3 (es decir, alrededor del 30% del volumen de la corriente de gas 82) y una segunda corriente de gas 83 sería 0.7 (es decir, alrededor del 70% del volumen de la corriente de gas 82) para mantener la temperatura del módulo de transporte de iones 31 en un rango de temperatura deseado de 800° C-1050° C. Si, en cambio, la corriente de gas 82 contuviera solamente 2% de oxígeno en volumen, la fracción de volumen de la primera corriente de gas 84 podría ser 0.7 y la fracción de volumen déla segunda corriente de gas 83 sería 0.3. Debe notarse que estas fracciones varían dependiendo de la temperatura de operación de la membrana de transporte de iones. La primera corriente de gas 84 es calentada por la corriente de gas producto 89 usando el cambiador de calor 21 mientras que la segunda corriente de gas 83 no es calentada. La primera corriente de gas 84 y la segunda corriente de gas 83 son combinadas en la corriente de gas de alimentación 85 e introducidas al módulo de transporte de iones 31 en donde la membrana de transporte de iones de conductor mezclado 22 elimina el oxígeno de la corriente de gas de alimentación 85. Todo o parte del oxígeno transportado a través de la membrana de transporte de iones 22 reacciona con el combustible contenido en el gas de purga reactiva 61 y produce una presión parcial de oxígeno baja en el ánodo, creando con esto una relación de presión parcial de oxígeno alta a través de la membrana de transporte de iones 22 como una fuerza impulsora. Como resultado se pueden obtener flujos elevados de oxígeno, las áreas de membrana pueden ser minimizadas, y pueden obtenerse purezas de producto muy elevadas. La corriente de gas producto 89 es enfriada, si es necesario, a una temperatura deseada por el enfriador 72. La corriente de gas producto de purga 88 puede ser extraída de la corriente de gas producto 89 para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones 22. En general, la fracción de volumen de una corriente de gas producto usada para tal purga de producto sería de 5-30% en volumen o, más preferiblemente, de 10-20% en volumen. Debido a que el sistema de transporte de iones es operado típicamente a temperatura elevada (aproximadamente 800° C), se provee un sistema arrancador o de ignición 41 para elevar la temperatura de la membrana de transporte de iones 22 al rango deseado. El sistema arrancador 41 comprende un calentador 43 para la corriente de aire 44, la corriente de gas reactivo 45 (por ejemplo, metano), y un monolito catalítico 42 que causa que el gas reactivo y el aire calentado reaccionen y produzcan una corriente de gas caliente de escape 81 la cual es usada para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones 22 y así calentar la membrana de transporte de iones 22 a la temperatura de operación deseada. Después de que la membrana de transporte de iones 22 alcanza la temperatura de operación deseada y comienza la operación de purificación regular, se descontinúa el uso del sistema arrancador 41 hasta que se necesite otra vez. Después la temperatura de la membrana de transporte de iones 22 se mantiene normalmente en el rango deseado durante el curso de la operación. Los arreglos de la purga reactiva están descritos en "Purga Reactiva para Separación de Gases por Membrana de Electrolito Sólido", E.U. Serie No. 08/567,699, presentada en Diciembre 5, 1995 EP Publ. No. 778,069, e incorporada a la presente por referencia. Las configuraciones preferidas para módulos de transporte de iones que utilizan una purga reactiva son descritas en "Diseño de Reactor de Conductor Iónico de Electrolito Sólido" , E.U. Serie No. 08/848,204 presentada en Abril 29, 1997 e incorporada también en la presente por referencia. Ambas aplicaciones son reconocidas ccmunmente con la presente solicitud. "Sistemas de Membrana de Transporte de Iones Impulsadas Eléctricamente" Otra modalidad de la invención está ilustrada por el diagrama de proceso esquemático mostrado en la Fig. 2. Para simplificación, esta modalidad, a diferencia de la Fig. 1, no muestra los calentadores, enfriadores, y equipo de intercambio de calor que serían usados en la operación real de la invención. Durante la operación, la corriente de gas de alimentación 8 es comprimida por el compresor 51 y es alimentada a la primera etapa de la membrana polimérica 12 cuya membrana polimérica 15 elimina oxígeno, vapor de agua, y dióxido de carbono para producir una corriente inicial 86 de gas de producto crudo agotado en oxígeno y una corriente de desperdicio 93. La corriente inicial de gas 86 es alimentada a la segunda etapa 13 de la membrana polimérica cuya membrana polimérica 16 elimina oxígeno, vapor vapor de agua, y dióxido de carbono para producir la corriente de gas 85 y la corriente de desperdicio residual perneado 92. La corriente de gas 85 es introducida al módulo de transporte de iones 31 en donde la membrana de transporte de iones 23 energizada por una fuente de poder externa 62 elimina el oxígeno de la corriente de gas de alimentación 82 para producir la corriente de gas 89 de nitrógeno de alta pureza y la corriente de gas residual 91. La corriente de gas residual 91 del módulo de transporte de iones 31 y, opcionalmente, la corriente de desperdicio 92 de la segunda etapa 13 de membrana polimérica son combinadas como la corriente de gas 95 de reciclado y agregada a la corriente de gas de alimentación 8. Alternativamente, o además, la corriente de gas reactivo 61 puede usarse para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones 23. También pueden ser usados aire, la corriente de producto crudo 85, o la corriente de gas 91 para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones 23. Cuando se aplica un voltaje relativamente grande, la presión parcial del oxígeno producto puede ser reducida a valores extremadamente bajos (menos de 1 ppb, por ejemplo). La corriente eléctrica requerida depende del flujo de oxígeno, o de la relación de eliminación del oxígeno contenido en el retenido. Así, la energía eléctrica para operar el proceso de transporte de iones será menor proporcionalmente conforme el contenido de oxígeno de la corriente intermediaria es