MXPA04000965A

MXPA04000965A - Recuperacion de helio.

Info

Publication number: MXPA04000965A
Application number: MXPA04000965A
Authority: MX
Inventors: Thomas Emley Mark
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2005-02-22
Also published as: CA2456011A1; EP1427508A4; CN1561255A; US20040237789A1; WO2003011431A1; EP1427508B1; US7294172B2; CN1309453C; ES2381532T3; BR0211507A; EP1427508A1

Abstract

Un sistema de recuperacion de gas que comprende una fuente de gas que tiene una concentracion preseleccionada de un componente deseado (9), al menos una aplicacion (1) que agrega impurezas a dicho gas, y al menos un sistema de absorcion (6) que purifica dicho gas para producir un gas purificado para reutilizarse en la aplicacion (1), en donde dicho al menos un sistema de absorcion incluye al menos un lecho absorbente (A) que tiene al menos tres capas de absorbentes. Un proceso de recuperacion tambien se describe.

Description

RECUPERACIÓN DE HELIO CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere al reciclaje y purificación de corrientes de gas de helio para aplicaciones industriales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los gases tales como helio, argón, neón, criptón y xenón tienen el potencial de utilizarse en un amplio rango de procesos de fabricación. Un ejemplo de tal proceso es la producción de dispositivos semiconductores tales como circuitos integrados semiconductores, paneles de cristal líquido de matriz activa, panales de celdas solares y discos magnéticos. Durante la fabricación de los dispositivos semiconductores, los sistemas para generar plasma en una atmósfera de gas noble bajo presión reducida se utilizan para diversos tratamientos de los dispositivos semiconductores con el plasma, por ejemplo, un sistema de desintegración, un sistema CVD de plasma y sistema de ataque químico de ión reactivo. Además, los gases nobles se utilizan en otras aplicaciones tales como procesos de atomización de metal, formación de rocío en frío, enfriamiento, y aplicaciones de gas de blindaje. La mayoría de las aplicaciones arriba mencionadas utilizan grandes cantidades de gas noble ta! como helio. El costo de utilizar helio sería prohibido sin alguna forma de sistema de reciclaje para el gas utilizado. Con objeto de reciclar el gas noble para la aplicación, las impurezas tales como agua, nitrógeno, oxígeno, dióxido de carbono, metano, monóxido de carbono, hidrógeno y particulados del horno de descarga de gas deben removerse del gas utilizado. Varios sistemas de purificación se han propuesto en la técnica anterior. Tales sistemas incluyen reciclado de helio con membrana, absorción oscilante térmica (TSA), absorción oscilante de presión (PSA) y/o tecnología de óxido de cobre. La elección de la tecnología de purificación depende del tipo de proceso, las impurezas del gas descargado y composiciones de gas de alimentación de entrada. Por ejemplo, si el único contaminante en el gas noble es oxígeno, entonces un desgasificador de óxido de cobre podría utilizarse para sacar el oxígeno. Sin embargo, si solamente está presente agua, entonces un secador que opera en modo TSA puede utilizarse. Si está presente tanto agua como oxígeno, entonces una combinación de desgasificador de óxido de cobre y secador puede utilizarse para purificar el gas noble (por ejemplo, helio). Ohmi et al., en la Patente de E.U. 6,217,633 B1 describe un proceso y un aparato para recuperar un gas noble (definido como uno o más de Xe, Ar, Kr, Ne o mezclas de los mismos) contenido en un gas de escape de una unidad que emplea gas noble. En particular, la invención de Ohmi et al., proporciona un proceso para que un aparato recupere un gas noble a recuperación elevada y pureza predeterminada de un sistema que emplea gas noble al como sistema de tratamiento de plasma. El sistema que emplea gas noble opera bajo presión reducida, la unidad de recuperación recibe gas de alimentación intermitente en base a las concentraciones de impureza en el gas utilizado (gas de escape) dejando la unidad que emplea gas noble. Las impurezas incfuyen oxígeno, nitrógeno, agua, monóxido de carbono, dióxido de carbono, fluoruro de carbono, hidrógeno y varios gases que forman película. Si las concentraciones de impureza son más allá de ciertos límites, entonces el gas utilizado se escapa como desperdicio en lugar de enviarse a la unidad de recuperación. La elección de ventilar el gas de escape del sistema que emplea gas noble como desperdicio o enviar a la unidad de recuperación depende del contenido de componentes de impureza contenidos en el gas de escape o en el estado de paso del sistema que emplea gas noble. La Patente de E.U. 5,390,533 describe un proceso para presurizar un recipiente para probar la integridad utilizando helio como el gas trazador. La invención también describe la recuperación y purificación de helio para reutilizarse. El proceso para purificar la corriente de gas comprende secar la corriente de gas utilizando un secador de membrana que permea agua. El refinado agotado de agua del secador de membrana se envía a un separador de membrana para purificación adicional. El helio permea selectivamente la membrana en el separador de membrana para producir una corriente permeada enriquecida de helio. La corriente refinada agotada de helio se envía a una etapa purgadora de membrana para obtener una corriente de purga para purgar agua del secador de membrana. Behling et al., en Patente de E.U. 6, 179,900 B1 describen procesos para la separación/recuperación de gases en donde el componente deseada a separarse de la mezcla está presente en concentraciones molares bajas y/o presiones bajas a moderadas. Un proceso de membrana/PSA combinado se utiliza para la separación/recuperación de componentes gaseosos que están presentes en la corriente a contenidos molares y/o presiones bajas. La unidad de membrana se coloca en el extremo aguas arriba del proceso PSA. La Patente de E.U. 6,902,391 describe reciclaje de helio para fabricación de fibra óptica en la cual el helio en el procesos de consolidación se recicla ya sea directamente para utilizarse en la consolidación a pureza elevada o reciclarse a pureza inferior para utilizarse en la extracción y otros procesos que requieren pureza de helio inferior. Además, los procesos integrados para reciclar helio de dos o más procesos que utilizan helio en el procesos de fabricación óptico también se describen. La Patente de E. U. 5,707,425 para D'Amico ef al., describe un proceso que se dirige a la recuperación de gas de helio de corrientes de gas que contienen aproximadamente 25% en volumen o más de helio. Dos procesos PSA se utilizan en un orden en serie. Stoner et al., en la Patente de E.U. 5,632,803 describe un procesos de membrana/PSA híbrido para producir una corriente de producto de helio a una pureza en exceso de 98.0% de reserva de alimentación que contiene en cualquier momento 0.5 a 5.0% de helio. La membrana se coloca aguas arriba de dos procesos PSA, y todas las unidades de separación se ordenan en una configuración en serie. La Patente de E. U. 5,377,491 describe un proceso de recuperación enfriador para un tubo de enfriamiento de fibra óptica. El proceso utiliza una bomba al vacío/compresor para remover el gas de enfriamiento del tubo de enfriamiento, remover particulado y contaminantes y después regresar el gas enfriador al tubo de enfriamiento de fibra óptica. El equipo de purificación tal como PSA, secador y membrana se mencionan para el retiro de agua y oxígeno. La Patente de Estados Unidos No. 5, 158, 625 describe un proceso para tratar con calor artículos, al endurecerlos en un medio de gas recirculante que está en contacto con los artículos tratados. De acuerdo a una de las modalidades, el helio utilizado se recolecta y envía a una unidad de membrana para producir helio purificado a baja presión . El helio purificado de la unidad de membrana se envía a un secador antes de reutilizarse. En otra modalidad, el helio usado/contaminado se filtra mecánicamente, después el oxígeno se remueve a través de la adición controlada de hidrógeno para producción catalítica de agua , después de lo cual el gas se seca y enfría posiblemente para reutilizarse. En otra