ES2586933T3 - Dispositivo para el secado y filtrado de un gas - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para el secado de un gas con - primeros medios para el secado del gas, a los que se les suministra el gas para el secado, y - medios para la purificación del gas, a los que se les suministra el gas para la purificación, y - segundos medios para el secado que están dispuestos de modo que secan los medios para la purificación del gas, en el que el gas se les suministra en primer lugar a los primeros medios para el secado del gas y luego a los medios para la purificación del gas, en el que - están previstas una primera unidad de secado con los primeros medios para el secado y una etapa de purificación, aguas debajo de la primera unidad de secado en la dirección de circulación del gas, con los medios para la purificación del gas, en el que la etapa de purificación presenta una segunda unidad de secado con los segundos medios para el secado, en la que la etapa de purificación presenta un recipiente y en el recipiente están dispuestos tanto los medios para la purificación como también los segundos medios para el secado, y - la etapa de purificación presenta carbón activo como medio para la purificación del gas, caracterizado porque - los segundos medios para el secado forman un lecho mixto junto con el carbón activo en la etapa de purificación, de modo que secan el carbón activo, y - el volumen de los segundos medios para el secado de la segunda unidad de secado es de al menos un cuarto del volumen del carbón activo de la etapa de purificación.
Description
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DESCRIPCION
Dispositivo para el secado y filtrado de un gas
La invencion se refiere a un dispositivo para el secado de un gas y en particular un secador de sorcion con una unidad de filtro de carbon activo aguas abajo.
Los secadores de sorcion sirven en general para extraer la humedad de un gas y en particular un gas comprimido, como por ejemplo aire comprimido. Durante la generacion de aire comprimido un compresor aspira aire ambiente y lo comprime. La compresion del aire ambiente aspirado conduce a una sobresaturacion de la humedad del aire comprimido. Una parte de esta humedad se condensa en un enfriador posterior del compresor y se desvla del sistema de aire comprimido a traves de sistemas de separacion. El enfriamiento del aire comprimido en el sistema de tuberlas entre el compresor y el consumidor tiene como consecuencia una formacion adicional de condensado. Esto puede conducir a efectos secundarios negativos en el uso subsiguiente del aire comprimido, los cuales pueden motivar un elevado coste de mantenimiento o perdidas de calidad. Las aplicaciones que plantean un elevado requerimiento de pureza del aire comprimido, como por ejemplo aplicaciones en la industria alimentaria, la industria farmaceutica o en la tecnica de semiconductores, requieren por ello con frecuencia instalaciones adicionales para el secado del aire comprimido, que estan integradas en general entre el enfriador posterior del compresor y la red de consumidores en el sistema de aire comprimido. Estas instalaciones de secado sirven para alimentar el aire comprimido casi sin humedad en el sistema de aire comprimido.
Los secadores de sorcion conocidos presentan en general dos recipientes en los que esta dispuesto el medio de secado (sorbente), con frecuencia en forma de un producto a granel del medio de secado granulado. Con frecuencia se pueden usar medios de secado adsorbentes, pudiendose utilizar tambien medios de secado absorbentes. Los dos recipientes estan conectados entre si en paralelo a traves de llneas y respectivamente con la entrada del gas a secar y la salida del gas secado. El recorrido de circulacion del gas se controla a traves de valvulas. Una unidad de control asume el control de las valvulas. A este respecto, el control de las valvulas esta disenado de modo que siempre se atraviesa un recipiente por el gas a secar. En este se seca el gas en tanto que la humedad contenida en el se absorbe por el medio de secado contenido en el recipiente. En esta fase este recipiente se situa por consiguiente en una fase de sorcion o de secado. Durante la fase de sorcion del un recipiente, el otro recipiente se atraviesa (en general) en la direccion opuesta por una parte del gas secado, a fin de secar, es decir, regenerar el sorbente saturado durante una fase de sorcion anterior. A este respecto, este recipiente se encuentra en consecuencia en la fase de regeneracion. Si el sorbente se seca sin suministro externo de energla termica, es decir, solo por un flujo parcial del gas secado anteriormente, se trata de una as! denominada regeneracion frla. Despues de un intervalo de tiempo predeterminado, dependiente de la carga del secador de sorcion, se requiere invertir el sentido las valvulas en las alimentaciones y desvlos, de modo que aquel recipiente, que se encontraba hasta ahora en la fase de sorcion, se regenera y el recipiente, que se ha regenerado anteriormente, se usa ahora para el secado del gas.
