PT79586B

PT79586B - Process for separating a feed stream gas mixture using pressure swing adsorption

Info

Publication number: PT79586B
Application number: PT79586A
Authority: PT
Inventors: Toan P Vo
Original assignee: Calgon Carbon Corp
Priority date: 1983-12-07
Filing date: 1984-11-30
Publication date: 1986-10-15
Also published as: EP0147277A3; EP0147277A2; AU3635784A; PT79586A; JPS60150814A; ZA849393B

Description

Descrição pormenorizada do invento

Este invento diz respeitp a um processo

}

de adsorção com oscilação de pressão e por meio de um crivo molecular, que utiliza dois adsorsores e que é próprio para a produção de gás enriquecido a partir de uma mistura gasosa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação, caracterizado por um primeiro dos referidos dois adsorsores passar repetidamente pela seguinte sequência de operações:

(a) fazer passar em co-corrente a referida mistura gasosa que ê fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação através do primeiro dos referidos dois adsorsores e a uma pressão de adsorção. maior do que a pressão

atmosférica, dando assim origem à produção de um produto gasoso enriquecido ;

(b) despressurizar parcialmente e em co-corrente o referido primeiro adsorsor descarregando-o em co-corrente para o segundo dos referidos dois adsorsores

até que as pressões dos referidos primeiro e segundo adsorso res fiquem igualizadas, promovendo assim de uma maneira simultânea a repressurização parcial do referido segundo adsor sor;

(c) despressurizar em contra-corrente o referido primeiro adsorsor pondo-o em comunicação com a atmosfera, fazendo assim com que a pressão do referido primeiro adsorsor de reduza até igualar o valor da pressão atmosférica;

(d) regenerar o referido primeiro adsorsor limpando ou lavando o referido primeiro adsorsor com produto gasoso enriquecido, fazendo assim com que o adsorvido que se acha contido nos poros do referido adsorvente ou adsorsor formado à base de um crivo molecular seja obrigado a ser desadsorvido;

(e) repressurizar parcialmente o referido primeiro adsorsor adicionando produto gasoso enriquecido ao referido primeiro adsorsor;

(f) repressurizar parcialmente e em co-corrente o referido primeiro adsorsor descarregando em co-corrente o referido segundo adsorsor para o referido primeiro adsorsor até que as pressões dos referidos primeiro e segundo adsorsores fiquem igualizadas, promovendo assim de uma maneira simultânea a despressurização parcial do referido segundo adsorsor; e

(g) repressurizar o referido primeiro

adsorsor até â referida pressão de adsorção utilizando a referida mistura gasosa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação; e por o referido segundo dos referidos dois adsorsores passar repetidamente pelas operações (a) a (g) anteriormente referidas, considerando o segundo adsorsor como sendo o primeiro adsorsor e vice-versa, e por as sequências de funcionamento do referido primeiro ad sorsor e do referido segundo adsorsor se encontrarem conjugadas de maneira a que a operação (b) no referido primeiro adsorsor se realiza simultaneamente à operação (f) no referido segundo adsorsor a que a operação (b) no referido segundo adsorsor se realiza simultaneamente à operação (f) no referido primeiro adsorsor.

No presente processo são utilizados dois adsorsores. Cada adsorsor é guarnecido com um adsorvente formado â base de um crivo molecular, por exemplo um crivo molecular de carbono.

Neste processo pode ser utilizado qualquer crivo molecular de carbono, incluindo os crivos CMX-1, CMX-Z e CMX-3 da Calgon Carbon Corporation e os crivos moleculares de carbono da Berghan Ferschung GmbH, mas não se limitando a ester. Além disso é de esperar que a introdução de pequenas modificações na duração dos ciclos e nas pressões e/a utilização de outros crivos moleculares que não os crivos moleculares de carbono possam ser úteis no processo caracterizado do presente invento. Deste modo, no presente invento também podem ser utilizados zeólitos e outros adsorventes seiectivos de aplicação já reconhecida na técnica.

Cada adsorsor pode conter facultativamente uma curta camada de um material exsicante na extremidade de admissão seguida de uma camada de maiores dimensões constitui_ da pelo crivo molecular escolhido, fazendo assim com que seja possível que a mistura gasosa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação seja seca antes do enriquecimento. Nesse caso o comprimento do leito de exsicante depende de vários parâmetros do processo, tais como a percentagem de humidade e o caudal da mistura gasosa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação. Além disso chama-se a atenção para o facto de que é possível proceder a modificação e a alteração sem se sair do âmbito do invento. POr exemplo, em vez do ar pode ser fraccionada qualquer mistura gasosa contendo dois ou mais componentes que podem ser se parados com base na dimensão, na forma ou no peso moleculares.

