BR102019016323A2

BR102019016323A2 - Adsorvente de peneira molecular de carbono melhorado

Info

Publication number: BR102019016323A2
Application number: BR102019016323-2A
Authority: BR
Inventors: Roger Dean Whitley; Shubhra Jyoti Bhadra; Erdem Arslan; Yong Cao; Timothy Christopher Golden
Original assignee: Air Products And Chemicals, Inc
Priority date: 2018-08-14
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2020-02-18
Also published as: EP3610938B1; TW202009055A; US10835856B2; JP2020025958A; CA3051871A1; EP3610938A1; JP7004690B2; RU2019125423A; JP2022002849A; MX2019009511A; CN110813023A; CA3051871C; US20200054986A1; TWI725505B; KR102272441B1; KR20200019569A

Abstract

adsorvente de peneira molecular de carbono melhorado. é revelado no presente documento um processo de adsorção com modulação de pressão (psa) de ciclo rápido para separar o2 de n2 e/ou ar. os processos usam um adsorvente de peneira molecular de carbono (cms) que tem uma seletividade cinética para o2/n2 e/ou o2/ar de pelo menos 5 e uma taxa de adsorção de o2 (1/s) de pelo menos 0,2000 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30ºc (86ºf).

Description

ADSORVENTE DE PENEIRA MOLECULAR DE CARBONO MELHORADO.

CAMPO TÉCNICO [0001] A presente invenção se refere a um processo de adsorção com modulação de pressão (PSA) de ciclo rápido para separar O2 de N2 e/ou Ar com 0 uso de adsorventes de peneira molecular de carbono (CMS).

ANTECEDENTES [0002] Os processos de PSA têm sido usados há muito tempo na separação dos componentes de ar. O uso de adsorventes de peneira molecular de carbono (CMS) para separar variedades de misturas de gás também é conhecido há muitas décadas (Walker, Jr., P. L., Molecular Sieves, Mineral Industries, 1966).

[0003] O adsorvente de peneira molecular de carbono (CMS) é usualmente derivado de matérias-primas distintas de processamento, como produtos vegetais (materiais lenhosos residuais, cascas de coco, cascas de noz, caroços de frutas), carvões minerais, óleos minerais residuais, resina residual, etc., por uma variedade de métodos (Patente n° US 3.801.513; Patente n° US 4.458.022; Nakao, Y, Control of Micropores of Molecular Sieving Carbon by Impregnation of Hydrocarbons and Heat Treatment, apresentada na 20^a Spring Chemical Industrial Convention, 1987), em que, por fim, os microporos são parcialmente bloqueados com partículas finas de carbono que estreitam os poros ou alteram a distribuição de tamanho de poro, mudando, desse modo, as propriedades de peneiramento molecular. Selecionar uma matériaprima adequada que fornece a estrutura de microporo inicial e manter os parâmetros de trabalho adequados (tipo de ligante, tempo de carbonização e temperatura, tipo de hidrocarboneto e concentração para craqueamento final, tempo de craqueamento e temperatura, adição de fluxo inerte durante resfriamento e assim por diante) são os

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2/26 fatores principais para obter um adsorvente de CMS adequado para separação seletiva de tamanho.

[0004] O documento US 4.742.040 revela diversos processos para fabricar uma peneira molecular de carbono com capacidade e seletividade melhoradas que pode ser aplicada na separação de nitrogênio do ar. O documento US 5.098.880 descreve um processo de duas etapas para produzir uma peneira molecular de carbono que tem cinética de oxigênio mais rápida e alta seletividade cinética para oxigênio sobre nitrogênio. O documento US 5.164.355 descreve um método para produzir um adsorvente de peneira molecular de carbono de alta capacidade e alta densidade que pode ser usado como um material hospedeiro para modificação adicional para produzir uma peneira molecular seletiva de oxigênio de carbono eficiente. O documento US 5.972.834 revela um método para fabricar peneiras moleculares de carbono adequadas para separar oxigênio e nitrogênio de ar envolvendo principalmente tratamentos de halogenação e desalogenação sucedidos por um tratamento de ajuste de poro com o uso de um hidrocarboneto termicamente degradável (selecionado a partir de benzeno ou tolueno) em um carvão carbonizado (derivado de casca de coco ou resina de fenol). O documento US 6.916.358 revela diversos adsorventes de peneira molecular de carbono para separar nitrogênio de um gás misto contendo nitrogênio e oxigênio.

[0005] Então, como dito acima, há metodologias estabelecidas para produzir adsorventes de peneira molecular de carbono (CMS) e para ajustar as propriedades de uma CMS de tal modo que mostre alta seletividade cinética para oxigênio sobre nitrogênio ou oxigênio sobre argônio. Os microporos seletivos são introduzido ao adsorvente em que a abertura do poro controla a cinética de oxigênio, nitrogênio ou argônio. Essa abertura de poro ou entrada de poro é, portanto, considerada como a dimensão crítica para difusão. Tais microporos podem exibir

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3/26 seletividade muito alta, no entanto, isso é geralmente alcançado às custas de taxas de adsorção gerais. A taxa de adsorção em adsorventes de CMS é, portanto, inversamente correlacionada à seletividade cinética. Esse comportamento pode ser explicado pelo modelo apresentado por Nguyen e Do (Nguyen, C.; Do, D. D., Dual Langmuir kinetic model for adsorption in carbon molecular sieve, Langmuir, volume 16, páginas 1868-1873, 2000).

[0006] Mais recentemente, tem havido um interesse considerável na intensificação de processos de separação. Em dispositivos cíclicos, como PSA e TSA, reduzir o tempo de ciclo é o meio primário para alcançar uma maior produção a partir de uma dada quantidade de material. No entanto, à medida que o tempo de ciclo é reduzido, os dispositivos cíclicos usualmente se deparam com o problema de diminuir a capacidade de trabalho por ciclo para o componente de interesse, diminuindo a recuperação de produto e aumentando a queda de pressão.

[0007] Os desenvolvimentos recentes em processos de PSA envolvem o uso de adsorventes estruturados complexos, como estruturas adsorventes laminadas relativamente rápidas e cineticamente seletivas, para aumentara produtividade. Por exemplo, o documento US 7.645.324 revela um processo de PSA giratório com o uso de um adsorvente laminado para separação cinética de gases. O documento US 7.645.324 ensina que o uso do laminado cineticamente seletivo pode permitir uma produtividade aumentada, porém, para evitar o mascaramento de seletividade cinética por resistência de transferência de massa de macroporo, a estrutura de macroporo na camada de adsorvente deve ser o mais aberta possível; isto é, a fração de espaço vazio de macroporo deve ser relativamente alta. Um problema nesse sentido, no entanto, é que ter um alto volume de espaço vazio geralmente prejudica a recuperação de produto. Então, deve-se

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4/26 esperar que tais melhorias de produtividade como obtidas com o uso de tais estruturas laminadas ocorreríam novamente às custas de uma recuperação de produto reduzida. Além disso, quando adsorventes de CMS formados comercialmente disponíveis são moídos para gerar pó para criar a estrutura laminada, as propriedades seletivas introduzidas por deposição de carbono (distribuídas heterogeneamente) são perdidas em sua maior parte, deixando uma CMS inferior/não seletiva com uma cinética mais rápida. Portanto, não parece prático produzir uma forma laminada baseada em CMS de embalagem estruturada para um processo de PSA.

