ES2245799T3 - Procedimiento y dispositivo para secar un gas. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para secar un gas mediante adsorción en un desecante que se puede regenerar (11), procedimiento según el cual un gas se envía a través de una primera cantidad de dicho desecante (11) mientras que una parte del gas seco se envía a través de una segunda cantidad de desecante ya usado (11) para su regeneración, calentándose dicha parte de gas para la regeneración y después de haber absorbido la humedad se vacía, con lo que, después de regenerar la segunda cantidad de desecante (11) se invierte el flujo del gas de manera que el gas que se va a secar se envía a través de la segunda cantidad de desecante regenerado (11), mientras que una parte del gas seco se envía a través de la primera cantidad para regenerar, caracterizado porque la parte de gas usada para la regeneración se calienta en al menos dos etapas consecutivas, llevándose a cabo dichas etapas en diferentes zonas (30, 31 ó 33 a 36) situadas consecutivamente en la dirección de flujo de la parte de gas a través del desecante de regeneración (11) y deteniendo el calentamiento en una zona (30, 31 ó 33 a 36) tan pronto como el desecante (11) de dicha zona (30, 31 ó 33 a 36) está regenerado, de manera que dicha zona (30, 31 ó 33 a 36) ya se puede enfriar con la parte de gas para regeneración mientras que una zona consecutiva (30, 31 ó 33 a 36) se sigue regenerando con el gas caliente.

Description

Procedimiento y dispositivo para secar un gas.

Esta invención se refiere a un procedimiento para secar un gas mediante adsorción en un desecante que se puede regenerar, procedimiento según el cual un gas se envía a través de una primera cantidad de dicho desecante, mientras que una parte del gas seco se envía a través de una segunda cantidad de desecante ya usado para regenerarlo, calentándose dicha parte de gas para la regeneración y después de haber absorbido la humedad se vacía, con lo que después de regenerar la segunda cantidad de desecante, se invierte el flujo del gas de manera que el gas que se va a secar se envía a través de la segunda cantidad de desecante regenerado, mientras que una parte del gas seco se envía a través de la primera cantidad para su regeneración.

Los procedimientos de este tipo se usan, entre otras cosas, para secar gas comprimido, principalmente, aire comprimido. El gas comprimido que sale del compresor tiene un contenido de humedad relativamente alto. Parte de la humedad se separa enfriando dicho aire. La humedad restante puede ser desfavorable para los sistemas y no es aconsejable para algunas aplicaciones.

Entre otros, en los documentos EP-A-0.419.433, US 5.581.903, US 4.127.395 y US 5.485.686 se describen procedimientos conocidos de este tipo. El aire comprimido que se va a secar se seca en una primera columna, mientras que el desecante húmedo se regenera en una segunda columna con una parte del aire comprimido seco. Según el procedimiento, descrito en el documento EP-A-0.419.433, dicha parte se introduce, a media altura de la columna, en el extremo inferior de un tubo montado axialmente en la columna y que contiene un elemento calefactor eléctrico. El gas se calienta en el tubo y fluye en el desecante húmedo de la parte superior de la columna, fluye hacia abajo y sale, cargado de humedad, de la columna en la parte inferior.

Es evidente que este gas caliente produce un calentamiento del desecante. No obstante, el desecante caliente es menos eficaz que el desecante frío y, por lo tanto, normalmente, el desecante regenerado se enfría antes de volverlo a usar para secar. Si el desecante está demasiado caliente cuando se use para secar, se iniciará una regeneración en lugar del secado. El enfriamiento también es necesario para evitar puntos de condensación durante el secado.

En dicho procedimiento conocido, el enfriamiento se obtiene desconectando el calefactor eléctrico mientras que una parte del aire comprimido seco se sigue enviando a través del desecante.

De este modo, el enfriamiento sólo puede tener lugar tras la completa regeneración del desecante y, por consiguiente, la regeneración y el procedimiento de enfriado llevan mucho tiempo. Además, para el enfriamiento es necesaria una cantidad adicional de aire ya seco y se pierde para el consumo. Esto aumenta el consumo de energía.

Según el procedimiento descrito en el documento US 5.485.686, se proporcionan dos elementos calefactores independientes en cada columna, que permiten mayores dimensiones de las columnas y, por lo tanto, también ciclos de procesamiento más largos comparados con las columnas más bajas que están provistas sólo de un elemento calefactor.

La invención intenta proporcionar un procedimiento para secar un gas evitando dichos inconvenientes y permitiendo reducir el consumo de energía para regenerar el desecante.

