MX2007012900A

MX2007012900A - Proceso de purificacion de gas.

Info

Publication number: MX2007012900A
Application number: MX2007012900A
Authority: MX
Inventors: Henry Rastelli; Kirit M Patel; Martha S Buchan; Henry L Griffith; Michele S Herron
Original assignee: Uop Llc
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2007-12-11
Also published as: JP4970427B2; CA2602043A1; PL1874438T3; NO20076048L; JP2008539158A; WO2006115678A2; US7399341B2; ATE543781T1; RU2401799C2; RU2007143482A; CA2602043C; EP1874438B1; US20060236861A1; TWI382956B; WO2006115678A3; TW200700311A; EP1874438A2; EP1874438A4

Abstract

Un proceso para la purificacion de mezclas de gases con base de hidrogeno, utilizando zeolita X, en donde la distribucion de tamano de particulas del polvo de zeolita X, tiene un coeficiente de variacion de aproximadamente 15% a 30%.

Description

PROCESO DE PURIFICACIÓN DE GAS ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La i invención se refiere a un proceso para la purificación de mezclas de gas con base de hidrógeno, contaminadas por diversas impurezas, que incluyen monóxido de carbono ,y por lo menos otra impureza escogida de dióxido de carbono, nitrógeno e hidrocarburos C?-C8. El ', proceso de la invención permite el mejoramiento de los procesos convencionales para la separación y purificación de hidrógeno, utilizando procesos de adsorción oscilante de presión l (PSA) , que utilizan una zeolita que posee características que muestran resultados inesperados . I La 'producción de hidrógeno de alta pureza es de gran interés ¡industrialmente, el último es utilizado ampliamente en muchos procesos, tales como hidrocraqueo, producción de metanol,? producción de oxoalcoholes y en procesos de isomerización. En la técnica anterior, los procesos PSA han demostrado ser muy eficientes en la separación de mezclas de gases, y en particular en la producción de hidrógeno u oxígeno de mezclas de gases! contaminados por otras impurezas. Los procesos PSA aprovechan la selectividad de adsorción de un adsorbente dado para uno o un número de las sustancias contaminantes de la mezcla dé gases que será purificada. La elección del adsorbente es problemática, debido a que depende |de la naturaleza de la mezcla que será tratada. Como I regla general, los adsorbentes son seleccionados de acuerdo con su ¡habilidad para adsorber y deadsorber un compuesto específico. De hecho, los procesos PSA implican el funcionamiento de ciclos de presión. En una primera fase, el lecho adsorbente separa por lo menos un constituyente de la mezcla por adsorción de este constituyente en el lecho adsorbente. En una segunda fase, el adsorbente es regenerado al disminuir la presión. Por lo tanto, en cada ciclo nuevo, es esencial que la desorción sea eficiente y completa, de manera que exista un estado regenerado idéntico en cada nuevo ciclo. Sin embargo, queda claro que esta habilidad para adsorber) y después deadsorber un constituyente específico de una mezcla de gases, es una función de las condiciones de funcionamiento específicas del proceso PSA planteado, y en particular de las condiciones de temperatura y presión. Sin embargo, hasta ahora, debido a que la mezcla que va a ser purificada, comprende generalmente más de una impureza, es conveniente que el adsorbente pueda adsorber y después I deadsorb'er, no sólo uno, sino un número de estas impurezas. De hecho, el perfil de adsorción y la selectividad para un constituyente dado, a menudo se ven influenciados por la presencia, en la mezcla de gases, de otras impurezas, esto es debido, ¡ por ejemplo a la posible competencia o al envenenamiento del adsorbente. Estas diversas consideraciones se toman en cuenta para la complejidad del problema de la optimizalción de los procesos PSA, por el mejoramiento del adsorbente . i REVELACIÓN DE LA INFORMACIÓN Con| respecto a la producción de hidrógeno a partir de una mezcla de gases con