[0008] É evidente, desse modo, a partir da técnica anterior que há uma compensação entre recuperação de produto e produtividade de processo; as etapas que são realizadas para aumentar a recuperação de produto são geralmente prejudiciais à produtividade de processo e vice-versa.

[0009] Consequentemente, permanece uma necessidade de processos de PSA que têm alta produtividade de processo enquanto se mantém uma alta recuperação de produto.

SUMÁRIO [0010] Os presentes inventores constataram que o uso de adsorventes de CMS cineticamente seletivos rápidos em um processo de adsorção com modulação de pressão (PSA) de ciclo rápido para separar O2 de N2 e/ou Ar resulta surpreendentemente em uma produtividade de processo melhorada enquanto ainda mantém uma alta recuperação de produto, em comparação às taxas de produtividade e recuperação obteníveis com 0 uso de adsorventes de CMS mais vagarosos, porém mais seletivos e de maior capacidade.

[0011] Diversos aspectos preferenciais de processos de acordo com a presente invenção são definidos abaixo.

[0012] Aspecto 1: Um processo de adsorção com modulação de

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5/26 pressão (PSA) de ciclo rápido para separar O₂ de N2 e/ou Ar, em que 0 processo utiliza uma pluralidade de leitos de adsorção que compreende um adsorvente de peneira molecular de carbono (CMS) que tem uma seletividade cinética para O2/N2 e/ou 02/Ar de pelo menos 5 e uma taxa de adsorção de O2 (1/s) de pelo menos 0,20 como determinado por modelo de força motriz linear a 1 atm e 30 °C (86 °F), e em que 0 processo compreende submeter cada um dentre a pluralidade de leitos a um ciclo de PSA rápido que compreende uma etapa de alimentação, pelo menos uma etapa de despressurização, uma etapa de purga e pelo menos uma etapa de repressurização, sendo que a duração da etapa de alimentação é de 60 segundos ou menos.

[0013] Aspecto 2: O processo de PSA de ciclo rápido do Aspecto 1, em que a duração da etapa de alimentação é de 3 a 45 segundos.

[0014] Aspecto 3: O processo de PSA de ciclo rápido do Aspecto 1, em que a duração da etapa de alimentação é de 6 a 45 segundos.

[0015] Aspecto 4: O processo de PSA de ciclo rápido do Aspecto 1, em que a duração da etapa de alimentação é de 6 a 36 segundos.

[0016] Aspecto 5: O processo de PSA de ciclo rápido de qualquer um dos Aspectos 1 a 4, em que 0 tempo de ciclo do ciclo de PSA é de 100 segundos ou menos.

[0017] Aspecto 6: O processo de PSA de ciclo rápido de qualquer um dos Aspectos 1 a 4, em que 0 tempo de ciclo do ciclo de PSA é de 30 a 100 segundos.

[0018] Aspecto 7: O processo de PSA de ciclo rápido de qualquer um dos Aspectos 1 a 4, em que 0 tempo de ciclo do ciclo de PSA é de 30 a 70 segundos.

[0019] Aspecto 8: O processo de PSA de ciclo rápido de qualquer um dos Aspectos 1 a 7, em que 0 processo utiliza de 2 a 4 leitos de adsorção.

[0020] Aspecto 9: O processo de PSA de ciclo rápido de qualquer

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6/26 um dos Aspectos 1 a 7, em que o processo utiliza 2 leitos de adsorção. [0021] Aspecto 10: O processo de PSA de ciclo rápido de qualquer um dos Aspectos 1 a 9, em que a CMS tem uma seletividade cinética para O2/N2 de 5 a 30 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30 °C (86 °F).

[0022] Aspecto 11:0 processo de PSA de ciclo rápido de qualquer um dos Aspectos 1 a 9, em que a CMS tem uma seletividade cinética para O2/N2 de 10 a 25 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30°C (86 °F).

[0023] Aspecto 12: O processo de PSA de ciclo rápido de qualquer um dos Aspectos 1 a 9, em que a CMS tem uma seletividade cinética para O2/N2 de 15 a 20 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30°C (86 °F).

[0024] Aspecto 13: O processo de PSA de ciclo rápido de qualquer um dos Aspectos 1 a 12, em que a CMS tem uma seletividade cinética para 02/Ar de 5 a 40 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30°C (86 °F).

[0025] Aspecto 14: O processo de PSA de ciclo rápido de qualquer um dos Aspectos 1 a 13, em que os leitos de adsorvente compreendem 0 adsorvente de CMS na forma de embalagem aleatória.

[0026] Aspecto 15: O processo de PSA de ciclo rápido do Aspecto 14, em que 0 adsorvente é carregado de modo denso e mantido no lugar com um sistema de retenção permeável.

[0027] Aspecto 16: O processo de PSA de ciclo rápido de qualquer um dos Aspectos 1 a 15, em que a etapa de alimentação é realizada a uma temperatura de cerca de -17,78°C (0°F) a cerca de 51,67°C (125°F). [0028] Aspecto 17: O processo de PSA de ciclo rápido de qualquer um dos Aspectos 1 a 15, em que a etapa de alimentação é realizada a uma temperatura de cerca de -6,67°C (20°F) a cerca de 100°F [37,78°C]. [0029] Aspecto 18: O processo de PSA de ciclo rápido de qualquer

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7/26 um dos Aspectos 1 a 15, em que a etapa de alimentação é realizada a uma temperatura de cerca de -6,67°C (20 °F) a cerca de 4,44°C (40°F). [0030] Aspecto 19: O processo de PSA de ciclo rápido de qualquer um dos Aspectos 1 a 18, em que o processo é um processo de PSA de ciclo rápido de leito giratório.

[0031] Aspecto 20: O processo de PSA de ciclo rápido de qualquer um dos Aspectos 1 a 18, em que o processo é um processo de PSA de ciclo rápido de válvula giratória.

[0032] Aspecto 21: Uso de um adsorvente de peneira molecular de carbono (CMS) em um processo de adsorção com modulação de pressão (PSA) de ciclo rápido para separar O₂ de N2 e/ou Ar, em que a CMS tem uma seletividade cinética para O2/N2 e/ou 02/Ar de pelo menos 5 e uma taxa de adsorção de O2 (1/s) de pelo menos 0,20 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30 °C (86 °F). [0033] Aspecto 22: O uso do Aspecto 19, em que a CMS tem uma seletividade cinética para O2/N2 de 5 a 30 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30 °C (86 °F).

