ES2312098T3 - Procedimiento de valoracion de las fugas de productos en los sistemas de hermeticidad de los compresores por recuperacion y reciclado como combustible. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de valorización de un producto gaseoso combustible recolectado en el dispositivo de hermeticidad (4) de un compresor de dicho producto gaseoso combustible que comprende las etapas de: a) alimentación del dispositivo (4) de hermeticidad de dicho compresor por un flujo (1) de gas inerte, b) recuperación a la salida de dicho dispositivo de hermeticidad de un flujo (5) de gas que contiene todo o parte del flujo (1) de gas inerte de la etapa a) y todo o parte del flujo gaseoso de producto combustible recolectado en dicho dispositivo de hermeticidad del compresor, para alimentar un conducto (6) conectado a la salida del dispositivo de hermeticidad, c) separación de dicho flujo (5) de gas constituido por la mezcla del flujo de gas inerte y del flujo gaseoso de producto combustible recuperado en la etapa b) a la salida de dicho conducto (6), en dos flujos gaseosos, el primero es destinado a alimentar un colector (10) de combustibles conectado a quemadores, y el segundo es enviado a una antorcha (11) para ser quemado, el conjunto de los conductos (6, 8, 9) que vehiculan los flujos gaseosos de las etapas b) y c) constituyen el circuito de los escapes, en el cual la presión en el dispositivo (4) de hermeticidad es mantenida a una presión superior a la presión de gas en el colector (10) de combustibles.
Description
Procedimiento de valoración de las fugas de
productos en los sistemas de hermeticidad de los compresores por
recuperación y reciclado como combustible.
La presente invención se relaciona con un
procedimiento de valorización de un producto gaseoso combustible
recolectado en el dispositivo de hermeticidad de un compresor de
dicho producto gaseoso combustible.
La invención se aplica a procedimientos en los
cuales se comprimen gases combustibles, o mezclas gaseosas que
contienen gases combustibles. Ella encuentra aplicación
particularmente ventajosa en el campo de la producción y/o del
tratamiento de gas de síntesis (procedimiento HYCO), que permite la
producción y/o el tratamiento de gases combustibles o de mezclas
gaseosas que contienen gases combustibles entre los cuales
citaremos particularmente H_{2}, CO, CH_{4}, gas natural,
CO_{2}.
En efecto es frecuentemente necesario en los
procedimientos que tratan este tipo de productos tener que
comprimir en el transcurso del procedimiento al menos uno de los
productos gaseosos utilizados en la instalación.
Citaremos por ejemplo:
- -
- el hidrógeno producido, comprimido para las necesidades de los clientes,
- -
- el gas de síntesis comprimido para las necesidades de su purificación,
- -
- el monóxido de carbono comprimido para las necesidades de frío y/o las necesidades de los clientes.
Los compresores de gas son bien conocidos, de
tipo alternativo o centrífugo, con sistemas de hermeticidad de tipo
laberinto o barrera seca ("dry face seal" en lengua
inglesa).
A pesar de los dispositivos de hermeticidad que
poseen los compresores, los escapes de producto gaseoso comprimido
son inevitables a nivel de cada cilindro de compresión, entre el
vástago del pistón y el cilindro. En efecto, el juego que existe
entre el vástago de pistón móvil en translación y las juntas de
hermeticidad genera un caudal de escape residual que aunque bajo,
debe ser controlado. Además, estas pérdidas de producto por falta
de hermeticidad aumentan a medida que se desgastan las juntas de
hermeticidad. Por consiguiente, el caudal gaseoso de escape no es
nunca nulo, y aumenta gradualmente con el desgaste de las juntas de
hermeticidad.
Estos productos, ya sea el hidrógeno, los
óxidos de carbono, el metano u otros, deben ser quemados antes de
su evacuación hacia la atmósfera, por diferentes razones, y en
particular de seguridad y de medio ambiente a causa de su carácter
peligroso (tóxico y/o explosivo).
Para resolver este problema, los industriales
recuperan clásicamente estos productos combustibles que provienen
de escapes a nivel de los compresores y los envían hacia una
antorcha donde se queman en presencia de aire, liberando dióxido de
carbono y vapor de agua.