0 termo "mistura gasosa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação", tal como é aqui utilizado, diz respeito à mistura de componentes gasosos a eerem separados, como, por exemplo, o ar e outras misturas gasosas basicamente constituídas por dois ou mais componentes de diferentes dimensões, formas ou pesos moleculares.

Entre os exemplos de misturas gasosas que são fornecidas sob a forma de uma corrente de alimentação encontram-se incluídas as seguintes:

metano e dióxido de carbono; metano e ar; hidrogénio, monóxido de carbono e dióxido de carbono; hidrogénio e gases hidrocarbonados; e outras misturas semelhantes.

Os termos "gás enriquecido" e "produto ga_ soso" são sinónimos e dizem respeito àquela parte da mistura gasosa fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação que basicamente não é absorvida após passagem da mistura gasosa, que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimenta^ ção, através do adsorvente. Por exemplo, o gás enriquecido pode ser constituido por uma mistura gasosa contendo 90 a 99 por cento ou mais do componente não adsorvido de uma mistura gasosa fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação.

0 termo "gás de lavagem", tal como é aqui utilizado, diz respeito ao gás que é libertado de uma coluna adsorvente depois de ter sido removida a fracção relativa do produto .

-110 gás de lavagem contém uma concentração de adsorvido mais elevada do que o produto gasoso. De facto a concentração de adsorvido no gás de lavagem pode aproximar-se ou ultrapassar a concentração de adsorvido na mistura gasosa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação. Conforme é aqui referido, o gás escoa-se normalmente em co-corrente, isto é, para o interior da coluna através da abertura de admissão da coluna e para fora da coluna através da abertura de descarga da coluna. Quando o gás se escoa no sentido oposto, isto é, para fora da coluna através da abertura de admissão da coluna, diz-se que se escoa em contra-corrente.

Uma mistura gasosa pode ser fraccionada, ou separada, através de uma adsorção com oscilação de pressão fazendo passar a mistura a uma pressão elevada através de um adsorvente que é selectivo no que respeita â sua capacidade para adsorver um ou mais dos componentes da mistura. Esta selectividade é determinada pela distribuição das dimensões dos poros no adsorvente e pelo volume total dos poros. Por" exemplo, as moléculas gasosas com um diâmetro cinético inferior ou igual âs dimensões dos poros são retidas, ou adsorvida pelo adsorvente, ao passo que as moléculas gasosas de maior diêmetro não são retidas pelo crivo e passam através do leito adsorvente. Com efeito, o adsorvente faz a crivagem do gás em função da dimensão, peso ou forma moleculares dos componentes desse mesmo gás.

A adsorção continua num adsorsor até ao momento em que a concentração de adsorvido, por exemplo o oxigénio, no gás enriquecido atinge um nível indesejável ,por exemplo 0,1 a 10 por cento, em volume. 0 gás enriquecido produzido pelo presente método pode escoar-se directamente para o local de aplicação a partir dos adsorsores, mas escoa-se de preferencia para uma coluna de equilíbrio para o prodj£ to gasoso. A utilização de uma coluna de equilíbrio para o produto gasoso minimiza as flutuações de caudal, de pressão

e de grau de pureza do produto gasoso e facilita a utilização de gás enriquecido para a repressurização e/ou regeneração dos leitos adsorventes, sendo por consequência preferível. No caso de não ser utilizada uma coluna de equilibrio para o produto gasoso, podem ser utilizados outros sistemas de repressurização e regeneração do produto gasoso, como, por exem pio, o de repressurização e lavagem a partir de uma conduta de produto gasoso.

No caso do processo de acordo com o invento, a despressurização de um adsorsor a seguir â adsorção faz-se em duas operações, a saber:

(i) despressurização parcial e em co-corrente descarregando-se para o outro adsorsor até que as pressões nos adsorsores se igualizem; e

(ii) descarga para a atmosfera.

A repressurização de um adsorsor a seguir â regeneração e antes da adsorção faz-se em três operações, a saber:

(i) repressurização parcial utilizando produto gasoso, de preferência proneniente da coluna de equi li_ brio para o produto gasoso, até se atingir uma pressão um pouco menor do que a pressão de igualização;

(ii) repressurização pare -corrente descarregando o outro adsorsor para questão que é assim repressurizado até que as adsorsores se igualizem; e

ial e em coo adsorsor em pressões nos

(iii) repressurização até se atingir a pressão de adsorção utilizando a mistura gasosa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação.