[0034] Aspecto 23: O uso do Aspecto 19, em que a CMS tem uma seletividade cinética para O2/N2 de 10 a 25 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30 °C (86 °F).

[0035] Aspecto 24: O uso do Aspecto 19, em que a CMS tem uma seletividade cinética para O2/N2 de 15 a 20 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30 °C (86 °F).

[0036] Aspecto 25: O uso do Aspecto 19, em que a CMS tem uma seletividade cinética para 02/Ar de 5 a 40 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30 °C (86 °F).

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0037] A presente invenção será descrita a seguir no presente documento em combinação com as figuras anexas em que números similares representam elementos similares:

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8/26 [0038] A FIG. 1 mostra a operação de um ciclo de PSA de múltiplas etapas de 2 leitos.

[0039] A FIG. 2a é um gráfico que mostra um desempenho de processo normalizado em relação à razão entre alimentação e produto como função de tempo de ciclo para adsorventes de CMS rápidos (41402) e lentos (414-04) com o uso do ciclo de múltiplas etapas de 2 leitos apresentado na FIG. 1 para produzir N2 (contendo 4500 ppm de O2) de ar a 7,80 atm e 37,78 °C (100 °F).

[0040] A FIG. 2b é um gráfico que mostra um desempenho de processo normalizado em relação à produtividade como função de tempo de ciclo para adsorventes de CMS rápidos (414-02) e lentos (41404) com 0 uso do ciclo de múltiplas etapas de 2 leitos apresentado na FIG. 1 para produzir N2 (contendo 4500 ppm de O2) de ar a 7,80 atm e 37,78 °C (100 °F).

[0041] A FIG. 3a é um gráfico que mostra um desempenho de processo normalizado em relação à razão entre alimentação e produto como função de tempo de ciclo para adsorventes de CMS rápidos (41402) e lentos (414-04) com 0 uso do ciclo de múltiplas etapas de 2 leitos apresentado na FIG. 1 para produzir N2 (contendo 45.000 ppm de O2) de ar a 7,80 atm e 37,78 °C (100 °F).

[0042] A FIG. 3b é um gráfico que mostra um desempenho de processo normalizado em relação à produtividade como função de tempo de ciclo para adsorventes de CMS rápidos (414-02) e lentos (41404) com 0 uso do ciclo de múltiplas etapas de 2 leitos apresentado na FIG. 1 para produzir N2 (contendo 45.000 ppm de O2) de ar a 7,80 atm e 37,78°C (100°F).

[0043] A FIG. 4a é um gráfico que mostra um desempenho de processo normalizado em relação à razão entre alimentação e produto como função de tempo de ciclo para adsorventes de CMS rápidos (41402) e lentos (414-04) com 0 uso do ciclo de múltiplas etapas de 2 leitos

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9/26 apresentado na FIG. 1 para produzir N2 (contendo 4500 ppm de 02) de ar a 7,80 atme-1,11°C (30 °F).

[0044] A FIG. 4b é um gráfico que mostra um desempenho de processo normalizado em relação à produtividade como função de tempo de ciclo para adsorventes de CMS rápidos (414-02) e lentos (41404) com 0 uso do ciclo de múltiplas etapas de 2 leitos apresentado na FIG. 1 para produzir N2 (contendo 4500 ppm de O2) de ar a 7,80 atm e -1,11 °C (30°F).

DESCRIÇÃO DETALHADA [0045] A seguinte descrição detalhada fornece apenas modalidades exemplificativas preferenciais e não pretende limitar 0 escopo, a aplicabilidade ou a configuração da invenção. Em vez disso, a descrição detalhada a seguir das modalidades exemplificativas preferenciais fornecerá àqueles que são versados na técnica uma descrição capacitadora para implementar as modalidades exemplificativas preferenciais da invenção. Várias alterações podem ser feitas na função e disposição de elementos sem que haja desvio do espírito e do escopo da invenção, como definido nas reivindicações anexas.

[0046] Os artigos um e uma como usado no presente documento significam um ou mais quando aplicados a qualquer recurso em modalidades da presente invenção descritas no relatório descritivo e nas reivindicações. O uso de um e uma não limita 0 significado a um único recurso, salvo se tal limite for especificamente estabelecido. O artigo 0(a) precedendo substantivos no singular ou no plural ou orações nominais denota um recurso especificado particular ou recursos especificados particulares, e pode ter uma conotação no singular ou no plural dependendo do contexto em que é usado.

[0047] Como usado no presente documento, primeiro, segundo, terceiro, etc. são usados para distinguir dentre uma pluralidade de etapas e/ou recursos, e não são indicativos do número total ou posição

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10/26 relativa em tempo e/ou espaço, salvo se expressamente estabelecido como tal.

[0048] Como usado no presente documento, o termo que compreende significa que consiste em ou que inclui.

[0049] Como usado no presente documento, a frase e/ou colocada entre uma primeira entidade e uma segunda entidade inclui qualquer um dos significados de (1) apenas a primeira entidade, (2) apenas a segunda entidade e (3) a primeira entidade e a segunda entidade. O termo e/ou colocado entre as duas últimas entidades de uma lista de 3 ou mais entidades significa pelo menos uma das entidades na lista incluindo qualquer combinação específica de entidades nessa lista. Por exemplo, A, B e/ou C tem o mesmo significado que A e/ou B e/ou C e compreende as seguintes combinações de A, B e C: (1) apenas A, (2) apenas B, (3) apenas C, (4) A e B e não C, (5) A e C e não B, (6) B e C e não um, e (7) A e B e C.

[0050] São revelados no presente documento adsorventes de peneira molecular de carbono (CMS) rápidos cineticamente seletivos para uso em processos de adsorção com modulação de pressão (PSA) de ciclo rápido para separar O2 de N2 e/ou Ar. Também são revelados no presente documento processos de adsorção com modulação de pressão (PSA) de ciclo rápido para separar O2 de N2 e/ou Ar que utilizam uma pluralidade de leitos de adsorção que compreendem os ditos adsorventes de CMS rápidos cineticamente seletivos.

[0051] Mostrou-se surpreendentemente que os processos de PSA de ciclo rápido descritos no presente documento, os quais usam os adsorventes de CMS rápidos revelados para separar O2 de N2 ou Ar, fornecem produtividade de processo melhorada enquanto mantêm uma alta recuperação de produto. Adicionalmente, constatou-se que os processos de PSA de ciclo rápido que usam os adsorventes de CMS rápidos exigem menos gás de purga.