Es así como el documento US 5 344 313 describe
un método que permite controlar las emisiones de compuestos
orgánicos volátiles provenientes de equipos mecánicos de tipo
rotativo o alternativo, tales como bombas, describe también un
sistema que permite recolectar los compuestos emitidos,
transportarlos minimizando o previniendo los riesgos de explosión
en el interior del sistema, y eliminarlos quemándolos en el
exterior del sistema.
El documento US 4 468 193 describe por su parte
un procedimiento y equipos para la eliminación de gases
hidrocarbonados por combustión. Según este procedimiento, se
mezclan dos flujos de gases hidrocarbonados en proporción variable,
entre ellos o con otros constituyentes de manera que se produzca
una combustión sin humo.
Sin embargo, productos enviados a la antorcha
no son valorizados de ninguna manera, al contrario, participan en
la contaminación y contribuyen al efecto invernadero. A medida que
envejece el compresor, la cantidad de gas de escape aumenta, una
cantidad creciente de producto es evacuada sin ninguna
valorización.
Por diferentes razones, en particular de precio
o de costo del gas considerado, es esencial limitar la cantidad de
gas enviado a la antorcha.
Al mismo tiempo, el procedimiento puesto en
práctica a nivel de la instalación consta en general de una o
varias etapas endotérmicas que necesitan un aporte de calor. En
algunos casos, este aporte de calor provendrá al menos por parte de
intercambio entre fluidos. El vapor de agua en particular provee
al menos en parte a las necesidades, pero en caso de necesidades de
calor importantes, en el marco por ejemplo de una reformación al
vapor para una producción de hidrógeno y/o de monóxido de carbono,
solos o en mezcla, se tiene necesidad del calor aportado por una
reacción de combustión. El combustible utilizado contiene en este
caso, por parte al menos de los productos combustibles reciclados a
partir de diferentes etapas del procedimiento (citaremos a título de
información los residuales de PSA, los gases residuales de caja
fría, por ejemplo residual metano, gas instantáneo [flash gas en
lengua inglesa]) y por parte del combustible importado, se trata a
menudo entonces de una fracción de la carga que alimenta el
procedimiento (o gas primario), en general de gas natural. Los
gases residuales y la fracción de gas primario son mezclados y
luego dirigidos a través de un colector de combustibles ("fuel
header" en lengua inglesa) hacia los quemadores requeridos para
la reacción de combustión.
Así, los productos gaseosos de escape que
provienen de los dispositivos de hermeticidad de los compresores
destinados a la compresión de los productos representan una
oportunidad de valorización; estas pérdidas de productos debidas a
la falta de hermeticidad de los compresores pueden alcanzar por
ejemplo en el caso de una producción de hidrógeno hasta un 5% de la
producción de H_{2}. Simultáneamente, el procedimiento necesita
en general aportes de calor, obligando a menudo a recurrir a
reacciones de combustión alimentadas gracias a combustibles
gaseosos.
El objetivo de la presente invención es aportar
una solución al problema de la pérdida de productos valorizables a
través de los escapes a nivel de las etapas de compresión del
procedimiento.
Otro objetivo de la invención es limitar el
consumo de combustible que proviene de una fuente exterior al
procedimiento.
En el marco de la producción de hidrógeno, un
objetivo de la invención es así valorizar -en su valor como
combustible- el hidrógeno producido que corresponde a una fracción
que puede alcanzar 5% de la producción.
Para esto, el objetivo de la invención
concierne a un procedimiento de valorización de un producto gaseoso
combustible recolectado en el dispositivo de hermeticidad de un
compresor de dicho producto gaseoso combustible que comprende las
etapas de:
a) alimentación del dispositivo de hermeticidad
de dicho compresor por un flujo de gas inerte,
b) recuperación a la salida de dicho
dispositivo de hermeticidad de un flujo de gas que contiene todo o
parte del flujo de gas inerte de la etapa a) y todo o parte del
flujo gaseoso de producto combustible recolectado en dicho
dispositivo de hermeticidad del compresor, para alimentar un
conducto conectado a la salida del dispositivo de hermeticidad.
c) separación de dicho flujo de gas (mezcla de
gas inerte y del flujo gaseoso de producto combustible) a la salida
de dicho conducto en dos flujos gaseosos, el primero es destinado a
alimentar un "fuel header" conectado a quemadores, y el
segundo es enviado hacia una antorcha para ser quemado. (El
conjunto de conductos que vehiculan los flujos gaseosos de las
etapas b) y c) constituyen el circuito de los escapes). La presión
del dispositivo de hermeticidad es mantenida a una presión superior
a la presión del gas en el "fuel header".