A operação (i) da sequencia de despressurização acabada de descrever e a operação (ii) da sequência de repressurização também acabada de descrever, são realizadas simultaneamente. Deste modo os adsorsores encontram-se em comunicação um com o outro durante estes segmentos dos respectivos ciclos de funcionamento. Esta operação simultânea de despressurização/repressurização constitue um elemento crucial do invento.

Além disso é importante que as operações de igualização simultâneas sejam realizadas de maneira a despressurizar em co-corrente. Assim, num sistema em que as aberturas de admissão do adsorsor se encontram situadas a uma cota mais baixa do que as aberturas de descarga do adsorsor, a operação simultânea de despressurização em co-corrente/ /repressurização em co-corrente pode ser descrita como "uma igualização feita das cúpulas para os fundos"; cada adsorsor é parcialmente despressurizado (em co-corrente) através da res_ pectiva abertura de descarga situada na parte superior do adsorsor e parcialmente repressurizado (em co-corrente)através da respectiva abertura de admissão situada no fundo do adsorsor. A operação simultânea de despressurização em co-corrente e de repressurização em co-corrente tem vantagens em comparação com, por exemplo, a operação simultânea de despressurização em contra corrente e de repressurização em co-corrente, devido ao facto de melhorarem a quantidade de pro duto produzido e o grau de pureza desse mesmo produto. As operações (ii) e (iii) da sequência de repressurização anteriormente descrita podem realizar-se uma a seguir à outra ou simultaneamente. Deste modo pode-se introduzir gás de alimentação num adsorsor que está a ser simultaneamente repressurizado com uma corrente de gás de lavagem proveniente do outro adsorsor ou depois de se dar inicio ao escoamento da corrente de gás de lavagem, sem que por isso se saia do espírito do invento.

Apesar de os processos de adsorção com oscilação de pressão poderem ser realizados dentro de uma vasta gama de pressões, é preferível realizar o presente pro cesso a uma pressão de adsorção da ordem de l,o a 30,0 bares. A gama de pressões de adsorção ideal é a que vai de 4,0 a 9,0 bares.

0 processo aqui apresentado pode ser melhor compreendido com a ajuda da figura 1 que representa um sistema de adsorção com oscilação de pressão que incorpora dois adsorsores e que é próprio para se poder proceder,de acordo com o presente invento à separação de misturas gasosas fornecidas, cada uma delas sob a forma de uma corrente de alimentação, e da figura 2 que representa uma sequência de funcionamento para estes adsorsores. Tendo em vista fins ilustrativos, se se supuser que a mistura gasosa formada por uma corrente de alimentação (gás de alimentação) é o ar, o gás enriquecido é constituido por 90 a 99,9 por cento de gás inerte, em volume, o adsorvido é basicamente constituido por oxigénio, e o crivo molecular adsorvente é um crivo molecular de carbono. 0 gás inerte é constituido por nitrogénio, árgon e outros gases raros.

Na figura 1 encontram-se representados dois adsorsores (A) e (B) resistentes à pressão, cada um dos quais contém um adsorvente com, por exemplo, um crivo molecular de carbono.

A série de válvulas que controlam o escoamento para e a partir dos adsorsores (A) e (B) resistentes â pressão e da coluna de equilíbrio para o produto gasoso pode ser definida pelos números que se encontram representados na Figura 1 e pelas funções desempenhadas por cada uma delas neste modelo de realização preferencial:

- válvulas (1) e (2): válvulas de admissão da corrente gasosa de alimentação para os adsorsores (A) e (B), respectivamente;

- válvulas (3) e (4): válvulas de lavagem para os adsorsores (A) e (B), respectivamente;

- válvulas (5) e (6): válvulas de igualização de pressão entre os adsorsores (A) e (B);

- válvula (7): válvula de repressurização com produto gasoso proveniente da coluna de equilíbrio ou reservatório de produto gasoso para os adsorsores (A) e (B);

- válvula (8): válvula de lavagem com produto gasoso proveniente da coluna de equilibrio ou reservatório de produto gasoso para os adsorsores (A) e (B);

- válvulas (PCV-1) e (PCV-2): válvula de controlo de contra-pressão e válvula de regulação de pressão, respectivamente;

- válvulas de retenção: controlam o sentido do escoamento; encontram-se representadas sob a forma

de setas no sistema de condutas de ligação entre os adsorsores ; e

- orifício limitadores de caudal: limitam

o caudal de gás proveniente do reservatório de produto; repre sentados acima das válvulas (7) e (8).

