ES2284041T3 - Procedimiento para separar gases de una mezcla de gases y dispositivo para aplicar un procedimiento de este tipo. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para separar gases de una mezcla de gases, mediante el cual la mezcla de gases que ha de tratarse se conduce a través de un separador (3) de membrana por medio de una instalación (2) de compresor y mediante el cual la mezcla de gases comprimidos que ha de tratarse se enfría en la instalación (2) de compresor, entre otros con el fin de separar un condensado de la mezcla de gases, tras lo cual, según abandona la instalación (2) de compresor, se recalentará antes de acabar en el separador (3) de membrana, caracterizado porque, con el fin de recalentar la mezcla de gases que ha de tratarse según abandona la instalación (2) de compresor, se hace uso del calor de recuperación de la propia instalación (2) de compresor.
Description
Procedimiento para separar gases de una mezcla
de gases y dispositivo para aplicar un procedimiento de este
tipo.
La presente invención se refiere a un
procedimiento mejorado para separar gases de una mezcla de
gases.
La invención también se refiere a un dispositivo
que aplica un procedimiento de este tipo para separar gases de una
mezcla de gases.
Más particularmente, la invención se refiere a
un procedimiento conocido para separar gases de una mezcla de
gases, por ejemplo para separar nitrógeno y/o oxígeno del aire o
para separar vapor de agua de una corriente de gas o similar,
mediante el cual se hace uso de un separador de membrana y mediante
el cual la mezcla de gases que ha de tratarse se conduce a través
del separador de membrana por medio de una instalación de compresor,
y mediante el cual la mezcla de gases comprimidos se enfría
habitualmente en la instalación de compresor con el fin de secar y
filtrar la mezcla de gases por medio de técnicas de
condensación.
Se sabe que el rendimiento de separación de
gases, aplicando un procedimiento de este tipo mediante el cual se
hace uso de una separación de membrana, puede mejorarse recalentando
la mezcla de gases que se enfrió en la instalación de compresor
antes de enviarla a través del separador de membrana.
Un mayor rendimiento implica una mayor
selectividad del procedimiento de separación, una mayor pureza y
menos pérdidas de los gases separados y una mayor permeabilidad del
separador de membrana para la misma pureza pretendida de los gases
separados.
El recalentamiento de la mezcla de gases que ha
de tratarse después de que haya abandonado la instalación de
compresor se ha realizado hasta ahora por medio de calor que venía
de una fuente de calor externa tal como una resistencia eléctrica,
un circuito de vapor o similar.
Una desventaja de una fuente de calor externa de
este tipo es que el recalentamiento de la mezcla de gases que ha de
tratarse requiere energía adicional, lo que es naturalmente
desventajoso respecto a los costes de producción y el precio de
coste de los gases separados.
La presente invención pretende remediar lo
mencionado anteriormente y otras desventajas proporcionando un
procedimiento mejorado para separar gases de una mezcla de gases,
mediante el cual la mezcla de gases que ha de tratarse se conduce a
través de un separador de membrana por medio de una instalación de
compresor y mediante el cual la mezcla de gases comprimidos que ha
de tratarse se enfría en la instalación de compresor, entre otros
con el fin de separar el condensado de la mezcla de gases, tras lo
cual, cuando abandona la instalación de compresor, se recalienta
antes de acabar en el separador de membrana, y mediante el cual, con
el fin de recalentar la mezcla de gases que ha de tratarse según
abandona la instalación de compresor, se hace uso del calor de
recuperación de la propia instalación de compresor.
Una ventaja de un procedimiento mejorado de este
tipo según la invención es que el recalentamiento de la mezcla de
gases que ha de tratarse con el fin de maximizar el rendimiento del
separador de membrana no conduce a ningún coste de energía
adicional, de modo que la separación de gases deseada puede
realizarse más selectivamente y a un precio de coste favorable.
Preferiblemente, con el fin de recalentar la
mezcla de gases que ha de tratarse, se hace uso del calor de la
mezcla de gases comprimidos a la salida de un elemento de compresor
del dispositivo de compresor, mediante lo cual más particularmente
se usará el calor que se absorbe de la mezcla de gases que ha de
tratarse a la salida de un elemento de compresor durante el
enfriamiento para separar el condensado tal como se mencionó
anteriormente.