De manera ventajosa, el gas inerte utilizado es
el nitrógeno, debido a su disponibilidad en el lugar.
Preferentemente, la presión en el circuito de
los escapes es controlada por medio de dos controladores de presión
(PIC), el primero pilota una válvula situada sobre el conducto de
alimentación hacia el "fuel header", mientras que el otro,
regulado a un valor de presión más elevado pilota una válvula
situada sobre el conducto de alimentación de la antorcha. Esta
disposición está justificada por el hecho de que si por cualquier
razón (en particular en caso de presión excesiva a nivel del
"fuel header"), el primer PIC y la válvula asociada no pueden
evacuar todo el flujo de gas, la presión continuará subiendo en el
circuito de los escapes. El segundo PIC se vuelve entonces activo y
abre la válvula hacia la antorcha, evacuando el excedente de gas
que no puede ser reciclado hacia los quemadores. Típicamente, el
segundo PIC tiene una instrucción de aproximadamente 200 mbar por
encima de la instrucción del primer
PIC.
PIC.
De manera ventajosa, el circuito de los escapes
está equipado además de un dispositivo de sincronización que cierra
la válvula situada sobre el conducto de alimentación del "fuel
header", mientras que fuerza en posición abierta la válvula
situada sobre el conducto que alimenta la antorcha en uno u otro
de los dos casos siguientes:
- cuando la presión en el circuito de los
escapes es muy alta, para evitar poner en acción la válvula situada
sobre el conducto conectado a la salida del dispositivo de
hermeticidad (y por tanto la salida al aire de los productos
gaseosos que circulan en el conducto). Para eso, la presión de
instrucción de esta última es ligeramente superior a la presión
que ordena la abertura de la válvula situada sobre el conducto de
alimentación de la antorcha;
- cuando la presión en el "fuel header" es
superior a la presión en el circuito de los escapes, se puede en
efecto temer un paso de combustibles hacia el sistema de
hermeticidad.
El procedimiento de la invención es
particularmente ventajoso en el caso en que el producto gaseoso
combustible es el hidrógeno. En efecto, en el caso de una
producción de hidrógeno, las pérdidas observadas a nivel de los
sistemas de hermeticidad de los compresores de hidrógeno pueden
alcanzar el 5% de la producción.
El procedimiento de la invención permite
valorizarlos como combustible en lugar de perderlos totalmente.
El procedimiento es ventajosamente aplicado
para la recuperación de productos combustibles utilizados durante
la producción y/o del tratamiento de gas de síntesis.
La invención va ahora a ser descrita
refiriéndose a la figura única adjunta; otras características y
ventajas de la invención aparecerán allí.
Se debe comprender que se trata de un modo de
realización particular de la invención dado a modo de ejemplo no
limitativo, y que la invención no se limita a este modo de
realización.
La figura presenta un esquema que ilustra un
modo de realización preferido de la invención para la valorización
de los escapes de productos recuperados a nivel de los dispositivos
de hermeticidad de los compresores de producto que corresponde a un
ejemplo de recuperación de escapes provenientes de un compresor de
hidrógeno en aplicación de la invención.
El nitrógeno (1), llevado a través del conducto
(2) y la válvula (3) es inyectado en el sistema de hermeticidad
(4) del compresor de hidrógeno.
La mezcla gaseosa (5) que contiene nitrógeno
inyectado y el hidrógeno que proviene de los escapes del compresor
es recuperado a nivel del sistema de hermeticidad (4) y alimenta el
conducto (6), el cual está equipado con una válvula (7) destinada a
prevenir una superpresión.
El conducto (6) es una sección común a los dos
conductos (8) y (9), el conducto (8) que alimenta el "fuel
header" (10), mientras que el conducto 9 está conectado a la
antorcha (11).
La presión en el circuito de los escapes
(conjunto de conductos (6), (8), (9)) es controlada por dos
controladores de presión (12) y (13) de tipo PIC.
El controlador de presión (12), llamado
controlador principal acciona la válvula (14) que controla el envío
del gas de escape hacia el recolector de presión circuito "fuel
header", mientras que el PIC secundario (13), regulado a un
valor de presión superior a la del controlador (12), de 200 mbar
por ejemplo, acciona la válvula (15) que controla el envío de gas
hacia la antorcha (11).