disminuido y conforme la concentración permisible de oxígeno en el producto es incrementada. Cerno se ilustra en la Fig. 2, el requerimiento de energía puede ser reducido usando una corriente de gas de purga o usando la corriente de gas reactivo 61 para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones 23. Debe ser notado que aun si la corriente de purga para el módulo de transporte de iones 31 contiene oxígeno, será usualmente menos concentrado que oxígeno puro y será efectiva en reducir la presión parcial de oxígeno en el lado permeado de la membrana de transporte de iones 23. Las membranas de polímero que son adecuadas para separación de aire por la penetración selectiva de oxígeno también eliminarán el vapor de agua y el dióxido de carbono. Puesto que el proceso de transporte de iones no introduce impurezas en la corriente de nitrógeno, el producto será de mayor pureza que el producto de un sistema híbrido mepíbrana-deoxo convencional. La concentración de oxígeno en la corriente de gas retenido intermedio 82 del sistema de membrana de polímero es una variable crítica en el diseño y optimización del proceso global. Los sistemas de membrana de polímero pueden producir típicamente purezas de nitrógeno de 90% a 99.5%, dependiendo del número de etapas de membrana empleadas. Con una etapa sencilla de membrana el producto intermedio de baja pureza que sería introducido al módulo de transporte de iones 31 probablemente no excedería de aproximadamente 99% (es decir, aproximadamente 1% de oxígeno). Para la producción eficiente de nitrógeno de alta pureza es probable que esa concentración de intermedio sería bastante baja (aproximadamente 1% o menos). Así, es preferible usar un sistema de membrana polimérica de etapas múltiples. Por ejemplo, un sistema de purificación de dos etapas se ilustra en la Fig. 2. La corriente de nitrógeno 82 de las etapas de membrana polimérica contendrá típicamente de 0.5% a 3.0% de impureza oxígeno. La corriente de gas permeado 92 de la segunda etapa 13 de membrana polimérica es rica en nitrógeno típicamente comparada con el aire y es deseable reciclar esta corriente de gas 92 al compresor 51 como corriente de gas reciclado 97. En otra modalidad, algo de o toda la corriente residual de permeado 92 es dirigida para purgar la membrana de transporte de iones 23 como corriente de purga 97a, también mostrada con linea punteada. En general, es deseable reciclar una corriente de gas a través del sistema cuando la concentración de oxígeno de la corriente de gas es menor que la del aire, es decir, la corriente de gas contiene menos de 21% en volumen de oxígeno. Una porción del permeado de la segunda etapa puede ser usada también --orno corriente de purga 95 para el lado permeado de la membrana de transporte de iones 23, reduciendo así el voltaje y la energía de operación del módulo. En general, los sistemas de membrana de transporte de iones impulsadas eléctricamente serán empleados posiblemente si la aplicación es pequeña y donde la pureza deseada del nitrógeno es alta. En tal sistema, la cantidad de oxígeno en la corriente de gas de alimentación 85 al módulo de transporte de iones 31 será preferiblemente menos de 2% debido a la gran cantidad de energía eléctrica requerida para transportar el oxígeno a través de la membrana de transporte de iones 23. Utilizando la corriente de desperdicio 92 de la segunda etapa 13 de membrana polimérica como corriente de gas de purga 95 para la membrana de transporte de iones 23 resultará en una necesidad de proveer un intercambiador de calor de recuperación adicional. Una opción alternativa sería usar una porción de la corriente producto como una purga para la membrana de transporte de iones 23, lo cual bajará similarmente la presión parcial del oxígeno en el lado permeado de la membrana de transporte de iones 23 y con eso bajar los requerimientos de energía para el módulo de transporte de iones. Esta alternativa evitaría la necesidad de un intercambiador de calor adicional pero, consumiendo la corriente de gas producto, se reduciría el rendimiento práctico del sistema. Sería útil bajo cualquier opción reciclar la corriente de desperdicio de purga 91 del módulo de transporte de iones otra vez a través de la corriente de gas de alimentación 8 puesto que él contenido de nitrógeno es mayor generalmente que el de la corriente de gas de alimentación 8, la cual usualmente es aire. Es obvio que estos principios pueden hacerse extensivos a los procesos híbridos de membrana de transporte de iones/membrana polimérica en donde el sistema de membrana polimérica comprende tres (o aun más) etapas. Cerno se explicó antes, deberá notarse también que los sistemas híbridos de la invención requieren generalmente calentadores, enfriadores y equipo de intercambio de calor que no están representados en las modalidades mostradas en las Figs. 2-6. En los sistemas más pequeños que emplearían posiblemente sistemas de transporte de iones impulsados eléctricamente tal cxamo el representado en la Fig. 2, son usados calentadores eléctricos para incrementar las T's para el beneficio de los cambiadores de calor de recuperación y del sistema derivado del uso de estos calentadores eléctricos para posibilitar un arranque sencillo del sistema de membrana de transporte de iones levantando la temperatura del gas de alimentación sin equipo adicional. "Sistemas de Membrana de Transporte de Iones Impulsados a Presión" Pueden ser hechos óxidos complejos que exhiban ambas, conductividad iónica y electrónica. Una membrana de tal conductor mezclado puede transportar oxígeno cuando se somete a una presión parcial diferencial de oxígeno, sin la necesidad de un campo eléctrico aplicado. Para tales materiales, la contra-corriente del flujo de vacantes de oxígeno es llevada por un flujo interno de electrones, más que a través de un circuito externo. No se requieren electrodos y el transporte entero es movido por la relación de presión parcial del retenido con las corrientes de gas del lado permeado. El potencial Nernst desarrollado internamente impulsa el flujo de vacantes de oxígeno contra la resistencia iónica del electrolito.