base de hidrógeno, que contiene CO, C02, CH NH3, H2S, N2 y agua como impurezas, US 3,430,418 proporcipna la combinación de dos tipos de adsorbentes, el primero,; que es un carbón activo, eliminando CH , C02, y agua y el segundo, que es una zeolita de tipo A, que contiene calcio, que hace posible la eliminación del nitrógeno y del monóxido, de carbono. El mejoramiento de las características de rendimiento de los procesos PSA, para la producción de hidrógeno, y en particular, con la visión de obtener un mejor rendimiento, el número y la disposición de los lechos adsorbentes, que funcionan en paralelo, han sido variados tal como se ilustra en US 4,381,189. US 2 , 882, 244 revela la zeolita X y enseña que el CO es adsorbido selectivamente en éste. i US 3,078,639 revela un proceso para eliminar C02 de una mezcla gaseosa rica en hidrógeno, utilizando zeolita X. US ;6, 514, 317 B2 revela un proceso PSA utilizando una zeolita X, que tiene una relación sílice/alúmina de 1.9-2.1, incluyendo un intercambio de iones con Li, Na, K, Mg, Ca y Zn. I I US ' 4,477,267 revela un proceso PSA utilizando una zeolita | Ix con una relación sílice/alúmina de 2-3. US 6,773,694 Bl revela un proceso para sintetizar una i variedad! de cribas moleculares, en donde se produce una suspensión de cristales seminales, por la adición de nutrienties o fuentes del esquema; por ejemplo aluminio y silicio.¡ La relación de adición de los nutrientes, es controladla de manera que sustancialmente sea la misma que la relación de crecimiento de cristales y de tal forma que no existe s,ustancialmente nucleación de nuevos cristales. RESUMEN DE LA INVENCIÓN La ¡presente invención se basa en el descubrimiento de que el uso de una zeolita X adsorbente, que tiene una distribución de tamaño de partículas particular, en un proceso i para la separación y purificación de hidrógeno y particularmente en un proceso PSA, resulta en un inesperado y signifi?ativo incremento en la productividad y en la recuperación de hidrógeno. El término productividad denota la relación del volumen de hidrógeno producido por hora y por volumen lo peso del adsorbente. El término recuperación denota la relación del hidrógeno producido y el hidrógeno en el gas alimentado. MásJ específicamente, la invención se refiere a un proceso [ para la separación y purificación de hidrógeno contenido en una mezcla de gases contaminada por impurezas, que incluye estar en contacto con la mezcla de gases que será purificada, en una región de adsorción que contiene un adsorbente que comprende una zeolita X, en donde la distribución del tamaño de partículas de polvo de zeolita X, tiene un coeficiente de variación de 15% a 30%. Otra forma de realización de la invención, es un proceso para la I separación de hidrógeno contenido en una mezcla de gases contaminada por impurezas, que comprende entrar en i contacto con la mezcla de gases para ser purificada en una región dje adsorción que contiene un adsorbente que comprende I una zeol!ita X sintetizada, al proporcionar una suspensión de I cristaléis seminales en condiciones de reacción; agregar a la suspensijón nutrientes, para proporcionar los elementos del esquema de cristales seminales, por el cual crecen los cristales seminales; realizar la adición a una proporción que iguale ¡esencialmente el porcentaje de crecimiento de cristalejs y que sea durante un tiempo suficiente para i producir1 la criba de zeolita X. Otra forma de realización de la invención, es un proceso para dirjigir el contacto de la mezcla de gases, en una serie de regiones de adsorción, en conformidad con un sistema de adsorción oscilante de presión (PSA) . Estos y otros objetivos, formas de realización y detalles] de esta invención, se volverán aparentes a partir de la descrjipción detallada de la invención. 