Por el estado de la tecnica se conoce ademas la regeneracion caliente de un secador de sorcion. En este caso el recipiente de sorcion situado en la fase de regeneracion se regenera por el aire que se ha calentado gracias al suministro de energla externa. El aire puede ser una corriente parcial del aire comprimido seco o tambien se puede usar, por ejemplo, aire ambiente. Para el calentamiento del aire de regeneracion en relacion con la regeneracion caliente se utilizan en general dispositivos calefactores electricos.
Ademas, se conoce conectar despues de los secadores de sorcion de este tipo o de otras instalaciones de secado otra etapa de purification llena de distintos medios de adsorcion o catalizadores, como por ejemplo carbon activo, que filtra otros componentes indeseados del gas seco, como por ejemplo vapor de aceite.
En el mantenimiento de instalaciones de secado de este tipo, complementadas con una etapa de purificacion semejante se ha mostrado como problematico que despues de un intercambio del adsorbente o catalizador se requiere una larga fase de rearranque, en la que la instalacion de secado no es capaz de proporcionar el grado de secado especificado del gas. Esto se debe en particular a que el adsorbedor de intercambio o catalizador esta cargado de una cierta humedad propia, que se debe evacuar en primer lugar mediante el aire comprimido secado por el secador de sorcion, por lo que se reduce de nuevo el grado de secado del aire comprimido secado anteriormente de forma costosa. Por consiguiente se requiere poner en funcionamiento toda la instalacion un cierto tiempo para secar la etapa de purificacion. Esto esta ligado no solo con un tiempo de marcha en vaclo correspondientemente largo de la instalacion de secado, en el que esta no esta disponible para la finalidad prevista, sino tambien con una considerable perdida de energla.
Por el documento US 3,555,787 se conoce un dispositivo para el secado de un gas, que presenta tres unidades de filtro conectadas una detras de otra en la direccion de circulacion. La unidad de filtro mas frontal en la direccion de circulacion contiene dos elementos de filtro que estan separados entre si por una capa de fibras de vidrio. El un elemento de filtro es un lecho de medio de secado. El otro elemento de filtro es un tamiz molecular, que adsorbe las moleculas de acido sulfurico y moleculas de dioxido de azufre. La segunda unidad de filtro, aguas abajo de esta unidad de filtro en la direccion de circulacion presenta un acolchado superior y uno inferior de fibras de vidrio, as! como dos lechos de medio de secado dispuestos entre estos acolchados de fibra de vidrio, que se separan de nuevo uno de otro por un (tercer) acolchado de fibras de vidrio. La tercera unidad de filtro ultima en la direccion de circulacion, aguas abajo de la unidad
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de filtro mencionada anteriormente presenta un lecho de dos etapas, que presenta en una primera etapa un elemento de filtro con un filtro “Puralfil” que se fabrica mediante regeneracion de oxido de aluminio activo impregnado con permanganato de potasio en solucion acuosa. Como segunda etapa esta prevista una multiplicidad de elementos de filtro que filtran las partlculas solidas del orden de magnitud de dos angstrom o mayores del gas.
Por el documento EP 0 490 632 A1 se conoce la conexion en serie de un filtro de coalescencia y de un recipiente de purificacion, estando conectado el recipiente de purification despues del filtro de coalescencia en la direction de circulation. El recipiente de purificacion se compone de una primera capa de adsorcion, que le retira el vapor de agua al gas, una segunda capa de adsorcion, que le retira el vapor de aceite al gas (secado) y una tercera capa de adsorcion, en la que el gas seco, sin aceite absorbe vapor de agua para regenerar la tercera capa de adsorcion.