modalidad, se utiliza hidrógeno para regenerar un catalizador utilizado para atrapar oxígeno. También, en una modalidad adicional, PSA o TSA se utiliza para remover oxígeno y vapor de agua, después de lo cual el gas se enfría y seca. Knoblauch et al., las Patentes de E. U . #5,089,048 & 5,080,694 describe procesos PSA, ordenados en una configuración en serie, para extraer helio de una mezcla de gas relativamente pobre en helio, por ejemplo, gas natural que contiene 2-10% de helio. El primero proceso PSA se utiliza para enriquecimiento de helio y el segundo proceso PSA se utiliza para lograr la pureza de helio objetivo de al menos 99.9%. Choe et al., en la Patente de E. U. 4,717,407 describe un sistema de recuperación de helio al integrar separación de membrana permeable con técnicas de separación "sin membrana". La patente se refiere a aplicaciones de PSA como una de las operaciones de separación "sin membrana" posibles. Czarnecki et al., Patente de E.U. #4,675,030, describen un método para purificar gas de helio contaminado con aire, vapor de agua e indicios de dióxido de carbono. Los contaminantes constituyen menos de aproximadamente 10% en volumen. De acuerdo a esta invención, el gas de helio contaminado del proceso se comprime y enfría para condensar el volumen del vapor de agua después de que el gas secado se pasa a una primer unidad de membrana para producir helio de pureza elevada para reutilizarse. El retenido de la primer unidad de membrana se pasa a una segunda unidad de membrana. El permeado de la segunda unidad de membrana ase recicla de nuévo a la primer unidad de membrana, mientras que, el retenido de la segunda unidad de membrana se descarta como desperdicio. La Patente de E.U. 4,238,204 subraya un próceso de absorción selectivo mejorado para la recuperación de un gas ligero, tal como hidrógeno o helio, de una mezcla de gas de alimentación al utilizar una unidad permeadora de membrana selectivamente permeable al gas ligero que se recolecta. Específicamente, esta invención utiliza un proceso PSA/membrana híbrido para recuperar helio. El proceso PSA se coloca aguas arriba de la unidad de membrana, y el efluente del proceso PSA durante la absorción se recolecta como helio de producto. El gas de escape de los procesos PSA, obtenido durante la etapa de purgación, se envía a una unidad de membrana para purificación adicional. El permeado de la unidad de membrana se recicla a la alimentación de PSA. La mezcla de gas no permeada comprendida principalmente de las impurezas y una proporción pequeña del helio se recupera para otro uso o se desecha como desperdicio. Los procesos de la técnica anterior sufren de pureza de helio inferior y recuperación por paso cuando se utiliza un procesos PSA de una sola etapa solo para recuperar helio. Además, con objeto de lograr recuperación y pureza de helio mejorada, la técnica anterior típicamente utiliza una combinación de PSA y membranas, o PSA y sistemas criogénicos, u ordenes en serie de procesos PSA utilizando diferente número de lechos y ciclos PSA. Consecuentemente, utilizando la técnica anterior, el capital y costos de operación son demasiado elevados para promover el uso de sistemas de recuperación para conservar el gas noble tal como helio.

OBJETOS DE LA INVENCIÓN Por lo tanto es un objeto de esta invención proporcionar un sistema de recuperación de gas noble (por ejemplo helio) bajo en costo y altamente eficiente para purificar el helio de una o más fuentes de alimentación (por ejemplo, hornos de atomización de metal, hornos de arco eléctrico-plasma, gas natural, etc.) Es otro objeto' de esta invención proporcionar un sistema de recuperación de helio que removerá los contaminantes tales como 02, N2, H20, CO, C02, H2, metales y sales de metales de helio gastado que sale de varias aplicaciones (por ejemplo, hornos de atomización). Es un objeto adicional proporcionar un proceso de recuperación de helio para recuperar y purificar helio para utilizarse en aplicaciones semiconductores.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención es un sistema de recuperación de gas noble (por ejemplo, helio) bajo en costo y altamente eficiente para la recuperación y conservación de gas noble (por ejemplo, helio) utilizado en varias aplicaciones. El sistema de recuperación puede utilizarse para recuperación de gas noble de cualquiera aplicación utilizando gas noble incluyendo pero no limitándose a hornos de atomización , atomización de metal, CVD de plásma, sistema de desintegración, sistema de ataque químico de ión reactivo, y hornos de arco eléctrico-plasma. El proceso de recuperación utiliza un proceso PSA con absorbentes que tienen la capacidad de remover contaminantes tales como 02, N2, H20, C02 y CO. En una modalidad, la invención comprende un sistema de recuperación de gas que comprende una fuente de gas que tiene una concentración pfeseleccionada de un componente deseado (por ejemplo, un gas noble), al menos una aplicación que utiliza dicho gas y agrega impurezas a dicho gas, y al menos un sistema de absorción que purifica dicho gas para producir un gas purificado para reutilizarse en aplicación, en donde dicho al menos un sistema de absorción incluye al menos un lecho absorbente (A) que tiene al menos tres capas de absorbentes. En una modalidad más preferida, el componente deseado es helio, y dicha concentración preseleccionada es 99.999% de mol. En una modalidad alternativa, un proceso de recuperación de gas también se describe, el proceso comprendiendo las etapas de a) proporcionar gas que tiene una concentración preséleccionada de un componente deseado a una aplicación, b) agregar impurezas a dicho gas en dicha aplicación para producir un gas de impureza que tiene una concentración inferior de dicho componente deseado; c) pasar dicho gas impuro a un sistema de absorción que purifica dicho gas para producir un gas purificado (preferentemente que tiene dicha concentración preséleccionada de dicho componente deseado) para reutilizarse en aplicación, en donde dicho sistema de absorción incluye al menos un lecho absorbente (A) que tiene al menos tres capas de absorbentes. En una modalidad preferida, el gas de desperdicio producido del sistema de absorción (que tiene una segunda concentración de dicho componente deseado que es inferior a dicha concentración preséleccionada), se recircula a través de dicho sistema de absorción para purificación para producir un gas recirculado purificado que tiene una concentración del componente deseado que es preferentemente al menos tan alta como dicha concentración preséleccionada, que puede entonces proporcionarse a dicha aplicación. En otra modalidad del proceso, el gas de desperdicio del sistema de absorción se dirige a un sistema de membrana (7) que produce un gas parcialmente purificado que tiene una concentración más alta de dicho componente deseado que dicho gas de desperdicio, y en donde dicho gas parcialmente purificado se combina con dicho gas de impureza que se pasa entonces a través de dicho sistema de absorción para purificación.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Otros objetos, características y ventajas ocurrirán para aquellos expertos en la materia a partir de la siguiente descripción de una(s) modalidad(es) preferida(s) y el(los) dibujo(s) acompañante(s), en los cuales: La figura 1 es un diagrama de flujo del proceso de una modalidad de la invención utilizando una unidad de retiro de hidrógeno, sistema PSA y unidad de membrana. La figura 2 es un diagrama esquemático que muestra un lecho absorbente en capas de acuerdo con la invención. La figura 3 muestra isotermos de absorción de agua en carbono activado (AC), zeolita 5A y alumina en 300K. La figura 4 muestra isotermos de absorción de CO2, CH4, CO, N2 y H2 en alumina en 300K. La figura 5 muestra isotermos de absorción de C02, CH4l CO, N2 y H2 en carbono activado (AC) en 300K. La figura 6 muestra isotermos de absorción de nitrógeno en zeolitas CaX, LiX, 5A, VSA6 y H-15 en 300K. La figura 7 muestra isotermos de absorción de oxígeno y argón en absorbente selectivo de equilibrio de oxígeno (IA-3) en 300K. La figura 8 es un diagrama de flujo del proceso para un sistema PSA utilizado en la invención.