Cuando se usa más particularmente un elemento de
compresor con inyección líquida, mediante lo cual el líquido
inyectado se separa de la manera conocida a la salida del elemento
de compresor en cuestión y posteriormente se lleva de vuelta al
elemento de compresor de modo que se inyecta de nuevo, también puede
hacerse uso, para recalentar la mezcla de gases que ha de tratarse
según abandona la instalación de compresor, del calor del líquido
separado.
Si la instalación de compresor está equipada con
un enfriador que hace uso de un medio de enfriamiento, por ejemplo
para enfriar uno o varios elementos de compresor, el calor de
recuperación de dicho medio de enfriamiento puede usar de una
manera que ahorra energía con el fin de recalentar la mezcla de
gases que ha de tratarse según abandona la instalación de
compresor.
No es necesario decir que, con el fin de
recalentar la mezcla de gases que ha de tratarse, el calor de la
mezcla de gases comprimidos y/o el calor del líquido de inyección
recirculado y/o el calor del medio de enfriamiento de un circuito
de enfriamiento similar pueden usarse simultáneamente y en
combinación.
El gas comprimido en la instalación de compresor
preferiblemente se seca y se filtra antes de conducirse en la
membrana, con el fin de eliminar gotas de líquido, motas de suciedad
y otras impurezas de la mezcla de gases que podrían atascar o dañar
el separador de membrana.
La invención también se refiere a un dispositivo
mejorado para separar gases de una mezcla de gases según el
procedimiento descrito anteriormente, dispositivo que principalmente
está constituido por una instalación de compresor con una entrada y
una salida para la mezcla de gases que ha de tratarse y un separador
de membrana cuya entrada está conectada con la salida mencionada
anteriormente de la instalación de compresor por medio de una
tubería de abastecimiento, caracterizado porque un radiador está
incorporado en esta tubería de abastecimiento a través de la cual
fluye la mezcla de gases que ha de tratarse y que es parte de al
menos un intercambiador de calor de la propia instalación de
compresor.
Con el fin de explicar mejor las características
de la invención, se da la siguiente realización preferida de un
dispositivo mejorado según la invención para separar gases de una
mezcla de gases sólo como un ejemplo sin ser limitante de cualquier
manera, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
las figuras 1 a 7 representan esquemáticamente
diferentes variantes de un dispositivo mejorado según la
invención.
El dispositivo 1 mejorado de la figura 1
principalmente está constituido por una instalación 2 de compresor
y un separador 3 de membrana que está conectado a esta instalación 2
de compresor.
La instalación 2 de compresor en este caso está
constituida por un elemento 4 de compresor, más particularmente un
elemento de compresor libre de aceite, cuya entrada está conectada,
a través de un filtro 5 de succión, por medio de una tubería 6 de
succión, a la entrada 7 de la instalación 2 de compresor, mientras
que la salida del elemento 4 de compresor está conectado a la
salida 9 de la instalación 2 de compresor por medio de una tubería
8 de aire comprimido.
En la tubería 8 de aire comprimido está provisto
un intercambiador 10 de calor que está compuesto, de la manera
conocida, de dos radiadores, 11 y 12 respectivamente, colocados uno
enfrente del otro mediante lo cual el radiador 11 está incorporado
en la tubería 8 de aire comprimido mencionada anteriormente hacia la
salida 9 de la instalación 2 de compresor.
Detrás del radiador 11 está incorporado un
separador 13 de agua en la misma tubería 8 de aire comprimido.
Enfrente del intercambiador 10 de calor está
provisto un ventilador 14 que está dirigido hacia el intercambiador
10 de calor.
El separador 3 de membrana mencionado
anteriormente tiene una entrada 15 que está conectada a la salida 9
mencionada anteriormente de la instalación 2 de compresor por medio
de una tubería 16 de abastecimiento, mediante lo cual el segundo
radiador 12 mencionado anteriormente del intercambiador 10 de calor
de la instalación 2 de compresor está incorporado en esta tubería
16 de abastecimiento.
El separador 3 de membrana está provisto en este
caso de dos salidas, 17 y 18 respectivamente, pero también puede
tener varias salidas.
El funcionamiento y el uso del dispositivo 1
para separar gases de una mezcla de gases son muy simples y tal
como sigue.