1 BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS i La ' Figura 1, representa a través de diagramas, una planta para el funcionamiento de un proceso de adsorción I oscilante de presión (PSA) , para la purificación y producción de hidrógeno utilizando diez lechos adsorbentes. I La ¡Figura 2 es una gráfica de la distribución de tamaño de partículas de una zeolita X de la técnica previa, y dos ejemplos! de zeolita X, en conformidad con la presente invención. i La ' Figura 3 muestra la recuperación inesperada de hidrógenp mejorado en un sistema PSA, utilizando un adsorbente hecho de zeolita X, que tiene una distribución de tamaño de partículas, con un coeficiente de variación que va de 15% a 30%, comparado con la zeolita X de la técnica previa, que tiene diferente distribución de tamaño de partículas . DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN De ¡acuerdo con una forma de realización de la presente invención, la separación del hidrógeno contenido en una mezcla gaseosa contaminada por monóxido de carbono y que contiene; por lo menos otra impureza escogida del grupo que I consta d¡e dióxido de carbono e hidrocarburos C?-C8, comprende estar enj contacto con la mezcla de gases con por lo menos un primer adsorbente selectivo para la eliminación de dióxido de carbono ?e hidrocarburos C?-C8 y un segundo adsorbente, que comprende zeolita X, en donde la distribución de tamaño de partículas de la zeolita X, tiene un coeficiente de variación de 15% a 30% para la eliminación de monóxido de carbono y i nitrógen . De acuerdo con una forma de realización preferida, la mezcla de gases contiene monóxido de carbono, dióxido de carbono,' metano, nitrógeno e hidrógeno. Un recurso para esta mezcla de gases, es una unidad reformadora de vapor de metano. Otras mezclas de gases que son mezclas de gases apropiadas, se originan de unidades de horno de coque, plantas de metanol, plantas de olefinas y plantas de amoníaco. Las condiciones de funcionamiento que se prefieren en una región de adsorción, incluyen una presión de 790kPa a 7000 kPai, y una temperatura de 0o a 80° C. Las presiones más altas, no afectan adversamente la purificación, sino que se evitan generalmente para ahorrar energía y disminuir los costos de inversión de la planta. El primer y segundo adsorbentes, se encuentran dispuestos en la región de adsorción, de manera que la mezcla de gases pase a través de ellos uno tras de otro. Se ha encontrado que la eficiencia de la separación, puede ser ¡ optimizaba al colocar en la entrada de la región de adsorción, el adsorbente selectivo, por lo menos para dióxido de carbono e hidrocarburos C?-C8 y en la salida de la región de adsorción, el adsorbente hecho de zeolita X, que tiene una distribución de tamaño de partícula, con un coeficiente de variaciójn que va de 15% a 30%. Puede explicarse este resultado por el hecho de que la eficiencia de la adsorción de la zjeolita X adsorbente, se incrementa una vez que las impurezals de hidrocarburos C?-C8 y de dióxido de carbono hayan sido eliminadas por el primer adsorbente. i Se puede utilizar, como adsorbente selectivo, por lo menos para dióxido de carbono y para hidrocarburos C?-C8, un carbón activo, un carbón de prefiltro, un gel de sílice o una mezcla dje estos diversos adsorbentes en cualquier proporción.

Cuando se elije esta mezcla, es preferible arreglar los diversos constituyentes de la mezcla, en la región de adsorción, en forma de capas separadas, de manera que la ¡ mezcla de gases, entre en contacto con cada capa a la vez. Los¡ geles de sílice, que se pueden utilizar de acuerdo con la invención, son aquellos utilizados comúnmente en la técnica, i Estos geles se encuentran disponibles comercialmente, en particular de Solvay (gel Sorbead) . Los carbones! de prefiltro son carbones activos de alta porosidad i y baja densidad relativa. Los carbones activos y carbones de prefiltrp, son por ejemplo vendidos por Norte, Calgon, Ceca, Pica o Chemviron. El luso de zeolita X, ha sido conocido y utilizado por