Otra modalidad de la invención está ilustrada por el diagrama esquemático de proceso mostrado en la Fig. 3 que muestra cerno puede ser usada una membrana de transporte de iones de conductor mezclado en un módulo de transporte de iones para eliminar el 0.5%-3.0% de oxígeno en el retenido de un sistema de membrana polimérica de dos etapas. Como en la Fig. 2, esta modalidad no muestra los calentadores, enfriadores y equipo de intercambio de calor que sería usado en la operación real de la invención. Durante la operación, la corriente de gas de alimentación 8 es comprimida por el compresor 51 y es alimentada a la primera etapa de membrana polimérica 12 cuya membrana polimérica 15 elimina oxígeno, vapor de agua y dióxido de carbono para producir la corriente de gas inicial 86 y la corriente de desperdicio 93. La corriente de gas inicial 86 es alimentada a la segunda etapa 13 de membrana polimérica cuya membrana polimérica 16 elimina oxígeno, vapor de agua y dióxido de carbono para producir la corriente de gas 85 de producto crudo agotado en oxígeno y la corriente de desperdicio 92. La corriente de gas 85 es introducida al módulo de transporte de iones 31 en donde la membrana de transporte de iones de conductor mezclado 22 elimina el oxigeno de la corriente de gas de alimentación 85 para producir la corriente de gas nitrógeno de alta pureza 89 y la corriente de gas residual 91. La corriente de desperdicio 92 de la segunda etapa 13 de membrana polimérica puede ser usada como corriente de gas reciclado 97 y agregada a la corriente de gas de alimentación 8. Alternativamente, o además, una porción de la corriente de producto nitrógeno de alta pureza 89 puede ser usada camo corriente de gas de purga de producto 88 para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones 22. La corriente de gas residual 91 del módulo 31 de transporte de iones contiene oxígeno y nitrógeno y puede ser reciclada al compresor 51 junto con la corriente de reciclado 97 para formar una corriente de reciclado combinada 98 que es agregada a la corriente de gas de alimentación 8 o, si la corriente residual 91 es suficientemente rica en nitrógeno, puede ser deseable comprimir separadamente algo de o toda esta corriente residual 91 como corriente de reciclado intermedia 99, mostrada en lineas punteadas, usando un compresor opcional 52 e inyectándola a la corriente de gas de alimentación 86 de la segunda etapa 13 de membrana polimérica. Como se dijo antes, es deseable generalmente reciclar una corriente de gas a través del sistema cuando la concentración de oxígeno de la corriente de gas es menor que la del aire. En general, una purga usando el gas permeado de una etapa de membrana polimérica no tendría una concentración de oxígeno suficientemente baja para trabajar efectivamente con una membrana de transporte de iones impulsada a presión. La fracción de volumen de una corriente de gas producto usada para tal purga de producto sería de 5-30% en volumen o, más preferiblemente, 10-20% en volumen. El contenido en oxígeno en el lado permeado de la membrana de transporte de iones debe ser muy bajo con el fin de mantener la fuerza impulsora de presión parcial para el flujo de oxígeno a través de la membrana de transporte de iones. Los sistemas impulsados a presión sin una purga reactiva dependen principalmente de purgar con una porción del producto de alta pureza para producir la fuerza impulsora para el transporte de oxígeno. La cantidad de gas de purga que es requerida dependerá de la relación de presiona través de la membrana de transporte de iones. Tales sistemas impulsados a presión probablemente no serían empleados en donde se desea nitrógeno de pureza ultra-alta (menos de 5 ppm de oxígeno). La corriente de purga que sale del lado permeado de la membrana de transporte de iones puede ser alimentada a la succión del compresor para mejorar la recuperación de nitrógeno en el sistema de membrana polimérica. Con un sistema demembrana de transporte de iones de una sola etapa es posible que la alimentación del sistema estará limitada a concentraciones de oxígeno de menos de 2% a 5%. Con el empleo de una segunda etapa de transporte de iones, la concentración del oxígeno de la alimentación del sistema puede ser incrementada. Para todos los sistemas de transporte de iones impulsados a presión sin purga reactiva , debe ser agregado calor externo al extremo de temperatura elevada para mantener UA's razonables en los intercambiadores de calor de recuperación. En contraste, un sistema impulsado a presión con una purga reactiva emplea un gas de purga reactivo para reaccionar con el oxígeno permeante para crear una presión parcial de oxígeno muy baja en el lado permeado de la membrana de transporte de iones y por lo tanto una fuerza impulsora muy alta para el transporte de oxígeno y la habilidad de lograr concentraciones de oxígeno muy bajas en el gas producto de retenido. La mejor economía de producto será alcanzada posiblemente con un sistema de separación de oxígeno en masa el cual produce un producto de nitrógeno que contiene de 4% a 7% de oxígeno que es alimentado al sistema deoxo de transporte de iones el cual elimina el oxígeno restante hasta una concentración de menos de 5 ppm en la corriente producto de nitrógeno de alta pureza. La corriente de purga del sistema de transporte de iones puede ser reciclada a la succión del compresor para el gas de alimentación puesto que la corriente de purga contendría entonces poco o nada de oxígeno. En tal caso, el sistema de separación de oxígeno en masa tendrá que eliminar dióxido de carbono y vapor