ES2899498T3 - Proceso para la despresurización de fluidos y dispositivo adecuado para el propósito - Google Patents

Abstract

Un proceso para reducir la presión de un fluido que contiene al menos una fase líquida, que comprende hacer pasar el fluido que se va a despresurizar, en secuencia, a través de una pluralidad de pasos conectados en serie por medio de primeros conectores inferiores, cada paso que consiste de un par de conductos verticales conectados en la parte superior por medio de segundos conectores superiores, donde el fluido pasa de abajo hacia arriba en el primer conducto de cada paso, y de arriba hacia abajo en el segundo conducto de cada paso, donde un separador de fases se coloca entre el primer y segundo conducto del paso para sustracción directa de gas, y donde en el primer conducto de cada paso, parte de la energía de presión del fluido se convierte en potencial gravitacional, en tanto que en el segundo conducto, parte del potencial gravitacional se convierte en energía térmica; y donde el segundo conducto tiene un mayor diámetro con respecto al primer conducto.

Description

DESCRIPCIÓN

Proceso para la despresurización de fluidos y dispositivo adecuado para el propósito

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un proceso para la despresurización de fluidos y el dispositivo adecuado para el propósito.

Más específicamente, la presente invención se refiere a un proceso para la despresurización de fluidos (líquidos o mezclas de líquidos que contienen una fase gaseosa) que pueden portar partículas sólidas o aglomerados. La presente invención también se refiere al dispositivo y usos relativos.

El dispositivo del proceso, objeto de la presente invención, se puede usar de manera ventajosa para reducir la presión de fluidos que contienen partes sólidas o que contienen material que se puede modificar si se somete a fricción o esfuerzo cortante excesivo; o para reducir la presión de fluidos peligrosos o fluidos que operan en procesos de alta confiabilidad, donde las intervenciones de mantenimiento y la probabilidad de averías se deben reducir al mínimo; o nuevamente para reducir la presión de fluidos que, por razones de proceso o producto, avanzan a una velocidad baja.

En particular, el dispositivo, objeto de la presente invención, es efectivo cuando el fluido transportado contiene sólidos que ocasionalmente pueden tener dimensiones extremadamente grandes, por ejemplo, agregados con una dimensión comparable al diámetro de la tubería de transporte.

Estos agregados se pueden formar, por ejemplo, en el corte de polímeros termoplásticos. El polímero en el estado fundido se hace pasar habitualmente a través de una pluralidad de agujeros colocados en una boquilla. Una serie de cuchillas, en rotación continua y con la hoja de corte en correspondencia con la superficie de la boquilla, asegura su granulación. Los gránulos obtenidos de este modo se enfrían y se remueven por medio de un fluido termorregulador. Se conocen diferentes procedimientos de granulación, como se describe, por ejemplo, en las siguientes patentes y solicitudes de patente: WO 03/106544; WO 03/053650; WO 2007/087001; WO 2007/089497. Más específicamente, el dispositivo de la presente invención se puede aplicar a un equipo de corte por aspersión de agua o con anillo de agua submarino, como se describe en la patente WO 03/053650.

En estas aplicaciones, el fluido transportado consiste del fluido termovector, en general agua, y el polímero termoplástico granulado.

Entre los polímeros termoplásticos a los cuales se puede aplicar la presente invención, hay polímeros de vinilo y aromáticos de vinilo, opcionalmente expandibles. Más específicamente, la presente invención se puede aplicar a la despresurización del fluido que resulta de la granulación de poliestireno, poliestireno expandible y sus aleaciones. El dispositivo de la presente invención no se limita a intervalos de presión particulares. La presión en la entrada del dispositivo es en general la del fluido que sale del granulador, en tanto que la presión en la salida es la presión atmosférica. En la salida, hay habitualmente, de hecho, un dispositivo para la separación del fluido termovector, posiblemente un dispositivo para el tamizado y clasificación dimensional del producto, o un secador. Todos estos dispositivos en general operan a presión atmosférica.

Incluso más específicamente, la presión en la entrada en general varía entre 100 kPa y 2 MPa relativos (1 y 20 bar relativos), en tanto que la presión en la salida es la presión atmosférica o ligeramente mayor. En la presente descripción y reivindicaciones bajo la presente, la referencia a la presión es presión relativa (manométrica).

Aunque la temperatura de operación no se limita a valores particulares, en general es la temperatura del fluido transportado. Para las aplicaciones descritas anteriormente, la temperatura en general varía entre 0 y 100°C.

Descripción de la técnica conocida

Los dispositivos de despresurización habitualmente efectúan la reducción de presión por fricción, es decir, al convertir la energía mecánica del fluido en energía térmica. Las válvulas de laminación y control, por ejemplo, aquellas descritas en EP 410,081, forman parte de esta categoría. Más en general, los dispositivos que, al reducir el área de sección transversal del fluido, incrementan su velocidad y por lo tanto, la fricción, pertenecen a esta categoría (por ejemplo, WO 2010/080037); o nuevamente dispositivos que, al incrementar la superficie húmeda por el fluido que se va a despresurizar (por ejemplo, al interponer una rejilla) provocan un incremento en las caídas de presión debido a la fricción (ver, por ejemplo, WO 2007/126863).

Estos dispositivos no son adecuados cuando puede haber presencia en el fluido, de aglomerados sólidos u otros materiales gomosos o incluso pegajosos, que de alguna manera pueden obstruir el área de sección transversal del fluido cerca al cuello.

Una segunda categoría de dispositivos de reducción de presión prevé el uso de unidades en movimiento, que transforman la energía de presión en un movimiento mecánico de la propia unidad. Las turbinas o bombas inversas forman parte de esta categoría, en donde el fluido actúa como fluido de accionamiento y el trabajo mecánico obtenido de este modo se transforma en energía eléctrica o se reutiliza para comprimir o bombear otro fluido, o simplemente se disipa en energía térmica (ver, por ejemplo, solicitud de patente EUA 2009/108480). Los dispositivos que usan energía para despresurizar el fluido pertenecen a esta categoría, por ejemplo, bombas centrífugas invertidas, es decir, con la succión en el lado despresurizado y la descarga en el lado que se va a despresurizar (ver, por ejemplo, WO 2007/131613).

