BRPI1102632B1 - processo para regeneração de um adsorvedor ou absorvedor - Google Patents

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Abstract

PROCESSO PARA REGENERAÇÃO DE UM ADSORVEDOR OU ABSORVEDOR. A presente invenção refere-se a um processo para regeneração de um adsorvedor ou absorvedor a bordo de um submarino, onde o adsorvedor ou absorvedor está presente para fixação dos gases nocivos contidos no CO2 produzidos metabolicamente, no interior do submarino, e onde os gases nocivos contendo CO2 preparados metabolicamente são levados para fora de bordo por um compressor. De acordo com a invenção, a energia térmica para regeneração do adsorvedor ou absorvedor é gerada por combustão de uma fonte de energia contendo hidrocarboneto com oxigênio, sendo que pelo menos um produto da combustão é conduzido para fora de bordo por meio de um compressor, juntamente com os gases nocivos contendo CO2 produzidos metabolicamente.

Description

Descrição
[001] A presente invenção refere-se a um processo para regene ração de um adsorvedor ou absorvedor a bordo de um submarino.
[002] Submarinos, em geral, são equipados com adsorvedores ou absorvedores sólidos ou líquidos, com o fim de remover gases nocivos do ar da cabine. Gases nocivos aqui podem ser liberados no ar da cabine como produtos do metabolismo de pessoas, produtos de desprendimento de gases de materiais e processos, assim como de vazamentos de equipamentos.
[003] Dentre os produtos do metabolismo destaca-se em grande parte a fixação do CO2 expirado. Ao lado desses, são emitidas diversas substâncias orgânicas voláteis, VOC (volatile organic compounds) tanto de pessoas quanto também de materiais e processos.
[004] Enquanto que para submarinos com tempos de imersão curtos são empregados frequentemente conceitos de fixação não reversíveis, como por exemplo hidróxido de lítio ou cal de respiração para a fixação de CO2, e carvão ativo para a fixação de VOC, no caso de submarinos com tempos de imersão mais longos, tais como em submarinos impulsionados por energia nuclear ou em submarinos AIP (Air Independent Propulsion) (com propulsão independente a ar), são empregados processos de fixação regenerativos. Isto porque, desta forma, economiza-se agente de fixação e reduz-se, portanto, a necessidade de espaço para o armazenamento do agente de fixação. Essa vantagem, entretanto, por outro lado, é obtida ao custo de um maior consumo de energia necessária para a regeneração. Em submarinos nucleares, normalmente isto não representa nenhum problema. Para submarinos AIP todavia, a energia elétrica para a regeneração de sis- temas de agentes de fixação de gases nocivos é disponível de forma muito limitada.
[005] Processos de fixação regenerativos necessitam de energia elétrica, por exemplo, para um ventilador, um compressor de gás para expulsão para fora de bordo dos gases nocivos ou para os equipamentos de controle. Frequentemente é necessária energia para o aquecimento dos adsorventes e absorventes ou para a geração de vapor d'água para a regeneração. Esta pode ser energia elétrica, mas também energia térmica.
[006] São vantajosos aqui, para a geração de calor e de vapor d'água, submarinos com conceito de propulsão AIP, nos quais o calor residual recai no nível exigido e pode ser utilizado, como por exemplo, em submarinos com motor Stirling, motor Diesel fechado ou reformadores para células combustíveis.
[007] Para submarinos com células combustíveis e H2/O2 como combustível normalmente não é necessário nenhum reformador, e o calor residual das células combustíveis se situa em um nível demasiadamente baixo, para que pudesse fazer sentido aproveitá-lo. Para tais submarinos são, portanto, necessários novos conceitos, com o fim de cobrir a necessidade de energia térmica.
[008] Da DE 10 2006 048 716 B3 é conhecido um processo no qual H2 e O2, que de qualquer modo estão presentes a bordo para o funcionamento das células combustíveis, são queimados para produzir, com utilização do calor da reação, vapor d'água da água líquida para o processo de regeneração de sistemas de fixação de CO2. Uma outra variante prevê também a utilização do vapor d'água originado na reação de H2 e O2 para a regeneração. Nesta reação não é formado nenhum outro componente de gás de exaustão, como por exemplo CO2 ou CO.
[009] Esse processo conhecido, entretanto, apresenta a desvan- tagem de serem necessários grandes tanques para armazenamento do hidrogênio. Na maior parte são empregados aqui armazenadores de hidreto metálico, nos quais a densidade da carga fica abaixo de 3% em peso.
[0010] Da DE 690 02 112 T2 assim como da FR 2 552 160 A1 são conhecidas, respectivamente, máquinas térmicas a vapor para emprego em um submarino, nas quais, da queima de uma fonte de energia contendo hidrocarboneto com oxigênio em um processo em ciclo Stirling-Hirn, a água empregada como fluido de trabalho é transformada em vapor d'água superaquecido. Na DE 690 02 112 T2 o CO2 originado na combustão é armazenado em garrafas, que estão dispostas do lado de fora do casco do submarino, e que originalmente continham o oxigênio necessário para a combustão. Na FR 2 552 160 A1 o CO2 originado é levado para fora de bordo por meio de um compressor.
[0011] É tarefa da invenção assim, indicar um processo para rege neração de adsorventes/absorventes carregados com CO2 metabólico a bordo de submarinos, com o qual o volume de armazenamento da fonte de energia necessária para a regeneração pode ser essencialmente reduzido.
[0012] De acordo com a invenção, para a geração de energia tér mica é empregada uma fonte de energia contendo hidrocarboneto, em regra líquida, tal como, por exemplo, etanol, metanol, propano, butano etc. para a combustão com O2.
[0013] Além de vapor d'água, os gases originados da combustão desta fonte de energia de acordo com a invenção são postos para fora de bordo por meio de um compressor. Já que, para o sistema de fixação de CO2 regenerativo, está presente a bordo, via de regra, um compressor de CO2 para remoção do CO2 metabólico, esse compressor pode ser utilizado vantajosamente também para colocar para fora de bordo os gases de exaustão.
[0014] Para manter assim a quantidade de gás de exaustão para o compressor tão baixa quanto possível, pode ser previamente acionado um resfriamento do gás de exaustão com separação de condensado.
[0015] Basicamente a energia térmica gerada pela combustão po de ser empregada de duas maneiras diferentes: 1. O calor da combustão pode ser utilizado para a vaporização de água. O vapor d'água assim produzido é utilizado para regeneração do adsorvedor ou absorvedor.