de agua adicionales de los productos de reacción en la corriente de gas. La Fig. 4 ilustra un proceso híbrido que comprende un sistema de membrana polimérica de dos etapas y un sistema de transporte de iones de dos etapas. En este ejemplo, la etapa final del transporte de iones 32 emplea una corriente de gas de purga de producto 88, y por lo menos una porción de la corriente de gas permeado 92 de la segunda etapa de membrana polimérica 13 preferiblemente es dirigida como una corriente de gas 100, mostrada en lineas punteadas, para purgar la primera etapa 31 de transporte de iones como corriente de gas 95. La corriente de gas residual de purga 94 de la etapa final 32 de transporte de iones puede ser reciclada al compresor 51 como corriente de gas de reciclaje 98 la cual está formada sucesivamente de las corrientes 94 y 106 en esta modalidad. Alternativamente, por lo menos una porción de la corriente 98 puede ser comprimida por el compresor opcional 52 y ser inyectada a la corriente de alimentación inter-etapas 86 como corriente de gas 99 o por lo menos una porción de la corriente 106 puede ser usada para purgar la segunda membrana polimérica 16 como corriente de gas 53, dependiendo de la concentración de oxígeno. Durante la operación, la corriente de gas de alimentación 8 es comprimida por el compresor 51 y es alimentada a la primera etapa 12 de membrana polimérica cuya membrana polimérica 15 elimina oxígeno, vapor de agua y dióxido de carbono para producir la corriente de gas inicial 86 y la corriente de desperdicio 93. La corriente de gas inicial 86 es alimentada al segundo paso 13 de membrana polimérica cuya membrana polimérica 16 elimina oxígeno, vapor de agua y dióxido de carbono para producir la corriente de gas de producto crudo 85 agotada en oxígeno y la corriente residual permeada conteniendo oxígeno 92. La corriente de gas 85 es introducida al primer módulo 31 de transporte de iones para eliminar oxígeno de la corriente de gas 85 para producir la corriente de gas nitrógeno de alta pureza 89 y la corriente de gas residual permeado 91. Opcionalmente, una porción de la corriente de gas 89 puede ser dirigida a través de una válvula 108 , mostrada en linea puntada, y usada para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones del primer módulo 31 de transporte de iones, con la corriente de purga 95 en esta modalidad. La corriente de gas nitrógeno de alta pureza 89 es introducida entonces al segundo módulo 32 de transporte de iones para eliminar más oxígeno de la corriente de gas nitrógeno de alta pureza 89 para producir la corriente de gas nitrógeno de alta pureza 87, la cual preferiblemente es pasada a través de un cambiador de calor y recuperada cerno el producto, y la corriente de gas residual permeado 94. Una porción de la corriente de gas nitrógeno de alta pureza 87 es usada cerno corriente de gas de purga de producto 88 para purgar el lado permeado del segundo módulo 32 de transporte de iones y formar la corriente de gas residual 94. La corriente de gas opcional 100, que ccmprende algo de o toda la corriente residual permeada 92, puede ser agregada a la corriente de gas residual 94 para formar la corriente de gas 95. La corriente de gas 95, a la cual puede unirse la corriente de gas opcional 100, es usada como una corriente de gas de purga para purgar el lado pea-meado del primer módulo 31 de transporte de iones y formar la corriente de gas residual permeado 91. La corriente de gas residual 91 puede ser combinada con la corriente de gas 94 para hacer la corriente de gas 106. La corriente de gas 106 puede ser usada opcionalmente para purgar la segunda membrana polimérica 16 cctto corriente de gas 53. La corriente de gas 106 es combinada con la corriente de desperdicio 92 para hacer la corriente de gas 98, la cual es agregada a la corriente de gas de alimentación 8 y reciclada al ccpresor 51 u, opcionalmente, puede ser dirigida como la corriente de gas 99 para ser comprimida por el compresor opcional 52 e inyectada a la corriente de alimentación inter-etapa 86, dependiendo de la concentración de oxígeno. La corriente residual de purga 94 puede ser usada también para purgar la segunda etapa 13 de membrana polimérica sin combinarse con la corriente residual 91. El contenido de oxígeno del producto de nitrógeno de alta pureza de la(s) etapa (s) de transporte de iones puede ser muy bajo, fluctuando entre 10 ppm y menos de 1 ppb. Los procesos híbridos de membrana/transporte de iones que han sido descritos no requieren hidrógeno u otros gases adicionales. Si está disponible una fuente económica de combustible tal como metano, se prefiere un modo diferente de operación utilizando una purga reactiva. Una forma de este preceso de purga reactiva está ilustrada en la Fig. 5. La corriente de gas combustible 61 puede ser usada para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones del módulo de transporte de iones 32. La corriente de gas combustible 61 reaccionará con el oxígeno penetrando a través de la membrana de transporte de iones del módulo de transporte de iones 32 , reduciendo por eso la presión parcial de oxígeno a un valor extremadamente bajo. Esto mantiene la fuerza impulsora para el flujo de oxígeno a través de la pvambrana de transporte de iones del módulo de transporte de iones 32. En esta modalidad de la invención, la cantidad de combustible usada en la corriente de purga es menor que la requerida para reaccionar con todo el oxígeno a ser eliminado (una relación equivalente menor que 1.0). En la Fig. 5, todo el combustible es quemado en el módulo final de transporte de