Otros dispositivos usan partes en movimiento para separar mecánicamente la zona de alta presión de la zona de baja presión, transportando simultáneamente el fluido, que puede contener partes sólidas, de una zona a la otra. Un ejemplo de esta categoría se representa por válvulas estelares y más en general, dispositivos que accionan los cuerpos en rotación a través de los cuales se crean espacios o canales que están cíclicamente en comunicación con las zonas de baja y alta presión (ver, por ejemplo, JP 2007/268406).

Puesto que estos dispositivos tienen partes en movimiento, se someten a desgaste y tienen una mala confiabilidad. Además, la dimensión máxima del sólido transportado es en general menor que la dimensión de la tubería y la velocidad de cizallamiento, que es en general alta, impide su uso en la presencia de fluidos delicados.

En los dispositivos descritos anteriormente, y especialmente en dispositivos con base en la fricción del fluido, tal como válvulas de regulación, las caídas de presión obtenidas dependen en gran medida de la velocidad de flujo del fluido que se va a despresurizar. Esto limita el intervalo de aplicación y puede provocar inestabilidad después de fluctuaciones significativas de la velocidad de flujo en la entrada.

Una tercera categoría comprende dispositivos de columna barométrica individual que usan una tubería vertical en la cual el fluido que se va a despresurizar, que posiblemente también contiene una fase gaseosa, se hace pasar hacia arriba para transformar la energía de presión en potencial gravitacional, y medios para la disipación posterior de este potencial, por ejemplo, usando un canal descendente en el cual se establece un movimiento de canal. A fin de obtener este último resultado, en general es suficiente usar una tubería con una sección suficientemente ancha y operar un sifón conectado a presión atmosférica al inicio del canal descendente, de tal forma que la fase gaseosa en el conducto descendente, que está sustancialmente a presión atmosférica, forme la fase continua.

Incluso si estos dispositivos también se pueden aplicar para el uso de fluidos que contienen partículas sólidas, en general no son particularmente efectivos cuando se requiere una reducción de presión significativa. La gravedad de la Tierra está de hecho limitada a 9,8 m/s2 y el fluido de proceso es en general agua. Por lo tanto, la altura de la tubería necesaria para garantizar 10 bar (1 MPa) de presión relativa es igual a más de 100 metros. La estructura de soporte necesaria sería extremadamente importante y puede resultar ser inviable debido a la existencia de otras restricciones, por ejemplo, el impacto de paisaje y ambiental.

Además, el uso de estos dispositivos para la despresurización de fluidos que contienen tanto una fase líquida como una fase gaseosa en general se limita por problemas de inestabilidad, provocados por fluctuaciones temporales de las caídas de presión obtenidas a través del propio dispositivo. Esta inestabilidad puede ser perjudicial para la ejecución del equipo colocado corriente arriba del propio dispositivo, tal como, por ejemplo, los granuladores para los polímeros termoplásticos descritos anteriormente.

Finalmente, el uso de estos dispositivos no permite la regulación de la caída de presión, puesto que el valor de los mismos se vincula sustancialmente solo a la altura hidrostática. Por lo tanto, no es posible variar dinámicamente el valor de la caída de presión para ajustarlo a los valores deseados.

El documento WO 2008/122812 divulga un proceso para reducir la presión de un fluido que contiene al menos una fase líquida, una fase gaseosa que comprende hacer pasar el fluido que se va a despresurizar, en secuencia, a través de una pluralidad de pasos conectados por medio de primeros conectores inferiores. El documento no divulga tener el segundo conducto con un diámetro mayor que el primer conducto en cada paso. El documento divulga el uso de deflectores dentro de conductos del mismo diámetro.

Descripción de la invención

El dispositivo, objeto de la presente invención, mejor descrito en las reivindicaciones anexas, que son una parte integral de la presente descripción, permite que se reduzca la presión de un cierto fluido (por ejemplo, agua), posiblemente que también contiene una fase gaseosa y partículas sólidas, sin reducir las áreas de sección transversal y sin requerir órganos en movimiento, y sin las limitaciones de los dispositivos descritos previamente.

La reducción de presión se obtiene al hacer pasar el fluido que se va a despresurizar, en secuencia, a través de una pluralidad de pasos arreglados en serie con respecto entre sí y conectados por medio de primeros conectores o juntas inferiores, por ejemplo, en forma de U, cada paso que consiste de un par de conductos verticales, conectados entre sí por medio de segundos conectores o juntas superiores, por ejemplo, en forma de U, el primer conducto es ascendente y el segundo conducto descendente. El conector inferior de los pasos se ubica entre el conducto descendente de un par y el conducto ascendente del par posterior adyacente de acuerdo con el movimiento del fluido.

Parte de la energía de presión del fluido se convierte en potencial gravitacional en el primer conducto de cada paso; el potencial gravitacional se convierte en energía térmica en el segundo conducto, para impedir la reconversión de la misma en energía de presión.

A diferencia de muchos dispositivos en la técnica conocida, en el presente dispositivo, la reducción de presión debido a la fricción del fluido en el dispositivo mismo es en general insignificante.

En el presente dispositivo, las conversiones de energía indicadas anteriormente se obtienen usando un primer conducto colocado verticalmente, donde el fluido se hace pasar desde abajo hacia arriba y un segundo conducto, que tiene un diámetro mayor con respecto al primer conducto, donde el fluido se hace pasar desde arriba hacia abajo. Los pasos se pueden repetir hasta que se alcance la presión deseada. La introducción o sustracción de un gas (por ejemplo, aire o nitrógeno) se puede regular entre el primer y el segundo conducto de cada paso, para obtener de manera estable la presión deseada.