[0016] Um emprego especial disto são os processos de regenera ção, nos quais o vapor d'água saturado ou superaquecido entre 80 - 150 oC é empregado para expulsão de gases nocivos do adsorvedor, como por exemplo na regeneração de adsorvedores de CO2 à base de amina sólida ou na regeneração de leitos de zeólito após a fixação do CO2 metabólico. Outros adsorvedores apropriados são resinas trocadoras de íons ou aminas sólidas para fixação de CO2, em particular os descritos na DE 198 30 470 C1. Além disso, o adsorvedor pode conter um zeólito para fixação de VOC ou um freon, em particular R 134 a. Todos os adsorvedores aqui mencionados também são apropriados para a regeneração por introdução de calor (vide abaixo em 2.).
[0017] Apenas a água líquida vaporização pelo calor da combus tão é utilizada para regeneração, enquanto os produtos da combustão (CO2. H2O e eventualmente outros subprodutos) são conduzidos separadamente e contornando os adsorvedores e absorvedores são conduzidos ao compressor, onde eles são conduzidos para fora de bordo. 2. O calor da combustão também pode ser empregado dire-tamente, isto é sem acionamento intermediário de vaporização de água, para regeneração do adsorvedor ou absorvedor. Aqui podem ser empregados em particular absorvedores na forma de uma amina líquida, por exemplo, monoetanolamina MEA.
[0018] A invenção tem a vantagem de que as fontes de energia contendo hidrocarboneto são armazenadas com uma maior densidade de carga e de energia, de modo que se produz um volume de armazenamento visivelmente menor do que no processo conhecido de combustão de H2/O2.
[0019] A invenção é particularmente apropriada para emprego em submarinos com conceitos de acionamento AIP, por exemplo, aqueles à base de células combustíveis.
[0020] A invenção é esclarecida por meio de exemplos de execu ção concretos. Eles mostram:
[0021] Figura 1 mostra uma primeira execução do processo de acordo com a invenção, sendo que a regeneração ocorre por meio de vapor d'água;
[0022] Figura 2 mostra uma outra execução do processo de acor do com a invenção, sendo que a regeneração ocorre por meio de introdução direta de calor em um adsorvedor sólido;
[0023] Figura 3 mostra uma outra execução do processo de acor do com a invenção, no qual a regeneração ocorre por meio de introdução direta de calor em um absorvedor líquido.
[0024] A figura 1 mostra uma primeira execução do processo de acordo com a invenção, no qual a regeneração do absorvedor ou do adsorvedor ocorre por meio de vapor d'água.
[0025] A geração do vapor d'água ocorre em uma câmara de combustão BK, dentro da qual se encontra uma caldeira de vapor DK com água líquida. A água é alimentada de fora pela tubulação 3. No armazenamento, a fonte de energia ET presente frequentemente na forma líquida é descomprimida ou é gaseificada, antes de fluir para a câmara de combustão BK. Oxigênio O2 também é introduzido na câmara de combustão BK. A caldeira de vapor DK também pode se encontrar fora da câmara de combustão BK.
[0026] O calor que é originado da reação de combustão é condu- zido para a caldeira de vapor DK, na qual a água líquida é vaporizada. O vapor de água originado é conduzido ao leito de adsorve- dor/absorvedor A para sua regeneração. O dessorbato, essencialmente CO2 metabólico, é conduzido a um compressor K, por meio da qual ele é conduzido para fora de bordo.
[0027] Os produtos da combustão, consistindo de CO2 , H2O e eventualmente outros subprodutos, deixam a câmara de combustão BK através da tubulação 1 e escoam através de um trocador de calor de gás/água WT, que resfria os gases de combustão e assim prea- quece a água a ser vaporizada, na tubulação 3. A vaporização da água pode dessa forma ser realizada em melhor rendimento técnico. O condensado que precipita dos gases de exaustão da combustão é removido pela tubulação 2. Pela tubulação 4 os gases de combustão, sem condensado removido, deixam o trocador de calor gás/água WT e são conduzidos para fora de bordo pelo mesmo compressor K, o qual expulsa o dessorbato (CO2 metabólico) para fora de bordo.
[0028] A figura 2 mostra uma outra modalidade do processo de acordo com a invenção. Nessa modalidade, a energia liberada pela combustão na câmara de combustão BK é utilizada diretamente para regeneração do adsorvedor/absorvedor A. Uma geração de vapor H2O para regeneração também não é necessária nessa execução. Estes adsorvedores/absorvedores tratam-se, por exemplo, de um sólido. Os gases de combustão são conduzidos a um trocador de calor WT, através do qual ocorre uma introdução do calor no adsorvedor/absorvedor A. Os gases de exaustão da combustão que deixam o trocador de calor WT, como na Figura 1 anterior, são conduzidos através do compressor K para fora de bordo após passarem através de um resfriamento do gás de exaustão AK com separação do condensado, juntamente com o dessorbato de CO2 metabólico (da tubulação 8).
[0029] A câmara de combustão BK e a unidade absorvedo- ra/adsorvedora A com trocador de calor integrado WT podem ou ser separados um do outro ou ser montadas em uma peça.
[0030] A figura 3 mostra uma outra modalidade do processo de acordo com a invenção, na qual, para sistemas com aminas líquidas é empregada (monoetanolamina, MEA), como absorvedor para CO2 me-tabólico.O absorvedor MEA carregado com CO2, para regeneração, é conduzido para fora da unidade absorvedora A pela tubulação 9 para a unidade de dessorção D e, após o término da regeneração é reintro- duzido através da tubulação10 com êxito, na unidade absorvedora A. O fluido do absorvedor quente que deixa novamente a unidade de dessorção D pode ser empregado em um trocador de calor WT para o preaquecimento do fluido absorvedor a ser introduzido na unidade de dessorção D.
[0031] Como na modalidade segundo a figura 2, na modalidade segundo a figura 3 a energia liberada na combustão na câmara de combustão BK é empregada diretamente, isto é sem acionamento intermediário de uma vaporização de água, para regeneração do absor- vedor que se encontra dentro da unidade de dessorção D. Com esse fim, um aquecedor H está integrado na unidade de dessorção D, através do qual o calor da combustão é conduzido ao meio absorvedor a ser regenerado. Para esse fim, os gases de exaustão da combustão da câmara de combustão BK são conduzidos ao aquecedor H através da tubulação 11.
[0032] Os gases de combustão que deixam o aquecedor H são introduzidos no compressor K, após passar por um resfriamento do gás de exaustão AK com uma superação de condensado, é conduzido para fora juntamente com o dessorbato (da tubulação 12).