iones 32. La corriente de gas de escape 94 es usada entonces para purgar la primera etapa del módulo de transporte de iones 31 y la Fig. 5 representa estas dos etapas de módulo de transporte de iones 32 y 31 como unidades separadas. Es aparente, sin embargo, estas mismas operaciones podrían ser efectuadas en una sola etapa de transporte de iones. La corriente residual de purga final 91 contiene algo de oxígeno y todos los productos de la combustión. Es deseable reciclar esta corriente residual 91 cerno corriente 98 al compresor 51 y luego al sistema de membrana polimérica o co o corriente 99 al cempresor opcional 52 y entonces a la corriente de alimentación de etapa intermedia 86. En cualquier caso, el sistema de membrana polimérica puede eliminar eficientemente el vapor de agua y el dióxido de carbono, rechazando así estos productos de la combustión de la corriente de nitrógeno. En aun otra modalidad, la corriente de gas permeado 91 es dirigida como la corriente de desperdicio 102, mostrada en lineas punteadas, y la energía térmica puede ser capturada de esa. Puesto que el proceso de combustión es exotérmico, el exceso de calor puede ser útil para elevar la temperatura del sistema de transporte de iones, el cual debe operar usualmente por encima de los 600° C. Mucho de este calor es producido en la última etapa de transporte de iones de la Fig. 5 y la elevación de temperatura podría volverse excesiva a me' • s que la corriente de gas de alimentación sea introducida a una temperatura suficientemente baja para actuar como un pozo de temperatura. Otras corrientes son generadas y dirigidas como se describe en alguna parte de esta solicitud. Por ejemplo, una porción de la corriente de producto crudo 85 puede ser dirigida para purgar el lado permeado de la membrana 16 y ser reciclada entonces vía las corrientes 92, 97 y 98 para reunirse con la corriente de alimentación 8. Otra manera de usar una purga reactiva está ilustrada en la Fig.6. En este caso, se emplea un exceso de combustible (una relación de equivalencia mayor que 1.0). La corriente de gas residual de purga 94 contendrá poco oxígeno pero incluirá algo de combustible y los productos de combustión, tales como monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrógeno, vapor de agua y metano. Esta corriente de gas residual 94 es hecha reaccionar entonces con la corriente de aire 90 (u otro gas que contenga oxígeno) en el quemador 73. El calor liberado durante la combustión puede ser usado para varios propósitos, incluyendo el precalentamiento del gas de alimentación para el proceso de transporte de iones, generación de vapor para producir gas de purga "inerte" adicional o para calentar el nitrógeno de alta pureza, alta presión antes de la expansión a través de una turbina para producir energía. Como antes, la corriente de gas residual quemada 96, después de enfriada, sería reciclada al sistema de membrana polimérica, en donde los productos de combustión serían eliminados de la corriente de nitrógeno retenido. Puesto que el proceso de membrana polimérica y el proceso de transporte de iones operan a temperaturas ampliamente diferentes, muchos elementos físicos adicionales tales como cambiadores de calor inter-sistemas e inter-etapas, inter-enfriadores, calentadores, etc., son requeridos en la práctica de la invención que no están mostrados en los dibujos 2-6. La Fig. 7 es un diagrama esquemático, sin embargo, de una modalidad de la invención similar a la Fig. 3 pero mostrando como puede ser emparejada la región de temperatura ambiente 14 del sistema de separación de membrana polimérica mediante el cambiador de calor 21 con la región de alta temperatura 33 del módulo 31 de transporte de iones. Además, es provisto el calentador 71 para elevar la temperatura de la corriente de gas de alimentación 85 que entra al módulo 31 de transporte de iones. Entre otras ventajas aparentes en esta modalidad, el cambiador de calor 21 mejora la eficiencia de energía del proceso en conjunto. Tales componentes y su operación son bien conocidos en el arte y en la práctica de separación de gases y procesamiento de gases y su uso apropiado en la presente invención será entendido por aquellos expertos en el arte. Aun otra modalidad de la invención está ilustrada por el diagrama esquemático de proceso mostrado en la Fig. 8. Esta modalidad muestra los calentadores, enfriadores y equipo de intercambio de calor que podrían ser usados en la operación real de la invención. Durante la operación, la corriente de alimentación 8 es comprimida por el compresor 51, enfriado por el enfriador 74, y es alimentada a la primera etapa 12 de membrana polimérica cuya membrana polimérica 15 elimina oxígeno, vapor de agua y dióxido de carbono para producir la corriente de gas de producto crudo 86 agotada en oxígeno y la corriente de desperdicio 93. La corriente de gas agotada en oxígeno inicial 86 es alimentada a la segunda etapa 13 de membrana polimérica cuya membrana polimérica 16 elimina oxígeno, vapor de agua y dióxido de carbono para producir la corriente de gas de producto crudo 85 agotada en oxígeno y la corriente de gas de desperdicio 92. La corriente de desperdicio 92 es dividida en la corriente de gas 95 y la corriente de gas 97. La corriente de gas 95 es pasada a través del intercambiador de calor 21 y el calentador 75 y agregada a la corriente de gas residual del segundo módulo 32 de transporte de iones para formar la corriente de gas 94. La corriente de gas 85 es pasada a través del intercambiador de calor 21 y el calentador 71 y es introducida al primer módulo 31 de