ES2956798T3 - Adsorbedor de CO2 regenerativo para un submarino, que comprende un dispositivo calefactor y un dispositivo refrigerador - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un dispositivo para separar dióxido de carbono (10) de una mezcla de gases, teniendo el dispositivo (10) un sólido para absorber dióxido de carbono, en el que el dispositivo (10) tiene una unidad de calentamiento (30) para calentar el sólido. , teniendo el dispositivo (10) una carcasa (80), en la que la carcasa (80) puede ser evacuada, teniendo el dispositivo (10) un dispositivo de refrigeración (40). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Adsorbedor de CO2 regenerativo para un submarino, que comprende un dispositivo calefactor y un dispositivo refrigerador
La invención se refiere a un dispositivo para la separación de dióxido de carbono del aire de respiración en un submarino.
Existe una serie de procedimientos para la separación de dióxido de carbono. En particular, se usan filtros de cal o de hidróxido de litio. Sin embargo, la desventaja de estos filtros es que no pueden ser regenerados durante la marcha. Por lo tanto, el submarino debe llevar una capacidad de filtrado suficiente. Esto conlleva una gran carga de peso. Además, los filtros deben cambiarse periódicamente, lo que conlleva el riesgo de liberación de polvo.
Para la separación de dióxido de carbono, como filtro que puede ser regenerado se utiliza en parte una sustancia sólida con funcionalidad amina. Este tipo de filtros primero se cargan con dióxido de carbono procedente del aire de respiración y, a continuación, se regeneran en un ciclo de regeneración por calentamiento. La desventaja es que la amina se degrada al calentarse.
Del documento DE102008015150B4 se conoce un submarino con un dispositivo de ventilación y un dispositivo de absorción de CO2.
Del documento US2017/203249A1 se conoce un procedimiento para la desorción asistida por vapor de dióxido de carbono.
Del documento US2012/160098A1 se conoce un procedimiento para la eliminación de dióxido de carbono, en el que el dióxido de carbono es adsorbido en un absorbente de amina sólido y vuelve a ser desorbido por calentamiento.
Del documento JP2013128908A se conoce un procedimiento para la recuperación de dióxido de carbono en molinos de hierro.
Del documento US2018/021717A1 se conoce un dispositivo para la reducción de la concentración de dióxido de carbono.
Del documento DE102013223342A1 se conoce un dispositivo de fijación de CO2.
El objetivo de la invención es proporcionar un dispositivo para la separación de dióxido de carbono que no presente ninguna o solo la menor degradación posible.
Este objetivo se consigue mediante un dispositivo con las características indicadas en la reivindicación 1, el procedimiento con las características indicadas en la reivindicación 11, así como mediante un submarino con las características indicadas en la reivindicación 1. Variantes ventajosas resultan de las reivindicaciones subordinadas, de la siguiente descripción y de los dibujos.
El dispositivo según la invención para la separación de dióxido de carbono de una mezcla gaseosa presenta una sustancia sólida para absorber dióxido de carbono. Además, el dispositivo presenta una calefacción para calentar la sustancia sólida. Además, el dispositivo presenta una envoltura, siendo la envoltura evacuable. Además, el dispositivo presenta un dispositivo refrigerador.
El dispositivo según la invención resulta ventajoso porque la envoltura puede ser evacuada antes del calentamiento de la sustancia sólida. De esta manera, se elimina oxígeno de la envoltura o, al menos, se reduce al mínimo la presión parcial del oxígeno. De esta manera, se minimiza la degradación durante el calentamiento. Una vez completada la regeneración, la sustancia sólida en primer lugar se enfría con el dispositivo refrigerador hasta tal punto que ya no se produce degradación cuando se suministra aire ambiente y, por tanto, oxígeno.
En otra forma de realización de la invención, la calefacción y la sustancia sólida están dispuestas en contacto directo, en particular, la calefacción está incorporada en la sustancia sólida de tal manera que se produce un contacto directo.
Según la invención, el dispositivo refrigerador es una inyección de agua. Mediante la pulverización de agua, la sustancia sólida puede enfriarse de manera eficiente y rápida a causa de la elevada capacidad calorífica del agua y, en su caso, la elevada entalpía de vaporización del agua. De forma especialmente preferiblemente, el dispositivo es una unidad de inyección de agua realizada para generar una niebla de agua.