La figura 9 es un diagrama de flujo del proceso de acuerdo con una modalidad de la invención. La figura 1 0 es un diagrama de flujo del proceso de acuerdo con una modalidad de la invención que muestra dos aplicaciones en combinación con dos sistemas de recuperación.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención proporciona un método para reducir las impurezas en un gas de producto de un proceso PSA par separar helio de impurezas que incluyen 02, N2, H20, C02, CH4 y CO. La figura 1 muestra una modalidad de un sistema de recuperación de helio de una aplicación 1 utilizando gas de helio. El gas de helio de pureza elevada (por ejemplo, 99.999% de He) para inicio y elaboración (para gas perdido durante el proceso de reciclado) se proporciona del tanque de almacenamiento 9. A través de las líneas 9a y 9b respectivamente se dirige a través del tanque de balasto de producto 8 a la aplicación que requiere helio purificado. La bomba al vacío opcional 3 se utiliza para empujar gas desde la unidad de aplicación 1 después de que se recolecta y enfría en un enfriador posterior opcional 2. Si el gas que sale de la aplicación 1 se encuentra bajo presión positivo la bomba al vacío 3 no se requiere. El gas se comprime en el compresor de reciclaje 4, calienta, después se pasa al sistema de recuperación que purifica helio para reciclaje. El compresor 4 puede ser uno de un número de diseños. Sin embargo, si las corrientes que contienen particulados se incluyen entonces los compresores anulares de líquido pueden preferirse. El sistema/proceso de recuperación incluye el uso de sistema PSA 6, con unidad de retiro de hidrógeno opcional 5 (si se requiere), y unidad de membrana opcional 7. La unidad de retiro de hidrógeno opcional 5 convierte el hidrógeno y oxígeno en agua sobre un catalizador, típicamente un catalizador de paladio. Otros materiales catalizadores se conocen bien por aquellos expertos en la materia. Un monolito apanalado se utiliza como el substrato para el catalizador en paladio en la unidad de retiro de hidrógeno. La cámara de catalizador puede salirse ligeramente del centro con objeto de facilitar el retiro del monolito fácilmente para eliminar los contaminantes con jabón y agua. El gas deficiente de hidrógeno se enfría entonces y cualquier agua condensada se remueve a través de un separador opcional o filtro coalescente (no mostrado). Se comprime entonces a una presión deseada y envía al sistema PSA 6 para el retiro de los contaminantes tales como H20, C02 N2, 02, CH4 y CO. El gas purificado del sistema de absorción se almacena entonces en tanque de balasto de producto 8 y recicla a la(s) unidad(es) de aplicación de helio 1 . El gas de desperdicio que contiene helio e impurezas fluye fuera de la unidad PSA 6 durante la etapa de regeneración y, si se desea, se pasa a través de una unidad de membrana 7 en donde el helio se permea selectivamente para producir una corriente de gas enriquecida de helio que se dirige al lado de succión del compresor de reciclaje 4. El refinado agotado de helio de la membrana se descarta a través del conducto 12. Un ciclo de desviación opcional puede embragarse lo que desvía la aplicación 1 . En este flujo de caso a la aplicación se terminaría y se volvería a dirigir al conducto 1 3 de manera que el gas de producto PSA se recicla directamente para asegurar la operación apropiada del sistema de reciclaje. En el caso de gas de desperdicio PSA no se pasa a través de la membrana, este gas puede recircularse a través del PSA a través del compresor 4. El gas de desperdicio también puede ventilarse simplemente a través del conducto 1 1 (en el costo de recuperación de producto reducida). Aguas arriba de la unidad de membrana opcional 7 un tanque de sobrecarga opcional 10 puede utilizarse para suavizar las oscilaciones del gas de desperdicio PSA a la unidad de membrana. Una porción del gas de desperdicio que contiene helio que entra al tanque de sobrecarga (aguas arriba de la membrana) puede ventilarse a través del conducto 1 1 para equilibrar la cantidad de impurezas en el sistema total con las impurezas que vienen del horno. Ya que el gas de desperdicio del sistema PSA 6 va a través del tanque de sobrecarga 10, entonces la membrana 7, de nuevo al lado de succión del compresor 4, el PSA concentrará las impurezas de 10 a 10,000 veces más de lo que fueron cuando salen de la aplicación 1. (por ejemplo, si la aplicación reduce la pureza de gas He de 99.999% mol debajo de 99.0% mol, PSA puede purificar el gas contaminado para producir el gas de producto de He de 99.999% mol). De esta manera, la cantidad de helio descartada en el proceso inventivo es relativamente pequeño, y se logra alta recuperación de helio (por ejemplo, mayor a 90%, preferentemente mayor a 95%). El sistema PSA 6 utiliza un procesos de absorción oscilante de presión para purificare el gas de alimentación de helio contaminado para producir un producto de pureza elevada. Las impurezas se absorben del gas de alimentación a la presión del gas de alimentación y después se desabsorben a una presión inferior. El proceso de absorción preferido utiliza cuatro cojinetes absorbedores (A-D) y proporciona un flujo de producto continuo. El proceso opera en un ciclo repetido que tiene dos etapas básicas que comprenden absorción y regeneración. Durante un ciclo preferido, un recipiente siempre está absorbiendo mientras que los otros se encuentran en diversas etapas de regeneración. Durante la etapa de absorción, las impurezas se absorben por el absorbente, produciendo así un producto de pureza elevada. Durante la etapa de regeneración, las impurezas se limpian del absorbente de manera que el ciclo (absorción/regeneración) puede repetirse. El gas de escape/desperdicio de PSA 6, obtenido durante la regeneración de los lechos PSA, puede enviarse a la unidad de membrana 7 para el retiro de impurezas en volumen y para mejorar la recuperación como se describe arriba. De esta manera, la alimentación al sistema de reciclaje consiste del gas de helio utilizado de la unidad de aplicación y el gas de reciclaje de membrana de helio enriquecido, y/o en algunos casos (en donde ninguna membrana se utiliza) el gas de desperdicio del PSA. Aunque un proceso PSA de cuatro lechos que contiene cuatro capas de absorbentes se prefiere, más o menos de cuatro lechos y más o menos de cuatro absorbentes podrían utilizarse fácilmente sin desviarse del alcance de esta invención.