Apesar de se encontrarem representados na posição vertical, os adsorsores (A) e (B) podem ser instalados tanto na posição horizontal como na posição vertical sem que por isso se saia do espirito do invento.

0 ar é comprimido e introduzido no sistema através da válvula (1) ou da válvula (2) e â pressão de adsorção. 0 ar pode ser previamente tratado antes de entrar nos adsorsores sem que por isso se saia do espirito do invento. Por exemplo, podem ser utilizados arrefecedores, filtros ou depuradores para arrefecer e remover partículas arrastadas, ou outros gases tais como o dióxido de carbono ou óxidos de nitrogénio da mistura gasosa que ê fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação. As operações* de tratamento prévio melhoram a qualidade do gás de alimentação e são utilizadas quando as especificações do produto gasoso impoêm uma tal remoção prévia. No entanto estas operações são operações auxiliares e não são indispensáveis para a eficácia do processo caracteristico deste invento.

Novamente em relação â figura 1,temos então que se proceder à admissão de ar, sob a forma de gás comprimido, para o interior do adsorsor (A) ou do adsorsor (B) através das válvulas (1) ou (2), respectivamente. Tendo em vista a explicação deste exemplo vamos supor que o adsorsor (A) está a produzir gás enriquecido. Quando entra no adsorsor (A), o ar pode passar primeiro através de um curto leito de material exsicante que remove o excesso de humidade do ar de alimentação, na medida em que pode ser preferível trabalhar com um baixo teor de humidade relativa. 0 ar de alimentação vai então passar directamente para o interior do adsorsor que contêm um adsorvente constituido por um crivo molecular de carbono.

Este adsorvente remove selectivamente oxigénio do ar de alimentação â medida que este se vai escoando em co-corrente através do adsorsor (A). A pressão de adsorção ideal encontra-se situada entre 1,0 e 30,0 bares. A partir do adsorsor (A) e através da válvula (PCV-1) é descarregado um produto gasoso inerte que é recolhido na coluna de equilíbrio para o produto gasoso. 0 produto gasoso ou gás enriquecido é normalmente constituido por pelo menos

4

90 por cento, em volume, de gases inertes entre os quais se encontram compreendidos o nitrogénio, o argon e outros gases raros. No entanto o processo pode ser utilizado de maneira a produzir gás enriquecido que é constituído pelo menos por 95 por cento, 97 por cento, 99 por cento ou 99,9 por cento, em volume, de gases inertes. A concentração de oxigénio na corrente de gãs enriquecido pode ser analizada a montante da coluna de equilíbrio para o produto gasoso de maneira a obter-se uma medida do grau de pureza instantâneo do produto gasoso a jusante da coluna de equilíbrio para o produto gasoso. A partir da coluna de equilíbrio para o produto gasoso e através da válvula (PCV-2) é descarregada uma determinada quantidade de produto gasoso a uma pressão constante ligeiramente inferior à pressão mínima da coluna de equilíbrio para o produto gasoso.

No final da parte de adsorção do ciclo de funcionamento do adsorsor (A), que se verifica quando a concentração de oxigénio atinge um determinado nível no seio da corrente de nitrogénio enriquecido (por exemplo 0,1 a 10 por cento em volume), o adsorsor quase saturado (A) é parcia^ mente descarregado através da sua abertura de descarga e da válvula (6). e o gás assim descarregado vai ser introduzido no fundo, ou abertura de admissão, do adsorsor (B), supondo que as aberturas de descarga do adsorsor se encontram situadas acima das aberturas de admissão, conforme se encontra representado na Fig. 1. Isto pode então ser adequadamente designado por "igualização feita das cúpulas para os fundos".

A seguir a esta operação de igualização parcial, o adsorsor (A) de carbono, que se encontra prestes a ficar saturado, é isolado e totalmente despressurizado até â pressão atmosférica através da válvula de lavagem (3),desadsorvendo assim parcialmente uma certa quantidade de subproduto gasoso que apresenta uma elevada concentração de oxigénio. 0 adsorsor que foi lavado, adsorsor (A), é depois varrido em contra-corrente com um caudal controlado de produto

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gasoso em quantidade igual a 0,1 a 1,0 vezes o volume do lej_ to proveniente do reservatório de produto que passa através da válvula (7) e que vai assim regenerar o adsorsor (A) liber tando o adsorsor (A) do oxigénio residual é adsorvido adicio nal que sai através da válvula (3). Depois de a válvula (3) se fechar, o adsorsor (A) é parcialmente repressurizado com produto gasoso proveniente do reservatório de produto que passa através da válvula (8) e que apresenta uma pressão de 0,1 a 50 por cento da pressão de adsorção.