La mezcla de gases que ha de tratarse, por
ejemplo aire ambiente, se aspira por la instalación de compresor,
tal como se representa en la figura 1, a través de la entrada 7 y el
filtro 5, y se comprime mediante el elemento 4 de compresor y se
fuerza mediante la tubería 8 de aire comprimido a través del
radiador 11 y el separador 13 de agua, y posteriormente se conduce
por medio de la tubería 16 de abastecimiento a través del radiador
12 y el separador 3 de membrana, mediante lo cual en este separador
3 de membrana se separa la mezcla de gases en dos o más componentes
de la manera conocida, por ejemplo nitrógeno y oxígeno, que se
recogen en las salidas 17-18 respectivas.
El flujo de aire relativamente frío que se
genera por el ventilador 14 fluye sucesivamente a través de las
mallas del radiador 11 y a través de las mallas del radiador 12 del
intercambiador 10 de calor, como resultado de lo cual se enfriará
la mezcla de gases calientes que ha de tratarse fluyendo
directamente fuera del elemento 4 de compresor a través del
radiador 11 y entonces, tras un enfriamiento adicional en el
separador 13 de agua, se recalentará en el radiador 12 antes de
fluir al separador 3 de membrana.
En el separador 13 de agua, se separa el vapor
de agua de la mezcla de gases que ha de tratarse por medio de
condensación o similar, como resultado de lo cual se evita que el
separador de membrana estuviera saturado de agua, lo que sería
desventajoso para el buen funcionamiento del mismo.
Ya que la mezcla de gases que ha de tratarse,
después de que haya abandonado la instalación de compresor, se
recalienta antes de fluir a través del separador de membrana, la
separación de gases en el separador de membrana será más
eficaz.
Aunque en el ejemplo dado de la figura 1, todo
el caudal del elemento 4 de compresor fluye a través del separador
de membrana, no se excluye que, según una variante, sólo una parte
de este caudal se conducirá a través del separador de membrana por
medio de una ramificación de la tubería 8 de aire comprimido o
similar.
La figura 2 representa una variante de la figura
1, mediante la cual se aplica un compresor de dos fases en este
caso con dos elementos 4 de compresor colocados en serie uno detrás
del otro y que están conectados entre sí por medio de una tubería
19 intermedia en la que están incorporadas un enfriador 20
intermedio y un separador 13 de agua adicional para el secado y el
enfriamiento intermedio de la mezcla de gases que ha de
tratarse.
El intercambiador 10 de calor no es en este caso
un intercambiador de calor enfriado por aire como en la figura 1,
sino que se enfría mediante un circuito 21 de enfriamiento separado
con un radiador 22 de enfriamiento adicional y un líquido de
enfriamiento que absorbe el calor del radiador 11 y devuelve este
calor a la altura del radiador 12 para recalentar así la mezcla de
gases que ha de tratarse según abandona la instalación 2 de
compresor.
La figura 3 representa una variante, mediante la
cual en este caso, en comparación con el dispositivo de la figura
2, está provisto otra secadora 23 que está rellena con un agente
desecante, mediante lo cual esta secadora 23 está incorporada
detrás del separador 13 de agua en la tubería 8 de aire comprimido
mencionada anteriormente y que proporciona un secado adicional de
la mezcla de gases que ha de tratarse.
Si se requiere, la instalación 2 de compresor
puede estar equipada con las características necesarias que hacen
posible regenerar el agente desecante saturado o parcialmente
saturado de la manera conocida.
La figura 4 representa una variante mediante la
cual se aplica un enfriador 24 adicional entre el intercambiador 10
de calor y el separador 13 de agua lo que permite un enfriamiento
adicional de la mezcla de gases que ha de tratarse de modo que
pueda separar más agua por medio de condensación en el separador 13
de agua.
Es evidente que también el calor de recuperación
de este enfriador 24 adicional puede usarse para recalentar la
mezcla de gases que ha de tratarse.
La figura 5 representa otra variante de un
dispositivo 1 según la invención.
En este caso, se aplica un elemento 4 de
compresor con inyección líquida mediante lo cual está provisto un
separador de líquidos a la salida del elemento 4 de compresor en la
tubería 8 de aire comprimido, y mediante lo cual la salida de este
separador 25 de líquidos está conectada al sistema 27 de inyección
de líquido del elemento 4 de compresor por medio de una tubería 26
de retorno, mediante lo cual está provisto un radiador 28 en la
tubería 26 de retorno que es parte de un intercambiador 29 de calor
que comprende un segundo radiador 30, segundo radiador 30 que está
incorporado en la tubería 16 de abastecimiento al separador 3 de
membrana.