En otra forma de realización alternativa de la invención, el dispositivo refrigerador está integrado en la calefacción. Por ejemplo, el dispositivo calefactor y refrigerador común presenta serpentines calefactores eléctricos y tuberías de agua refrigerante. Alternativamente, el dispositivo calefactor y refrigerador común presenta una tubería de agua, pudiendo llevar la tubería de agua tanto agua caliente como agua fría. Además, alternativamente, el dispositivo calefactor y
refrigerador común puede funcionar de forma eléctrica, en particular de forma directamente eléctrica. Por ejemplo, se usa un elemento Peltier.
En otra forma de realización de la invención, la envoltura presenta una forma cilíndrica. El flujo de gas discurre a lo largo de la dirección longitudinal del molde cilíndrico. La sustancia sólida está dispuesta en forma de disco en el interior del molde cilíndrico, siendo la sustancia sólida permeable al gas. Por forma de disco se entiende que la sustancia sólida tiene un área de sección transversal comparativamente grande en relación con su grosor. De esta manera, se minimiza la resistencia que la sustancia sólida opone al flujo de gas. Comparativamente significa que el diámetro de la sustancia sólida es preferiblemente al menos cinco veces mayor que el grosor, de forma particularmente preferible al menos diez veces mayor que el grosor, de forma aún más preferible al menos 100 veces mayor que el grosor.
En otra forma de realización de la invención, la sustancia sólida está dispuesta en forma de un primer disco y un segundo disco, estando la calefacción dispuesta entre el primer disco y el segundo disco. Mediante esta disposición es posible un calentamiento eficiente de la sustancia sólida.
En otra forma de realización de la invención, la sustancia sólida está dispuesta adicionalmente en forma de un tercer disco. Además, una calefacción adicional está dispuesta entre el segundo disco y el tercer disco. Evidentemente, también se puede disponer un mayor número de capas de sustancia sólida y calefacciones.
En otra forma de realización de la invención, la sustancia sólida se compone al menos en parte de amina. De forma especialmente preferible se trata de un polímero con funcionalidad amina.
En otra forma de realización de la invención, el dispositivo presenta un dispositivo de condensación. En una primera forma de realización, el dispositivo de condensación está dispuesto después de la sustancia sólida, visto en la dirección de flujo de gas. En otra forma de realización alternativa, el dispositivo de condensación está dispuesto antes de la sustancia sólida, visto en la dirección de flujo de gas. El dispositivo de condensación resulta particularmente preferible, siempre que el dispositivo disponga de inyección de agua.
En otra forma de realización de la invención, el dispositivo presenta además un componente para disolver dióxido de carbono en agua. Este tipo de componentes para disolver dióxido de carbono en agua son bien conocidos, por ejemplo y en particular de los motores diésel, independientes del aire exterior, para submarinos.
En otro aspecto, la invención se refiere a un procedimiento para la separación de dióxido de carbono de una mezcla gaseosa con un dispositivo según la invención, presentando el procedimiento los siguientes pasos:
a) El paso de la mezcla gaseosa que ha de ser depurada,
b) la finalización del suministro de mezcla gaseosa que ha de ser depurada,
c) la evacuación del dispositivo,
d) el calentamiento la sustancia sólida por medio de la calefacción,
e) la refrigeración,
(f) nuevamente el paso de la mezcla gaseosa que ha de ser depurada.
Mediante la evacuación en el paso c) se reduce significativamente la presión parcial de oxígeno. De esta manera, en el paso d) no se puede producir una degradación de la sustancia sólida, ya que no está disponible oxígeno en cantidades suficientes como reactivo. Mediante el enfriamiento en el paso e), cuando vuelve a entrar en contacto con el oxígeno en el paso f), la sustancia sólida ya está a una temperatura a la que no se produce ninguna degradación.