De conformidad con la invención, este objetivo se logra calentando la parte de gas usada para la regeneración en al menos dos etapas consecutivas, llevándose a cabo dichas etapas en diferentes zonas situadas consecutivamente en la dirección de flujo de la parte de gas a través del desecante de regeneración y deteniendo el calentamiento en una zona tan pronto como el desecante de dicha zona está regenerado, de manera que dicha zona se puede enfriar con la parte de gas para regeneración mientras que una zona consecutiva se sigue regenerando con el gas calien-
te.

Es obvio que la primera zona que se va a regenerar será la zona en la que se introduce la parte de gas para regeneración, puesto que dicha parte de gas todavía no ha absorbido mucha humedad.

Esto ocurre, especialmente, si la parte de gas para regeneración se envía a través de una cantidad de desecante en la dirección opuesta a la que se envío el gas que se iba a secar cuando se usó esta cantidad para secar.

En este caso dicha primera zona es la zona que ha absorbido menos humedad durante el secado.

La cantidad de etapas de calentamiento y, por consiguiente, las zonas, durante la regeneración, pueden ser superiores a dos.

El calentamiento de las zonas de la cantidad de desecante que está regenerado se puede llevar a cabo de diversos modos, por ejemplo, con elementos calefactores eléctricos, sin embargo un modo de calentamiento muy eficaz es por medio de microondas.

Asimismo, la invención se refiere a un dispositivo que es especialmente adecuado para aplicar el procedimiento según una cualquiera de las formas de realización precedentes.

La invención se refiere, por consiguiente, a un dispositivo para secar gas mediante adsorción, que comprende un tubo de entrada para el gas húmedo, un tubo de salida para el gas seco y entre los mismos al menos dos recipientes montados en paralelo llenos de un desecante que se puede regenerar, medios para conectar el tubo de entrada, alternativamente, con la entrada de uno de los recipientes y con la entrada del otro recipiente para secar el gas húmedo, medios para devolver una parte del gas seco al recipiente que no está conectado al tubo de entrada, para la regeneración del desecante, y medios calefactores en ambos recipientes, caracterizado porque los medios calefactores de cada recipiente comprenden varios elementos calefactores, que se pueden controlar individualmente, que están situados consecutivamente en la dirección de flujo del gas a través del recipiente.

A continuación, se describirá la invención a modo de ejemplo y en relación con los dibujos adjuntos en los que:

la Figura 1 muestra esquemáticamente una instalación de compresores que posee un dispositivo para secar gas según la invención,

la Figura 2 muestra esquemáticamente el dispositivo para secar gas desde la instalación de la figura 1,

la Figura 3 muestra una parte del dispositivo de la figura 2, pero a mayor escala y respecto a otra forma de realización de la invención,

la Figura 4 es una sección transversal según la línea IV-IV de la figura 3.

La Figura 1 muestra una instalación de compresores que comprende, fundamentalmente, un compresor 1 y en el conducto de aire comprimido 2 del mismo, consecutivamente, un subenfriador 3, un recipiente a presión 4, un separador de aceite 5 y un dispositivo de secado formado por un secador de adsorción 6.

Como se muestra en más detalle en la figura 2, dicho secador de adsorción 6 comprende dos columnas o recipientes de pie 7 y 8 que están montados en paralelo entre el tubo de entrada 9 y un tubo de salida 10 y que están llenos de un desecante 11, por ejemplo, gel de sílice.

El tubo de entrada 9 comprende la parte situada antes de los recipientes 7 y 8 del conducto de aire comprimido 2 y está conectado por medio de una primera válvula de tres pasos controlada eléctricamente 12 y por medio de uno de los dos conductos 13 y 14 conectados a la misma con el recipiente 7 o el recipiente 8, respectivamente.

El tubo de salida 10 comprende la parte situada detrás de los recipientes 7 y 8 del conducto de aire comprimido 2 y está conectado por medio de dos conductos 15 y 16 con los recipientes 7 y 8 respectivamente.

En el conducto 15 está montada una válvula de retención 17 mientras que en el conducto 16 está montada una válvula de retención 18. Ambas válvulas de retención 17 y 18 impiden que el gas vuelva al recipiente 7 u 8.

En una variante, las dos válvulas de retención 17 y 18 se pueden sustituir por una válvula simple de tres pasos.

Ambas válvulas de retención 17 y 18 son derivadas por medio de un conducto 19 que contiene una válvula de mariposa 20.

Un tubo de salida de aire 21 ó 22, que se puede cerrar con una válvula 23 ó 24, está conectado a los conductos 13 y 14.