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11/26 [0052] Como usado no presente documento, um adsorvente de CMS rápido cineticamente seletivo (também denominado no presente documento simplesmente um adsorvente de CMS rápido) se refere a um adsorvente de CMS que tem uma seletividade cinética para O2/N2 e/ou 02/Ar de pelo menos 5 e uma taxa de adsorção de O2 (1/s) de pelo menos 0,20 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30 °C (86 °F). Mais preferencialmente, 0 adsorvente de CMS rápido tem uma taxa de adsorção de O2 (1/s) de pelo menos 0,21, pelo menos 0,22, pelo menos 0,23, pelo menos 0,24, pelo menos 0,25, pelo menos 0,26, pelo menos 0,27, pelo menos 0,28, pelo menos 0,29 ou pelo menos 0,30, como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30 °C (86 °F) [0053] Como usado no presente documento, um adsorvente de CMS lento cineticamente seletivo (também denominado no presente documento simplesmente um adsorvente de CMS lento) se refere a um adsorvente de CMS que tem uma seletividade cinética para O2/N2 e/ou 02/Ar de pelo menos 5 e uma taxa de adsorção de O2 (1/s) de menos de 0,20 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30 °C (86 °F) para O2.

[0054] O modelo de força motriz linear (LDF) é um modelo bem conhecido para determinar taxas de adsorção de curvas de absorção experimental e pode ser usado para calcular ambas as taxas de adsorção de adsorbates particulares em um adsorvente particular, e a seletividade cinética resultante de um adsorvente para pareamentos de adsorbato particulares.

[0055] Mais especificamente, as taxas de adsorção de um adsorbato (por exemplo, O2, N2, ou Ar) em um adsorvente são avaliadas com 0 uso de um aparelho de adsorção volumétrica padrão. O experimento consiste em expor uma amostra de adsorvente, a qual está inicialmente a vácuo e 303 K (86 °F [30 °C]), a uma quantidade medida

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12/26 do adsorbato a 1 atm (760 Torr/101 kPa) na mesma temperatura. A mudança de pressão é registrada como uma função de tempo. Os dados de tempo versus pressão são, então, subtraídos de um histórico de pressão similar com o uso do mesmo peso de microesferas de quartzo no lugar da amostra de adsorvente para obter uma plotagem da quantidade de gás adsorvido como uma função de tempo, também conhecido como uma curva de absorção. O modelo de LDF é então usado para extrair as taxas de adsorção do adsorbato em unidades de tempo inverso (1/s) da curva de absorção. A seletividade cinética do adsorvente para um pareamento de adsorbato particular pode ser, por sua vez, determinada a partir da razão da taxa de adsorção calculada para os dois adsorbates individualmente. A forma analítica do modelo é dada pela seguinte equação (como também estabelecido na Tabela 1 na literatura por Sircar, S. e Hufton, J. R., Why Does the Linear Driving

Force Model for Adsorption Kinetics Work?, Adsorption 2000, 6, 137147) em que f(f) é a absorção fracionária, k é o coeficiente de transferência de massa de LDF, α é o fator de correção para o experimento de volume constante e t é o tempo.

, ,1+a f(t) = 1 — exp ^f a [0056] Em que o processo é para separar O2 de N2, 0 adsorvente de CMS rápido pode ter preferencialmente uma seletividade cinética para O2/N2 de 5 a 30,10 a 25 ou 15 a 20 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30 °C (86 °F). Em que 0 processo é para separar O2 de Ar, 0 adsorvente de CMS rápido pode ter preferencialmente uma seletividade cinética para 02/Ar de 5 a 40. O adsorvente de CMS rápido pode ter qualquer capacidade de adsorção adequada. Por exemplo, pode ter uma capacidade de adsorção em equilíbrio dentre 0,2 a 0,4 mmol/g, como determinado por medição de isoterma padrão a 1 atm e 30°C (86°F).

[0057] Como é bem conhecido, os processos de PSA envolvem

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13/26 submeter cada um dos leitos de adsorvente usados no processo a um ciclo de PSA que compreende pelo menos uma etapa de alimentação (também denominada uma etapa de adsorção), pelo menos uma etapa de despressurização, uma etapa de purga e pelo menos uma etapa de repressurização. Na etapa de alimentação, uma corrente de gás de alimentação é introduzida e passada pelo leito sendo submetido à etapa de alimentação para adsorver um ou mais componentes imediatamente adsorvidos (isto é, O2 no presente caso) a partir da corrente de alimentação, produzindo, desse modo, uma corrente de gás de produto que sai do leito que é empobrecida do componente adsorvido e enriquecida dos componentes restantes (isto é, N2 e/ou Ar no presente caso). Nas etapas de despressurização, 0 leito é despressurizado a partir da pressão de alimentação durante a etapa de alimentação até que uma pressão de purga inferior seja alcançada, as etapas de despressurização que incluem tipicamente pelo menos uma etapa de equalização de despressurização (em que 0 leito é reduzido em pressão exaurindo um pouco do gás no leito e enviando 0 dito gás para outro leito que está sendo submetido a uma etapa de repressurização de equalização, equalizando, desse modo, pelo menos parcialmente a pressão entre os dois leitos), e uma etapa de despressurização de contracorrente ou sangria que ocorre tipicamente após as ditas etapas de equalização de despressurização, em que um gás enriquecido dos componentes mais imediatamente adsorvidos é exaurido (tipicamente em uma direção contracorrente) do leito. Na etapa de purga, um gás de purga (tipicamente um pouco do gás de produto produzido na etapa de adsorção) é passado pelo leito (tipicamente em uma direção contracorrente), 0 qual está agora na pressão de purga mencionada anteriormente, a fim de remover os componentes adsorvidos restantes, sendo que isso resulta novamente em uma corrente de gás enriquecida pelos ditos componentes sendo exauridos do leito. Finalmente, nas

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14/26 etapas de repressurização, o leito é pressurizado novamente até a pressão de alimentação, em que as etapas de repressurização incluem tipicamente pelo menos uma etapa de equalização de repressurização (em que o leito é aumentado em pressão ao receber gás de outro leito que está sendo submetido a uma etapa de despressurização de equalização) e pelo menos uma etapa em que o leito é repressurizado com gás de alimentação ou gás de produto (ou preferencialmente ambos), em que o gás de alimentação é tipicamente introduzido no sentido da corrente e o gás de produto contra a corrente. Como será conhecido, o ciclo pode incluir também outras etapas que ocorrem entre quaisquer das etapas descritas acima.

[0058] Como usado no presente documento em relação a um ciclo de PSA, uma etapa no sentido da corrente se refere a uma etapa em que o gás flui para dentro e/ou para fora do leito sendo submetido à etapa em uma direção que é igual à direção de fluxo de gás durante a etapa de alimentação. Do mesmo modo, uma etapa contra a corrente se refere a uma etapa em que o gás flui para dentro e/ou para fora do leito sendo submetido à etapa em uma direção que é oposta à direção de fluxo de gás durante a etapa de alimentação. Similarmente, como usado no presente documento, a entrada ou extremidade de entrada de um leito se refere à entrada ou extremidade do leito através da qual o gás de alimentação entra durante a etapa de alimentação, e a saída ou extremidade de saída do leito se refere à saída ou extremidade do leito através da qual o gás de produto sai durante a etapa de alimentação.

