ES2215210T3 - Procedimiento y dispositivo para depurar gases con intercambiadores de calor. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para depurar gases con intercambiadores de calor.Info
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Abstract
EN EL PROCEDIMIENTO EL GAS BRUTO SE DEPURA MEDIANTE CONDENSACION Y/O ENFRIAMIENTO DE LAS SUSTANCIAS NOCIVAS MEDIANTE UN PRIMER MEDIO DE ENFRIAMIENTO EN UN PRIMER INTERCAMBIADOR DE CALOR. EL PRIMER MEDIO DE ENFRIAMIENTO CALENTADO SE CONDUCE A UN SEGUNDO INTERCAMBIADOR DE CALOR Y A CONTINUACION AL MENOS PERIODICAMENTE UN TIEMPO SE HACE PASAR DE NUEVO AL PRIMER INTERCAMBIADOR DE CALOR, DONDE EL PRIMER MEDIO DE ENFRIAMIENTO SE ENFRIA ANTES DE SU INTRODUCCION EN EL PRIMER O SEGUNDO INTERCAMBIADOR DE CALOR PERIODICAMENTE MEDIANTE UN GAS DEPURADO FRIO. EN UN DISPOSITIVO PARA LA DEPURACION DE GASES CON UN PRIMER INTERCAMBIADOR DE CALOR Y UN SEGUNDO INTERCAMBIADOR DE CALOR PARA EL PRIMER MEDIO DE ENFRIAMIENTO QUE SALE DEL PRIMER INTERCAMBIADOR DE CALOR, A LA CONDUCCION PARA EL PRIMER MEDIO DE ENFRIAMIENTO ESTA ACOPLADO UN TERCER INTERCAMBIADOR DE CALOR, EL CUAL FUNCIONA CON EL GAS DEPURADO FRIO QUE SALE DEL PRIMER INTERCAMBIADOR DE CALOR.
Description
Procedimiento y dispositivo para depurar gases
con intercambiadores de calor.
La invención concierne un procedimiento para
depurar gases por condensación y/o congelación de los contaminantes
según el preámbulo de la reivindicación 1, así como a un dispositivo
adecuado para la puesta en práctica del procedimiento.
Por depuración de gases mediante condensación y/o
congelación de los contaminantes se quiere dar a entender aquí en
general la depuración de corrientes de aire de salida, gas de escape
o gas de proceso que pueden consistir en vapor, materias en forma de
vapor o gases. En particular, se quieren dar a entender con ello
también corrientes de aire de salida dotadas de una carga
relativamente alta de disolvente que pueden producirse, por ejemplo,
en procesos en el campo de la química o como gases de escape de
depósitos de tanques. Por tanto, por el término "contaminantes"
se han de entender también disolventes que pueden alimentarse como
materias valiosas a un lugar de empleo ulterior.
Las impurezas pueden ser separadas de los gases
por condensación o congelación. A este fin, se utilizan según el
estado de la técnica intercambiadores de calor en los que el gas a
depurar, denominado en lo que sigue "gas bruto", es puesto en
contacto con superficies de intercambio de calor que pueden estar
configuradas de maneras diferentes y que son refrigeradas con un
medio refrigerante que en lo que sigue se denomina "primer medio
refrigerante".
Estos intercambiadores de calor se refrigeran en
general por medio de un circuito intermedio. La evacuación de calor
del circuito intermedio se efectúa a través de un segundo
intercambiador de calor que se hace funcionar con otro medio
refrigerante. Este otro medio refrigerante se denomina aquí
"segundo medio refrigerante". Para reducir la demanda del
segundo medio refrigerante, el gas frío depurado, que se denomina en
lo que sigue "gas puro", puede ser empleado para el
preenfriamiento del gas de escape que se ha de depurar. El
preenfriamiento se efectúa en un recuperador antepuesto o integrado
en el primer intercambiador de calor. Dado que se puede formar hielo
en los aparatos recorridos por el gas bruto, estos tienen que ser
descongelados de vez en cuando. La descongelación se efectúa
interrumpiendo la alimentación del segundo medio refrigerante y
conectando una fuente de calor al circuito intermedio (H. Grabhom y
H. Herzog "Procedimiento de condensación para la recuperación de
disolvente y la depuración de gases de escape", WLB Wasser, Luft
und Boden 06/1995). Sin embargo, de esta manera se puede descongelar
solamente el primer intercambiador de calor utilizado para la
condensación o congelación de los contaminantes. El recuperador
tiene que ser calentado, por ejemplo, con fuentes de calor externas,
lo que es muy problemático, especialmente en el caso de
instalaciones de grandes dimensiones.