En particular, si el fluido que se va a despresurizar no contiene gas, éste se debe introducir. La introducción se puede efectuar en cualquier punto antes del segundo conducto del primer paso. La introducción se efectúa de manera ventajosa entre el primer y el segundo conducto del primer paso. La introducción se regula en general de tal forma que la relación entre la velocidad de flujo volumétrico del gas, medida a la presión de entrada, con respecto al líquido, es menor de 2.

Para relaciones de volumen entre gas y líquido mayores de 0,01, puede ser útil extraer una cantidad de gas del flujo principal o en cualquier caso, una fase rica en gas con respecto a la cantidad de gas presente en el flujo principal. La velocidad de flujo de este flujo extraído se puede controlar de manera ventajosa con la ayuda de válvulas de regulación.

En particular, cuando una cantidad de fase gaseosa está presente en el flujo principal, con una relación de volumen con respecto a la fase líquida mayor de 0,01, se pueden observar fuertes fluctuaciones temporales en las caídas de presión generadas por el dispositivo.

Bajo estas condiciones, el uso de esta extracción de un flujo rico en gas de la corriente principal elimina sorprendentemente estas fluctuaciones, estabilizando de este modo las caídas de presión generadas por el dispositivo.

La relación de área entre la sección de conducto descendente con respecto al conducto ascendente es en general menor de 30, más preferentemente menor de 10, incluso más preferentemente menor de 5.

La sección de cada conducto puede tener cualquier forma, por ejemplo, el conducto puede tener una sección circular, elíptica o poligonal, por ejemplo, cuadrada o rectangular.

El número de pares de conductos en general varía de 2 a 500; preferentemente de 2 a 50; incluso más preferentemente de 2 a 10.

El dispositivo de despresurización obtenido de este modo se puede usar de manera ventajosa para la reducción de presión de fluidos líquidos o líquidos-gaseosos mezclados, que contienen partes sólidas. Estas partes sólidas pueden alcanzar ocasionalmente dimensiones considerables (por ejemplo, aglomerados y agregados), es decir, que son tal como para bloquear el área de sección transversal de los dispositivos comúnmente usados para la despresurización de fluidos (tal como válvulas o más en general, conductos con un área de sección transversal reducida). De manera alternativa, el dispositivo de la presente invención se puede usar para fluidos que contienen material que se puede modificar si se somete a fricción excesiva o esfuerzo cortante, habitual en dispositivos de laminación; o nuevamente para fluidos peligrosos o procesos de alta confiabilidad, donde las intervenciones de mantenimiento y la probabilidad de averías se deben reducir al mínimo.

Más específicamente, el dispositivo de la presente invención se puede aplicar corriente abajo de los granuladores para polímeros termoplásticos, donde la presión de la cámara de granulación se debe mantener a una presión mayor que la presión atmosférica. El fluido que sale de estos granuladores normalmente consiste del fluido de proceso, que en general consiste de una fase líquida (agua), más una fase sólida que consiste de granulado de polímero y opcionalmente una fase gaseosa. Ocasionalmente, el fluido también puede contener, especialmente en la puesta en marcha, aglomerados sólidos de polímero.

Entre los granuladores para polímeros termoplásticos, los granuladores de corte sumergidos (tal como granuladores submarinos) son particularmente importantes, en los cuales el corte del polímero se efectúa en un ambiente relleno con un líquido de proceso, habitualmente agua. Otro tipo de granuladores que son particularmente adecuados para la presente solicitud son granuladores por aspersión de agua, tal como, por ejemplo, el dispositivo descrito en la patente US 7,320,585.

Entre los polímeros termoplásticos, son particularmente importantes los polímeros de alquenilo aromáticos, tal como poliestireno y sus aleaciones tal como estireno-acrilonitrilo (SAN), acrilonitrilo-butadieno estireno (ABS), poliestirenoaleaciones de polietileno. Estos polímeros pueden contener opcionalmente agentes de expansión, tal como, por ejemplo, mezclas de iso- y pentano normal, para que se puedan expandir en la presencia de una fuente de calor adecuada. El poliestireno expandible (EPS) es particularmente importante entre los polímeros expandibles.

Si se compara con dispositivos análogos descritos previamente, tal como dispositivos de columna barométrica individual, con el dispositivo de la presente invención, es de manera sustancialmente sorprendente posible mantener la pérdida de presión sin fluctuaciones temporales.

Además, nuevamente cuando se compara con los dispositivos de columna barométrica individual descritos anteriormente, el dispositivo, objeto de la presente invención, puede permitir que la reducción de presión se varíe dinámicamente. Por lo tanto, es posible configurar la reducción de presión en un valor deseado, posiblemente variable con el tiempo, sin modificaciones del propio dispositivo o interrupciones.

El control se obtiene al regular la abertura de las válvulas de extracción de la fase rica en gas en retroalimentación con respecto a la presión del fluido mismo o, preferentemente, con respecto a la diferencia de presión entre el extremo superior e inferior de la tubería descendente.

De esta manera, en general es posible establecer un valor de pérdida de presión para los pasos posteriores al primer paso, que varía de 20% a 80% de la altura hidrostática disponible en cada paso.

Además, el dispositivo de la presente invención es de manera sustancialmente sorprendente insensible a las variaciones en la velocidad de flujo del fluido en la entrada. Esto, junto con la posibilidad de variar dinámicamente el valor de pérdida de presión, hace que el dispositivo de la presente invención sea particularmente flexible y por lo tanto, adecuado para las aplicaciones mencionadas anteriormente.

Descripción detallada de la invención

El dispositivo del proceso, objeto de la presente invención, permite que se reduzca la presión de un cierto fluido, manteniendo la diferencia en la presión sustancialmente estable y sustancialmente independiente de la velocidad de flujo del fluido.