El intercambiador 29 de calor está equipado con
un ventilador 31.
En la tubería 8 de aire comprimido, tras el
separador 25 de aceite, está provisto un enfriador 24 que está
seguido de un separador 13 de agua y que está seguido a su vez por
un filtro 32 o por un conjunto de filtros y elementos de
adsorción.
El ventilador 31 sopla aire ambiente
relativamente fresco a través de los radiadores
27-29 en cuestión, como resultado de lo cual hay
una transferencia de calor entre el líquido de inyección caliente en
el primer radiador 27 y la mezcla de gases que ha de tratarse que
fluye a través del segundo radiador 29, de tal modo que esta mezcla
de gases, según abandona la instalación 2 de compresor, se
recalentará antes de conducirse al separador 3 de membrana, y se
obtiene un mejor rendimiento del separador 3 de membrana.
Gracias al filtro 32 o conjunto de filtros que
están montados en el punto más frío en la tubería de aire
comprimido, se filtrarán vapores, motas de suciedad y otras
impurezas de la mezcla de gases que ha de tratarse por medio de
adsorción, condensación o simi-
lar.
lar.
El dispositivo según la figura 6 difiere del
dispositivo en la figura 5 en que en la tubería 8 de aire
comprimido, entre el separador 13 de agua y el filtro 32, está
provista otra secadora 33 en frío que está constituida por un
intercambiador 34 de calor, un intercambiador 36 de calor conectado
a un circuito 35 de enfriamiento y un separador 13 de agua
adicional, mediante lo cual en el intercambiador 34 de calor de la
secadora 33 en frío, la mezcla de gases que ha de tratarse, tras
haberse enfriado en el intercambiador de calor, se recalienta y
mediante lo cual esta mezcla de gases, tras haber pasado a través
del filtro 32, se calienta adicionalmente en el intercambiador 29
de calor antes de acabar en el separador 3 de membrana.
La figura 7 representa otra variante del
dispositivo de la figura 5, mediante la cual está provista en este
caso una tubería 37 de desviación en la tubería 26 de retorno que
sirve de puente entre el radiador 28 mencionado anteriormente y en
el que está provista una válvula 38 ajustable que es parte de un
circuito 39 de control con un detector 40 de temperatura que está
montado en la tubería 16 de abastecimiento en la entrada 15 del
separador 3 de membrana.
En este caso, como una función de la posición de
la válvula 38, el caudal del líquido de inyección se divide en una
parte que pasa a través del radiador 28 y una parte que fluye
directamente al sistema 27 de inyección a través de la tubería 37
de desviación, de tal modo que la transferencia de calor en el
intercambiador 29 de calor es una función de la posición de la
válvula 38.
El circuito 39 de control asegura que la
apertura de la válvula esté controlada de tal modo que la
temperatura de la mezcla de gases que ha de tratarse es constante
en la entrada 15 del separador 3 de membrana e igual a un valor
objetivo fijado.
En este caso un radiador 41 adicional asegura
que cuando la válvula 38 está completamente abierta, el líquido de
inyección estará suficientemente enfriado con el fin de evitar
cualquier daño al elemento 4 de compresor.
Es evidente que el procedimiento y los
dispositivos descritos anteriormente pueden aplicarse con buenos
resultados en todos los tipos de separador de membranas 3, tanto
con o sin aplicar un gas para lavar los gases separados.
La presente invención no se restringe de ninguna
manera a las realizaciones aportadas como ejemplo y representadas
en los dibujos adjuntos; por el contrario, un procedimiento y
dispositivo de este tipo según la invención pueden realizarse según
diferentes variantes permaneciendo todavía dentro del alcance de la
invención.
Claims (14)
1. Un procedimiento para separar
gases de una mezcla de gases, mediante el cual la mezcla de gases
que ha de tratarse se conduce a través de un separador (3) de
membrana por medio de una instalación (2) de compresor y mediante
el cual la mezcla de gases comprimidos que ha de tratarse se enfría
en la instalación (2) de compresor, entre otros con el fin de
separar un condensado de la mezcla de gases, tras lo cual, según
abandona la instalación (2) de compresor, se recalentará antes de
acabar en el separador (3) de membrana, caracterizado
porque, con el fin de recalentar la mezcla de gases que ha de
tratarse según abandona la instalación (2) de compresor, se hace
uso del calor de recuperación de la propia instalación (2) de
compresor.