Por el documento US6,027,548 se conoce un dispositivo con una zona de pretratamiento (pretreatment zon 1), que esta prevista para la extraction de cargas indeseadas de un flujo de gas, concretamente de agua y dioxido de carbono, y un lecho mixto aguas debajo de 13X (Na X (2.5)) y LiX (2.0).
Partiendo del estado de la tecnica, la invention tuvo el objetivo de especificar un dispositivo mejorado para el secado de un gas. En particular mediante la invencion se deberla reducir el problema de la fase de rearranque parcialmente muy larga despues del cambio de una etapa de purificacion aguas abajo del secador del dispositivo.
Este objetivo se resuelve por el objeto de la revindication 1 independiente. Formas de realization ventajosas del dispositivo segun la invencion son objeto de las reivindicaciones dependientes y se deducen de la description siguiente de la invencion.
El nucleo de la invencion consiste en, en un dispositivo para el secado de un gas (y en particular de aire comprimido), en el que una etapa de purificacion esta conectada despues de una (primera) unidad de secado en la direccion de circulacion del gas, suministrar en la etapa de purificacion el gas a una segunda unidad de secado para absorber, por ejemplo, despues de un intercambio la humedad propia contenida en esta etapa de purificacion intercambiada. De este modo, con un diseno apropiado, tambien se puede conseguir el grado de secado especificado y tambien garantizado por la primera unidad de secado para el gas despues de un servicio con adsorbente o catalizador usado de nuevo directamente o ya tras una breve fase de rearranque.
A este respecto, la unidad de secado esta integrada como lecho mixto directamente en la etapa de purificacion.
La invencion preve un dispositivo para el secado de un gas con primeros medios para el secado del gas, a los que se les suministra el gas para el secado, y medios para la purificacion del gas, a los que se les suministra el gas para la purificacion, en la que estan dispuestos segundos medios para el secado de modo que secan los medios para la purificacion del gas.
En una forma de realizacion preferida el gas se le suministra en primer lugar a los primeros medios para el secado del gas y luego a los medios para la purificacion del gas.
La invencion se puede realizar mediante la configuration de un dispositivo para el secado de un gas con una primera unidad de secado, as! como una etapa de purificacion aguas debajo de la primera unidad de secado en la direccion de circulacion del gas, en el que la etapa de purificacion presenta una segunda unidad de secado. En una forma de realizacion preferida del dispositivo segun la invencion puede estar previsto que la primera unidad de secado comprenda al menos un recipiente con un medio de secado higroscopico (sorbente). El medio de secado puede estar presente en el recipiente, por ejemplo, de forma granulada en forma de un producto a granel (eventualmente compactado). No obstante, como primera unidad de secado tambien se puede usar un secador frlo.
La segunda unidad de secado tambien comprende preferentemente un medio de secado higroscopico (sorbente). Este puede estar presente, por ejemplo, igualmente de forma granulada y en forma de un producto a granel (eventualmente compactado).
Evidentemente para la primera y/o segunda unidad de secado tambien se pueden usar otros modos constructivos conocidos cualesquiera de secador.
Para la segunda unidad de secado se selecciona preferentemente un medio de secado, que tambien presenta una capacidad de absorcion de agua suficiente con un grado de humedad (relativa) (p. ej. < 20%) relativamente bajo del gas. Para ello es apropiado, por ejemplo, el tamiz molecular y en particular aquel con un tamano de poro entre 4 A y 10 A, pudiendose usar tambien otros tamanos de poro o medios de secado. Medios de secado menos apropiados pueden ser productos de gel de sllice u oxido de aluminio, no excluyendose tampoco su uso. En principio es apropiado como medio de secado cualquier medio que pueda alcanzar los requisitos de la calidad del aire (punto de roclo).