mucho tiempo, para la separación y purificación de hidrógeno contenido en una mezcla de gases. Sin embargo, hasta hace I poco, el método tradicional de producir polvo de zeolita X, había sjLdo por cristalización de lotes de materia prima mezclada!. Se ha encontrado recientemente, otro método para producir1 polvo de zeolita X, y se le describe en US 6,773,694 Bl. La patente '694 revela un proceso para sintetizar zeolita X, en donde se produce una suspensión de cristales seminales, I por la adición de nutrientes o recursos del esquema, por ejemplo, aluminio y silicio. La relación de adición de nutrientes, es controlada de manera que sustancialmente es el mismo qule la relación de crecimiento de cristales, y de tal forma q?|?e sustancialmente no existe nucleación de nuevos cristales. La patente '694 muestra más detalles y métodos para preparar zeolita X, y se incorpora en el presente por referenci Ia. El polvo de zeolita X con una distribución de tamaño de partículas, con un coeficiente de variación que va de 15% a % y que se produce en conformidad con la patente '694, ha sido descubierto inesperadamente y éste da resultados I superiores para la separación y purificación de hidrógeno contenido en una mezcla de gases. El polvo de zeolita X sintetizado, tiene preferentemente un diámetro medio en un rango de; 4 a 12 micrones, y más preferentemente en el rango de 6 a 10 micrones. El polvo de zeolita X, preferentemente tiene una relación sílice/alúmina que va de 2.0 a 2.5. De acuerdo ¡con la invención, la zeolita X puede estar en forma de polvo cristalino o de aglomerados. Los aglomerados de zeolita X, se obtienen convencionalmente haciendo uso de procesos de aglomeración estándar. Por ejemplo, la zeolita aglomerada puede ser preparada al mezclar un polvo de zeolita i cristalina con agua y un aglomerante (generalmente en forma ¡ de polvo) y después rociar esta mezcla en los aglomerados de i zeolita, que actúan como semilla de aglomeración. Durante el rociado, se giran continuamente los aglomerados de zeolita alrededor de ellos mismos . Esto puede lograrse al colocar los aglomerados en un reactor que gira cerca de sí mismo, alrededor de un eje rotacional, el eje rotacional se inclina preferentemente con especto a la dirección vertical. Por medio dej este proceso, comúnmente conocido en la técnica como proceso snowball" (bola de nieve), se obtienen aglomerados en forma de bolas . Los aglomerados que se obtienen de esta forma, son sometidos posteriormente al fuego, a una temperatura de entre aproximadamente 500° y 700° C, preferentemente a una temperatura de 600° C en la región. Algunos aglomerantes convenientes incluyen, por ejemplo una arcilla, tal como caolín, sílice o alúmina. Un polvo de cristal ¡de zeolita, comúnmente no tiene propiedad de auto-aglomeración y por lo tanto se le incorpora preferentemente un aglomerante a éste, para darle forma de perlas, pastillas, productos extruidos u otras formas, para su uso industrial como uri adsorbente. El polvo de zeolita X, se forma preferentemente en partículas aglomeradas que tienen un diámetro! nominal de 0.5 a 3 mm. Sin considerar el método de preparación, las partículas aglomeradas utilizadas en la presente! invención, pueden ser incorporadas con un aglomerante o pueden no tener aglomerante . El adsorbente resultanite que contiene zeolita X, preferentemente tiene una resistencia a la trituración volumétrica, mayor a 960 kPa. De acuerdo con la invención, el polvo de zeolita X tiene i una distribución de tamaño de partículas, con un coeficiente de variación de 15% a 30%, y es preparado preferentemente en forma de sodio, esto es, los cationes que se asocian con el I esquema zeolítico, son sodio. Otros cationes pueden ser parcial ,o completamente intercambiados por iones, con forma de sodio zeolita X, para desplazar los cationes de sodio. Tales cationes pueden ser por ejemplo litio, bario y calcio.