La figura 2 muestra el orden de cuatro capas en un lecho absorbente del proceso PSA, con el extremo de alimentación encontrándose en la parte inferior del lecho. La cuarta capa es opcional, pero más preferida para la invención según se requiera para el retiro adicional de contaminante(s). Para el propósito de esta descripción, la capa más arriba es aquella que se encuentra más próxima al extremo de descarga del lecho absorbedor. En el modo preferido de operación, cuatro absorbentes, colocados en cuatro capas, se utilizan en el proceso PSA. Refiriéndose a la figura 2, la capa 1 es un absorbente para remover agua y dióxido de carbono. Un absorbente preferido es alumina, aunque otros absorbentes con selección preferencial para agua y/o dióxido de carbono puede utilizarse. La cantidad de este absorbente es típicamente menor a 5% del volumen de lecho total, aunque esto dependería de la cantidad de agua y/o dióxido de carbono en la alimentación, así como también las condiciones de operación (por ejemplo, presiones) del absorbedor. La determinación de la cantidad apropiada se encuentra bien dentro de la experiencia del experto en la materia. La capa 2 se utiliza pare remover CO, CH4, C02 residual, y algo o todo el nitrógeno. El carbono activado que tiene una densidad en volumen de 25-45 lb/ft3 se prefiere para esta capa, aunque otros absorbentes con selección preferencial para CO, CH4, C02 residual, y algo o todo el nitrógeno puede utilizarse. La cantidad de este absorbente es típicamente en el orden de 40-70% del volumen de lecho total, aunque esto dependería de la cantidad de CO, CH4, C02 residual, y nitrógeno en la alimentación, así como también las condiciones de operación (por ejemplo, presiones) del absorbedor. La determinación de la cantidad apropiada se encuentra bien dentro de la experiencia del experto en la materia. La capa 3 se utiliza para remover N2 residual y algo o todo 02 en el gas de alimentación. Los absorbentes para esta capa son preferentemente VSA6 o zeolitas CaX altamente intercambiadas (>90%) que tiene una proporción de sílice a alumina de 2.0 a 2.5. Otras zeolitas tales como zeolita LiX, H 15 y 5A también pueden utilizarse. La cantidad de este absorbente es típicamente en el orden de 10-40% del volumen de lecho total, aunque esto dependería de la cantidad de nitrógeno y oxígeno en la alimentación, así como también las condiciones de operación (por ejemplo, presiones) del absorbedor. La determinación de la cantidad apropiada se encuentra bien dentro de la experiencia del experto en la materia. La capa opcional 4 es un Co{(Me2Ac2H2maldmen} (4-PyOLi) absorbente, selectivo de equilibrio de oxígeno (referido en la presente como ??-3") que se utiliza para el retiro de oxígeno residual en la corriente. La cantidad de este absorbente es típicamente en el orden de 5% del volumen de lecho total, aunque esto dependería de la cantidad de oxígeno en la alimentación, así como también las condiciones de operación (por ejemplo, presiones) del absorbedor. La determinación de la cantidad apropiada se encuentra bien dentro de la experiencia del experto en la materia. Los isotermos de absorción para las impurezas de arriba en los cuatro absorbentes se muestran en las figuras 3-7.

Los absorbentes selectivos de oxígeno (IA-3) corresponden a compuestos de coordinación de cobalto (II) que comprenden un centro de cobalto (II) y cinco donadores de base Lewis que forman enlaces químicos con el centro de cobalto (II). IA-3 es un sistema de dos componentes con cuatro donadores de base Lewis proporcionados por una sola entidad molecular (ligando quelante), y el quinto donador Lewis proporcionado por una segunda entidad. Los dos componentes se seleccionan para organizar la estructura y asegurar que los sitios de unión accesibles existen para la sorbción reversible de oxígeno. Otros absorbentes selectivos de oxígeno (por ejemplo, IC2) podría utilizarse en lugar de IA-3 en cada absorbedor del proceso PSA. El compuesto designado como IC2, abreviado como Co^.S-diBu^al/ÍEtO) (C02Et)Hmal-DAP) es el compuesto de cobalto (I I) del dianión de un ligando quelante preparado formalmente por la condensación 1 : 1 de etoxi-dietilmalonato de metileno y 3,4-diaminopiridina, seguido por condensación de base schiff de 3,5-di-tert-butilsalicilaldehído. Otros TEC's preferidos incluyen Co{( e2Ac2H2malen} (4-PyOLi) y Co{Me2Ac2H2maltmen} (4-PyOL¡). Estos TECs, junto con IA-3 se describen en la Patente de E. U. comúnmente asignada 6, 183, 709 y en solicitudes comúnmente asignadas co-pendientes de E.U. S/N 09/458,066 (Zhang et al. , ) y S/N 09/725,845 (Zhang et el.). Cualquier carbono activado que tiene densidad en volumen en el rango de 25-45 lb/ft3 también podría utilizarse en el proceso PSA de esta invención . Además, varias zeolitas de intercambio de ión podría utilizarse en el proceso PSA de esta invención. Ejemplos incluyen zeolitas que tienen proporción de sílice a aluminio en el rango de 2.0 a 2.5 y con alto contenido de intercambio de ion (por ejemplo, >80%, preferentemente >90%). Tales zeolitas incluyen zeolitas CaX, Na-Y, Zn-X, Li-X, 13X y 5A altamente intercambiadas con proporciones de sílice a alumina de 2.0-2.5. También, la capa de zeolita/zona de cada lecho podría reemplazarse con múltiples capas de diferentes absorbentes. Por ejemplo, la capa de zeolita podría substituirse por una capa absorbente compuesta que contiene diferentes materiales absorbentes colocados en zonas separadas en las cuales las condiciones de temperatura favorecen el desempeño de absorción del material absorbente particular bajo condiciones de procesamiento aplicables en cada zona. Detalles adicionales en el diseño de capa absorbente compuesta se da por Notaro et al., Pat. de E.U. #5,674,31 1 . La Tabla 1 muestra la composición de gas de alimentación PSA cuando la unidad de aplicación de helio es una unidad de atomización de metal y una unidad de membrana se utiliza aguas debajo de PSA para reciclar el gas de desperdicio PSA de regreso al proceso PSA. Tabla 1 : Especificaciones de gas de producto y alimentación de PSA típico utilizando un proceso de recuperación de helio con una aplicación de atomización de metal El sistema de recuperación de helio inventivo utilizando un PSA que tiene al menos tres capas de absorbentes en cada absorbedor como se describe arriba, más procesos de gas de alimentación por peso de unidad de absorbente en una proporción P/F dada (purga a alimentación) que otros sistemas PSA de la técnica anterior. Esto se debe a que otros sistemas de la técnica anterior utilizaron múltiples unidades PSA o lechos más absorbentes en PSA (ver, por ejemplo, Stoner ef al., y D'Amico et al citado arriba). El sistema inventivo ofrece desempeño superior a la técnica anterior como los absorbentes utilizados tienen cargas diferenciales más elevadas que los absorbentes (típicamente 5A) utilizados en los sistemas de la técnica anterior. Esto se ilustra en las figuras 3-7 que comparan los isotermos para absorbentes utilizados en la presente invención con isotermos para los materiales de la técnica anterior. Dada esta eficiencia, la cantidad de absorbente requerida (por ejemplo, el factor de tamaño de lecho) se reduce por un factor de 25-50% en comparación con los procesos de la técnica anterior. Esta reducción en factor de tamaño de lecho resulta en volúmenes al vacío más pequeños. Consecuentemente, menos helio se pierde durante la regeneración del lecho, y se logra mayor recuperación de helio. El uso preferido de una capa adicional de zeolita