De forma especialmente preferida esta previsto que la unidad de secado comprenda al menos dos recipientes de medio de secado, a los que se recurre alternativamente para el secado del gas, en tanto que los recipientes de medio de secado estan conectados respectivamente a traves de tuberlas apropiadas con una entrada de gas del dispositivo, as!
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como una ilnea de suministro para la etapa de purificacion, pudiendose interrumpir en caso de necesidad la conexion de los recipientes de medio de secado individuaies a la entrada de gas o la ilnea de suministro. Para eiio pueden estar previstas valvulas correspondientes y un dispositivo de control apropiado. Esto permite hacer funcionar de forma casi continua la primera unidad de secado mediante un uso aiternativo de los recipientes de medio de secado individuaies; es decir, ai menos uno de los recipientes de medio de secado seca el gas mientras que se regenera ai menos el otro.
Preferentemente puede estar previsto que el adsorbente o el cataiizador, que puede estar previsto iguaimente de forma granuiada y, por ejempio, en forma de un producto a granei (eventuaimente compactado), y la segunda unidad de secado esten integrados en un recipiente. De este modo se puede crear una unidad que se puede intercambiar facilmente ai aicanzar el ilmite de saturacion. Puede ser razonabie un intercambio de la segunda unidad de secado conjuntamente con la etapa de purificacion, dado que esta se carga con frecuencia, en funcion del diseno correspondiente y del uso del dispositivo, debido a la absorcion de la humedad propia del adsorbente o del cataiizador y a consecuencia de las eievadas presiones reinantes de forma permanente no se regenera (compietamente) por el gas secado que la atraviesa.
En el dispositivo segun a invencion esta previsto que la reiacion de voiumen del carbon activo del fiitro de carbon activo respecto ai medio de secado de la segunda unidad de secado sea de ai menos 4:1, preferentemente ai menos 3:1 y especiaimente preferibiemente hasta ai menos 2:1. En particular se seiecciona una reiacion de voiumen del medio de adsorcion o cataiizador respecto ai medio de secado en una reiacion determinada, de modo que se reduce a un mlnimo el tiempo de carga.
Mediante un aumento de la fraccion de medio de secado en la reiacion se reduce en general el tiempo de rearranque del dispositivo. Pero ahora con la fraccion adicionai de medio de secado tambien esta iigada una cierta calda de presion, que en principio es desventajosa. Por eiio no es razonabie poner a cuaiquier nivei la fraccion de medio de secado; mejor dicho solo se deberla usar tanto medio de secado que se pueda conseguir precisamente el tiempo de rearranque deseado.
La invencion se expiica a continuacion mas en detaiie mediante un ejempio de realizacion representado en el dibujo. En los dibujos muestra:
Fig.1: una representacion esquematica de un dispositivo segun la invencion para el secado y fiitrado de aire
comprimido.
La figura 1 muestra en una representacion esquematica un dispositivo segun la invencion para el secado y fiitrado de aire comprimido.
Para el secado del aire comprimido el dispositivo comprende dos recipientes de medio de secado 4, 5, que estan iienos respectivamente con un adsorbente habitual en el mercado (no representado). Los dos depositos de medio de secado 4, 5 estan conectados a traves de una primera valvula de multiples vlas 3 con una entrada 1 para aire comprimido, el cuai se suministra por un compresor no representado. Entre la entrada 1 para el aire comprimido y la primera valvula de multiples vlas 3 esta previsto un prefiitro de condensado 2, que todavla se puede combinar con un intercambiador de caior y a traves del que se evacua el condensado que cae del aire comprimido y que se enfrla. La saiida de los dos recipientes de medio de secado 4, 5 esta conectada, de nuevo a traves de una (segunda) valvula de multiples vlas 6, con una ilnea de suministro a traves de la que se gula el aire comprimido seco hacia una unidad de fiitro 9. En una forma de realizacion que no pertenece a la invencion, esta unidad de fiitro 9 comprende una etapa de purificacion, que se compone de un capa de adsorbente granuiado, por ejempio, carbon activo o un cataiizador, por ejempio, hopcaiita (no representado) y, detras en la direccion de circulation, una (segunda) unidad de secado en forma de una capa de un medio de secado (adsorbente, no representado). En una forma de realizacion aiternativa, no representada y que pertenece a la invencion, el carbon activo granuiado y el medio de secado de la segunda unidad de secado estan previsto como iecho mixto dentro de un recipiente. La saiida de unidad de fiitro 9 esta conectada a traves de un fiitro posterior 10 adicionai con una saiida 11 a la que se pueden conectar los consumidores (no representados) para el aire comprimido.