2. El procedimiento según la
reivindicación 1, caracterizado porque con el fin de
recalentar la mezcla de gases que ha de tratarse, se hace uso del
calor de la mezcla de gases comprimidos a la salida de un elemento
(4) de compresor de la instalación (2) de compresor.
3. El procedimiento según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque con el fin de
recalentar la mezcla de gases que ha de tratarse, se hace uso del
calor de recuperación que se absorbe de la mezcla de gases que ha
de tratarse mientras se enfría la mezcla de gases tal como se
mencionó anteriormente, entre otros con el fin de separar el
condensado.
4. El procedimiento según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la instalación (2) de compresor comprende un elemento (4) de
compresor con inyección líquida cuyo líquido inyectado se separa a
la salida del elemento (4) de compresor en cuestión mediante un
separador (25) de líquidos, mediante lo cual se usa el calor del
líquido separado para recalentar la mezcla de gases que ha de
tratarse según abandona la instalación (2) de compresor.
5. El procedimiento según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque la instalación (2) de compresor está equipada con un
enfriador en el que se aplica un medio de enfriamiento y mediante
el cual se usa el calor de recuperación del medio de enfriamiento
para recalentar la mezcla de gases que ha de tratarse según
abandona la instalación (2) de compresor.
6. El procedimiento según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque tras el enfriamiento de la mezcla de gases que ha de
tratarse en la instalación (2) de compresor tal como se mencionó
anteriormente, la mezcla de gases se conduce a través de una
secadora (23-33).
7. El procedimiento según la
reivindicación 6, caracterizado porque la mezcla de gases se
conduce a través de una secadora (23) que se basa en un agente
desecante.
8. El procedimiento según la
reivindicación 6, caracterizado porque la mezcla de gases se
conduce a través de una secadora (33) en frío.
9. El procedimiento según una
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado
porque después del enfriamiento de la mezcla de gases que ha de
tratarse en la instalación (2) de compresor tal como se mencionó
anteriormente, la mezcla de gases se conduce a través de un filtro
(32) o a través de un conjunto de filtros y elementos de
adsorción.
10. Un dispositivo para separar gases de
una mezcla de gases según un procedimiento según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, dispositivo (1) que principalmente
está constituido por una instalación (2) de compresor que tiene una
entrada (7) y una salida (9) para la mezcla de gases que ha de
tratarse y un separador (3) de membrana cuya entrada (15) está
conectada a la salida (9) mencionada anteriormente de la
instalación (2) de compresor por medio de una tubería (16) de
abastecimiento, caracterizado porque un radiador
(12-30) está incorporado en esta tubería (16) de
abastecimiento a través de la cual fluye la mezcla de gases que ha
de tratarse y que es parte de un intercambiador
(10-34-29) de calor de la propia
instalación (2) de compresor.
11. El dispositivo según la
reivindicación 10, caracterizado porque el intercambiador
(10-34) de calor mencionado anteriormente está
incorporado en una tubería (8) de aire comprimido entre la salida de
un elemento (4) de compresor y la salida (9) de la instalación (2)
de compresor.
12. El dispositivo según la
reivindicación 11, caracterizado porque el intercambiador
(34) de calor mencionado anteriormente es un enfriador que es parte
de una secadora (33) en frío de la instalación (2) de
compresor.
13. El dispositivo según la
reivindicación 10, caracterizado porque la instalación (2) de
compresor comprende un elemento (4) de compresor con inyección
líquida y un separador (25) de líquidos incorporados en la tubería
(8) de aire comprimido mencionada anteriormente a la salida del
elemento (4) de compresor en cuestión y cuya salida está conectada
al sistema (27) de inyección líquida del elemento (4) de compresor
por medio de una tubería (26) de retorno, y mediante lo cual el
intercambiador (29) de calor mencionado anteriormente está
incorporado a dicha tubería (26) de retorno.
14. El dispositivo según la
reivindicación 10, caracterizado porque la instalación (2) de
compresor está equipada con al menos un circuito (21) de
enfriamiento y porque el intercambiador (10) de calor mencionado
anteriormente en la tubería (16) de abastecimiento al separador (3)
de membrana es parte de este circuito (21) de enfriamiento.
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