transporte de iones para eliminar oxígeno de la corriente de gas 85 para producir la corriente de gas nitrógeno de alta pureza 89 y la corriente de gas residual 91. La corriente de gas nitrógeno de alta pureza 89 es introduucida entonces al segundo módulo 32 de transporte de iones para eliminar más oxígeno de la corriente de gas nitrógeno de alta pureza para producir la corriente de gas nitrógeno de alta pureza 87, la cual es pasada a través del ii-tercambiador de calor 21 y recuperada como el producto y la corriente de gas residual 94. Una porción de la corriente de gas nitrógeno de alta pureza 87 es usada como corriente de gas de purga de producto 80 para purgar el lado permeado del segundo módulo 32 de transporte de iones y formar la corriente de gas residual 94. La corriente de gas residual 94 es usada como una corriente de gas de purga para purgar el lado permeado del primer módulo 31 de transporte de iones y formar la corriente de gas residual 91 la cual es pasada a través del intercambiador de calor 21 y combinada con la corriente de gas 97 para formar la corriente de gas 98 la cual es agregada a la corriente de gas de alimentación 8. Otra modalidad de la invención está ilustrada por el diagrama esquemático de proceso mostrado en la Fig. 9. Esta modalidad muestra los enfriadores y equipo de intercambio de calor que son usados en una implementación de la invención. Durante la operación, la corriente de gas de alimentación 8 es comprimida por el compresor 51, enfriado por el enfriador 74 y es alimentada a la primera etapa 11 de membrana polimérica cuya membrana polimérica 15 elimina oxígeno, vapor de agua y dióxido de carbono para producir la corriente de gas de producto crudo inicial 82 agotada en oxígeno y la corriente de desperdicio 79. La corriente de gas 82 es pasada a través de intercambiador de calor 21 para proveer la corriente de gas calentada 85 la cual es pasada a través del intercambiador de calor 24 dentro del segundo módulo 32 de transporte de iones para formar la corriente de gas 78. El cambiador de calor 24 utiliza la capacidad calorífica de la corriente de alimentación 78 del módulo de transporte de iones para absorber el calor de reacción sin elevación excesiva de la temperatura. La corriente de gas 78 es introducida al primer módulo 31 de transporte de iones para eliminar oxígeno de la corriente de gas 85 para producir la corriente de gas nitrógeno de alta pureza 89 y la corriente residual de desperdicio 91. La corriente de gas nitrógeno de alta pureza 89 es introducida entonces al segundo módulo 32 de transporte de iones para eliminar oxígeno adicional de la corriente de gas nitrógeno de alta pureza 89 para producir la corriente de gas nitrógeno 87 de alta pureza, la cual es pasada a través del intercambiador de calor 21 y recuperada cerno el producto, y la corriente de gas residual 94. Una porción de la corriente de gas nitrógeno de alta pureza 87 es usada como un diluyente de la corriente de gas de purga reactiva 80 para purgar el lado permeado del segundo módulo 32 de transporte de iones y formar la corriente de gas residual 94. Esta corriente de gas residual 94 del segundo módulo 32 de transporte de iones es usada como una corriente de gas de purga para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones del primer módulo 31 de transporte de iones y formar la corriente de gas residual 91 la cual es pasada a través del intercambiador de calor 21. La corriente de gas reactivo 61 es usada para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones del segundo módulo 32 de transporte de iones. Una modalidad diferente de la invención es ilustrada por el diagrama esquemático de proceso mostrado en la Fig. 10. Esta modalidad muestra los enfriadores y equipo de intercambio de calor que podrían ser usados en la operación real de la invención. Durante la operación, la corriente de gas de alimentación 8 es comprimida por el compresor 51, enfriada por el enfriador 74 y es alimentada al sistema de separación de oxígeno en masa 11 para producir la corriente de gas inicial de producto crudo agotada en oxígeno 82 y la corriente de desperdicio 79. La corriente de gas 82 inicial agotada en oxígeno es pasada a través del intercambiador de calor 21 para proveer la corriente de gas calentado 85 la cual es introducida al primer módulo 31 de transporte de iones para eliminar oxígeno de la corriente de gas 85 para producir la corriente de gas nitrógeno 89 de alta pureza y la corriente de gas residual 91. La corriente de gas nitrógeno 89 de alta pureza es pasada a través del intercambiador de calor 21 e introducida al segundo módulo 32 de transporte de iones mediante el diseño de reactor interno 54 u otro medio de transferencia de calor para eliminar oxígeno adicional de la corriente de nitrógeno 89 de alta pureza, la cual as pasada a través del cambiador de calor 21 y recuperada como el producto, y la corriente de gas residual 94. El di.seño de reactor interno 54 con medios de transferencia de calor es el tema de la solicitud de patente copendiente de E.U. Serie No. 08/848,204, por Prasad et al., titulada "Diseño de Reactor de Conductor Iónico de Electrolito Sólido", la cual fue presentada el 29 de Abril de 1997, y es incorporada en la presente mediante referencia para describir e ilustrar más completamente la invención reivindicada. Este diseño de reactor interno 54 utiliza una membrana de transporte de iones para calentar la corriente de gas alimentada a ella y prepara así a la corriente de gas para el segundo módulo 32 de transporte de iones para eliminar cualquier oxígeno residual.