[0059] Como usado no presente documento, o termo ciclo de PSA rápido significa um ciclo de PSA em que a duração total da etapa de alimentação do ciclo é de 60 segundos ou menos. Preferencialmente, a duração total da etapa de alimentação do ciclo é de pelo menos 3 segundos. Preferencialmente, a etapa de alimentação tem uma duração

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15/26 total de 3 a 45 segundos ou de 6 a 45 segundos ou 6 a 36 segundos. [0060] O ciclo de PSA rápido também tem preferencialmente um tempo de ciclo de 100 segundos ou menos, sendo que o tempo de ciclo é a quantidade de tempo decorrido para completar uma série integral de etapas do ciclo de PSA (isto é, a etapa de alimentação, a pelo menos uma etapa de despressurização, a etapa de purga, a pelo menos uma etapa de repressurização e quaisquer outras etapas que possam estar presentes no ciclo). Mais preferencialmente, o ciclo de PSA tem um tempo de ciclo de 30 a 100 segundos ou de 30 a 70 segundos.

[0061] O processo de PSA de ciclo rápido é realizado com o uso de uma pluralidade de leitos de adsorção, em que cada um compreende o adsorvente de CMS rápido. Qualquer número adequado de leitos pode ser usado, porém em certas modalidades o processo usa de 2 a 4 leitos de adsorção apenas ou usa 2 leitos apenas. Nesse sentido, deve-se observar que como usado no presente documento o termo leito de adsorção ou leito se refere a um ou mais recipientes de adsorvente que estão, cada um, sendo submetidos a cada uma das etapas do ciclo de PSA ao mesmo tempo. Então, um processo que usa 2 leitos tem um primeiro recipiente ou conjunto de recipientes que estão sendo todos submetidos a cada etapa do ciclo de PSA ao mesmo tempo (sendo que isso representa um dos leitos) e tem um segundo recipiente ou conjunto de recipientes que estão sendo todos submetidos a cada etapa do ciclo de PSA ao mesmo tempo (sendo que isso representa o outro leito), em que o tempo do ciclo de PSA no primeiro recipiente ou conjunto de recipientes é, no entanto, espaçado do tempo do ciclo de PSA no segundo recipiente ou conjunto de recipientes de tal modo que cada etapa do ciclo de PSA no primeiro recipiente ou conjunto de recipientes não seja iniciada e finalizada ao mesmo tempo que o início e final da etapa correspondente do ciclo de PSA no segundo recipiente ou conjunto de recipientes.

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16/26 [0062] Os leitos de adsorvente podem ser embalados com ο adsorvente de CMS rápido de qualquer forma adequada, porém compreendem preferencialmente o adsorvente de CMS na forma de embalagem aleatória. O adsorvente deveria ser preferencialmente carregado de modo denso e mantido no lugar com um sistema de retenção permeável, como uma placa perfurada com tela de arame voltada para a CMS para contê-la e pressão descendente aplicada, como por molas. O carregamento denso impede uma estabilização adicional que descarregaria as molas. O carregamento denso pode ser alcançado por métodos conhecidos na técnica, como carregamento do tipo snowfall.

[0063] A etapa de alimentação é tipicamente realizada a uma temperatura de cerca de -17,78°C (0°F) a cerca de 51,67°C (125°F) e mais preferencialmente a uma temperatura de cerca de -6,67°C (20°F) a cerca de 37,78°C (100°F) ou cerca de -6,67°C (20°F) a cerca de 4,44°C (40°F). Como usado no presente documento, a temperatura na qual a etapa de alimentação é realizada significa a temperatura do gás de alimentação sendo introduzido no leito de adsorção, como medida na entrada do leito de adsorção. Surpreendentemente, os presentes inventores constataram que nos processos descritos e revelados no presente documento, realizar a etapa de alimentação do processo a uma temperatura inferior (como a cerca de -1,11 °C (30°F)) melhora a produtividade de processo enquanto mantém ou melhora ao mesmo tempo a recuperação de produto, o que é contrário de sistemas de PSA conhecidos. Realizar as etapas de alimentação a tais temperaturas inferiores pode ser particularmente benéfico quando o gás de alimentação já está disponível a uma temperatura subambiente (como, por exemplo, quando o processo está sendo usado para separar oxigênio e/ou nitrogênio de uma corrente de argônio cru obtida de uma coluna de destilação) e quando um resfriamento significativo do gás de

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17/26 alimentação até a temperatura desejada para a etapa de alimentação não é necessário.

[0064] Qualquer pressão de alimentação adequada pode ser usada durante a etapa de alimentação. Por exemplo, a pressão durante a etapa de alimentação, como medida na entrada para o leito de adsorção, pode ser de cerca de 5 a cerca de 12 atmosferas absolutas. [0065] O processo pode ser realizado com o uso de qualquer aparelho adequado para realizar o ciclo PSA rápido. Válvulas interruptoras tradicionais funcionarão até certo ponto. Preferencialmente, no entanto, o processo é um processo de PSA de ciclo rápido de leito giratório realizado com o uso de um aparelho de PSA de leito giratório (em que os leitos de adsorção são montados em um rotor que é posicionado entre e gira em relação a montagens de estator de produto e alimentação, em que cada uma contém placas de estator que funcionam como placas de válvula para alterar os leitos entre etapas de PSA do ciclo), ou é um processo de PSA de ciclo rápido de válvula giratória realizado com o uso de um aparelho de PSA de válvula giratória (em que, ao contrário, os leitos de adsorção são localizados em uma montagem de leito fixo e são alterados entre etapas de PSA por válvulas giratórias de produto e alimentação que são conhecidas na técnica).

[0066] Apenas com fins exemplificativos, um ciclo de PSA de múltiplas etapas de dois leitos exemplificativo adequado para uso com os processos da presente invenção será agora descrito, com referência à FIG. 1. A programação de ciclo é mostrada na FIG. 1 em forma tabular. Cada linha da grade de tabela representa todas as diferentes etapas de ciclo às quais um dado leito é submetido ao longo de todo o ciclo, enquanto uma coluna da grade representa qual etapa de ciclo está sendo executada por qual leito em uma etapa de tempo unitária particular. O tempo de ciclo total é a soma de todas as etapas de tempo

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18/26 unitárias individuais de uma linha particular. Deve-se observar que na programação de ciclo, há uma seção destacada tipicamente denominada bloco unitário e dentro desse bloco todas as etapas estão sendo executadas por um dos múltiplos leitos (Mehrotra et al., 2011). O número de blocos unitários repetidos é igual ao número de leitos. A metodologia de formulação de programação de ciclo típica pode ser encontrada na literatura: Mehrotra, A.; Ebner, A. D.; Ritter, J. A. Simplified Graphical Approach for Complex PSA Cycle Scheduling, Adsorption, 2011, 17 337-345. Os recursos relevantes de todos os projetos de ciclo apresentados na FIG. 1 estão resumidos abaixo.