La reducción de presión se obtiene al hacer pasar el fluido que se va a despresurizar, en secuencia, a través de una pluralidad de pares de pasos. En el primer paso de cada par, parte de la energía de presión del fluido se convierte en potencial gravitacional; en el segundo paso, el potencial gravitacional se convierte en energía térmica, para impedir la reconversión de la misma en energía de presión.

Con referencia a las figuras adjuntas, ahora se describen algunas realizaciones de la presente invención, que no se debe considerar como que limitan el alcance del presente proceso/dispositivo y no se debe considerar como que se limitan a la solución técnica de la figura de referencia, puesto que se pueden aplicar en cualquier situación general.

La figura 1 ilustra una divulgación no de acuerdo con la invención (en lo sucesivo llamada “M1”) del dispositivo. Esta divulgación se puede aplicar cuando el fluido que se va a despresurizar no contiene una fase gaseosa, o la relación de volumen entre la fase gaseosa y la velocidad de flujo de líquido, evaluada en la presión de entrada, es menor de 2, preferentemente menor de 0,5, incluso más preferentemente menor de 0,2. Con referencia a la figura 1, el dispositivo de la presente invención comprende una entrada de fluido de alta presión (31) que se conecta a una pluralidad de pares de conductos colocados verticalmente y conectados en secuencia (12, 13, 14, 15, 16, ... 17, 18, 19). En el primer conducto de cada par (12, 14, 16, ... 18), el fluido se hace pasar desde abajo hacia arriba, en tanto que en el segundo conducto (13, 15, 17, ... 19), el fluido se hace pasar desde arriba hacia abajo. Los pares de conductos se pueden repetir hasta que se alcance la presión deseada. Opcionalmente, se introduce un fluido gaseoso (33) entre el primer y segundo conducto del primer paso, cuya velocidad de flujo se regula posiblemente por una válvula (23). Además, en el primer y/o segundo paso y/o paso adicional corriente abajo de este último, en una posición intermedia entre los conductos de cada paso, una parte de este fluido gaseoso (34), si está presente, se puede sustraer, posiblemente al regular su velocidad de flujo por medio de una válvula de regulación (25).

Los conductos ascendentes (12, 14, 16, ... 18) tienen un área de sección transversal inferior del fluido con respecto a los conductos descendentes (13, 15, 17, ... 19). En general, la relación de área entre la sección descendente de conducto con respecto al conducto ascendente es menor de 30, más preferentemente menor de 10, incluso más preferentemente menor de 5. Los elementos de conexión (22, 24), habitualmente de forma cónica, se insertan corriente abajo de cada conducto (ascendente o descendente).

La generatriz del conducto puede tener cualquier forma. La tubería, por ejemplo, se puede enrollar en espiral o inclinarse con respecto a la vertical. La tubería es vertical.

Puede haber variaciones de sección a lo largo del conducto, tal como por ejemplo, estrechamientos o ensanchamientos. Puede ser ventajoso mantener habitualmente una sección más grande en las porciones curvas, a fin de facilitar el pasaje de posibles conglomerados sólidos.

La conexión entre el conducto ascendente y descendente (26) y entre el conducto descendente y ascendente (27) puede ser una tubería arqueada, preferentemente que consiste de curvas con un radio amplio para evitar el bloqueo en la curva de posibles aglomerados de gran tamaño

La introducción de gas (33) se puede efectuar usando una fuente de presión más alta, suministrada por ejemplo, por un compresor. La dosis del gas se puede efectuar, por ejemplo, por medio de rotámetros o por medio de válvulas de regulación reguladas en retroacción con respecto al medidor de velocidad de flujo de gas, por ejemplo, medidores de masa o medidores de caída de presión a través de una boca calibrada (“DP-Cell”).

El gas extraído (34) también puede contener parte de la fase líquida y posible fase sólida en la entrada (31). El flujo extraído (34) posiblemente también puede tener la misma composición que el fluido entrante (31) y mantener las mismas relaciones entre la masa líquida, gaseosa y posiblemente sólida.

El número de pares de conductos (paso 12-13; paso 14-15; etc.) en general varía de 2 a 500; preferentemente de 2 a 50; incluso más preferentemente de 2 a 10.

El número de pares de conductos también se puede definir con base en la caída de presión que se va a obtener. Más específicamente, el rendimiento de eficiencia unitaria de un par de conductos se puede definir como el cabezal hidrostático de la columna ascendente (por lo tanto, igual al producto entre la aceleración de gravedad multiplicada por la densidad del líquido, o fase líquida más sólida, multiplicada por la diferencia de cuota entre la parte superior e inferior del conducto ascendente). De acuerdo con este criterio, el número de conductos ascendentes necesarios se da por la relación entre la caída de presión que se va a obtener y el rendimiento de eficiencia unitaria, dividido por la eficiencia. La eficiencia habitualmente varía de 0,2 a 1,1.

Es sorprendentemente posible variar la eficiencia al variar la velocidad de flujo del fluido extraído (34), por ejemplo al regular la abertura de la válvula de extracción (25) o válvula de inyección de gas (23). En consecuencia, a diferencia de las columnas hidrostáticas, cuya diferencia de presión está sustancialmente dada por el peso de la columna de fluido, en el dispositivo de la presente invención, estos controles permiten que se regule la caída de presión obtenida.

Si el fluido alimentado (31) contiene una fase gaseosa, la extracción de la fase rica en gas (34) puede ser fundamental para evitar la inestabilidad de flujo, que genera fuertes fluctuaciones de la caída de presión obtenida por el dispositivo.

Es ventajoso controlar las válvulas de extracción (25) en retroacción con respecto a un nivel o señal de presión. Es posible, por ejemplo, controlar cada válvula de extracción (25) en relación con la diferencia de presión registrada por el fluido entre el comienzo y el final del conducto descendente inmediatamente después de esta extracción de gas.