Una porción de la corriente de gas nitrógeno 87 de alta pureza es usada como corriente de gas 80 de purga de producto para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones del segundo nodulo 32 de transporte de iones y formar la corriente de gas residual 94. Esta corriente de gas residual 94 del segundo módulo 32 de transporte de iones es usada como una corriente de gas de purga para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones del primer módulo 31 de transporte de iones y formar la corriente de gas residual 91 la cual es pasada a través del intercambiador de calor 21. La corriente de gas reactivo 61 combinada o diluida por la corriente de gas 86 es usada para purgar el . lado permeado de la membrana de transporte de iones del segundo módulo 32 de transporte de iones y produce la corriente de gas residual 94. La temperatura de la corriente de gas nitrógeno 89 de alta pureza que sale del cambiador de calor 21 es controlada para asegurar que la corriente de gas tiene suficiente capacidad calorífica para absorber el calor de reacción generado en el segundo módulo 32 de transporte de iones, limitando así la elevación de temperatura en la membrana de transporte de iones. Otra modalidad de la invención está ilustrada por el diagrama esquemático de proceso mostrado en la Fig. 11. Esta modalidad muestra los enfriadores y equipo de intercambio de calor que son usados opcionalmente en la operación real de la invención. En este arreglo, el primer módulo 31 de transporte de iones elimina la mayor parte del contenido de oxígeno usando una purga reactiva y provee también la energía necesaria para elevar la corriente de gas de alimentación 85 a la temperatura de operación de la membrana de transporte de iones. El segundo módulo 32 de transporte de iones elimina el oxígeno residual usando una corriente de gas de purga 103 de producto y producto de combustión. Las ventajas son: (1) que el primer módulo 31 de transporte de iones puede operar cono un calentador quemador con un arreglo de tuberías relativamente sencillo y (2) que el arreglo evita presiones de oxígeno parciales excesivamente bajas en el ánodo de cualquiera de las membranas de transporte de iones. Presiones parciales de oxígeno muy bajas en el ánodo pueden ser generadas en el caso de un ambiente reductor en el ánodo y una presión parcial de oxígeno baja en el cátodo y puede conducir a reducciones en la vida del material de la membrana de electrolito sólido. Si el oxígeno residual que tiene que ser eliminado en el segundo módulo 32 de transporte de iones es mantenido escaso, los castigos en costos debidos al área extra en el segundo módulo 32 de transporte de iones debida a una fuerza impulsora de presión parcial de oxígeno baja, pueden ser minimizados. La opción de usar los productos de reacción como corriente de gas de purga 103 del primer módulo 31 de transporte de iones para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones del segundo módulo 32 de transporte de ones reduciría la necesidad de la purga de producto y, por lo tanto, conduce a una recuperación mayor de nitrógeno. Es importante que todo el oxígeno en la corriente de gas de purga 103 haya sido consumido antes que la corriente sea introducida al segundo módulo 32 de transporte de iones. Prácticamente, esto requiere que la reacción en el primer módulo 31 de transporte de iones deba ser llevada a cabo enriquecida en combustible, quitándole importancia al desgaste reductor de material antes mencionado.

Durante la operación, la corriente de gas de alimentación 8 es ccmprimida por el compresor 51, enfriada por el enfriador 74 y es alimentada al sistema de separación 11 de oxígeno de masa para producir la corriente de gas inicial 82 y la corriente de desperdicio 79. La corriente de gas 82 es pasada a través del cambiador de calor 21 para proveer la corriente de gas caliente 85 la cual es introducida en el primer módulo 31 de transporte de iones con diseño de reactor interno 54 u otros medios de transferencia de calor para eliminar oxígeno de la corriente de gas 85 para producir la corriente de gas nitrógeno 89 de alta pureza y la corriente de gas residual 91. Como se mencionó antes con relación a laFig. 10, el diseño de reactor interno 54 es el tema de la solicitud de patente de E.U. copendiente Serie No. 08/848,204, la cual fue previamente incorporada por referencia. La corriente de gas nitrógeno 89 de alta pureza es introducida entonces al segundo módulo 32 de transporte de iones para eliminar más oxígeno de la corriente de gas nitrógeno 89 de alta pureza para producir la corriente de gas nitrógeno 87 de alta pureza, la cual es pasada a través del cambiador de calor 21 y recuperada ccmo el producto, y la corriente de gas residual 94. Una porción de la corriente de gas nitrógeno 87 de alta pureza es usada cerno corriente de gas de purga de producto 80 para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones del segundo módulo 32 de transporte de iones y formar la corriente de gas residual 94 la cual es pasada a través de el cambiador de calor 21. La corriente de gas reactivo 61 es usada para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones del primer módulo 31 de transporte de iones y combinar con la corriente de gas residual 91 la cual es pasadaa través del cambiador de calor 21. Otra posibilidad sería usar la corriente de gas residual 103 para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones del segundo módulo 32 de transporte de iones y combinar con la corriente de gas residual 94 la cual es pasada a través del cambiador de calor 21. Aspectos específicos de la invención son mostrados en uno o más de los dibujos para conveniencia solamente, ya que cada aspecto puede ser combinado con otros aspectos de acuerdo con la invención. Además, varios cambios y modificaciones pueden ser hechos a los ejemplos dados sin apartarse del espíritu de la invención. Tales modificaciones pueden incluir el uso de camas de absorción de presión oscilante y térmico-oscilante u otros métodos de separación de oxígeno en masa para proveer la función de las membranas poliméricas antes discutidas. Modalidades alternativas serán reconocidas por aquellos expertos en el arte y se intenta que sean incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (10)