CaX o VSA6 absorbente aguas arriba de una capa selectiva de oxígeno resulta en recuperación de helio mejorada , adicional relativa al carbono activado utilizado en el proceso de recuperación de helio de la técnica anterior arriba mencionada. Esto se debe a que la capacidad de trabajo de N2 más elevada de zeolita CaX o VSA6 en la capa aguas arriba, y la capacidad de trabajo 02 en la capa aguas debajo de cada lecho da IA-3 y VSA6 o CaX absorbentes de desempeño superior sobre el absorbente a base de carbono utilizado en los procesos PSA de la técnica anterior utilizando carbono activado y 5A (H-15) para recuperación de helio. La recuperación incrementada del proceso PSA resulta en una reducción en la cantidad de gas de desperdicio PSA que se recicla a la membrana y por último de nuevo a la alimentación PSA. Además, debido a que la reducción en la cantidad del gas de reciclaje, el consumo de energía y costo de operación del compresor de reciclaje se reducen significativamente en el proceso de recuperación de helio inventivo. La invención se describirá además con referencia al proceso PSA de cuatro lechos mostrado en la figura 8. La unidad de membrana utilizada en el proceso de recuperación de helio se documenta extensivamente en la técnica anterior arriba mencionada (ver, por ejemplo, Patente de E. U. 5,632,803). La figura 8 muestra cuatro lechos absorbentes (B1 , B2, B3 y B4) y válvulas asociadas y conductos que se utilizarán para ilustrar el desempeño de PSA mejorado de esta invención. Refiriéndose ahora a la figura 8, el proceso PSA utilizado en la unidad de recuperación de helio se describe sobre un ciclo PSA completo, y la interrupción de la válvula PSA y pasos se dan en las Tablas 2 y 3, respectivamente. Las válvulas PV son válvulas posicionales que controlan el flujo de gas en los conductos en una manera bien conocida en la materia. La etapa 1 (AD1 ): Lecho 1 (B1 ) se encuentra en el primero paso de absorción (AD1 ), mientras que el Lecho 2 (B2) se encuentra experimentado soplado descendente contracorriente (BD), Lecho 3 (B3) se encuentra experimentado la primer etapa de caída de ecualización (EQ1 DN), y el lecho 4 (B4) se encuentra experimentado la segunda etapa de elevación de ecualización de presión (EQ2UP). Etapa 2 (AD2): Lecho 1 se encuentra en la segunda etapa de absorción (AD2) y también se encuentra suministrando el gas de producto al lecho 4 que se encuentra experimentado la primer etapa de presurización de producto (PP1 ). Durante el mismo tiempo, los lechos 2, 3 y 4 se encuentran experimentado purga, depresurización concurrente y primer presurización de producto, respectivamente. Etapa 3 (AD3): Lecho 1 se encuentra en la tercer etapa de absorción (AD3), y también se encuentra suministrando gas de producto al Lecho 4 que se encuentra experimentado la segunda etapa de presurización de producto (PP2). Durante el mismo periodo de tiempo, los lechos 2, 3 y 4 se encuentran experimentado la primer etapa de elevación de ecualización (EQ1 UP), segunda caída de ecualización (EQ2DN), y segunda etapa de presurización de producto (PP2), respectivamente. Etapa 4 (EQ1 DN): Lecho 1 se encuentra experimentado la primer etapa de caída de ecualización (EQ1 DN), mientras que el lecho 2 recibe el gas del lecho 1 y se encuentra experimentado la segunda etapa de elevación de ecualización (EQ2UP). Los lechos 3 y 4 se encuentran ahora experimentado soplado descendente (BD) y la primer etapa de absorción, (PP 1 ), respectivamente. Etapa 5 (PPG): Lecho 1 se encuentra experimentado la etapa de depresurización concurrente para proporcionar gas de purga (PPG) al lecho 3, mientras que los lechos 2 y 4 se encuentran experimentado la primer presurización de producto (PP1 ) y la segunda etapa de absorción (AD2), respectivamente. Etapa 6 (EQ2DN): Lecho 1 experimenta una segunda etapa de caída de ecualizacíón (EQ2DN) al enviar gas de ecualizacíón a baja presión al lecho 3 que se encuentra experimentado la prime etapa de elevación de ecualizacíón (EQ1 UP). Los lechos 2 y 4 se encuentran experimentado la segunda etapa de presurización de producto (PP2) y tercera de absorción, respectivamente. Etapa 7 (BD). Los lechos 1 y 3 experimentan el soplado descendente contracorriente (BD) y la primer etapa de absorción (AD1 ), respectivamente. Durante este tiempo, los lechos 3 y 4 se encuentran experimentado ecualizacíón de lecho a lecho, es decir, los lechos 3 y 4 se encuentran experimentando la segunda etapa de elevación de ecualizacíón (Eq2UP) y la primera de caída de ecualizacíón (EQ1 DN), respectivamente. Etapa 8 (PG): Lecho 1 se encuentra ahora recibiendo gas de purga (PG) de lecho 4, y los lechos 2 y 3 se encuentran experimentado la segunda etapa de absorción y la primer etapa de presurización de producto (PP1 ), respectivamente. Etapa 9 (EQ1 UP): Lecho 1 se encuentra experimentando la primer etapa de ecualizacíón (EQ1 UP) al recibir gas de ecualizacíón de baja presión del lecho 4 que se encuentra experimentando la segunda etapa de caída de ecualizacíón (EQ2DN). Durante el mismo tiempo, los lechos 2 y 3 se encuentran experimentado la tercer etapa de absorción (AD3) y la segunda presurización de producto (PP2), respectivamente. Etapa 10 (EQ2UP): Lecho 1 se encuentra experimentado la segunda etapa de elevación de ecualizacion (EQ2UP) al recibir gas de ecualizacion de presión elevada del lecho 2 que se encuentra experimentado la primer etapa de caída de ecualizacion (EQ1 DN). Durante el mismo tiempo, los lechos 3 y 4 se encuentran experimentado la primer etapa de absorción (AD1 ) y la etapa de soplado descendente contracorriente, respectivamente. Etapa 1 1 (PP1 ): Lecho 1 se encuentra recibiendo el primer gas de presurización de producto (PP1 ) del lecho 3 que también se encuentra en la segunda etapa de absorción (AD2), mientras que el lecho 2 se encuentra experimentado la etapa de depresurización concurrente para proporcionar gas de purga (PPG) al lecho 4. Etapa 12 (PP2): Lecho 1 se encuentra recibiendo el segundo gas de presurización de producto (PP2) del lecho 3 que también se encuentra en la tercer etapa de absorción (AD3). Durante el mismo tiempo, el lecho 2 experimenta una segunda etapa de caída de ecualizacion (EQ2DN) al enviar gas de ecualización de baja presión al lecho 4 que se encuentra experimentando la primer etapa de elevación de ecualización (EQ1 UP). La lógica de interrupción de la válvula para el proceso PSA de cuatro lechos de la figura 8 se muestra en la Tabla 2, y la duración de cada etapa en el ciclo PSA como se muestra en la Tabla 3. Sin embargo, debe observarse que el ciclo PSA de doce pasos se utiliza solamente para ilustrar el desempeño del proceso PSA mejorado logrado al reemplazar absorbentes de carbono utilizados en la anterior con un orden en capas de absorbentes para remover varias clases de impurezas. Además, las capas superiores (Capas 3 & 4) se utilizan principalmente para el retiro de nivel indicador de impurezas, mientras que, las capas aguas arriba (alumina y carbonos activados) se utilizan para el retiro de impurezas en volumen. Además, otros ciclos PSA también pueden utilizarse para mostrar el desempeño del proceso PSA mejorado sin desviarse del alcance de esta invención. Observar a partir de las Tablas 2 y 3 que los cuatro lechos operan en paralelo, y durante ¼ del tiempo de ciclo total uno de los lechos se encuentra en la etapa de absorción, mientras que los otros lechos se encuentran ya sea experimentando ecualización de presión, purga soplado descendente, o presurización del producto.