A repressurização final do adsorsor regenerado (A) é depois levada a cabo por meio de uma igualização de pressão, de maneira que o gás que é descarregado do adsorsor (B) vai entrar no adsorsor (A) através da válvula (5) e por meio da introdução de uma corrente gasosa de alimentação no adsorsor (A) através da válvula (1). Deste modo a repressurização do adsorsor (A) faz-se em três operações. As duas operações finais podem ser realizadas em sequencia ou podem ser realizadas simultaneamente. Em qualquer dos casos a descarga parcial do adsorsor (B), que se acha prestes a ficar saturado, para o interior do adsorsor (A) permite realizar em simultâneo a despressurização parcial do adsorsor (B) e a repressurização parcial do adsorsor (A). Quando o adsorsor (A) atinge a pressão de adsorção escolhida de maneira a ficar situada entre os valores de 1,0 e 30,0 bares, a válvula (PCV-1) de controlo da pressão abre e o ciclo de adsorção começa quando é introduzido novamente produto gasoso na coluna de equilibrio para o produto gasoso a partir do adsorsor (A). As operações anteriormente descritas vão então repetir-se da mesma maneira no ciclo seguinte. Enquanto um dos dois adsorsores se encontra na pa£ te de adsorção do respectivo ciclo de funcionamento, o outro adsorsor está a ser regenerado. Isto, em conjugação com a utilização de uma coluna de aquilibrio para o produto gasoso, permite que a produção e o fornecimento de produto gasoso se façam de uma maneira aproximadamente contínua.

Na figura 2 encontra-se representada a maneira como se en-

contram alinhados os ciclos de funcionamento dos adsorsores (A) e (B).

Em resumo, cada adsorsor vai passar repetidamente pela seguinte sequência de operações; adsorção; igualização de pressões em co-corrente, de maneira que o adsorsor é parcialmente despressurizado para o outro adsorsor; descarga para a atmosfera; repressurização parcial utilizando produto gasoso; igualização de pressões em co-corrente, de maneira que o adsorsor é parcialmente repressurizado uti1izan. do gás de lavagem provenientes do outro adsorsor; e repressurização até se atingir a pressão de adsorção utilizando gás de alimentação.

Os sistemas que utilizam três, quatro ou mais adsorsores para a separação de misturas gasosas fornecidas,cada uma delas sob a forma de uma corrente de alimentação através do processo característico do presente invento, encontram-se no âmbito deste invento. Nestes sistemas, à semelhança do que acontecia no caso dos sistemas com dois adsorsores anteriormente descrito, cada adsorsor vai passar repetidamente pela seguinte sequência de operações:

(a) adsorção em co-corrente, produzindo assim um produto gasoso enriquecido;

(b) despressurização parcial em co-corrente descarregando-o para outro adsorsor até que a pressão do outro adsorsor seja igual à pressão do adsorsor que está a ser despressurizado;

(c) descarga em contra-corrente para a atmosfera, reduzindo assim a pressão até esta atingir o valor da pressão atmosférica;

(d) regeneração por meio de produto gasoso enriquecido;

lavagem com

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(e) repressurização parcial por meio de adição de gâs enriquecido;

(f) repressurização parcial em co-corrente descarregando outro adsorsor para o adsorsor em questão atê que a pressão do outro adsorsor seja igual à pressão do adsorsor que está a ser repressurizado; e

(g) repressurização até se atingir a pressão de adsorção utilizando a mistura gasosa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação.

A seguir encontram-se representadas as durações preferenciais para cada operação do ciclo do proces so caracteristico do invento para o caso de serem utilizados apenas dois adsorsores.:

Tempo

(segundos)

(a)	adsorção	30	- 360
(b)	igualização, por meio da qual o adsorsor (A) é parcialmente despressurizado para o adsorsor(B)	1	- 20
(c)	descarga para a atmosfera	5	- 75
(d)	regeneração	25	- 360
(c)	repressurização parcial com produto gasoso	5	- 35
(f)	igualização, por meio da qual o adsorsor (A) é parcialmente repressurizado pelo adsorsor(B)	1	- 20
(9)	repressurização com gâs de alimentação	25	- 100

0 tempo de duração total de um ciclo para cada um dos dois adsorsores utilizados no presente processo e as respectivas correspondentes tempos de duração de cada operação devem ser iguais. Chama-se a atenção para o facto de que é perfeitamente possível trabalhar com tempos de duração do ciclo e com tempos de duração das operações situados fora dos valores limite anteriormente apresentados.