[0067] O ciclo de PSA mostrado na FIG.1 compreende um etapa de repressurização de produto e alimentação (F1/RP1), uma alimentação (F2, F3), uma etapa de despressurização no sentido da corrente (CoD), etapas de despressurização no sentido da corrente e de equalização dupla (EQD1, DEQD2, DEQD3), uma etapa de despressurização contracorrente (CnD1, CnD2), uma etapa de purga de produto (PU1, PU2), uma etapa de repressurização de produto (RP2, RP3), uma etapa de repressurização contracorrente e de equalização dupla (EQR1, DEQR2, DEQR3), e diversas etapas inativas (11, I2, I3). Na etapa de repressurização de produto e alimentação (F1/RP1), o leito é pressurizado até um nível máximo de pressão do ciclo com a adição de produto primário (por exemplo, N2 enriquecido) e gás de alimentação (por exemplo, ar) a partir da extremidade superior e inferior do leito, respectivamente. Nenhum produto é retirado do leito durante essa etapa do ciclo. Em seguida, na etapa de alimentação (F2 e F3 representando fases da mesma etapa de alimentação), a introdução de gás de alimentação é continuada até que a zona de transferência de massa de componente preferencialmente adsorvido (isto é, O2) alcance a extremidade de saída do leito sem rompe-la substancialmente, e 0 gás não adsorvido (por exemplo, N2 purificado) é descarregado da

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19/26 extremidade de saída do leito como produto primário. Então, na etapa de despressurização no sentido da corrente (CoD), o fluxo de alimentação é interrompido e a pressão do leito é reduzida a um primeiro nível intermediário extraindo o produto da extremidade superior do leito. Então, em uma etapa de despressurização no sentido da corrente de equalização (EQD1), o leito é conectado a um leito sendo submetido à etapa de repressurização de equalização contracorrente (EQR1), e uma porção do espaço vazio bem como o gás dessorvido são transferidos da extremidade de produto do leito sendo submetido à EQD1 para a extremidade de produto do leito sendo submetido à EQR1, equalizando então parcialmente a pressão entre os dois leitos e diminuindo a pressão do leito no leito sendo submetido à EQD1 ao segundo nível intermediário na extremidade dessa etapa. Em seguida, na etapa de despressurização de equalização de extremidade dupla (DEQD2), mais gás coadsorvido bem como gases de espaço vazio são retirados do topo e do fundo do leito sendo submetido à dita etapa, reduzindo a pressão no dito leito até um terceiro nível intermediário, sendo que os gases retirados do topo e do fundo do leito são enviados respectivamente para o topo e para o fundo do leito sendo submetido à etapa de repressurização de equalização dupla (DEQR2). Em seguida, a despressurização de equalização de extremidade dupla é continuada na etapa (DEQD3/CnD1), porém com um pouco da etapa de despressurização retirada contracorrente sendo considerado como produto secundário (isto é, um gás enriquecido de O2) em vez de ser usado para repressurizar outro leito, sendo que essa etapa reduz adicionalmente a pressão do leito a um quarto nível intermediário. O leito é, então, despressurizado contracorrente até a pressão operacional mais baixa em uma etapa de despressurização contracorrente (CnD2) e purgado na pressão operacional mais baixa em uma etapa de purga (PU1 e PU2), produzindo um produto secundário adicional.

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Posteriormente, o leito é repressurizado contracorrente com gás de produto primário em uma etapa de repressurização contracorrente (RP2 e RP3). Após a etapa de repressurização (RP2 e RP3), a coluna é adicionalmente pressurizada através de etapas de repressurização de equalização de pressão (EQR1, DEQR2 e DEQR3) para levar o leito de volta ao nível de pressão para iniciação e repetição do ciclo. Deve-se observar que três etapas inativas (11,12, e I3) também são incorporadas na programação de ciclo, durante a qual o leito sendo submetido à etapa inativa é isolado, sendo que as válvulas que levam ao mesmo estão na posição fechada.

EXEMPLOS [0068] Um ciclo de processo de adsorção com modulação de pressão (PSA) de múltiplas etapas de 2 leitos como mostrado na FIG. 1 foi escolhido para avaliar os indicadores de desempenho de processo em relação à razão entre alimentação e produto e produtividade específica com o uso de um adsorvente de peneira molecular de carbono (CMS) rápido (414-02) e lento (414-04) para separar nitrogênio do ar. A razão entre alimentação e produto é inversa de recuperação, portanto, quanto mais baixa a razão, melhor será a recuperação e viceversa. Em outras palavras, uma menor razão entre alimentação e produto significa uma menor exigência de energia para o compressor. As taxas, a seletividade cinética e as capacidades de equilíbrio de oxigênio e nitrogênio nos adsorventes de CMS rápido (414-02) e lento (414-04) e as características do leito adsorvente estão resumidos nas Tabelas 1 e 2. Deve-se observar que a taxa de absorção de oxigênio difere entre os adsorventes de CMS rápido e lento em apenas 30 %, porém a seletividade difere em um fator de 2.

[0069] Os resultados de desempenho do processo de PSA, em relação à razão entre alimentação e produto e a produtividade para diferentes purezas de produto de N2 (contendo 4500 ppm e 45000 ppm

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21/26 de O2) e com 0 uso de diferentes temperaturas de etapa de alimentação (37,78°C (100°F) e -1,11 °C (30°F)), estão resumidos na FIG. 2 (a e b), FIG. 3 (a e b) e FIG. 4 (a e b) para os adsorventes de CMS rápido (41402) e lento (414-04). Nessas figuras, a razão entre alimentação e produto e a produtividade foram normalizadas dividindo pelos valores representativos para 414-04 nas condições dadas na Tabela 3 e aqueles valores normalizados são plotados como uma função de tempo de ciclo. Para cada adsorvente, os parâmetros de processo de PSA foram individualmente otimizados para gerar essas plotagens. Na Tabela 3, os tempos de ciclo eram de 60 segundos tanto para 414-02 quanto para 414-04 para 0 caso de 37,78°C (100 °F), 4500 ppm e 50 segundos para 0 caso de 37,78°C (100°F), 45.000 ppm. Para a comparação de -1,11 °C (30°F), 414-02 foi executada a um tempo de ciclo de 90 segundos e 414-04 foi executada em 190 segundos. Em todos os casos, a pressão durante a etapa de alimentação, como medida na entrada para 0 leito de adsorção, era de 7,80 atm.