Tabla 2: Interrupción de la Válvula PSA H2 de cuatro lechos (O = ABIERTA, C = CERRADA) Tabla 3. Intervalo de Tiempo y Secuencia en Etapas del Ciclo PSA Número de Intervalo de LECHO #1 LECHO #2 LECHO #3 LECHO #4 etapa tiempo 1 0-12 AD1 BD EQ1DN EQ2UP 2 12-30 AD1/PP PG PPG PP1 3 30-42 AD3/PP2 EQ1UP EQ2DN PP2 4 42-54 EQ1DN EQ2UP BD AD1 5 54-72 PPG PP1 PG AD2/PP1 6 72-84 EQ2DN PP2 EQ1UP AD3/PP2 7 84-96 BD AD1 EQ2UP EQ1DN 8 96-114 PG AD2/PP1 PP1 PPG 9 114-126 EQ1UP AD3/992 PP2 EQ2DN 10 126-138 EQ2UP EQ1DN AD1 BQ 11 138-156 PP1 PPG AD2/PP1 PG 12 156-168 PP2 EQ2DN AD3/PP2 EQ1UP AD1 = Primer etapa de absorción AD2/PP1 = Segunda etapa de absorción/primer presurización de producto AD3/PP2 = Tercer etapa de absorción/segunda presurización de producto EQ1 DN = Primer ecüalización descendente PPG = Proporcionar gas de purga EQ2DN = Segunda ecüalización descendente BD = Soplado descendente PG = PURGA EQ1 UP = Primer ecüalización ascendente EQ2UP = Segunda ecüalización ascendente PP1 = Primer presurización de producto PP2 = Segunda presurización de producto Los datos presentados abajo ilustran los beneficios del sistema/proceso inventivo. Observamos que mientras ambos ejemplos se encuentran dentro del alcance de la invención, el ejemplo en la Tabla 4 ilustra una modalidad más preferida. La Tabla 4 da un ejemplo de las condiciones de operación y el desempeño del proceso PSA utilizando cuatro capas de absorbentes (como se describe arriba con referencia a la figura 2) (alumina, carbono activado, zeolita, e IA-3) en cada absorbedor y siguiendo el proceso PSA de cuatro lechos descrito arriba con referencia a la figura 8. En este ejemplo no limitante, la primer capa es alumina, la segunda capa es carbono activado, la tercer capa es zeolita VSA6, y la cuarta capa es IA-3. La Tabla 5 muestra una modalidad alterna del caso inventivo utilizando tres capas absorbentes (alumina, carbono activado, y zeolita) y las mismas condiciones de operación del proceso PSA como se utilizan para el ejemplo en la Tabla 4. Para comparar las Tablas 4&5, una reducción significativa en factor de tamaño de lecho total y recuperación elevada de helio para el caso utilizando IA-3 (Tabla 4) se realizan relativo al caso que no utiliza IA-3 (Tabla 5). En las tablas, los símbolos tienen el siguiente significado: TPD = ton (2000 Ib) por día de helio, kPa = 1000 Pa = S. l. unidad para presión (1 .0 atm. = 101 .323 kPa), s = unidad de tiempo en segundos. También, en las tablas, el absorbente selectivo de equilibrio de nitrógeno es VSA6, y el absorbente selectivo de equilibrio de oxígeno tal como IA3. Los resultados mostrados en las tablas corresponden a los casos en donde gas de desperdicio PSA, obtenido durante las etapas de regeneración del ciclo PSA, se alimenta a una unidad de membrana como se describe arriba. El permeado de la unidad de membrana se recicla de regreso a la alimentación PSA. De esta manera, la alimentación PSA es una combinación del gas de escape que la aplicación que utiliza helio y el gas de reciclaje de la unidad de membrana. También, una unidad de retiro de hidrógeno se coloca en el extremo aguas arriba del proceso PSA. Tabla 4 Los resultados mostrados abajo se obtienen de resultados de simulación de PSA utilizando una mezcla de alimentación de: 96.037% He, 0.263% C02, 0.20% H20, 1 .0% Oz y 2.5% N2. También, en la tabla, el factor de tamaño de lecho total es la cantidad total de absorbentes por ton por día de He producido.

Tiempo(s) de ciclo 168 Absorbente en la primer capa de lecho Alumina Cantidad de alumina (Ib/TDP He): 3.2437 x 102 Absorbente en la segunda capa de lecho: carbono activado Cantidad de carbono activado (Ib/TPD He): 6.3568 x 102 Absorbente en la tercer capa de lecho: VSA 6 Cantidad de zeolita VSA6 (Ib/TPD He): 8.727 x 102 Absorbente en la cuarta capa de lecho: IA-3 Cantidad de IA-3 (Ib/TPD He): 1 .164 x 1 02 Presión elevada: 1 .312 x 103 kPa Presión baja: 1 .05 x 102 kPa Flujo de alimentación: 2.9027 x 10"2 kmol/s.2 Pureza de hidrógeno: >99.999% PSA por recuperación de helio paso: 72% PSA/recuperación de helio de membrana: >98% Factor de tamaño de lecho total (Ib/TPD He): 1 .9492 x 1 03 Temperatura: 316K Tabla 5 Los resultados mostrados abajo se obtienen de resultados de simulación de PSA utilizando una mezcla de alimentación de: 96.037% He, 0.263% C02, 0.20% H20, 1 .0% 02 y 2.5% N2. También, en la tabla, el factor de tamaño total es la cantidad total de absorbentes por ton por día de He producido. Tiempo(s) de ciclo 168 Absorbente en la primer capa de lecho Alumina Cantidad de alumina (Ib/TDP He): 3.2437 x 102 Absorbente en la segunda capa de lecho: carbono activado Cantidad de carbono activado (Ib/TPD He): 6.3568 x 102 Absorbente en la tercer capa de lecho: VSA 6 Cantidad de zeolita VSA6 (Ib/TPD He): 1 .3963 x 103 Absorbente en la cuarta capa de lecho: ninguno Cantidad de IA-3 (Ib/TPD He): 0.0 Presión elevada: 1 .312 x 103 kPa Presión baja: 1 .05 x 102 kPa Flujo de alimentación: 2.9027 x 10"2 kmol/s.2 Pureza de hidrógeno: >99.999% PSA por recuperación de helio paso: 60% PSA/recuperación de helio de membrana: >95% Factor de tamaño de lecho total (Ib/TPD He): 2.3564 x 103 Temperatura: 316K Una modalidad alternativa se describirá con referencia a la figura 9. Gas de helio (típicamente teniendo una pureza de 99.999%» mol) se suministra a una aplicación 6 de un tanque de balasto de producto 8 a través del conducto 8a. Al inicio, el gas se suministra al tanque de balasto 8 a través del conducto 9b de la fuente 9. La aplicación introducirá cantidades variables de impurezas de corriente en el helio. Este helio contaminado (por ejemplo, teniendo una pureza de 99%) se remueve de la aplicación como una corriente de gas "utilizada". El gas de uso dirigido a través de un sistema de retiro de hidrógeno opcional, si es necesario (este sistema de retiro de hidrógeno se ilustra en la figura 1 ). El gas se recolecta entonces por el compresor de alimentación PSA 4 y recicla al sistema de recuperación (incluyendo al menos PSA 6) a través del conducto 4a para limpieza antes de que se avance al tanque de balasto de producto 8 para reutilizarse. Algo del gas utilizado reclamado de la aplicación es demasiado rico en impurezas para el sistema de reciclaje para manejar, debe por lo tanto ventilarse como desperdicio a través del conducto 100 preferentemente reciclado. El gas perdido en esta etapa de ventilación se reemplaza con helio de una fuente 9 a través del conducto 9a. Periódicamente, los lechos absorbentes PSA necesitarán regenerarse. Este proceso de regeneración crea una corriente de desperdicio rica en helio. Para efectuar mayor recuperación, la corriente de desperdicio PSA se recicla a través del conducto 6b y el tanque de oleaje opcional 10, directamente de regreso al compresor de alimentación PSA 4 a través de la línea 500 cuando el nivel de impureza es bajo. El reciclaje del gas de desperdicio PSA causa que las concentraciones de impureza en esta corriente de reciclaje se acumulen sobre ciclos sucesivos. En algún punto estas impurezas alcanzarán una concentración que excederá la capacidad de los recipientes absorbedores PSA. Un analizador monitorea la corriente de desperdicio para este límite superior en la posición A en la figura 9. Cuando el punto fijo superior alcanza la mayoría de la corriente de gas de desperdicio PSA se redirige a través de la línea 10a al compresor 200, después a la membrana 7. La membrana