La conexion en paraieio de los dos recipientes de medio de secado 4, 5 a traves de las dos valvulas de multiples vlas 3, 6, as! como adicionaimente a traves de la valvula de estrangulacion 7 permite usar cada vez uno de los recipientes de medio de secado 4, 5 para el secado del aire comprimido que procede del compresor, mientras que el otro se regenera. Para eiio, por ejempio, el aire comprimido se ie suministra a traves de la primera valvula de multiples vlas 3 ai recipiente de medio de secado izquierdo 4, que se atraviesa desde abajo hacia arriba, y iuego, en gran parte, se ie suministra a la unidad de fiitro 9 a traves de la segunda valvula de multiples vlas 6. Una parte del aire comprimido seco, que fiuye desde el recipiente de medio de secado izquierdo 4 se ie aiimenta ademas ai recipiente de medio de secado derecho 5 previsto para la regeneration a traves de la valvula de estrangulacion 7 a fin de regenerario, atravesandose este desde arriba hacia abajo. El aire comprimido preparado para la regeneracion se sopia iuego ai entorno a traves de una electrovalvula 8.
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Mediante la inversion de la marcha correspondiente de las valvulas de multiples vlas 3, 6 se pueden conmutar los dos recipientes de medio de secado, de modo que entonces el recipiente de medio de secado derecho 5 seca el aire comprimido, mientras que se regenera el recipiente de medio de secado izquierdo 4.
En una instalacion de secado, que se corresponde esencialmente con vistas a la estructura y el principio de funcionamiento del dispositivo segun la fig. 1, concretamente una instalacion de tratamiento del tipo “Oilfreepac” de Donaldson Filtration Deutschland GmbH, Haan, Alemania, el filtro de carbon activo aguas debajo de los recipientes de medio de secado se ha complementado segun la invencion por una capa de medio de secado y alternativamente por medio de secado mezclado con el carbon activo (lecho mixto). Luego se ha medido que tiempo (t) transcurre para el rearranque de la instalacion despues de la insercion de un nuevo filtro de carbon activo, expuesto anteriormente al aire ambiente, hasta que se alcanza el punto de roclo (de presion) (DTP) previsto para la instalacion de p. ej. -40°C, habiendose realizado este test con diferentes relaciones de volumen del carbon activo respecto al del medio de secado. En la tabla siguiente se reproducen a modo de ejemplo algunos resultados del test.
- Medio de secado [% en vol.]
- t -40°C DTP en minutos
- 0
- < 500
- 10
- 500 - 1500
- 25
- 50 - 150
- > 30
- 0 - 50
De la tabla se deduce sin mas que, mediante la configuration segun la invention de un dispositivo para el secado y filtrado de aire comprimido, el tiempo que se requiere para el rearranque del dispositivo despues del intercambio del filtro de carbon activo se puede reducir considerablemente o incluso hasta cero.
Pero tambien se muestra que mediante la conexion posterior segun la invencion de una segunda unidad de secado no siempre se puede conseguir un tiempo de rearranque reducido, sino que a la proportion concreta de carbon activo respecto al medio de secado (de la segunda unidad de secado) le corresponde un significado esencial. La cantidad del medio de secado a usar preferentemente en relation a la cantidad de carbon activo depende, junto al valor de carga propia del carbon activo, en particular del valor del punto de roclo (de presion) de consigna para el aire comprimido a generar.