[0070] Como visto nas FIGURAS 2 a 4, 0 tempo de ciclo ideal para a CMS rápida (414-02) era igual ou mais rápido do que aquele para a CMS lenta (414-04) em todas as impurezas de produto de N2 (contendo diferentes quantidades de O2) e temperaturas. O recurso surpreendente da CMS rápida (414-02) é que uma produtividade significativamente melhor (34,5 % menor a 37,78°C (100°F) e 4500 ppm de O₂, 23,2% melhor a 37,78°C (100 °F) e 45000 ppm de O₂ e 95,4 % melhor a -1,11 °C (30°F) e 4500 ppm de O2) a uma recuperação similar (isto é, razão similar entre alimentação e produto) pode ser mantida em todas as purezas de produto e temperaturas consideradas no presente documento versus a CMS lenta (414-04), muito embora a seletividade cinética e a capacidade de equilíbrio da CMS rápida sejam consideravelmente menores do que a CMS lenta. Isso significa que 0 tamanho do leito e, portanto, 0 custo de capital podem ser reduzidos

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22/26 com o uso de peneira molecular de carbono rápida em um processo de PSA.

[0071] Outro recurso surpreendente da CMS rápida (414-02) era que, a uma temperatura operacional fria, uma produtividade muito maior pode ser obtida enquanto ainda se mantinha uma recuperação similar ou melhor (isto é, razão inferior entre alimentação e produto). Por exemplo, a 7,80 atm de pressão de leito e 4500 ppm de O2 na corrente de produto, a razão normalizada entre alimentação e produto e a produtividade normalizada são 0,979 e 1,954, respectivamente a uma temperatura operacional de -1,11 °C (30°F) e tempo de ciclo de 90 segundos. Mesmo a 37,78°C (100°F) e com tempo de ciclo de 60 segundos com a mesma pressão operacional e pureza de O2 de produto, a razão normalizada entre alimentação e produto para 414-02 era de apenas 1,6% maior que 414-04 e a produtividade normalizada para 414-02 ainda era 34,5 % maior que para 414-04. A CMS lenta (41404) produziu cerca de 26 % de redução de produtividade com um ganho de cerca de 12 % de recuperação de 37,78°C (100 °F) a -1,11 °C (30 °F) de temperatura de alimentação. Em contraste, a CMS rápida (414-02) mostrou um aumento de 6,7 % de produtividade com um ganho de 16 % de recuperação de 37,78°C (100 °F) a -1,11 °C (30°F) de temperatura de alimentação. Os resultados comparativos podem ser encontrados na Tabela 3 bem como nas FIGURAS 2 (a e b) e 4 (a e b).

[0072] A quantidade de gás de purga necessária para regenerar de modo eficaz 0 leito é surpreendentemente inferior para a produção de nitrogênio de pureza moderada por PSA com 0 uso da CMS rápida (41402), muito embora tenha uma seletividade menor do que 414-04. Mesmo com 0 gás de purga inferior, os indicadores de desempenho de processo para a CMS rápida são significativamente melhores do que aqueles da CMS lenta. Um resumo da razão entre purga e alimentação (em termos de razão de ACF) é fornecido na Tabela 3 para diferentes

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23/26 purezas de produto (contendo diferentes quantidade de O2) e temperaturas para os adsorventes de CMS rápido e lento. Para a CMS rápida, a razão entre purga e alimentação é cerca de 43% menor a 37,78°C (100 °F)100 °F [37,78 °C] e cerca de 8% menor a -1,11 °C (30°F) versus 0 adsorvente de CMS lento. Deve-se observar que parte do produto primário enriquecido em componente difundido mais lento (nitrogênio no caso de separação de ar por PSA baseado em CMS) é usada para executar uma etapa de purga contracorrente (etapas PU1 e PU2 como mostrado na Fig. 1) após a etapa de sangria contracorrente (etapas CnD1 e CnD2 como mostrado na Fig. 1) a uma baixa pressão. A etapa de purga é necessária para garantir que 0 leito está suficientemente limpo para produzir um produto primário a uma certa pureza durante a etapa de produção.

[0073] Como mencionado anteriormente, as taxas de absorção para todos os componentes difundidos na CMS rápida (414-02) são mais rápidas do que aquelas na CMS lenta (414-04). O adsorvente de CMS rápido considerado nesses estudos era aproximadamente 25% mais rápido do que 0 absorvente de CMS lento, porém 58% menos seletivo (com base na seletividade cinética) do que 0 adsorvente de CMS lento (Tabela 1). No entanto, no processo de ciclo rápido, 0 adsorvente de CMS rápido não só forneceu uma maior produtividade específica (como pode ser esperado tendo em vista suas taxas de absorção mais rápidas), mas também alcançou isso com nenhuma perda/perda mínima de recuperação (isto é, razão similar entre alimentação e produto) apesar de sua menor seletividade, como pode ser visto na Tabela 3.

[0074] A melhora de produtividade específica com nenhuma perda/perda mínima de recuperação é muito surpreendente, já que é contrária àquela que era conhecida anteriormente na técnica. Em um estudo de Schork et al. (1993), mencionou-se que a produtividade aumentaria à medida que a as taxas de absorção fossem aumentadas,

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24/26 porém que a recuperação obtenível máxima diminuiría. A Tabela 4 (dados obtidos em Schork et al.) resume o efeito da constante de taxa geral de O2 e N2 em indicadores de desempenho de processo (recuperação e produtividade) em um adsorvente de peneira molecular de carbono a partir desse estudo, 0 que mostra claramente que aumentar a produtividade ocorre em detrimento da recuperação de produto.

[0075] Embora os princípios da invenção tenham sido descritos acima em conjunto com as modalidades preferenciais, deve-se compreender claramente que essa descrição é feita apenas com fins exemplificativos e não como uma limitação do escopo da invenção.

[0076] Tabela 1. Resume constantes de taxa de O2 baseadas em modelo de força motriz linear (LDF) e seletividade cinética para O2 sobre N2 para diferentes adsorventes de peneira molecular de carbono a 1 atm e 30°C (86°F).

CMS	Descrição	Constante de taxa de LDF para O2 (1/s)	Seletividade cinética para O2/N2	Capacidade de equilíbrio (mmol/gm)
414-02	CMS Rápida	0,2204	16,21	0,2559
414-04	CMS Lenta	0,1761	38,28	0,3138
414-05	CMS Rápida	0,2613	27,30	0,2822
414-06	CMS Rápida	0,3426	24,08	0,3344
[0077]	Tabela 2. Resume características de adsorvente e leito para

adsorventes de peneira molecular de carbono rápido (414-02) e lento (414-04).