Claims (8)

1. Processo para regeneração de um adsorvedor ou absor- vedor (A) a bordo de um submarino, onde o adsorvedor ou absorvedor (A) está presente no interior do submarino para fixação de gases nocivos contendo CO2 gerados por metabolismo, caracterizado pelo fato de que a energia térmica para regeneração do absorvedor ou adsor- vedor (A) é gerada através da queima de uma fonte de energia contendo hidrocarbonetos, que apresenta etanol, metanol, propano e/ou butano, com oxigênio, sendo que os gases nocivos contendo CO2 gerados por metabolismo são conduzidos para fora de bordo através de um compressor (K), sendo que pelo menos um produto da combustão é conduzido para fora de bordo através do compressor (K) juntamente com os gases nocivos contendo CO2 gerados por metabolismo desor- vidos.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o calor gerado na queima da fonte de energia contendo hidrocarboneto com oxigênio é empregado para vaporização de água, onde o vapor d'água gerado é empregado para regeneração do absorvedor ou adsorvedor (A).
3. Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a água líquida a ser vaporizada é preaquecida por meio de um trocador de calor (WT1) com o emprego dos produtos de combustão.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o calor gerado na combustão da fonte de energia con-tendo hidrocarboneto com oxigênio é empregado para a regeneração do absorvedor ou adsorvedor (A) sem um acionamento intermediário para vaporização de água.
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o absorvedor é monoetanolamina MEA, ou um sólido, sendo que neste último ocorre o acoplamento do calor por meio do trocador de calor (WT1).
6.cProcesso de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que é acionado um resfriamento de gás de exaustão com separação de condensado antes do compressor (K).
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o adsorvedor (A) é uma resina de troca iônica ou uma amina sólida para fixação de CO2.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o adsorvedor (A) é um zeólito para fixação de VOC (compostos orgânicos voláteis) ou um freon, em particular R134a.
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