La , combinación del primer y segundo adsorbentes descritos anteriormente resulta en un mejoramiento en la purificación de la mezcla de gases que contiene hidrógeno, y en la productividad total cuando el segundo adsorbente, es una zeoiita X, que tiene una distribución de tamaño de partículas con un coeficiente de variación de 15% a 30%. Se sabe, qu!e en cuanto a producir hidrógeno de forma continua, se debe ¡ disponer en paralelo una multiplicidad de lechos comprende: a) pasar una mezcla de gases con base de hidrógeno, contaminada por monóxido de carbono, y que contiene; por lo menos otra impureza elegida del grupo que consta de dióxido de carbono e hidrocarburos C?-C8 en una región de adsorción, que comprende por lo menos un primer lecho adsorbente, compuesto de un primer adsorbente selectivo, por lo menos para dióxido de carbono, nitrógeno y para hidrocarburos C?-C8 y un segundo lecho adsorbente compuesto de un segundo adsorbente, que contiene zeolita X, que tiene una distribución de tamaño de partículas con un coeficiente de variación que va de 15% a 30%, con el fin de eliminar por lo menos el monóxido de carbono, para obtener una corriente de hidrógeno purificado en una salida de la zona de adsorción; b) deadsorber el monóxido de carbono y la i otra impureza o impurezas adsorbidas en el primero y segundo adsorbentes, al establecer un gradiente de presión y disminuir progresivamente la presión en la región de adsorción, con el fin de recuperar el monóxido de carbono y la otra ¡ impureza o impurezas, a través de la entrada de la región de adsorción; y c) incrementar la presión en la región de adsorción por la introducción de una corriente de hidrógeno puro, a través de la salida de la región de adsorcióni . Entonces, cada lecho adsorbente es sometido a un ciclo dé tratamiento, que comprende una primera fase de producción de hidrógeno, una segunda fase de descompresión y una tercera fase de recompresión. Quecla claro que, al ajustar las condiciones de funcionamiento de la etapa a) en conformidad con las formas I de realización preferidas descritas anteriormente, el resultado es un mejoramiento en la producción y productividad, así como un mejoramiento en la pureza del hidrógeno recuperado en la salida. Entonces, la purificación de una mezcla de gases que contiene más de 70% de hidrógeno y que comprende nitrógeno, metano, CO y C02 como impurezas, preferentemente serán por las que se optarán, cuya mezcla entrará len contacto con un lecho adsorbente, compuesto de carbón activo y un adsorbente hecho de zeolita X, que tiene i una distribución de tamaño de partículas, con un coeficiente de varia'ción de 15% a 30%. Preferentemente, se mantiene la región de adsorción a una temperatura de 0° a 80° C. La capacidad de un lecho adsorbente es limitada por el tamaño máximo, ¡el cual puede utilizarse convenientemente, ya sea debido a1 la fuerza mecánica de las partículas adsorbentes individuales, o debido al tamaño máximo que se puede utilizar para en iar los contenedores o recipientes que llevan los adsorbentes. Por estas razones, la operación de 4 a 10 o más i lechos adsorbentes dispuestos en paralelo es estándar en la técnica.1 Con el fin de optimizar los procesos PSA, se i sincronizan las fases de compresión y descompresión de los diversos! lechos adsorbentes. Es particularmente conveniente, introduc|ir etapas de igualación de presión entre dos lechos adsorbentes, uno de estos lechos se encuentra en la fase de descompresión y el otro en la fase de recompresión. i En la Fig. l, se representan solamente los tubos a través de los cuales circula el hidrogeno, en un momento dado. Má¡s específicamente en el momento de consideración, los lechos adsorbentes 1 a 3 se encuentran en la fase de producción, los lechos adsorbentes 4 a 6, se encuentran en la fase de | descompresión, los lechos adsorbentes 7 y 8 se encuentran en la fase de regeneración y los lechos adsorbentes 9 y 10 se encuentran en la fase de recompresión.