En cada uno de los recipientes 7 y 8 están montados medios calefactores comprendiendo cada uno una serie de elementos calefactores, dos en el ejemplo que se da, distribuidos sobre la altura de los recipientes en diferentes zonas.

El recipiente 7 contiene, por lo tanto, dos elementos calefactores 25 y 26, más en particular, resistencias eléctricas, mientras que el recipiente 8 contiene dos elementos calefactores 27 y 28, más en particular, resistencias eléctricas.

Los elementos calefactores superiores 25 y 27 están montados dentro de un tubo que se extiende axialmente 29 que está perforado en la parte superior del recipiente 7 u 8 y que está conectado con su extremo inferior, aproximadamente, a media altura del recipiente 7 u 8, con el conducto 15 o 16.

El tubo 29 se abre con sus perforaciones en la zona superior 30 del recipiente 7 u 8.

Los elementos calefactores 26 y 28 están situados directamente en el desecante 11 de la zona inferior 31 del recipiente 7 u 8.

Los elementos calefactores 25, 26, 27 y 28 se pueden encender o apagar individualmente por medio de un dispositivo de control 34.

Ambas válvulas de retención 17 y 18 son derivadas juntas por medio de un conducto 19 que se puede cerrar con una válvula 20 que también se puede controlar con dicho dispositivo de control 34.

Dicho dispositivo de control 34 también controla las válvulas eléctricas 23 y 24 y la válvula de tres pasos 12.

El dispositivo que se ha mencionado anteriormente funciona como sigue:

El aire comprimido que produce el compresor 1 se enfría en el subenfriador 3 y se acumula en el recipiente a presión 4 donde se enfría aún más. Por consiguiente, parte de la humedad del aire comprimido se condensará. El agua de condensación se separa de un modo que no se muestra en la figura 1.

Tras la separación del aceite en el separador de aceite 5, el aire comprimido entra, a través del tubo de entrada 9, en el secador de adsorción 6.

Cuando la válvula de tres pasos 12 está en la posición que se muestra en la figura 2 el aire comprimido entra, a través del conducto 13, en el recipiente 7 en el que la humedad restante del aire se adsorbe en el desecante 11.

Los elementos calefactores 25 y 26 se apagan y la válvula 23 se cierra.

El aire seco sale del recipiente 7 a través del tubo 29 y del conducto 15 y llega, a través de la válvula de retención 17, al tubo de salida 10. La válvula de retención 18 impide que el aire entre en el conducto 16.

No obstante, una pequeña parte, por ejemplo del 3 al 8% del volumen del aire seco, llega al conducto 16 a través del conducto de derivación 19, siempre que el desecante 11 del recipiente 8 ya se haya usado para secar y esté saturado de humedad.

Dicha parte del aire seco se expande en el tubo 29 del recipiente 8. El dispositivo de control 34 enciende los elementos calefactores 27 y 28 y la válvula 24 se abre.

La parte de aire se calienta primero con el elemento calefactor 27 hasta una temperatura de entre 120 y 250°C, entra en la zona superior 30 y fluye hacia abajo a través del desecante 11. Dicha parte de aire se calienta aún más con el elemento calefactor 28 de la zona inferior 31.

El desecante 11 del recipiente 8 se regenera debido al aire caliente. El elemento calefactor 28 impide la condensación de la humedad con la que la parte de aire se ha saturado en la zona 30 y permite que el aire absorba más humedad debido a su temperatura más elevada.

El aire de regeneración cargado de humedad se vacía a través del tubo de salida 22 en el que la válvula 24 está abierta.

La parte de aire para regenerar absorberá en primer lugar la humedad de la parte superior. Cuanto más seca esté la parte superior, más humedad de una capa inferior de desecante 11 podrá absorber el aire. El desecante 11 de la zona superior 30 se secará y, por lo tanto, se regenerará antes que el desecante 11 de la zona inferior 31.

Más importante es el hecho de que, dado que durante el secado con el desecante 11 el aire húmedo fluye de abajo a arriba, el desecante 11 de la zona inferior 31 contiene más humedad que el desecante 11 de la zona superior 30 cuando se inicia la regeneración.

Después de un tiempo, concretamente cuando se espera que el desecante 11 de la zona superior 30 esté seco o, preferentemente, después de que un detector que mide el grado de humedad de dicha zona 30 muestra que el desecante 11 en dicha zona 30 está seco, el dispositivo de control 34 apaga el elemento calefactor 27.