Se ha dado a conocer en el documento EP 0 681 154
un "lavado en frío" en el que las materias a retirar del gas a
depurar se condensan mediante rociado con un portador de frío. El
portador de frío es conducido aquí en circuito cerrado y enfriado
por un segundo medio refrigerante en un intercambiador de calor.
Otro intercambiador de calor proporciona un enfriamiento adicional
del portador de frío por medio del gas puro enfriado. Como portador
de calor entra en consideración en este objeto el condensado propio
que se alimenta a continuación de la transmisión de calor a una
etapa de depuración para la eliminación del agua y para la retirada
de componentes no condensables. En este estado de la técnica es
desventajoso el que el contacto directo del condensado con el gas a
depurar conduce a que se modifiquen la composición y, por tanto, la
característica de refrigeración del condensado propio con el
transcurso del tiempo y éstas tengan que ser ajustadas de nuevo
continuamente. Además, el condensado propio tiene que mantenerse
líquido en el circuito cerrado completo, ya que una solidificación
del condensado conduciría a que se helaran las tuberías. De este
modo, se restringe aún más el intervalo de temperatura en el que
puede trabajar este objeto.
La invención se basa en el problema de mejorar el
dispositivo conocido por el estado de la técnica en el sentido de
que se amplíe el intervalo de temperatura-trabajo de
la instalación y, además, se pueda prescindir de una depuración
costosa del refrigerante.
Según la invención, este problema se resuelve por
el hecho de que la transmisión de calor del gas bruto al primer
medio refrigerante se efectúa por vías de flujo diferentes en las
superficies comunes de intercambio de calor del primer
intercambiador de calor. Debido a la utilización de superficie de
intercambio de calor se pueden separar una de otra las corrientes de
materia del gas a depurar y del medio frigorífico, con lo que se
puede prescindir de una etapa de depuración del primer
refrigerante.
Según la invención, se ha previsto que el primer
medio refrigerante, antes de su alimentación al primero o al segundo
intercambiador de calor, sea enfriado en al menos un tercer
intercambiador de calor con ayuda del gas puro frío. Así, el frío
del gas puro puede ser cedido con seguridad al primer medio
refrigerante.
Según la invención, el primer medio refrigerante,
antes de su alimentación al primero o segundo intercambiador de
calor, es enfriado adicionalmente, al menos temporalmente, con ayuda
del segundo medio refrigerante que sale del segundo intercambiador
de calor. De este modo, se mejora el aprovechamiento del contenido
de frío del segundo medio refrigerante.
Según la invención, se ha previsto que el primer
medio refrigerante, antes de su alimentación al primero, segundo o
tercer intercambiador de calor, sea sometido a un enfriamiento
adicional, al menos temporalmente, en un cuarto intercambiador de
calor con ayuda del segundo medio refrigerante que sale del segundo
intercambiador de calor. Así, el frío del segundo medio refrigerante
puede ser cedido con seguridad al primer medio refrigerante.
Según la invención, el primer medio refrigerante
es nitrógeno gaseoso y/o el segundo medio refrigerante es nitrógeno
líquido. Una ventaja especial del empleo de nitrógeno es, por un
lado, el alto contenido de frío del nitrógeno líquido y del
nitrógeno gaseoso, así como la seguridad de funcionamiento
relativamente alta y el modo de proceder económico en los
intercambiadores de calor refrigerados por nitrógeno. En particular,
el empleo combinado de nitrógeno líquido y gaseoso como portador de
frío es ventajoso, ya que entonces es necesaria solamente una única
fuente para los portadores de frío, por ejemplo un tanque para
nitrógeno líquido.
Según la invención, el primer medio refrigerante,
antes de su alimentación al primero, segundo y/o tercer
intercambiador de calor, es sometido a una refrigeración adicional,
al menos temporalmente, con ayuda de agua refrigerante, salmuera
refrigerante o máquinas frigoríficas. En particular, en el caso de
agua refrigerante o salmuera refrigerante ya existente, se puede
aumentar con su empleo la rentabilidad del procedimiento.
Según la invención, se ha previsto que el segundo
medio refrigerante que sale del segundo intercambiador de calor sea
alimentado a un quinto intercambiador de calor con el cual se
preenfría el gas bruto.