Los' lechos adsorbentes 1 a 3 son alimentados con la mezcla die gases para ser purificados a través de los tubos 11, 12 y 13 respectivamente. Los tubos 11, 12 y 13 están cada uno conectados a una fuente de mezcla de gases 14 a través del tubo 15. El hidrogeno purificado es recuperado en la salida de los lechos adsorbentes 1 a 3 a través de los tubos I 16, 17 y 18. Los ; tres tubos 16 a 18 corren dentro de un tubo 19 que transporta el hidrógeno purificado, proveniente de los tubos 16, 17 y 18, a la cámara de almacenamiento 21, a través del i tubo 19. Una parte del hidrógeno que se produce es retirado del tubo 19 a través de los tubos 23 y 22 y transportado al lecho adsorbente 10, el cual se encuentra entonces al final i de la fase de recompresión. Durante este mismo periodo, el lecho adsorbente 4 inicia la fase de descompresión, por la igualación de presión con el lecho adsorbente 10, a través de los tubqs 24 y 22. El lecho adsorbente 4 se encuentra a mayor presión que el lecho adsorbente 10 en este punto del ciclo, de manera que el lecho adsorbente 4 se despresurizará mientras¡ se incrementa la presión en el lecho adsorbente 10. Después del paso de igualación de presión, el lecho adsorbente 10 continúa recibiendo el gas de producto H2 del tubo 19, a través de las líneas 23 y 22, hasta que se iguala su presión con los lechos adsorbentes 1, 2 y 3 para completar el paso ¡de recompresión. Durante este mismo periodo, se lleva a cabo la igualación de presión de los lechos adsorbentes 5 y 9. Para realizar| esto, las salidas respectivas de los lechos i adsorbentes 5 y 9 se encuentran comunicadas a través de la línea 25. El lecho adsorbente 5, el cual se encuentra en la fase de descompresión, se encuentra entonces bajo una presión de hidrógeno relativamente alta, considerando que el lecho adsorbente 9, que se encuentra al inicio de la fase de recompresión, se encuentra a una presión mucho más baja. Como resultado de la diferencia de presión que existe entre los lechos absorbentes 5 y 9, el hidrógeno es llevado del lecho adsorbente 5 al lecho adsorbente 9, lo que contribuye a la recompresión del lecho adsorbente 9 y a la descompresión concomitante del lecho adsorbente 5. i De la misma manera, los lechos adsorbentes 6 y 8 son I colocados en comunicación uno con otro a través del tubo 26. I El lechó adsorbente 6 se encuentra en su fase final de i despresurización paralela y proporciona el gas de purga de hidrogenó necesario para el lecho adsorbente 8. Una vez más aquí, mientras que la presión que prevalece dentro del lecho adsorbente 6 es mayor que la presión que prevalece dentro del lecho adsorbente 8, el hidrógeno fluye del lecho adsorbente 6 al lecho! adsorbente 8. El lecho adsorbente 8 se encuentra a la presión mas baja y es purgado por el gas de hidrógeno producido por la descompresión del lecho adsorbente 6. Las impureza^ deadsorbidas y el flujo de hidrógeno salen como gas de cola del tubo 28. I El lecho adsorbente 7 se encuentra en la fase de I descompresión contracorriente. Su presión disminuye simplemente al descargar el hidrógeno y las impurezas a través del tubo 27 desde el lecho adsorbente 7. Es en esta etapa dé descompresión, que ocurre la desorción de las impurezas adsorbidas en el lecho adsorbente. Losj datos presentados en la Fig. 2, se obtuvieron de la siguiente manera. Se produjo un polvo de zeolita X a través del método tradicional de cristalización por lotes de la materia ¡prima mezclada. Un ejemplo del polvo de zeolita X resultante (identificado como Muestra A) fue analizado para distribución de tamaño de partículas y se encontró que tenía un diámetro de partículas medio de 3.5 micrones en base a la frecuencia de masa. Los resultados de los análisis de distribución de tamaño de partículas, son presentados en la Fig. 2 : y los cálculos resultantes demostraron que la desviación estándar y el coeficiente de variación fueron 1.49 y 42.9%, respectivamente. La desviación estándar fue calculada de acuerdo con los principios de análisis I estadístico. El coeficiente de variación fue calculado al dividir la desviación estándar por el diámetro medio y multiplicar el cociente por 100 y el resultado se expresa como un porcentaje. Aunque el diámetro de partícula medio de la Muestra A fue 3-5 micrones, puede esperarse que el rango de diámetros de partículas medios podrían variar de 3 a 12 micronesi dependiendo de las condiciones que se mantengan durante la cristalización por lotes. De |la Fig. 2, puede verse que una mayoría de partículas en la Muestra A, son ampliamente esparcidas con respecto al diámetro! de partícula. Esta observación se refleja por los cálculos! en donde la desviación estándar el 1.49 y el coeficiente de variación es 42.9%.