La regulación correcta en retroacción de las válvulas de extracción (25) en general hace que el flujo sea más estable, impidiendo la inestabilidad mencionada anteriormente, en particular cuando el flujo en la entrada (31) experimenta variaciones en la velocidad de flujo o la composición.

Los conductos ascendentes y descendentes pueden tener diferentes longitudes, en particular si es conveniente que el dispositivo conectado corriente arriba del fluido entrante (31) no esté a la misma altura que el dispositivo que está conectado corriente abajo del fluido de salida (32).

La figura 2 ilustra una realización (en lo sucesivo llamada “M2”) del dispositivo no de acuerdo con la invención.

Este modo se puede aplicar cuando el fluido que se va a despresurizar contiene una fase gaseosa. Además, este modo se puede aplicar cuando la relación de volumen entre la velocidad de flujo gaseoso y la velocidad de flujo líquido, evaluada en la presión de entrada, es mayor de 0,05, preferentemente mayor de 0,15, incluso más preferentemente mayor de 0,3.

El modo “M2” difiere del modo “M1” en la extracción del gas (34) también en la primera sección de la conexión entre el conducto ascendente y descendente. Esta extracción se puede efectuar de manera análoga a lo que ya se ha especificado para la realización “M1”.

Los modos “M1” y “M2” se pueden combinar, puesto que hay tanto la extracción como introducción de gas en el mismo dispositivo. De esta manera, es posible despresurizar corrientes de fluido que contienen o que no contienen una fase gaseosa, en el mismo dispositivo.

A fin de impedir que el material sólido contenido en el gas extraído bloquee la tubería de extracción, en particular en correspondencia con los posibles dispositivos de regulación (25), se puede insertar un elemento de filtrado en la entrada del conducto de extracción, que impide el pasaje de partículas más grande de un cierto tamaño.

A fin de impedir que el elemento de filtrado mismo se llegue a obstruir, puede ser conveniente instalar el elemento de filtrado ya sea dentro del conducto (26), de tal forma que el fluido de proceso mismo afecte la limpieza del filtro; o se puede efectuar un enjuague, preferentemente con el mismo líquido de proceso, que mantiene el filtro limpio. Este enjuague puede ser continuo o discontinuo, y se puede aplicar ya sea en el lado de proceso, por lo tanto en corriente conjunta con respecto a la dirección de filtración, o en contracorriente.

El elemento de filtrado se puede producir de acuerdo con la técnica conocida. Los elementos de filtrado válidos se componen, por ejemplo, de mallas metálicas, cuya separación es suficientemente pequeña como para impedir la formación de bloqueos en el equipo corriente abajo del filtro, por ejemplo, no más de la mitad del área de sección transversal mínima. Vice versa, las mallas que son excesivamente pequeñas provocan altas caídas de presión y la posibilidad de obstrucción del propio filtro en la parte de las partículas presentes en el fluido de proceso.

Los gases recolectados de la extracción se pueden separar del fluido de proceso, por ejemplo, para reutilización o purga en la atmósfera, o reinsertarse en el fluido de proceso.

La sustracción de gas se puede efectuar directamente o al interponer un separador de fases antes del comienzo del conducto descendente.

El separador de fases es cualquier dispositivo adecuado para separar al menos parcialmente la fase líquida de la fase gaseosa. Los ejemplos no limitantes de separadores de fases conocidos en la técnica son: tanques agitados y no agitados, conductos horizontales (es decir, perpendiculares a la fuerza de gravedad) o inclinados con respecto a la dirección vertical, ciclones, centrifugadoras.

Más en general, cada dispositivo en el cual la velocidad de la corriente de fluido en la dirección de gravedad es menor que la velocidad ascendente de la fase gaseosa en la dirección opuesta a la gravedad (determinada por el empuje hidrostático) es un separador de fases adecuado para el propósito.

Otro tipo de separador de fases usa fuerza centrífuga, de manera alternativa o conjuntamente con fuerza gravitacional, para separar el fluido líquido de la fase gaseosa. La fuerza centrífuga se puede generar por el propio fluido, por ejemplo, al ejercer un movimiento en espiral; un ejemplo de este dispositivo es un ciclón. De manera alternativa, la fuerza centrífuga se puede generar por una fuente externa; un ejemplo de este dispositivo se representa por centrifugadoras.

La figura 3 ilustra la realización de la invención “M3” que usa estos dispositivos de separación. Con referencia a la figura 3, el dispositivo de la presente invención comprende una entrada de fluido de alta presión (31) que se conecta, como para las realizaciones ya descritas, a una pluralidad de pares de conductos colocados verticalmente y conectados en secuencia. En el primer conducto de cada par, el fluido se hace pasar desde abajo hacia arriba, en tanto que en el segundo conducto, el fluido se hace pasar desde arriba hacia abajo. Los pares de pasos se pueden repetir hasta que se alcance la presión deseada. Opcionalmente, entre el primer y segundo conducto del primer paso, se introduce un fluido gaseoso (33), cuya velocidad de flujo se regula posiblemente por una válvula (23). Este dispositivo separador de fases (40) se puede insertar entre el primer y segundo conducto de cada par. Entonces se extrae parte de la fase gaseosa, posiblemente regulada por una válvula (25), para que se trate posteriormente como ya se describió anteriormente.

La eficiencia del dispositivo de la presente invención también se puede regular al variar la velocidad de flujo de la fase gaseosa alimentada (31).

No es necesario insertar un dispositivo de separación en todos los pares de conductos.

Se proporcionan algunos ejemplos no limitantes de la presente invención para ilustrar las realizaciones previamente descritas.

Ejemplo A1

Las figuras 4 y 5 ilustran un ejemplo de un separador de fases que se va a usar con la realización “M3” descrita anteriormente.