Asimismo, según la invención, se hacen funcionar
el primero, segundo, tercero, cuarto y/o quinto intercambiador de
calor por el procedimiento de contracorriente. Debido a esta forma
de proceder se puede conseguir un aprovechamiento relativamente
grande del contenido de frío del portador de frío.
La invención se resuelve también con un
dispositivo para depurar gases que comprende al menos un primer
intercambiador de calor al que están asociadas al menos una tubería
de entrada para el gas bruto y al menos una tubería de salida para
el gas puro frío y al menos una tubería de entada y al menos una
tubería de salida para el primer medio refrigerante, y al menos un
segundo intercambiador de calor al que están asociadas al menos una
tubería de entrada y al menos una tubería de salida para el primer
medio refrigerante que viene del primer intercambiador de calor y al
menos una tubería de entrada y al menos una tubería de salida para
un segundo medio refrigerante, estando dispuesto en la tubería para
el primer medio refrigerante al menos un tercer intercambiador de
calor con al menos una tubería de entrada y al menos una tubería de
salida para el primer medio refrigerante y estando asociadas al
tercer intercambiador de calor al menos una tubería de entrada y al
menos una tubería de salida para el gas puro frío que viene del
primer intercambiador de calor.
Según la invención, en la tubería para el primer
medio refrigerante está dispuesto al menos un cuadro intercambiador
de calor con al menos una tubería de entrada y al menos una tubería
de salida para el primer medio refrigerante y el cuarto
intercambiador de calor lleva asociadas al menos una tubería de
entrada y al menos una tubería de salida para el segundo medio
refrigerante que viene del segundo y/o del tercer intercambiador de
calor.
Según la invención, se ha previsto que los
intercambiadores de calor segundo, tercero y/o cuarto estén
integrados en un único aparato y que el intercambio de calor se
materialice por medio de vías de flujo diferentes en las superficies
de intercambio de calor comunes.
Por último, según la invención, se ha previsto
que en la tubería para el gas a depurar esté dispuesto al menos un
quinto intercambiador de calor con al menos una tubería de entrada y
al menos una tubería de salida para el gas bruto y que el quinto
intercambiador de calor lleve asociadas al menos una tubería de
entrada y al menos una tubería de salida para el segundo medio
refrigerante que viene de los intercambiadores de calor segundo,
tercero y/o cuarto.
Se describirán ahora con más detalle a título de
ejemplo el procedimiento y el dispositivo según la invención
haciendo referencia a un ejemplo de ejecución con ejemplo
comparativo según el estado de la técnica y a tres figuras (figura
1, figura 2 y figura 3).
Un primer intercambiador de calor con una
potencia de frío de 6 kW fue solicitado con una corriente de gas
bruto de aproximadamente 100 kg por hora de aire con una proporción
de disolventes de aproximadamente 20 kg por hora. El gas bruto tenía
una temperatura de 20ºC a la entrada en el intercambiador de calor.
El disolvente fue separado en el intercambiador de calor por
condensación y/o congelación de la corriente de gas bruto. El primer
intercambiador de calor fue refrigerado por un medio refrigerante
(nitrógeno gaseoso) conducido en un circuito intermedio y que
presentaba una temperatura de -160ºC antes de la entrada en el
primer intercambiador de calor. Después de salir del primer
intercambiador de calor, la temperatura del primer medio
refrigerante era de -20ºC. La cantidad del primer medio refrigerante
conducido en circuito cerrado con ayuda de un soplante o una bomba
era de 155 kg por hora. En un tercer intercambiador de calor con una
potencia frigorífica de 3,4 kW se enfrió a -85ºC el primer medio
refrigerante del circuito intermedio, que presentaba aún una
temperatura de -5ºC. A este fin, después de salir del primer
intercambiador de calor, el gas puro enfriado a -130ºC fue
alimentado como portador de frío al tercer intercambiador de calor.
El gas puro fue calentado entonces hasta una temperatura de -10ºC y
seguidamente evacuado. En un segundo intercambiador de calor el
medio refrigerante del circuito intermedio, después de salir del
tercer intercambiador de calor, fue enfriado nuevamente con
nitrógeno líquido como segundo medio refrigerante hasta la
temperatura de -160ºC. El segundo intercambiador de calor tenía una
potencia frigorífica de 3,3 kW. El nitrógeno líquido, que antes de
la entrada en el segundo intercambiador de calor presentaba una
temperatura de -190ºC, fue calentado hasta una temperatura de -90ºC.