Por ejemplo, se muestra que por el uso de solo el 10% en volumen de medio de secado no se produce un acortamiento sino mejor dicho una prolongation significativa del tiempo de rearranque. Esto se puede aclarar porque la capacidad (de secado) de tan poco medio de secado no es suficiente para absorber y almacenar de forma intermedia bastante humedad con la que esta cargado el filtro de carbon activo despues de la insercion. Como resultado el medio de secado funciona como “tampon demasiado debil”, de modo que tras un tiempo relativamente corto se entrega de nuevo relativamente mucha humedad del medio de secado al aire comprimido, lo que conduce a un grado de secado no suficiente del aire comprimido. El medio de secado de la segunda unidad de secado “retrasa” por consiguiente en este caso la evacuation de la humedad con la que esta cargado el carbon activo despues del intercambio.
Al usar una fraction mas elevada de medio de secado, este tambien funciona como “tampon” para la carga propia del carbon activo. No obstante, debido a la capacidad (de secado) mas elevada se puede conseguir una reduction del tiempo de rearranque, ya que el medio de secado al comienzo del rearranque absorbe la carga propia elevada en gran parte o completamente y esta se entrega de nuevo (parcialmente) solo mas tarde cuando esta se atraviesa por el aire comprimido muy seco, que procede de la unidad de secado. No obstante, debido a la elevada fraccion de medio de secado esta entrega se realiza solo de forma muy lenta, de modo que eventualmente aun as! no se queda por debajo del grado de secado requerido del aire comprimido y por consiguiente no se requiere o solo se requiere un tiempo de rearranque muy bajo.
Los resultados aqul mostrados y comentados son a modo de ejemplo para una de las muchas combinaciones de parametros posibles de los factores de influencia principales 1° contenido de agua del carbon, 2° tipo de medio de secado usado, 3° fraccion de medio de secado en relacion al carbon activo y punto de roclo (de presion) pretendido.
Claims (4)
- 510152025Reivindicaciones1. Dispositivo para el secado de un gas con- primeros medios para el secado del gas, a los que se les suministra el gas para el secado, y- medios para la purificacion del gas, a los que se les suministra el gas para la purificacion, y- segundos medios para el secado que estan dispuestos de modo que secan los medios para la purificacion del gas, en el que el gas se les suministra en primer lugar a los primeros medios para el secado del gas y luego a los medios para la purificacion del gas, en el que- estan previstas una primera unidad de secado con los primeros medios para el secado y una etapa de purificacion, aguas debajo de la primera unidad de secado en la direction de circulation del gas, con los medios para la purificacion del gas, en el que la etapa de purificacion presenta una segunda unidad de secado con los segundos medios para el secado, en la que la etapa de purificacion presenta un recipiente y en el recipiente estan dispuestos tanto los medios para la purificacion como tambien los segundos medios para el secado, y- la etapa de purificacion presenta carbon activo como medio para la purificacion del gas, caracterizado porque- los segundos medios para el secado forman un lecho mixto junto con el carbon activo en la etapa de purificacion, de modo que secan el carbon activo, y- el volumen de los segundos medios para el secado de la segunda unidad de secado es de al menos un cuarto del volumen del carbon activo de la etapa de purificacion.
- 2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la primera unidad de secado comprende al menos un recipiente de medio de secado (4, 5) con un medio de secado higroscopico.
- 3. Dispositivo segun la reivindicacion 1, caracterizado porque la primera unidad de secado comprende al menos dos recipientes de medio de secado (4, 5), que se pueden conectar alternativamente con una entrada de gas y una llnea de suministro a la etapa de purificacion.
- 4. Dispositivo segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la segunda unidad de secado comprende un medio de secado higroscopico.
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