El flujo que viene de la conexión (26, figura 3) se alimenta al telescopio (66) por medio de la brida (61) que introduce el fluido en el separador (65).

El separador de fases (65) consiste de una sección de tubería que tiene un diámetro (D2) mucho mayor que el diámetro (Dl) de la tubería de entrada (66). La relación entre D2 y D1 es en general al menos 1,2. La relación entre D2 y D1 preferentemente varía de 1,5 a 10; incluso más preferentemente, la relación entre D2 y D1 varía de 2 a 5.

La altura del flujo de salida (H2) es habitualmente menor que la altura de la sección cilíndrica del separador (HI), para incrementar al máximo la separación de la fase gaseosa. El fluido desgasificado de este modo pasa al conducto descendente (13, figura 3) a través de la brida (62). Los ángulos (A1) y (A2) para la conexión del desgasificador al telescopio (66) y al conducto descendente (62) pueden tener cualquier valor entre 0 y 90°. Más preferentemente, (A1) y (A2) deben ser mayores de 10° y menores de 80°.

El fluido más rico en la fase gaseosa se recolecta de la boca (63), colocada en la parte superior del desgasificador.

Opcionalmente, es posible insertar una boca adicional (64) para introducir un fluido de limpieza del separador (65) o para introducir una velocidad de flujo de gas predeterminada. Este último puede ser útil, por ejemplo, para impedir la inundación del desgasificador durante las fases de puesta en marcha o durante anomalías de proceso.

Las boquillas de limpieza se pueden arreglar opcionalmente dentro del desgasificador para limpiar las paredes internas del mismo. El mismo líquido que forma la fase líquida alimentada de (61) se puede usar de manera ventajosa como líquido de limpieza.

El telescopio (66) puede finalizar opcionalmente con un dispositivo para mejorar hidrodinámicamente la separación de gases, tal como, por ejemplo, una curva (67) que se arregla de tal forma que el fluido de salida se dirige tangencialmente a las paredes del separador (65), como se ilustra en la figura 5.

Ejemplo A2

Con referencia a las realizaciones descritas anteriormente, se puede extraer una corriente más rica en fase gaseosa (34) del área superior de los conductos ascendentes (12; 14; 16; ...) y conductos descendentes (13; 15; 17; ...) o de la sección de conexión (26). De manera alternativa, esta corriente se puede extraer del dispositivo de separación (40) conectado entre los dos conductos, como se ilustra en la realización “M3” descrita anteriormente.

Un filtrado puede ser útil para impedir que los componentes no gaseosos de esta corriente más rica en fase gaseosa generen bloqueos o mal funcionamiento del equipo corriente abajo de esta corriente, tal como por ejemplo, las válvulas (25) que se pueden instalar para la regulación y control del flujo de salida.

El elemento de filtrado se puede ubicar de manera ventajosa dentro de o en la pared del dispositivo o elementos de separación mencionados anteriormente. De manera alternativa, se puede aplicar a lo largo del conducto de salida del flujo rico en fase gaseosa. En este último caso, este elemento de filtrado se coloca preferentemente cerca del comienzo del conducto y por lo tanto, cerca del dispositivo del que se extrae este fluido.

La figura 6 ilustra un ejemplo de cómo se puede efectuar este filtrado.

El flujo rico en fase gaseosa (63) pasa a través del filtro (74) colocado a lo largo del conducto (78) a través del cual pasa esta corriente de fluido (63) removida del dispositivo o conducto (65).

El filtro se puede aplicar como una “intercalación” entre la boca (72) del dispositivo o conducto (65) y el conducto de extracción (78). En este modo, el filtro permanece bloqueado a través del cierre de la brida (71) contra la contrabrida (72). Se pueden usar posibles arandelas para garantizar el sello, de acuerdo con las prácticas de la técnica conocida.

A fin de impedir que los conglomerados u otra fase sólida bloqueen el filtro (74), puede ser conveniente usar un enjuague (69). El fluido de enjuague (69) se puede alimentar a través del dispositivo de inyección (73), conectado a través de una conexión adecuada (75) a la tubería de enjuague, para que se alinee posteriormente por un elemento adecuado (76) contra el elemento de filtrado (74), por ejemplo, en la dirección opuesta a la dirección del movimiento del flujo rico en gas (63).

Se puede usar de manera ventajosa una boquilla (77), que convierte la energía de presión del enjuague en energía cinética. De esta manera, se facilita la limpieza del filtro (74).

El elemento (73) también se puede insertar intercalado entre las bridas (71) y (72) y se puede intercolocar antes o después del elemento de filtrado (74).

La figura 7 ilustra un ejemplo de realización del elemento de filtrado. Se compone de una placa de acero anular (74), en la cual se sueldan 4 brazos, que consiste de una varilla de acero (75) fijada adecuadamente a la placa anular (por ejemplo, por soldadura).

El filtro se aplica intercalado entre dos bridas. La arandela, que se va a aplicar en esta placa anular en ambos lados, forma el sello cuando los pernos se aprietan en las bridas.

Ahora se proporcionan algunos ejemplos ilustrativos prácticos de las realizaciones descritas previamente.

Ejemplo 1 no de acuerdo con la invención

Se construye un dispositivo para la despresurización de un fluido de acuerdo con la realización “M2” descrita anteriormente.

El fluido (31) en la entrada del despresurizador consiste de una mezcla de agua, alimentada a una velocidad de flujo de 7 toneladas por hora y aire, alimentado a una velocidad de flujo de 1,500 litros normales por hora.