Características de Adsorvente
Tipo de adsorvente (-)	414-02	414-04
Diâmetro de adsorvente (m (Pés))	13,1 (0,0043)	9,75 (0,0032)
Fração de espaço vazio total (-)	0,5311	0,6451

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Características de Adsorvente
Fração de espaço vazio intersticial (-)	0,3019	0,3336
Densidade aparente (kg/m³ (Ib/pés³))	67149 (41,92)	68703 (42,89)
Constante de taxa de LDF a 1,0 atm &30 °C (86 °F) para Oxigênio (1/s)	0,2204	0,1761
Nitrogênio (1/s)	0,0136	0,0046
Argônio (1/s)	0,0092	0,0027
Seletividade cinética para O2/N2	16,21	38,28
Características de Leito
Comprimento de leito (cm (pol.))	101,6 (40)	101,6 (40)
Diâmetro interno de leito (cm (pol.))	10,16 (4)	10,16 (4)
Ό078] Tabela 3. Resume a exigência de purga (em termos de razão

entre purga e alimentação ) para os adsorventes de CMS rápido (41402) e lento (414-04) a diferentes temperaturas operacionais e purezas de O2 de produto. Os valores de razão entre alimentação e produto e produtividade foram normalizados pelos valores de 414-04 para a mesma temperatura, pressão e condições de O2 de produto. As características de adsorvente e leito são resumidas na Tabela 2. O ciclo de múltiplas etapas de 2 leitos apresentado na FIG. 1 é usado para a avaliação.

Adsorvente	Pressão (atm)	Temperatura (°F)	Tempo de ciclo (s)	Ü2de produ-to (PPm)	Razão entre alimentação e produto	Produtividade	Razão entre purga e alimentação
414-02	7,80	100	50	45000	1,014	1,232	0,043
60	4500	1,016	1,345	0,049
30	90	4500	0,979	1,954	0,126
414-04	7,80	100	50	45000	1,000	1,000	0,076
60	4500	1,000	1,000	0,087
30	190	4500	1,000	1,000	0,138

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26/26 [0079] Tabela 4 resume o efeito da constante de taxa geral de O2 e N2 em indicadores de desempenho de processo (recuperação e produtividade) em um adsorvente de peneira molecular de carbono. As constantes de taxa são multiplicadas por um único fator, portanto, em todos os casos, a seletividade cinética é igual àquela do caso base. Os resultados são obtidos a partir de Schork, J. M.; Srinivasan, R.; Auvil,

S. R. Shortcut Computational Method for Designing Na PSA Adsorbents, Ind. Eng. Chem. Res., 1993, 32, 2226-2235.

	Desempenho relativo a caso base (%)
Fator para constante de taxa	Tempo de etapa de alimentação (s)	Recuperação	Produtividade
1,0 1.5 2,0 2.5 3,0 4,0	120 90 70 60 50 45	-2 -5 -7 -10 -11	+30 +58 +77 +100 +118

Ό080] Schork, J. M.; Srinivasan, R.; Auvil, S. R. Shortcut

Computational Method for Designing Na PSA Adsorbents, Ind. Eng.

Chem. Res., 1993, 32, 2226-2235.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo de adsorção com modulação de pressão (PSA) de ciclo rápido para separar O2 de N2 e/ou Ar, caracterizado por utilizar uma pluralidade de leitos de adsorção que compreende um adsorvente de peneira molecular de carbono (CMS) que tem uma seletividade cinética para O2/N2 e/ou 02/Ar de pelo menos 5 e uma taxa de adsorção de O2 (1/s) de pelo menos 0,20 como determinado por modelo de força motriz linear a 1 atm e 30°C (86 °F), e em que 0 processo compreende submeter cada um dentre a pluralidade de leitos a um ciclo de PSA rápido que compreende uma etapa de alimentação, pelo menos uma etapa de despressurização, uma etapa de purga e pelo menos uma etapa de repressurização, sendo que a duração da etapa de alimentação é de 60 segundos ou menos.
2. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a duração da etapa de alimentação é de 3 a 45 segundos.
3. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a duração da etapa de alimentação é de 6 a 45 segundos.
4. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma duração da etapa de alimentação é de 6 a 36 segundos.
5. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que 0 tempo de ciclo do ciclo de PSA é de 100 segundos ou menos.
6. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que 0 tempo de ciclo do ciclo de PSA é de 30 a 100 segundos.
7. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que 0 tempo de ciclo do

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2/4 ciclo de PSA é de 30 a 70 segundos.
8. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo utiliza de 2 a 4 leitos de adsorção.
9. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo utiliza 2 leitos de adsorção.
10. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a CMS tem uma seletividade cinética para O2/N2 de 5 a 30 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30°C (86°F).
11. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a CMS tem uma seletividade cinética para O2/N2 de 10 a 25 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30°C (86 °F).
12. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tem uma seletividade cinética para O2/N2 de 15 a 20 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30°C (86°F).
13. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a CMS tem uma seletividade cinética para 02/Ar de 5 a 40 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30°C (86°F).
14. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os leitos de adsorvente compreendem 0 adsorvente de CMS na forma de embalagem aleatória.
15. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que 0 adsorvente é carregado de modo denso e mantido no lugar com um sistema de retenção permeável.

Petição 870190075994, de 07/08/2019, pág. 86/127

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16. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de alimentação é realizada a uma temperatura de cerca de -17,78°C (0°F) a cerca de 51,67°C (125°F).
17. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de alimentação é realizada a uma temperatura de cerca de -6,67°C (20°F) a cerca de 37,78°C (100 °F).
18. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de alimentação é realizada a uma temperatura de cerca de -6,67°C (20°F) a cerca de 4,44°C (40 °F).
19. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo é um processo de PSA de ciclo rápido de leito giratório.
20. Processo de PSA de ciclo rápido, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo é um processo de PSA de ciclo rápido de válvula giratória.
21. Uso de um adsorvente de peneira molecular de carbono (CMS) em um processo de adsorção com modulação de pressão (PSA) de ciclo rápido caracterizado por ser para separar O2 de N2 e/ou Ar, em que a CMS tem uma seletividade cinética para O2/N2 e/ou 02/Ar de pelo menos 5 e uma taxa de adsorção de O2 (1/s) de pelo menos 0,20 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30 °C (86°F).
22. Uso, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a CMS tem uma seletividade cinética para O2/N2 de 5 a 30 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30°C (86°F).
23. Uso, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado

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4/4 pelo fato de que a CMS tem uma seletividade cinética para O2/N2 de 10 a 25 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30°C (86°F).
24. Uso, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a CMS tem uma seletividade cinética para O2/N2 de 15 a 20 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30°C (86°F).
25. Uso, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que a CMS tem uma seletividade cinética para 02/Ar de 5 a 40 como determinado pelo modelo de força motriz linear a 1 atm e 30°C (86 °F).