1. R-S-IVINDICaCIONES 1. Un proceso para eliminar oxígeno de una corriente de gas de alimentación que contiene oxígeno elemental y por lo menos otro gas para producir una corriente de gas retenido agotado en oxígeno, el proceso comprendiendo: suministrar la corriente de gas de alimentación a un sistema de separación de oxígeno en masa para eliminar oxígeno para producir una corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno y una primera corriente residual permeada; suministrar la corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno a un separador que incluye un módulo primario de transporte de iones que tiene una membrana primaria de transporte de iones con un lado de retenido y un lado de permeado, para producir una segunda corriente residual permeada y la corriente de gas retenido agotado en oxígeno; y agregar un gas de purga reactiva para reaccionar con una porción del oxígeno que penetra a través de la membrana primaria de transporte de iones y purgar el lado permeado de la membrana primaria de transporte de iones, mejorando así la eficiencia del proceso.
2. 2. El proceso de acuerdo a la reivindicación 1, en donde el separador comprende además un módulo de transporte de iones inicial que tiene una membrana de transporte de iones inicial, la membrana de transporte de iones inicial teniendo un lado permeado y un lado de retenido al cual es suministrado la corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno para producir una corriente inicial de gas retenido agotado en oxígeno y una corriente inicial residual permeada, la membrana de transporte de iones inicial conectada en serie con la membrana primaria de transporte de iones de manera que la corriente inicial de gas retenido agotado en oxígeno es suministrada al lado de retenido de la membrana primaria de transporte de iones.
3. 3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 2 en donde la segunda corriente residual permeada de la membrana primaria de transporte de iones es usada para purgar el lado permeado de la membrana de transporte de iones inicial.
4. 4. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde por lo menos una porción de por lo menos una de las primeras corrientes residuales permeadasdel sistema de separación de oxígeno en masa y la segunda corriente residual permeada de la membrana primaria de transporte de iones es reciclada por adición a la corriente de gas de alimentación.
5. 5. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el gas de purga reactiva está en exceso estequiométrico al oxígeno que penetra a través de la membrana de transporte de iones y reacciona con todo el oxígeno substancialmente que hay allí para producir una corriente residual permeada de purga que contiene productos de combustión y una porción de gas de purga reactiva sin reaccionar.
6. 6. El proceso de acuerdo con la reivindicación 5, en donde por lo menos una porción de la corriente residual permeada de purga y una corriente de gas que contiene oxígeno son introducidas a un quemador y quemadas allí para generar energía calorífica.
7. 7. Un proceso para eliminar oxígeno de una corriente de gas de alimentación que contiene oxígeno elemental y por lo menos otro gas para producir una corriente de gas retenido agotado en oxígeno, el proceso comprendiendo: suministrar la corriente de gas de alimentación a un sistema de separación de oxígeno en masa no-criogénico para eliminar oxígeno para producir una corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno y una primera corriente residual permeada que contiene oxígeno; suministrar la corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno a un separador que incluye un módulo primario de transporte de iones que tiene una membrana primaria de transporte de iones con un lado de retenido y un lado permeado, para producir una segunda corriente residual permeada y la corriente de gas retenido agotado en oxígeno; y reciclar una corriente de gas de reciclaje que comprende por lo menos una porción de por lo menos una corriente de gas producida durante el proceso, agregando la corriente de gas de reciclaje a por lo menos una corriente de gas del proceso.
8. 8. El proceso de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el separador comprende además una membrana de módulo inicial de transporte de iones, la membrana inicial de transporte de iones teniendo un lado permeado y un lado de retenido al cual es suministrada la corriente de gas de producto crudo agotado en oxígeno para producir una corriente inicial de gas retenido agotado en oxígeno y una corriente inicial residual permeada, la membrana inicial de transporte de iones conectada en serie con la membrana primaria de transporte de iones de manera que la corriente inicial de gas retenido agotado en oxígeno es suministrada al lado del retenido de la membrana primaria de transporte de iones.
9. 9. El proceso de acuerdo con la reivindicación 7, en donde la membrana primaria de transporte de iones es una membrana de transporte de iones impulsada eléctricamente y por lo menos una porción de la primera corriente residual permeada conteniendo oxígeno del sistema de separación de oxígeno en masa no-criogénico es usada para purgar el lado permeado de la membrana primaria de transporte de iones.
10. 10. El proceso de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la corriente de gas de reciclado comprende la corriente de purga de la membrana primaria de transporte de iones y es reciclada mediante adición a la corriente de gas de alimentación.