El primer par de conductos se describe como sigue. El conducto ascendente (12) consiste de una tubería de acero, que tiene un diámetro nominal de 3 pulgadas (diámetro interno, según el programa, 77,83 mm), una longitud de 3,000 mm, colocado verticalmente. El cambio de sección (22) consiste de una reducción comercial de 3 pulgadas (7,62 cm) a 4 pulgadas (10,16 cm) (valores nominales). La sección curva (26) consiste de dos curvas comerciales a 90° interseparadas por una sección horizontal recta de 200 mm, ambas de 4 pulgadas (10,16 cm), sobre las cuales se inserta una boca conectada a una válvula de bola (25). El otro extremo de la válvula de bola está abierto hacia la atmósfera. La sección descendente (13) tiene un diámetro nominal de 4 pulgadas (10,16 cm) (diámetro interno, según el programa, 102,3 mm), y también tiene una longitud de 3,000 mm. El cambio de sección (24) también consiste de una reducción comercial de 3 pulgadas (7,62 cm) a 4 pulgadas (10,16 cm). La sección curva (27) consiste de dos curvas a 90° interseparadas por una sección horizontal recta de 200 mm, ambas que tienen un diámetro nominal de 3 pulgadas.

El esquema se repite tres veces más, obteniendo en consecuencia 4 pares de tuberías ascendentes/descendentes. El flujo que sale de la última tubería se vierte desde arriba en un tanque mantenido a presión atmosférica.

En este ejemplo se mantienen cerradas las válvulas de extracción de la fase rica en gas (25).

La presión medida por el manómetro ubicado en el fluido en la entrada del dispositivo de despresurización (31) indica una presión de 1,05 bar relativos (1,05 barg, equivalente a 105 kPa relativos). La presión resulta ser estable. El manómetro colocado en la salida de la última tubería indica la presión atmosférica.

Ejemplo comparativo 1

El mismo dispositivo como el ejemplo 1 se gira 90°, de tal forma que los conductos (12, 13, ...) ya no son verticales (es decir, alineados con el eje de gravedad de la Tierra) sino horizontales (y por lo tanto ortogonales al eje de gravedad). El fluido (31) en la entrada del despresurizador consiste de una mezcla de agua y aire, en las mismas proporciones y con la misma velocidad de flujo como el ejemplo 1.

La presión medida por el manómetro ubicado en el fluido en la entrada del dispositivo de despresurización (31) en un promedio indica una presión que está por debajo del umbral mínimo y por lo tanto, menor de 0,15 bar relativos (0,15 barg, equivalente a 15 kPa relativos). El manómetro colocado en la salida de la última tubería indica la presión atmosférica.

Ejemplo 2 no de acuerdo con la invención

Se usa el mismo dispositivo como el ejemplo 1, adoptando como fluido de entrada (31), 19,5 toneladas por hora de agua y 10,500 litros normales por hora de aire. La presión medida por el manómetro colocado en la entrada del dispositivo indica una presión no constante, que varía con un período de menos de un minuto de 0,5 a 0,9 barg.

Se abre la válvula de extracción de la fase rica en gas (25). La presión medida por el manómetro ahora es constante e igual a 0,8 barg.

Ejemplo 3

Se construye un dispositivo para la despresurización de un fluido de acuerdo con la realización “M3” descrita anteriormente.

Se usan 3 pares de conductos. El primer conducto ascendente (12) tiene un diámetro de 150 mm y una longitud de 25 metros, arreglado verticalmente. La sección curva (26) consiste de cuatro curvas comerciales a 45° interseparadas por secciones rectas de 300 mm. La inyección de gas (33) se efectúa al aplicar una boquilla en el separador de fases. El separador de fases se produce de acuerdo con el modo descrito en el ejemplo A1. El flujo de gas de salida se filtra usando el dispositivo de acuerdo con el ejemplo A2, usando agua presurizada como fluido de enjuague.

El segundo conducto ascendente es de 30 metros de altura y el tercer conducto ascendente es de 35 metros de altura. Los conductos descendentes consisten de tuberías que tienen un diámetro de 400 mm. El fluido de salida (32) está a presión atmosférica.

El dispositivo de despresurización se alimenta por una corriente de agua, nitrógeno presurizado y perlas de poliestireno expandibles, que se derivan de la granulación del polímero expandible fundido, como se describe en la patente US 7,320,585.

Se alimentan una velocidad de flujo de agua que varía de 10.000 a 150.000 kg/h; una velocidad de flujo de nitrógeno que varía de 0 Nm3/h a 200 Nm3/h; de 1.000 a 10.000 kg/h de perlas de poliestireno expandibles, que tienen un diámetro promedio que varía de 0,7 a 2,0 mm, y aglomerados que tienen una dimensión promedio menor de 100 mm.

Ejemplo 4

El dispositivo de despresurización de acuerdo con el ejemplo 3 se alimenta con una corriente de agua de 60.000 kg/h y 12 Nm3/h de nitrógeno.

Se mantienen cerradas la válvula de regulación de la inyección de gas (23) y la válvula de extracción (25).

La presión medida en la entrada del dispositivo es estable a 7,3 bar (730 kPa).

Ejemplo 5

El dispositivo de despresurización de acuerdo con el ejemplo 3 se alimenta con una corriente de agua de 60.000 kg/h y 50 Nm3/h de nitrógeno.

Se mantiene cerrada la válvula de regulación de la inyección de gas (23). En el primer y segundo paso, cada válvula de regulación del flujo extraído rico en gas (25) se controla en retroacción con respecto a la diferencia de presión registrada entre el separador (40) del mismo paso y la del paso posterior. Por lo tanto, la válvula de extracción (25) del separador (40) del primer paso está en retroacción con respecto a la diferencia de presión registrada en el separador del primer paso y la del separador del segundo paso, en tanto que la válvula de extracción del separador del segundo paso está en retroacción con respecto a la diferencia de presión registrada en el separador del segundo paso y la del separador del tercer paso. La válvula (25) colocada en el separador del tercer paso, por otro lado, está completamente abierta.

Todas las tres válvulas (25) indicadas anteriormente se conectan al extremo inferior del conducto descendente del tercer paso.