En otra forma de realización de la invención, en el paso d) la sustancia sólida se calienta hasta al menos 70 °C, preferiblemente hasta al menos 80 °C, más preferiblemente hasta al menos 90 °C. La sustancia sólida se calienta en el paso d) a como máximo 110 °C, preferiblemente a como máximo 100 °C. Si la temperatura es demasiado baja, no puede liberarse dióxido de carbono. Si la temperatura es demasiado alta, la sustancia sólida se degrada incluso sin la presencia de oxígeno.
En otra forma de realización de la invención, en el paso e), se realiza el enfriamiento mediante la pulverización de agua. Por medio de agua, la sustancia sólida puede enfriarse eficaz y rápidamente debido a la elevada capacidad calorífica del agua y, dado el caso, a la elevada entalpía de vaporización del agua. De esta manera, se reduce al mínimo la duración del paso e).
En otra forma de realización de la invención, en el paso e) la sustancia sólida se enfría a 55 °C como máximo, preferiblemente a 45 °C como máximo, de forma especialmente preferible a 35 °C como máximo.
En otra forma de realización de la invención, en el paso c), se evacúa a menos de 10.000 Pa, preferiblemente a menos de 2.000 Pa, de forma especialmente preferible a menos de 1.000 Pa, de forma particularmente preferible a menos de 500 Pa.
En otra forma de realización de la invención, en el paso c), se evacúa a más de 0,1 Pa, preferiblemente a más de 1
Pa, de forma especialmente preferible a más de 10 Pa.
En otra forma de realización de la invención, en el paso d) se evacúa de forma continua.
En otra forma de realización de la invención, en el paso d), el gas evacuado del dispositivo es conducido a un componente para disolver dióxido de carbono en agua. De este modo, el dióxido de carbono se elimina de a bordo.
En otra forma de realización de la invención, en el paso e) se pulveriza agua desmineralizada o destilada.
En otra forma de realización de la invención, en el paso a) y en el paso f) se ajusta un flujo radial en el interior del dispositivo.
La invención se refiere a un submarino con un dispositivo según la invención.
En otra forma de realización de la invención, el submarino presenta al menos tres dispositivos según la invención. De estos, un primer dispositivo según la invención se encuentra preferiblemente en el paso a) o f), un segundo dispositivo según la invención se encuentra en el paso d) y un tercer dispositivo según la invención está en espera. Alternativamente o en otro momento, preferiblemente, un primer dispositivo según la invención se encuentra en el paso a) o f), un segundo dispositivo según la invención se encuentra en el paso d) y un tercer dispositivo según la invención se encuentra en el paso e). Además, alternativamente o en otro momento, preferiblemente, un primer dispositivo según la invención se encuentra en el paso a) o f), un segundo dispositivo según la invención se encuentra en el paso c) o d) y un tercer dispositivo según la invención se encuentra en el paso e) o en espera. Mediante el uso de tres dispositivos según la invención, se puede garantizar de manera eficiente un funcionamiento continuo. Al mismo tiempo, también se consigue una redundancia.
En otra forma de realización de la invención, el submarino presenta más de tres dispositivos según la invención, encontrándose preferiblemente exactamente un dispositivo según la invención en el paso a) o f). Alternativamente, en el caso de submarinos muy grandes, el submarino comprende 3 n m dispositivos según la invención, encontrándose preferiblemente exactamente n dispositivos según la invención en el paso a) o f), siendo n y m números naturales, siendo n como mínimo 1 y m como mínimo 0.
A continuación, el dispositivo según la invención así como el procedimiento según la invención se explican con más detalle con la ayuda de un ejemplo de realización representado en los dibujos.