rechaza rápidamente las impurezas de corriente de desperdicio PSA a través de la línea 300, enriqueciendo la corriente de desperdicio reciclada 400 en helio. Cuando el analizador en la posición A indica que el punto fijo de impureza inferior se ha alcanzado, la capacidad de compresor de membrana alcanzada se reduce y la mayoría de la corriente de gas de desperdicio PSA se dirige de nuevo a través de la línea 500 y otros conductos al lado de succión del compresor de alimentación PSA 4. El sistema está en paz con la demanda de aplicación al monitorear la presión de succión del compresor de alimentación PSA en la posición B. Las velocidades de uso de aplicación elevada conducen a cantidades más elevadas de helio utilizado en la entrada del compresor PSA. Esto resulta en una presión de entrada más elevada. La presión de entrada más elevada causará que el compresor incremente la capacidad en un esfuerzo por reducir la presión de entrada. Esto genera helio adicional para la aplicación. La presión de succión descendente sirve para reducir la capacidad del compresor, teniendo así el efecto opuesto en producto de helio disponible. Si se incrementa, el rendimiento del compresor no proporciona suficiente helio para mantener el punto fijo de presión de suministro de tanque de balasto, el sistema agregará automáticamente gas de elaboración (de la fuente 9) a la entrada del compresor de alimentación PSA a través de la línea 9a. La adición de gas servirá para incrementar la presión de entrada, causando así que el compresor incremente su capacidad, haciendo además disponible al producto para el tanque de balasto. La integridad del sistema se asegura al monitorear la pureza del producto a través de un analizador localizado en la posición C en la figura 1 .

El sistema de recuperación inventivo es capaz de procesar corrientes de gas de helio contaminadas de una o más aplicaciones. Por ejemplo, un proceso de recuperación puede operar con uno o más hornos. Sin embargo, para confiabilidad máxima el sistema de recuperación puede tener un sistema de recuperación independiente para cada aplicación con ataduras transversales entre los sistemas como se muestra en la figura 10. La(s) unidad(es) de membrana T y 7" pueden no ser necesarias cuando PSA por recuperación de paso es elevada (>90%). Sin embargo, cada vez que la recuperación del proceso PSA se considera demasiado bajo (por ejemplo, menos de 90%), entonces el uso de una unidad de membrana se prefiere para conservar más del 90% del gas (por ejemplo, helio). El sistema de recuperación de helio mostrado en la figura 10 tiene la flexibilidad de utilizar un sistema PSA para cada aplicación con ataduras transversales para permitir cualquier aplicación para utilizar cualquier PSA. Observar que debido a que los números de referencia se refieren a componentes similares como en las figuras 1 y 9, se identifican como Y y 1 " (por ejemplo, para la aplicación). Los procesos de recuperación para cada sistema de aplicación/recuperación opera en esencialmente la misma manera que en las figuras 1 y/o 9, con la diferencia siendo aquella de una aplicación específica (1 ' o 1 ") no se requiere para operar junto con un sistema de recuperación específico (por ejemplo, PSA específico y/o membrana específica). Las aplicaciones y 1 " pueden operar ya sea bajo presión subambiente o positiva. El gas descargado de cada aplicación 1 , 1 " pasaría a través de conductos 1 a' y 1 a" a través de una bomba al vacío 3', 3" (si se encuentra bajo presión subambiente) a través de los conductos 3a' y 3a" y una o más válvulas de control 32', 32" a través de uno o más conductos 32a al lado de succión de un compresor 4', 4" y/o 4"'. El compresor tendría un ciclo de desviación de manera que el número de solicitudes reducidas por las válvulas de desviación (por ejemplo, 32', 32". 33'. 33", 33"', 34', 34" y 35', 35") para que el compresor se abra para mantener una descarga compresora constante. De esta manera, si solamente la aplicación 1 ' se utiliza y solamente el compresor 4' se utiliza, las válvulas 32' y 32" se cerrarían y 35' se abriría. Además, dependiendo que unidad de PSA (6' o 6") se utiliza, una o más válvulas 34' o 34" se abriría para el flujo de gas a través de los conductos 33a', 33a", 34a" o 33a'" dependiendo del ciclo de proceso de reciclaje deseado. El gas se pasa del(los) compresor(es) de reciclaje (4', 4", 4"') a uno o más sistemas de retiro de hidrógeno opcional 5' y 5", si es necesario, y uno o más de los purificadores PSA 6' y 6" como se describe arriba. El gas de helio purificado se regresa a través de los conductos 6a' y/o 6a", tanques de balasto 8' y/o 8" y conductos 8a' y/o 8a" a las aplicaciones 1 ' y/o 1 ". El gas de desperdicio se ventila parcialmente a través de los conductos 1 1 ' y 1 1 " (si es aplicable) con el equilibrio pasando a través de las líneas 6b' y/o 6b" a través de los tanques de oleaje opcional 10' y 1 0" a unidades de membrana opcionales 7' y 7" si es aplicable. El refinado agotado de helio se remueve de la membrana a través de los conductos 300' y/o 300". El gas enriquecido con helio de la membrana se recicla a través de las líneas 400' y/o 400" a través de uno o más compresores 4', 4" y/o 4"' de nuevo a la unidad de absorción (6\ 6"). Observamos que el suministro 9" puede utilizarse como una fuente del gas de alimentación original para la aplicación (a través de las líneas 9b' y/o 9b") y válvula abierta 37) en la misma manera como en las figuras 1 y/o 9; y o como gas de elaboración para reemplazar el gas perdido en el proceso (por ejemplo, a través de ventilación) a través de las líneas 9a" en una manera similar a las figuras 1 y/o 9. Aunque el proceso PSA anterior se trata en relación con la recuperación de helio, las características clave arribas mencionadas también podrían extenderse a otros procesos de separación, por ejemplo, recuperación de gas noble, producción de H2 y C02 de gas de síntesis u otras fuentes que contienen H2 y C02 en la alimentación, o en otros procesos PSA para coproducción de H2 y CO. El proceso de recuperación de helio nuevo es capaz de remover contaminantes de aire, hidrógeno y particulado de varias aplicaciones. El sistema de recuperación es único debido a que el hidrógeno en la corriente de reciclaje se mantiene a un mínimo al operar el lecho catalizador en la unidad de retiro de hidrógeno con oxígeno en exceso. Las operaciones de unidad adicionales pueden incluirse en la unidad de recuperación cuando sea necesario remover otros contaminantes, por ejemplo, metales, y sales de metal de helio gastado/utilizado que sale de algunas aplicaciones, por ejemplo, un horno de atomización que produce polvos. Tales operaciones (por ejemplo, el uso de filtros o alojamientos de bolsa) se conocen bien por aquellos expertos en la materia. También, en los procesos híbridos de la técnica anterior (por ejemplo, PSA & membrana), el reciclaje de la corriente de gas de desperdicio de PSA a la membrana ocurre intermitentemente en base a la composición del gas de desperdicio obtenido durante la regeneración de los lechos PSA. Sin embargo, en la presente invención (con referencia a las figuras 1 y/o 9), una fracción del helio que entra al tanque de oleaje 10 (aguas arriba de la membrana y aguas abajo del extremo de desperdicio PSA) puede ventilarse continuamente para equilibrar la cantidad de impurezas en el sistema total con las impurezas viniendo de la