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Exemplos

Os exemplos que se apresentam a seguir servem para mostrar as vantagens da"igualização feita das cúpulas para os fundos". 0 sistema piloto no qual os ensaios relativos aos Exemplos 1 a 10 foram realizados é constituído por dois (2) adsorsores de aço carbono com um diâmetro de quatro polegadas (10 cm) e uma altura de quarenta e quatro polegadas (1,12 m), cada um deles contendo um crivo molecular de carbono do tipo CMS-II, comercializado pela Calgon Carbon Corporation, com um peso de 11,6 libras(5,25 kg). As pressões de adsorção encontram-se situadas entre os 106 e os 110 psig (7,7 kg/cm , pressão relativa). A mistura gasosa, fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação, é constituída pelo ar e foi seca utilizando um secador por refrigeração antes de entrar nos adsorsores.Cada adsorsor vai passar repetidamente pela seguinte sequência de operações: adsorção; igualização de pressões, por meio da

qual o adsorsor foi parcialmente despressurizado descarregando-o para o outro adsorsor até que as pressões dos dois adsor sores fiquem iguais uma â outra; descarregar para a atmosfera; regeneração por meio de lavagem com produto gasoso; repressurização parcial utilizando produto gasoso; igualização de pressões, por meio de qual o adsorsor foi parcialmente repres surizado por meio do gás de lavagem proveniente do outro adsor sor; e repressurização com gás de alimentação de se atingir a pressão de adsorção. As aberturas de admissão do adsorsor encontram-se situadas abaixo das aberturas de descarga do adsorsor. Deste modo a despressurização em co-corrente/repres surização em co-corrente durante a igualização tratou-se de uma "igualização feita das cúpulas para os fundos", e a despressurização em contra-corrente/repressurização em co-corren te durante a igualização tratou-se de uma "igualização feita dos fundos para os fundos".

Foram feitas alterações na rede de tubagens de acordo com as necessidades a fim de facilitar tanto a "igualização feita das cúpulas para os fundos" como a "igu£ lização feita dos fundos para os fundos" . Em todos os exemplos, as operações de igualização tiveram lugar dentro de um período de 5 segundos, a operação de descarga para a atmosfera teve lugar dentro de um período de 25 segundos e a operação de repressurização com produto gasoso dentro de um período de 12 segundos. Os períodos de tempo para as restantes operações variaram de exemplo para exemplo e encontram-se apresentados no próprio exemplo.

•Verificaram-se pequenas diferenças nos valoresdos caudais de alimentação nas várias experiencias descritas nos exemplos. Devido ao grau de precisão do dispositivo de medição do caudal, que apresentava uma margem de erro de + 5 por cento, e âs limitações do equipamento, tornou-se difícil reproduzir com exactidão os valores dos caudais No entanto o inventor pensa que estas diferenças não são importantes ou decisivas para as comparações a estabelecer entre os sistemas de igualização"das cúpulas para os fundos" e "dos fundos para os fundos" que se encontram apresentados nos exem pios.

0 processo óptimo de adsorção com oscilação de pressão (AOP) pode ser definido como aquele que apresenta os mais baixos custos financeiros e os mais baixos custos de exploração o que ao mesmo tempo ainda é capaz de fornecer gás enriquecido com um aceitável grau de pureza. A capacidade efectiva do carbono (CEC) é igual â quantidade de carbono em ambas as colunas de adsorção dividida pelo caudal de produto gasoso fornecido pelo sistema, em pés cúbicos por hora à pressão normal. Este parâmetro encontra-se directamente relacionado com os custos financeiros de um sistema AOP, isto é, quanto menor for a CEC menores serão os cu£ tos financeiros. 0 rendimento é definido como o quociente entre o caudal de produto gasoso proveniente do reservatório

-24-

de produto gasoso e o caudal de gás de alimentação. 0 rendimento ê inversamente proporcional à potência consumida pelo compressor, isto é, quanto maior for o rendimento menor será a potência necessária para produzir uma determinada quantidade de produto gasoso. Os custos de compressão constituem um importante factor dos custos de exploração deste processo. 0 grau de pureza é medido nestes exemplos, com base na concentr<a ção de oxigénio no gás enriquecido (quanto mais baixa for a concentração de oxigénio maior será o grau de pureza do gás enriquecido).

Exemplos 1 e 2

No exemplo 1 foi utilizada uma igualização feita dos fundos para os fundos. Este exemplo é directamente comparável com o Exemplo 2 em que foi utilizada uma igualização feita das cúpulas para os fundos. Nos exemplos 1 e 2 os períodos de duração de cada operação do ciclo de funcionamento de um adsorsor foram os seguintes:

-25·

Operação

Tempo (segundos)

Adsorção ...........