La diferencia de presión establecida en la válvula de regulación del primer paso es igual a 2,2 bar (220 kPa), en tanto que la diferencia establecida en la válvula de regulación del segundo paso es igual a 2,6 bar (260 kPa). La presión medida en la entrada del dispositivo es estable a 6,8 bar (680 kPa).

Ejemplo 6

El ejemplo 5 se repite, con la diferencia de que la diferencia de presión establecida en la válvula de regulación del primer y segundo paso es la misma e igual a 0,7 bar (70 kPa). La presión medida en la entrada del dispositivo es estable a 3,4 bar (340 kPa).

Ejemplo 7

Se construye un dispositivo para la despresurización de un fluido de acuerdo con la realización “M2” descrita anteriormente, en el cual, sin embargo, no hay un sistema para la extracción intermedia de fluido (34).

El fluido (31) en la entrada del despresurizador consiste de una mezcla de pentano líquido, alimentado a una velocidad de flujo de 0,8 kg por hora y nitrógeno, alimentado a una velocidad de flujo de 0,04 litros normales por hora.

Los conductos ascendentes consisten de tuberías que tienen un diámetro interno de 6 mm, una longitud de 500 mm arreglados verticalmente. Los conductos descendentes consisten de tuberías que tienen un diámetro interno de 20 mm, una longitud de 500 mm.

El número total de pares de conductos ascendentes y descendentes es igual a 100.

La caída de presión obtenida es igual a 1,8 bar (180 kPa).

Claims (19)

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para reducir la presión de un fluido que contiene al menos una fase líquida, que comprende hacer pasar el fluido que se va a despresurizar, en secuencia, a través de una pluralidad de pasos conectados en serie por medio de primeros conectores inferiores, cada paso que consiste de un par de conductos verticales conectados en la parte superior por medio de segundos conectores superiores, donde el fluido pasa de abajo hacia arriba en el primer conducto de cada paso, y de arriba hacia abajo en el segundo conducto de cada paso, donde un separador de fases se coloca entre el primer y segundo conducto del paso para sustracción directa de gas, y donde en el primer conducto de cada paso, parte de la energía de presión del fluido se convierte en potencial gravitacional, en tanto que en el segundo conducto, parte del potencial gravitacional se convierte en energía térmica; y donde el segundo conducto tiene un mayor diámetro con respecto al primer conducto.

2. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1, donde la introducción o remoción de un fluido que contiene una fase gaseosa se regula entre el primer y segundo conducto de cada paso.

3. El proceso de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, donde el fluido que se va a despresurizar también contiene una fase sólida.

4. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 3, donde el fluido que se va a despresurizar, también incluye una fase gaseosa con una relación de volumen entre la velocidad de flujo gaseoso y la velocidad de flujo líquido, medida a la presión de entrada, mayor de 0,01.

5. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones de 1 a 3, donde la relación de volumen entre la velocidad de flujo gaseoso y la velocidad de flujo líquido, a la presión de entrada, varía de 0 a 2 y donde se introduce un fluido gaseoso entre el primer conducto y el segundo conducto del primer paso.

6. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde, entre el primer y segundo conducto de al menos un paso, se extrae un flujo, cuyo componente gaseoso tiene una velocidad de flujo de volumen de al menos 50% con respecto a la velocidad de flujo extraída.

7. El proceso de acuerdo con la reivindicación 6, donde esta extracción de fluido se efectúa en un separador de fases ubicado entre el primer y segundo conducto del paso.

8. El proceso de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, donde esta extracción de flujo se regula en retroalimentación con respecto a la diferencia de presión medida entre el extremo inferior y superior del segundo conducto del mismo paso desde el cual se efectúa la extracción.

9. El proceso de acuerdo con la reivindicación 7, donde esta extracción de flujo se regula en retroalimentación con respecto a la diferencia de presión medida entre el separador de fases del mismo paso desde el cual se efectúa la extracción y el separador del paso posterior.

10. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, donde el fluido alimentado viene de un granulador para polímeros termoplásticos.

11. El proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones previas, donde el número de pasos varía de 2 a 500.

12. El proceso de acuerdo con la reivindicación 11, donde el número de pasos varía de 2 a 50.

13. El proceso de acuerdo con la reivindicación 12, donde el número de pasos varía de 2 a 10.

14. Un dispositivo para la despresurización de un fluido de acuerdo con el proceso de cualquiera de las reivindicaciones previas, que comprende una pluralidad de pasos conectados en serie por medio de primeros conectores inferiores, cada paso que consiste de un par de conductos verticales conectados en la parte superior por medio de segundos conectores, donde el fluido pasa de abajo hacia arriba en el primer conducto de cada paso, y de arriba hacia abajo en el segundo conducto de cada paso; y donde un separador de fases se coloca entre el primer y segundo conducto del paso; y donde el segundo conducto tiene un mayor diámetro con respecto al primer conducto.

15. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 14, que comprende además uno o más medios de inserción de gas y/o uno o más medios de extracción del fluido, colocados entre los dos conductos de al menos un paso.

16. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 15, donde esta extracción de fluido se efectúa en un separador de fases ubicado entre el primer y segundo conducto del paso.

17. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 16, donde este separador consiste de al menos dos cuerpos adyacentes, un primer cuerpo en el cual el área de sección transversal del fluido se incrementa por al menos 50% con respecto al área de sección transversal del primer conducto del paso, un segundo cuerpo en el cual el área de sección transversal del fluido se regresa al del segundo conducto del paso, y posiblemente un cuerpo intermedio que conecta el primer y segundo cuerpo, donde esta extracción de fluido se obtiene a través de una boquilla ubicada en la pared exterior del separador.

18. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 17, donde el fluido se alimenta al separador por medio de un telescopio que porta el fluido directamente en el cuerpo intermedio.

19. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 18, donde el fluido que sale del telescopio se alimenta al separador en una dirección tangencial con respecto a la pared lateral del mismo.