aplicación de helio. Ya que el gas de desperdicio de PSA 6 va a través del tanque de oleaje 10, entonces la membrana 7, después de regreso al lado de succión del compresor de reciclaje 4; PSA concentrará las impurezas de 10 a 10,000 veces más que lo que entra de la aplicación 1 . De esta manera, la cantidad de helio descartada a través de la línea 1 1 , 12 puede ser relativamente pequeña, y la recuperación de helio elevada (por ejemplo, mayor a 90 a 95%) se logra. Aunque la invención se ha descrito con referencia a las modalidades específicas como ejemplos, se apreciará que se propone cubrir todas las modificaciones y equivalentes. El término "que comprende" se utiliza en la presente como significando "incluyendo pero no limitándose a", es decir, como específico de la presencia de características establecidas, números enteros, etapas o componentes como se requiere en las reivindicaciones, pero no previniendo la presencia o adición de una o más otras características, números entero, pasos, componentes o grupos de los mismos. Las características específicas de la invención se muestran en uno o más de los dibujos para conveniencia solamente, ya que cada característica puede combinarse con otras características de acuerdo con la invención. Las modalidades alternativas se reconocerán por aquellos expertos en la materia y se proponen para incluirse dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES 1 . Un sistema de recuperación de gas que comprende una fuente de gas que tiene una concentración preseleccionada de un componente deseado (9), al menos una aplicación (1 ) que agrega impurezas a dicho gas, y al menos un sistema de absorción (6) que purifica dicho gas para producir un gas purificado para reutilizarse en aplicación (1 ), en donde dicho al menos un sistema de absorción incluye al menos un lecho absorbente (A) que tiene al menos tres capas de absorbentes. 2. El sistema de recuperación de gas según la reivindicación 1 , caracterizado porque la primer capa de absorbente comprende un absorbente selectivo para uno o más de agua y dióxido de carbono, la segunda capa de absorbente comprende un absorbente selectivo para uno o más de CO, CH4, dióxido de carbono y nitrógeno, y la tercer capa de absorbente comprende un absorbente selectivo para uno o más de nitrógeno y oxígeno. 3. El sistema de recuperación de gas según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho lecho absorbente comprende además una capa de un absorbente selectivo de oxígeno. 4. El sistema de recuperación de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1 -3, caracterizado porque dicha primer capa absorbente comprende alumina, dicha segunda capa absorbente comprende carbono activado y dicha tercer capa absorbente comprende una zeolíta. 5. El sistema de recuperación de gas según la reivindicación 3, caracterizado porque dicho absorbente selectivo de oxígeno es IA-3. 6. El sistema de recuperación de gas según la reivindicación 4, caracterizado porque dicha zeolita se selecciona del grupo que consiste de zeolita VSA6, CaX que tiene más del 90% de intercambio de Ca, LiX, H-15 y 5A. 7. El sistema de recuperación de gas según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho carbono activado tiene una densidad en volumen de 25 libras/pie3 a 45 libras/pie3. 8. El sistema de recuperación de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1 -7, caracterizado porque dicho sistema comprende además al menos una membrana (7) para purificar una corriente de desperdicio que contiene el componente deseado que se produce de dicho al menos un sistema de absorción (6). 9. El sistema de recuperación de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1 -7, caracterizado porque dicho al menos un sistema de absorción (6) incluye cuatro lechos absorbentes (A-D). 10. El sistema de recuperación de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1 -7, caracterizado porque dicho componente se selecciona del grupo que consiste de los gases nobles. 1 1. El sistema de recuperación de gas según cualquiera de las reivindicaciones 1 -7, caracterizado porque dicho componente deseado es helio, y dicha concentración preseleccionada es 99.999% mol. 12. Un proceso de recuperación de gas que comprende las etapas de a) proporcionar gas que tiene una concentración preseleccionada de un componente deseado a una aplicación (1 ), b) agregar impurezas a dicho gas en dicha aplicación (1 ) para producir un gas impuro que tiene una concentración inferior de dicho componente deseado; c) pasar dicho gas impuro a un sistema de absorción (6) que purifica dicho gas para producir un gas purificado que tiene dicha concentración preseleccionada de dicho componente deseado para reutilizarse en ia aplicación (1 ), en donde dicho sistema de absorción incluye al menos un lecho absorbente (A) que tiene al menos tres capas absorbentes. 13. El proceso de recuperación de gas según la reivindicación 12, caracterizado porque dicho sistema de absorción produce un gas de desperdicio que tiene una segunda concentración de dicho componente deseado que es inferior a dicha concentración preseleccionada, y en donde dicho gas de desperdicio se recircula a través de dicho sistema de absorción para purificación, y en donde dicho gas recirculado purificado se proporciona a dicha aplicación. 14. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 12-13, caracterizado porque dicho sistema de absorción produce un gas de desperdicio que contiene dicho componente deseado, y en donde dicho gas de desperdicio se dirige a un sistema de membrana (7) que produce un gas parcialmente purificado que tiene una concentración más elevada de dicho componente deseado que dicho gas de desperdicio, y en donde dicho gas parcialmente purificado se combina con dicho gas impuro antes de lo cual se pasa a través de dicho sistema de absorción para purificación. 15. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 12- 14, caracterizado porque dicho componente deseado es helio. 16. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 12- 15, caracterizado porque dicho sistema de absorción (6) comprende cuatro lechos (A-D). 17. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 12- 1 6, caracterizado porque la primer capa de absorbente comprende un absorbente selectivo para uno o más de agua y dióxido de carbono, la segunda capa de absorbente comprende un absorbente selectivo para uno o más de CO, CH4, dióxido de carbono y nitrógeno, y la tercer capa de absorbente comprende un absorbente selectivo para uno o más de nitrógeno y oxígeno. 18. El proceso según, cualquiera de las reivindicaciones 12- 17, caracterizado porque dicho lecho absorbente comprende además un absorbente selectivo de oxígeno. 1 9. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 12- 18, caracterizado porque dicha primer capa absorbente comprende alumina, dicha segunda capa absorbente comprende carbono activado y dicha tercer capa absorbente comprende una zeolita. 20. El proceso según la reivindicación 1 8, caracterizado porque dicho absorbente selectivo de oxígeno es IA-3. 21 . El proceso según la reivindicación 1 9, caracterizado porque dicha zeolita se selecciona del grupo que consiste de zeolita VSA6, CaX que tiene más de 90% de intercambio de CA, LiX, H-1 5 y 5A. 22. El proceso según la reivindicación 19, caracterizado porque dicho carbono activado tiene una densidad en volumen de 25 libras/pie3 a 45 libras/pie3.