Despressurização por

Descarga ...........

Regeneração.........

Repressurização com

Repressurização por

Repressurização com

igualização........

produto gasoso......

igualização.........

gás de alimentação

60

5

25

78

12

5

55

Total 240

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Os resultados dos exemplos 1 e 2 mostram que a igualização feita das cúpulas para os fundos faz aumentar o grau de pureza em 16,7 por cento, ao mesmo tempo que me lhora ligeiramente o rendimento.

Exemplo 3 e 4

Nestes exemplos os tempos de duração do ciclo são diferentes dos exemplos 1 e 2. 0 grau de pureza

do gâs enriquecido ê constante. Os tempos de duração de cada operação do ciclo de funcionamento de um adsorsor foram os seguintes.

Tempo

_Operação_ (segundos)

Adsorção ............................ 40

Despressurização por igualização..... 5

Descarga............................. 25

Regeneração ................·.......... 33

Repressurização com produto gasoso... 12

Repressurização por igualização 5

Repressurização com gás de alimentação 30

Total

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QUADRO II

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-29Os resultados dos Exemplos 3 e 4 mostram que para um grau de pureza constante, a utilização do sistema de igualização feita das cúpulas para os fundos faz aumentar o rendimento em 31 por cento, ao mesmo tempo que melhora a CEC em 17,4 por cento.

Exemplo 5 e 6

Os exemplos 5 e 6 permitem estabelecer uma comparação entre os sistemas de igualização feita dos fundos para os fundos e das cúpulas para os fundos para tempos de duração do ciclo diferentes dos exemplos 1 e 2, e 3 e 4.

Nestes exwemplos, os tempos de cada operação do ciclo de funcionamento de um adsorsor foram os seguintes:

Tempo

_Operação_ (segundos)

Adsorção ........................... 40

Despressurização por igualização ... 5

Descarga ........................... 25

Regeneração ........................ 43

Repressurização com produto gasoso.. 12

Repressurização por igualização..... 5

Repressurização com gás de alimentação 40

Total:

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QUADRO III


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Os resultados dos Exemplos 5 e 6 mostram que a utilização de um sistema de igualização feita das cúpulas para os fundos deu origem a valores de CEC e de rendimento comparáveis mas o grau de pureza foi tremendamente melhorado (24 por cento).

Exemplo 7 e 8

Os exemplos 7 e 8 permitem estabelecer uma comparação entre os sistemas de igualização feita dos fundos para os fundos e das cúpulas para os fundos utilizando tempos de duração do ciclo diferentes dos dos exemplos anteriores. Nestes exemplos, os tempos de cada operação do ciclo de funcionamento de um adsorsor foram os seguintes:

-33Tempo

_Operação_ (segundos)

Adsorção ............................ 40

Despressurização por igualização..... 5

Descarga ............................ 25

Regeneração ........................ 28

Repressurização com produto gasoso.. 12

Repressurização por igualização..... 5

Repressurização com gâs de alimentação 25

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QUADRO IV

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35Os resultados dos Exemplos 7 e 8 mostram claramente as vantagens da igualização feita das cúpulas para os fundos. 0 grau de pureza aumentou 15,4 por cento, o rendimento melhorou 12,0 por cento e a CEC aumentou 3,1 por cento .

Exemplo 9 e lo

Os exemplos 9 e 10 permitem estabelecer uma comparação entre os sistemas de igualização feita dos fundos para os fundos e das cúpulas para os fundos. Nestes exemplos foram utilizados os mesmos ciclos de funcionamento dos Exemplos 3 e 4.

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Estes resultados mostram que o sistema de igualização feita das cúpulas para os fundos faz aumentar o rendimento 12,5 por cento e a CEC 9,8 por cento, ao mesmo tempo que o grau de pureza sofreu uma redução de 15 por cento

-38-

Claims

REIVINDICAÇÕES

1^ã. - Processo de adsorção com oscilação de pressão e por meio de um crivo molecular que uU liza dois adsorsores e que é próprio para a produção de gás enriquecido a partir de uma mistura gasosa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação, caracterizado por um primeiro dos referidos dois adsorsores passar repetidamente pela seguinte sequência de operações:

(a) fazer passar em co-corrente a referida mistura gasosa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação através do referido primeiro dos dois adsorsores e a uma pressão de adsorção maior do que a pressão atmosférica, dando assim origem â produção de um produto gasoso enriquecido;