Dicho contenido de humedad se puede medir indirectamente midiendo la temperatura. Cuando la temperatura del aire del extremo inferior de la zona 30 alcanza su máximo, situado entre 150 y 200°C, no queda agua que absorber del desecante 11 de dicha zona 30.

Esto significa que la parte de aire para la regeneración enfría el desecante 11 de la zona superior 30 que se calentó previamente, mientras que el aire de la zona inferior 31 se sigue calentando con el elemento calefactor 28 y sigue secando el desecante 11 de dicha zona 31.

Cuando el desecante 11 de dicha zona 31 también está seco, lo que se puede detectar midiendo la temperatura de la salida de la zona 31, el dispositivo de control 34 apaga el elemento calefactor 28 y la zona 31 se enfría. Por último, la válvula 24 se cierra.

Cuando el desecante 11 del recipiente 7 deja de ser eficaz y se debe regenerar, el dispositivo de control 34 cambia la posición de la válvula de tres pasos 12 de manera que el tubo 9 está conectado con el conducto 14. El desecante regenerado 11 del recipiente 8 se usa ahora para secar, mientras que el desecante 11 del recipiente 7 se regenera exactamente del mismo modo que se ha descrito anteriormente en la presente memoria descriptiva respecto al desecante 11 del recipiente 8. Al inicio de la regeneración, la válvula 23 está abierta de manera que se puede liberar la presión del recipiente 7 y la regeneración se puede llevar a cabo a presión ambiente.

Como, al final de la regeneración, la zona superior 30 ya está enfriada mientras que la zona inferior 31 se sigue regenerando, se reduce el tiempo total de enfriamiento del desecante regenerado 11.

Esto permite usar una menor cantidad de desecante 11 en cada recipiente 7 y 8 y un recipiente más pequeño. Además, las pérdidas de calor de radiación del recipiente de regeneración son menores y el consumo de energía es inferior.

Es obvio que la cantidad de zonas 30 y 31 y, por consiguiente, la cantidad de elementos calefactores 25, 26 6 27, 28 de cada recipiente 7 u 8 1 puede ser más de dos. Asimismo, también se pueden usar otros medios calefactores distintos de elementos calefactores eléctricos.

En las figuras 3 y 4 se muestra otra forma de realización del secador de adsorción 6, en la que dicho secador 6 sólo se diferencia del secador 6 que se ha descrito anteriormente en que los recipientes 7 y 8 tienen una construcción distinta, para ser más exactos en que los recipientes 7 y 8 están divididos en cinco zonas 33, 34, 35, 36 y 37, cuatro de las cuales se pueden calentar individualmente por medio de una fuente de calor por microondas 38, 39, 40 ó 41.

Sólo se ha mostrado la parte del secador 6 que comprende el recipiente 7, pero el recipiente 8 es idéntico.

Cada fuente de calor por microondas 38 a 41 comprende un generador 42 montado en la parte exterior del recipiente 7 y una antena 43 que se extiende dentro de una de las zonas 33 a 36 que se va a calentar. La zona inferior 37 no está provista de medios calefactores.

Cada zona 33 a 36 también contiene un detector 44 que detecta el contenido de humedad de la zona y que está conectado, a través del dispositivo de control 34, con el generador 42 de la fuente de calor por microondas 38, 39, 40 ó 41 correspondiente a dicha zona.

Las zonas 33 a 37 están separadas entre sí por pantallas metálicas perforadas 45 que impiden el paso de las microondas que emite una fuente de calor 38 a 41 dentro de la zona correspondiente. Las pantallas 45 son, por ejemplo, de acero inoxidable.

Las perforaciones de las pantallas 45 tienen, por ejemplo, un diámetro de, aproximadamente, 1 mm mientras que las partículas de desecante son gotas con un diámetro de entre 2 y 5 mm, de manera que las pantallas 45 no sólo retienen las microondas, sino también el desecante 11.

Las pantallas 45 son cónicas a fin de distribuir el desecante 11 por todo el diámetro del recipiente 7 y obtener un llenado del desecante 11 sin bolsas.

A fin de permitir el llenado y vaciado del recipiente 7 con desecante 11, las pantallas 45 están provistas de una abertura 46 en su parte superior, por ejemplo, una abertura redonda 46 con un diámetro de, aproximadamente, 2 cm y una serie de ranuras 47 en su borde inferior, por ejemplo, cuatro ranuras triangulares 47.

Además, el recipiente 7 está provisto de dos tapones de llenado 48 en su parte superior y de dos tapones de vaciado 49 en su parte inferior.