La presión en el "fuel header" está
comprendida habitualmente entre 1 y 2 bar absoluto,
preferentemente del orden de 1,3 bar absoluto.
Sin embargo, es necesario observar que el
"fuel header" es por su construcción mecánicamente apto para
soportar una presión que puede alcanzar 7 bar absoluto, y en caso
de presión excesiva de parte del "fuel header", podría tener
lugar allí un reflujo de gas hacia los conductores (8), después
(6), aumentando la presión de gas en esos conductos, lo que puede
provocar un deterioro del sistema de hermeticidad del compresor (en
efecto es necesario observar que un aumento de presión tenderá a
abrir totalmente una válvula controlada por presión - por tanto las
válvulas accionadas por los PIC).
Para proteger el sistema de hermeticidad del
compresor, el conducto (6) está, así como se ha descrito
anteriormente, provisto de la válvula (7).
Por otra parte, se ha situado también un
dispositivo de seguridad lógica (16) que funciona de la manera
siguiente:
- en caso de presión muy elevada en el circuito
de los escapes, la válvula (14) hacia el "fuel header" es
cerrada, y la válvula (15) hacia la antorcha es forzada para que se
abra totalmente (funcionamiento de modo manual a 100%).
- de la misma manera, cuando el "fuel
header" está detenido o cuando la presión es allí superior a la
del gas en el circuito de los escapes, se actúa de la misma manera,
cerrando la válvula (14) y forzando la válvula (15) hacia la
antorcha (11).
Claims (6)
1. Procedimiento de valorización de un producto
gaseoso combustible recolectado en el dispositivo de hermeticidad
(4) de un compresor de dicho producto gaseoso combustible que
comprende las etapas de:
a) alimentación del dispositivo (4) de
hermeticidad de dicho compresor por un flujo (1) de gas inerte,
b) recuperación a la salida de dicho
dispositivo de hermeticidad de un flujo (5) de gas que contiene
todo o parte del flujo (1) de gas inerte de la etapa a) y todo o
parte del flujo gaseoso de producto combustible recolectado en
dicho dispositivo de hermeticidad del compresor, para alimentar un
conducto (6) conectado a la salida del dispositivo de
hermeticidad,
c) separación de dicho flujo (5) de gas
constituido por la mezcla del flujo de gas inerte y del flujo
gaseoso de producto combustible recuperado en la etapa b) a la
salida de dicho conducto (6), en dos flujos gaseosos, el primero es
destinado a alimentar un colector (10) de combustibles conectado a
quemadores, y el segundo es enviado a una antorcha (11) para ser
quemado, el conjunto de los conductos (6, 8, 9) que vehiculan los
flujos gaseosos de las etapas b) y c) constituyen el circuito de
los escapes,
en el cual la presión en el dispositivo (4) de
hermeticidad es mantenida a una presión superior a la presión de
gas en el colector (10) de combustibles.
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 caracterizado porque el gas inerte (1) que
alimenta el dispositivo de hermeticidad es el nitrógeno.
3. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 ó 2 caracterizado porque la presión en el
circuito de los escapes es controlada por medio de dos
controladores de presión (12, 13), el primero (12) pilota una
válvula (14) situada sobre el conducto (8) que alimenta el colector
de combustibles, mientras que el otro (13), regulado a un valor de
presión más elevado pilota una válvula (15) situada sobre el
conducto (9) que alimenta a la antorcha (11).
4. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 3 caracterizado porque el circuito de los
escapes está equipado además con un dispositivo (16) de
sincronización el cual cierra la válvula (14) situada sobre el
conducto (8) de alimentación del colector de combustibles, mientras
que fuerza en posición abierta la válvula (15) situada sobre el
conducto (9) que alimenta la antorcha en uno u otro de los dos
casos siguientes:
- la presión en el circuito de los escapes es
muy alta,
- la presión en el colector de combustibles es
superior a la presión en el circuito de los escapes.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones precedentes en el cual el producto gaseoso
combustible es el hidrógeno.
6. Aplicación del procedimiento según una de
las reivindicaciones precedentes a la recuperación de productos
combustibles utilizados durante la producción y/o el tratamiento de
gas de síntesis.
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