Se produjo polvo de zeolita X por la adición continua de nutrientes, en conformidad con los métodos y técnicas que se describan en US 6,773,694 Bl . Un ejemplo de este polvo de zeolita !X (identificado como Muestra B) fue analizado para distribución de tamaño de partículas y se encontró que tenía I un diám tro de partícula medio de 4.1 micrones, en base a la frecuenclia de la masa. Los resultados del análisis de distribución de tamaño de partículas, son presentados en la I Fig. 2 y los cálculos resultantes muestran que la desviación estándar y el coeficiente de variación fueron 1.04 y 25.2%, respectivamente . 1 De la Fig. 2, se puede observar que las partículas en la I Muestra B, son menos esparcidas ampliamente con respecto al diámetro de partícula, comparado con la Muestra A. Esta observación es reflejada y apoyada por los cálculos, en donde la desviación estándar es 1.04 y el coeficiente de variación es 25.2%'. Se produjo otro polvo de zeolita X, por la adición continua| de nutrientes en conformidad con el método descrito en US 6,773,694 Bl . Una muestra de este polvo de zeolita X (identificado como Muestra C) , fue analizada para distribución de tamaño de partículas, y se encontró que tenía un diamet.ro de partícula medio de 6.0 micrones, en base a la frecuencia de masa. Los resultados del análisis de distribución de tamaño de partículas, son presentados en la Fig. 2 yi los cálculos resultantes mostraron que la desviación estándar y el coeficiente de variación fueron 1.34 y 22.3%, respectivamente. De la Fig. 2, se puede observar que las partículas en la Muestra C, también son menos esparcidas ampliamente, con respecto al diámetro de partícula comparado i con la Muestra A. Esta observación se refleja por el cálculo en donde! la desviación estándar es 1.34 y el coeficiente de variación es 22.3%. EJEMPLO Los1 datos presentados en la Fig. 3, se obtuvieron de la siguiente manera. Se seleccionó una planta piloto de adsorción oscilante de presión (PSA) , y se utilizó para ! simular un gran sistema de purificación de hidrógeno comercial, utilizando múltiples lechos de adsorción. La planta piloto consistía en un solo adsorbedor y múltiples tanques de igualación, que se utilizaron para almacenar gas desde los diferentes pasos del ciclo. El lecho adsorbente cilindrico, tiene un diámetro de 38 mm y una altura de 3048 mm. Se ¡preparó el particulado adsorbente de un polvo de zeolita X de la técnica previa (Muestra A) , que tiene la distribución de partículas presentada en la Fig. 2 y fue cargada én el lecho adsorbente de la planta piloto. La parte inferior, del lecho 65%, fue cargada con carbono activado y la parte superior 35%, fue cargada con el particulado de zeolita X de la¡ técnica previa (Muestra A) , que tiene un diámetro nominal ¡de 1.45 mm. El lecho adsorbente fue operado en forma de flujo ascendente, durante el paso de adsorción y se mantuvo a una temperatura de 38° C. El gas de alimentación de prueba, ¡contenía 75 por ciento de volumen de hidrógeno, 0.7 por ciento de volumen de nitrógeno, 2 por ciento de volumen de monóxido de carbono, 5 por ciento de volumen de metano y i 17.3 por ciento de volumen de dióxido de carbono. Se mantuvo la presión de alimentación a 2206 kPa, la presión de i despresurización paralela final fue 276 kPa y la presión de 1 purga O1 de regeneración fue 159 kPa. Se llevaron a cabo pruebas én 3 diferentes ciclos de tiempo, es decir, 3.5, 7 y 14 minutios . El tiempo total para cada ciclo tiene 4 pasos principales (adsorción, despresurización paralela, regeneración y presurización) . La distribución del tiempo, expresada como porcentaje de tiempo de ciclo total, para los cuatro pasos principales, se mantuvo constante en los tres tiempos del ciclo. La relación de alimentación fue controlada para lograr 10 ppm de monóxido de carbono en el hidrógeno producido. Se midieron el flujo y la composición para la alimentación, producto y corrientes de gas de cola, y después la recuperación de hidrógeno fue calculada para cada una de las pruebas. Los datos resultantes se presentan en la Fig. 3.