El consumo de nitrógeno líquido fue aquí de solamente 39 kg por
hora.
A fines de comparación se ejecutó el
procedimiento sin el tercer intercambiador de calor integrado en el
circuito intermedio. Esto significa que aquí el frío del gas puro no
se empleó para enfriar el segundo medio refrigerante conducido en
circuito cerrado, sino que el gas puro con una temperatura de -130ºC
fue evacuado directamente. Para enfriar el primer medio refrigerante
conducido en circuito cerrado con una temperatura de -5ºC hasta
-160ºC, el segundo intercambiador de calor tenía que aportar aquí la
potencia frigorífica completa de 6,7 kW. El nitrógeno líquido fue
calentado entonces desde una temperatura de -190ºC hasta una
temperatura de -10ºC y se consumieron 63 kg por hora de nitrógeno
líquido.
La figura 1 muestra un dispositivo para la puesta
en práctica del procedimiento con intercambiadores de calor primer,
segundo y tercero.
La figura 2 muestra un dispositivo para la puesta
en práctica del procedimiento con intercambiadores de calor primero,
segundo, tercero y cuarto.
La figura 3 muestra un dispositivo para la puesta
en práctica del procedimiento con intercambiadores de calor primer,
segundo, tercero, cuarto y quinto.
La figura 1 muestra un primer intercambiador de
calor 1 con una tubería de entrada 2 para gas bruto, que está
cargado con contaminantes, y una tubería de salida 3 para el gas
depurado y una descarga de condensado 4. El primer medio
refrigerante es alimentado al primer intercambiador de calor 1 a
través de una tubería de entrada 5, y el primer medio refrigerante
calentado es evacuado de nuevo a través de una tubería de salida 6.
Este medio es conducido a un soplante o una bomba 7 que está unida
con un tercer intercambiador de calor 9 a través de una tubería de
entrada 8. En el tercer intercambiador de calor 9 se conduce el gas
puro enfriado a través de una tubería de entrada 10 para ceder su
contenido de frío, al menos parcialmente, al primer medio
refrigerante y para ser aportado después al medio ambiente a través
de la tubería de salida 11. El tercer intercambiador de calor
presenta una tubería de salida 12 mediante la cual está unido con un
segundo intercambiador de calor 13. A través de una tubería de
salida 14 el primer medio refrigerante es alimentado de nuevo al
primer intercambiador de calor 1 por su tubería de entrada 5. El
segundo intercambiador de calor 13 lleva asociadas una tubería de
entrada 15 y una tubería de salida 16 para el segundo medio
refrigerante. El segundo medio refrigerante es alimentado desde un
recipiente de reserva 17 o bien a través de una tubería que no se ha
representado aquí.
En el dispositivo representado en la figura 2
está conectado además, en comparación con el dispositivo de la
figura 1, un cuarto intercambiador de calor 18 en el circuito del
primer medio refrigerante después del soplante o de la bomba 7 y
antes del tercer intercambiador de calor 9. El cuarto intercambiador
de calor lleva asociada una tubería de entrada 19 para el primer
medio refrigerante que viene del soplante o de la bomba 7 y está
unido con el tercer intercambiador de calor a través de una tubería
de salida 20. A través de una tubería de entrada 21 se alimenta el
segundo medio refrigerante que viene del segundo intercambiador de
calor y este medio se evacua hacia el medio ambiente a través de una
tubería de salida 22 ó bien se alimenta a un sitio de utilización
ulterior.
En el dispositivo de la figura 3 se ha dispuesto,
en comparación con el dispositivo mostrado en la figura 1, un quinto
intercambiador de calor 23 que está unido con el segundo
intercambiador de calor 12 a través de una tubería de entrada 24. El
quinto intercambiador de calor 23 lleva asociada una tubería de
salida 25 para el segundo medio refrigerante. El gas bruto es
alimentado al quinto intercambiador de calor 23 a través de una
tubería de entrada 26 y conducido al primer intercambiador de calor
1 a través de una tubería de salida 27.