(b) despressurizar parcialmente e em co-corrente o referi, do primeiro adsorsor descarregando-o para o segundo dos referidos dois adsorsores até que as pressões dos referidos primeiro e segundo adsorsores fiquem igualizadas, promovendo assim de uma maneira simultânea a repressurização parcial do re ferido segundo adsorsor;

(c) despressurizar em contra-corrente o referido primeiro adsorsor pondo-o em comunicação com a atmosfera, fazendo as sim com que a pressão do referido primeiro adsorsor se reduza atê igualar o valor da pressão atmosférica;

(d) regenerar o referido primeiro adsorsor limpando ou la vando o referido primeiro adsorsor com produto gasoso enrique eido, fazendo assim com que o adsorvido que se acha contido nos poros do referido adsorsor formado â base de um crivo mol£ cular seja obrigado a ser desadsorvido;

(e) repressurizar parcialmente o referido primeiro adsorsor adicionando produto gasoso enriquecido ao referido primej_ ro adsorsor;

BS· -39(f) repressurizar parcialmente e em co-corrente o referido primeiro adsorsor descarregando em co-corrente o referido segundo adsorsor para o referido primeiro adsorsor até que as pressões dos referidos primeiro e segundo adsorsores fiquem igualizadas, promovendo assim de uma maneira simultânea a des. pressurização parcial do referido segundo adsorsor; e

(g) repressurizar o referido primeiro adsorsor até à refe rida pressão de adsorção utilizando a referida mistura gasosa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação; e por o referido segundo dos referidos dois adsorsores passar re petidamente pelas operações (a) e (g) anteriormente referidas considerando o segundo adsorsor como sendo o primeiro adsor sor e vice-versa, e por as sequências de funcionamento do referido primeiro adsorsor e do referido segundo adsorsor se en. contrarem conjugadas de maneira a que a operação (b) no referido primeiro adsorsor se realiza simultâneamente a operação (f) no referido segundo adsorsor e a que a operação (b) no re ferido segundo adsorsor se realiza simultâneamente à operação (f) no referido primeiro adsorsor.
2â. - Processo de acordo com a

reivindicação 1, caracterizado por o referido crivo molecular ser um crivo molecular de carbono por a referida mistura gaso sa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação ser o ar e por o referido gás enriquecido ser constituído pelo menos por 90 por cento de gás inerte, em volume.
3â. - Processo de acordo com a

reivindicação 2, caracterizado por a referida pressão de ad sorção ser de 1,o a 3o,o bares.
4³. - Processo de acordo com a

reivindicação 3, caracterizado por a referida pressão de ad sorção ser de 4,0 1 9,0 bares.
5^â. - Processo de acordo com a

reivindicação 2, earacterizado por o referido gás enriquecido ser constituído pelo menos por 95 por cento de gás inerte, em volume.
6^â. - Processo de acordo com a

reivindicação 5, earacterizado por o referido gás enriquecido ser constituído pelo menos por 97 por cento de gás inerte, em volume.
7^â. - Processo de acordo com a

reivindicação 6, earacterizado por o referido gás enriquecido ser constituído pelo menos por 99 por cento de gás inerte, em volume.
8³. - Processo de acordo com a reivindicação 1, earacterizado pelo referido crivo molecular ser um crivo molecular de carbono, e por a referida mistura gasosa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação compreender metano e anidrido carbónico; ou metano e ar; ou hidrogénio, anidrido carbónico; e gases hidrocarbona^ dos; ou hidrogénio e gases hidrocarbonados.
9³. - Processo de adsorção com oscilação de pressão e por meio de um crivo molecular, que utiliza três ou quatro adsorsores e que é próprio para a produção de gás enriquecido a partir de uma mistura gasosa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação, caracte! rizado por cada um dos adsorsores passar repetidamente pela seguinte sequência de operações:

(a) adsorção em co-corrente, dando assim origem à produ ção de um produto gasoso enriquecido;

(b) despressurização parcial e em co-corrente descarregan do-o para outro adsorsor até que a pressão do outro adsorsor seja igual â pressão do adsorsor que está a ser despressuri -41zado;

(c) descarga em contra-corrente para a atmosfera, fazendo assim com que a pressão se reduza até igualar o valor da pres_ são atmosférica;

(d) regeneração por meio de lavagem com produto gasoso eii riquecido;

(e) repressurização parcial por meio de adiçai de gás enriquecido ;

(f) repressurização parcial e em co-corrente por meio da descarga de outro adsorsor até que a pressão do outro adsor sor fique igual â pressão do adsorsor que está a ser repress]t rizado; e

(g) repressurização até â pressão de adsorção utilizando a mistura gasosa que é fornecida sob a forma de uma corrente de alimentação.