Se ¡ preparó el particulado adsorbente del polvo de zeolita X de la presente invención (Muestra C) , que tiene la distribución de partículas presentada en la Fig. 2 y fue probada én la planta piloto exactamente de la misma forma que se describió anteriormente. El adsorbente particulado tenía un diámetro de partícula nominal de 1.45 mm. Los datos resultantes también se presentan en la Fig. 3. La Muestra C (invención) tal como se advirtió arriba, tenía un diámetro de partícula medio de 6.0 micrones. En contraste, la Muestra A (técnica! previa) tenia una diámetro de partícula medio de 3.5 micrones. Generalmente un tamaño de partículas menor sería más efectivo, debido a que la distancia de difusión es menor. A pesar idel diámetro de partícula mayor de la Muestra C, el deadsorbente preparado de la Muestra C, demostró eficiencia inesperada. De la Fig. 3, se puede observar que en un tiempo de ciclos d'e 14 minutos, la recuperación de hidrógeno fue 0.1% mayor mientras se utilizaba la presente invención, comparado con la técnica previa. En un tiempo de ciclos de 7 minutos, la recuperación de hidrógeno fue 0.7% mayor mientras se utilizaba la presente invención. En un tiempo de ciclos de 3.5 minutos, la recuperación de hidrógeno fue 1.0% mayor con la presente invención. De acuerdo con la presente invención, la recuperación de hidrógeno mejorada, permite el uso de tiempos de ciclo más cortos, por lo que se disminuye el tamaño y gasto capital de una unidad PSA para la misma capacidad de producción. Debido a que se recupera un mayor porcentaje de la corriente de alimentación de hidrógeno, se requiere; por lo tanto una planta de hidrógeno más chica, para producir una relación de producción de hidrógeno seleccion ¡ado. Aunque no pretenda ser obligatorio por ninguna teoría, se considera que la uniformidad relativa del diámetro de partícula del polvo de zeolita X, con un coeficiente de variación de 15% a 30%, permite la formación del particulado adsorbente que se produce de éste, para lograr características adsorbentes inesperadas y superiores, tal como se demuestra en el presente. La ¡descripción anterior, dibujos y ejemplos ilustran claramente las ventajas que encierra este proceso de la presente | invención y los beneficios que pueden obtenerse con el uso del mismo.

Claims

REIVINDICACIONES 1. (Un proceso para la separación y purificación de hidrógeno contenido en una mezcla de gases contaminada por
I impurezas, que comprende entrar en contacto con la mezcla de gases que será purificada, en una región de adsorción, que contiene un adsorbente que comprende un polvo de zeolita X, en donde| la- distribución de tamaño de partículas del polvo de zeolita X, tiene un coeficiente de variación de 15% a 30%. 2. El proceso de la reivindicación 1, en donde la mezcla de gases! que será purificada, contiene más de 50 por ciento de hidrógeno gaseoso.
3. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en donde la región de adsorción se mantiene bajo una i presión de 790 kPa a 7000 kPa.
4. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la relación sílice/alúmina del polvo de zeolita X es entre 2.0 y 2.5.
5. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donide el diámetro medio de las partículas de zeolita X, varía dei 4 a 12 micrones.
6. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el diámetro medio de las partículas de zeolita X i varía del 6 a 10 micrones.
7. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a I 6, en donde se utiliza un sistema de adsorción oscilante de presión. ;
8. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en idonde el polvo de zeolita X es sintetizado al proporcionar una suspensión de cristales seminales en condiciones de reacción; agregando a la suspensión nutrientes para dar elementos del esquema de los cristales seminales, por medio del cual crecen los cristales seminales,- realizar la adición a una relación que iguale esencialmente la I relación! de crecimiento de cristales y que sea durante un tiempo suficiente para producir el polvo de zeolita X. i
9. El proceso de la reivindicación 7, en donde se I mantiene el sistema de adsorción oscilante de presión, bajo | una presión de 790 kPa a 7000 kPa. i
10. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el adsorbente tiene una resistencia a la I trituración volumétrica de más de 960 kPa.