Claims (12)
1. Procedimiento de depuración de gases, en el
que se depura el gas bruto por condensación y/o congelación de los
contaminantes con ayuda de un primer medio refrigerante en al menos
un primer intercambiador de calor (1), en el que se alimenta el
primer medio refrigerante calentado, después de salir del primer
intercambiador de calor (1), a al menos un segundo intercambiador de
calor (13) y a continuación se le alimenta de nuevo en circuito
cerrado, al menos temporalmente, al primer intercambiador de calor
(1), y en el que se refrigera el segundo intercambiador de calor
(13) con un segundo medio refrigerante, enfriándose el primer medio
refrigerante, antes de su alimentación al intercambiador de calor
primero (1) ó segundo (13), en al menos un tercer intercambiador de
calor (9), al menos temporalmente, con ayuda de un gas puro frío.
caracterizado porque la transmisión de calor del gas bruto al
primer medio refrigerante se realiza a través de vías de flujo
diferentes en las superficies comunes de intercambio de calor del
primer intercambiador de calor (1).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el primer medio refrigerante, antes de
su alimentación al intercambiador de calor primero (1), segundo (13)
o tercero (9), es sometido a un enfriamiento adicional, al menos
temporalmente, con ayuda del segundo medio refrigerante que sale del
segundo intercambiador de calor (13).
3. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el primer medio
refrigerante, antes de su alimentación al intercambiador de calor
primero (1), segundo (13) ó tercero (9), es sometido a un
enfriamiento adicional, al menos temporalmente, en un cuarto
intercambiador de calor (18) con ayuda del segundo medio
refrigerante que sale del segundo intercambiador de calor (13).
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el primer
medio refrigerante es nitrógeno gaseoso.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el segundo
medio refrigerante es nitrógeno líquido.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el primer
medio refrigerante, antes de su alimentación a los intercambiadores
de calor primero (1), segundo (13) y/o tercero (9), es sometido a un
enfriamiento adicional, al menos temporalmente, con ayuda de agua de
refrigeración, salmuera de refrigeración o máquinas
frigoríficas.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el segundo
medio refrigerante que sale del segundo intercambiador de calor (13)
es alimentado a un quinto intercambiador de calor (23) con el cual
se enfría previamente el gas bruto.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los
intercambiadores de calor primero (1), segundo (13), tercero (9),
cuarto (18) y/o quinto (23) se hacen funcionar por el procedimiento
de contracorriente.
9. Dispositivo de depuración de gases que
comprende al menos un primer intercambiador de calor (1) al que
están asociados al menos una tubería de entrada (2) para el gas
bruto y al menos una tubería de salida (3) para el gas puro frío y
al menos una tubería de entrada (5) y al menos una tubería de salida
(6) para un primer medio refrigerante, así como superficies de
intercambio de calor para la transmisión de calor del gas bruto al
primer medio refrigerante, y al menos un segundo intercambiador de
calor (13) al que están asociadas al menos una tubería de entrada
(12) unida para flujo con la tubería de salida (6) del primer
intercambiador de calor (1) y al menos una tubería de salida (14)
para el primer medio refrigerante unida para flujo con la tubería de
entrada (5) del primer intercambiador (1) y al menos una tubería de
entrada (15) y al menos una tubería de salida (16) para un segundo
medio refrigerante, estando dispuesto en la tubería para el primer
medio refrigerante al menos un tercer intercambiador de calor (9)
con al menos una tubería de entrada (8) y al menos una tubería de
salida para el primer medio refrigerante y estando asociadas al
tercer intercambiador de calor (9) al menos una tubería de entrada
(10) y al menos una tubería de salida (11) para el gas puro frío que
viene del primer intercambiador de calor (1).
10. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque en la tubería para el primer medio
refrigerante está dispuesto al menos un cuarto intercambiador de
calor (18) con al menos una tubería de entrada (19) y al menos una
tubería de salida (20) para el primer medio refrigerante, y el
cuarto intercambiador de calor (18) lleva asociadas al menos una
tubería de entrada (21) y al menos una tubería de salida (22) para
el segundo medio refrigerante que viene de los intercambiadores de
calor segundo (13) y/o tercero (9).
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones
9 ó 10, caracterizado porque los intercambiadores de calor
segundo (13), tercero (9) y/o cuarto (18) están integrados en un
aparato único y el intercambio de calor se realiza a través de vías
de flujo diferentes en las superficies de intercambio de calor
comunes.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones
9 a 11, caracterizado porque en la tubería para el gas a
depurar está dispuesto al menos un quinto intercambiador de calor
(23) con al menos una tubería de entrada (25) y al menos una tubería
de salida (26) para el gas a depurar, y el quinto intercambiador de
calor (23) lleva asociadas al menos una tubería de entrada (24) y al
menos una tubería de salida (25) para el segundo medio refrigerante
que viene de los intercambiadores de calor segundo (13), tercero (9)
y/o cuarto (18).
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Cited By (1)
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