Un tubo de purga 50 con una boquilla de aire de purga 51 está conectada al conducto 15.

El dispositivo de secado funciona del mismo modo que se ha descrito anteriormente en la presente memoria descriptiva, salvo que durante la 5 regeneración del desecante 11, el calentamiento de la parte de aire para la regeneración tiene lugar consecutivamente en cuatro zonas 33 a 36 con microondas, con lo que tan pronto como un detector 44 detecta que el desecante 11 de su zona está seco se cierra el generador de microondas 42 que calienta dicha zona.

Las zonas 33 a 36 se secarán consecutivamente de arriba abajo y, por consiguiente, no se calentarán más, sino que se enfriarán con la parte de aire para regenerar.

El llenado con desecante 11 tiene lugar abriendo los tapones de llenado 48 y vertiendo desecante 11 en el recipiente 7. El desecante 11 cae a 15 través de las ranuras 47 y de la abertura 46 de una pantalla 45 y llena cada zona 33 a 37.

El vaciado para cambiar el desecante 11 se lleva a cabo extrayendo los tapones de vaciado 49, con lo que el desecante 11 cae a través de las aberturas 46 y de las ranuras 47.

Claims (10)

1. Procedimiento para secar un gas mediante adsorción en un desecante que se puede regenerar (11), procedimiento según el cual un gas se envía a través de una primera cantidad de dicho desecante (11) mientras que una parte del gas seco se envía a través de una segunda cantidad de desecante ya usado (11) para su regeneración, calentándose dicha parte de gas para la regeneración y después de haber absorbido la humedad se vacía, con lo que, después de regenerar la segunda cantidad de desecante (11) se invierte el flujo del gas de manera que el gas que se va a secar se envía a través de la segunda cantidad de desecante regenerado (11), mientras que una parte del gas seco se envía a través de la primera cantidad para regenerar, caracterizado porque la parte de gas usada para la regeneración se calienta en al menos dos etapas consecutivas, llevándose a cabo dichas etapas en diferentes zonas (30, 31 ó 33 a 36) situadas consecutivamente en la dirección de flujo de la parte de gas a través del desecante de regeneración (11) y deteniendo el calentamiento en una zona (30, 31 ó 33 a 36) tan pronto como el desecante (11) de dicha zona (30, 31 ó 33 a 36) está regenerado, de manera que dicha zona (30, 31 ó 33 a 36) ya se puede enfriar con la parte de gas para regeneración mientras que una zona consecutiva (30, 31 ó 33 a 36) se sigue regenerando con el gas caliente.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque durante la regeneración, el calentamiento del gas se lleva a cabo por medio de microondas.

3. Dispositivo para secar gas mediante adsorción, que comprende un tubo de entrada (9) para el gas húmedo, un tubo de salida (10) para el gas seco y entre los mismos al menos dos recipientes (7, 6) montados en paralelo llenos de un desecante que se puede regenerar (11), medios para conectar el tubo de entrada (9) alternativamente con la entrada de uno de los recipientes (7, 8) y con la entrada del otro recipiente (8, 7) para secar el gas húmedo, medios para devolver una parte del gas seco al recipiente (7, 8) que no está conectado al tubo de entrada (9), para la regeneración del desecante (11), y medios calefactores en ambos recipientes (7, 8), caracterizado porque los medios calefactores de cada recipiente (7, 8) comprenden varios elementos calefactores, que se pueden controlar individualmente, (25, 26; 27, 28; 38 a 41) que están situados consecutivamente en la dirección de flujo del gas a través del recipiente (7, 8).

4. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque el recipiente (7, 8) está dividido en más de dos zonas (33 a 36) que se pueden calentar por medio de un elemento calefactor (38 a 41).

5. Dispositivo según la reivindicación 3 6 4, caracterizado porque en cada zona (33 a 36) provista de un elemento calefactor (38 a 41) también está montado un detector de humedad (44) que controla, con la ayuda de un dispositivo de control (34), el elemento calefactor (38 a 41).

6. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque los elementos calefactores son fuentes de microondas (38 a 41).

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque los recipientes (7, 8) están separados en al menos dos zonas (33, 34, 35, 36, 37) por medio de al menos una pantalla perforada (45).

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado porque la pantalla (45) es cónica.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado porque cada pantalla (45) está provista de una abertura (46) en su parte superior y de al menos una ranura (47) en su borde inferior.

10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque cada recipiente (7, 8) comprende al menos un tapón de llenado (48) en su parte superior y al menos un tapón de vaciado (49) en su parte inferior.