Figura 1 Sección transversal de una primera forma de realización
Figura 2 Sección transversal de una segunda forma de realización
Figura 3 Diagrama de bloques
En la figura 1, el dispositivo según la invención se muestra a modo de ejemplo en una primera forma de realización en sección transversal. El dispositivo para la separación de dióxido de carbono 10 presenta una envoltura 80. Dentro de esta envoltura 80 están dispuestos un primer disco 20 de una sustancia sólida y un segundo disco 22 de una sustancia sólida. Entre el primer disco 20 y el segundo disco 22 está incorporada una calefacción 30. A través de una entrada de aire 60 se introduce aire de respiración en el dispositivo diez, pasando a través de la sustancia sólida, de modo que se absorbe el dióxido de carbono. A continuación, el aire depurado se vuelve a emitir de nuevo a través de la salida de aire 70. Para la regeneración, se cierran la entrada de aire 60 y la salida de aire 70 y el dispositivo 10 se evacua a través de la conexión para evacuar 50. Una vez alcanzado un vacío suficiente, se calienta la sustancia sólida a través de la calefacción 30. El dióxido de carbono desorbido se elimina a través de la conexión para evacuar 50. Tras una regeneración satisfactoria, se desactiva la calefacción 30 y se activa el dispositivo refrigerador 40. En el ejemplo mostrado, el dispositivo refrigerador 40 genera una niebla de agua. La niebla de agua incide en el primer disco 20 y el segundo disco 22 y elimina así la materia sólida. El vapor de agua originado se condensa en un dispositivo de condensación 90. Una vez que la sustancia sólida se ha enfriado, la entrada de aire 60 y la salida de aire 70 pueden volver a abrirse.
En la figura 2, se muestra en sección transversal un segundo dispositivo alternativo según la invención. Se diferencia del primer dispositivo según la invención de acuerdo con la figura 1, en particular en que el dispositivo de condensación 90 está dispuesto por encima. Por lo tanto, el dispositivo de condensación 90 está dispuesto en una parte parcialmente separada de la envoltura 80. Por consiguiente, el dispositivo refrigerador 40 está situado por debajo. Además, la conexión para evacuar 50 está dispuesta por encima, cerca del dispositivo de condensación 90.
La figura 3 muestra un diagrama de bloques esquemático del procedimiento según la invención. El procedimiento comprende los siguientes pasos:
a) El paso de la mezcla gaseosa que ha de ser depurada,
b) la finalización del suministro de mezcla gaseosa que ha de ser depurada,
c) la evacuación del dispositivo,
d) el calentamiento de la sustancia sólida por medio de la calefacción,
e) la refrigeración,
(f) nuevamente el paso de la mezcla gaseosa que ha de ser depurada.
Signos de referencia
10 Dispositivo para la separación de dióxido de carbono
20 Primer disco
22 Segundo disco
30 Calefacción
40 Dispositivo refrigerador
50 Conexión para evacuar
60 Entrada de aire
70 Salida de aire
80 Envoltura
90 Dispositivo de condensación
Claims (16)
1. Submarino provisto de un dispositivo para la separación de dióxido de carbono (10) de una mezcla gaseosa, presentando el dispositivo (10) una sustancia sólida para absorber dióxido de carbono, presentando el dispositivo (10) una calefacción (30) para calentar la sustancia sólida, presentando el dispositivo (10) una envoltura (80), siendo la envoltura (80) evacuable, presentando el dispositivo (10) un dispositivo refrigerador (40), caracterizado porque el dispositivo refrigerador (40) es una inyección de agua.
2. Submarino según la reivindicación 1, caracterizado porque la calefacción (30) y la sustancia sólida están dispuestas en contacto directo.
3. Submarino según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo refrigerador (40) está realizado como unidad de inyección de agua para generar una niebla de agua.
4. Submarino según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la envoltura (80) tiene una forma cilíndrica, discurriendo el flujo de gas a lo largo de la dirección longitudinal de la forma cilíndrica, estando la sustancia sólida dispuesta en forma de disco en el interior de la forma cilíndrica, siendo la sustancia sólida permeable al gas.
5. Submarino según la reivindicación 4, caracterizado porque la sustancia sólida está dispuesta en forma de un primer disco (20) y un segundo disco (22), estando la calefacción (30) dispuesta entre el primer disco (20) y el segundo disco (22).
6. Submarino según la reivindicación 5, caracterizado porque una sustancia sólida adicional está dispuesta en forma de un tercer disco, estando dispuesta una calefacción adicional entre el segundo disco (22) y el tercer disco.
7. Submarino de una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el grosor de la sustancia sólida en forma de disco es de como máximo 10% del diámetro de la envoltura (80), siendo el grosor de la sustancia sólida en forma de disco de al menos el uno por ciento del diámetro de la envoltura (80).
8. Submarino según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sustancia sólida se compone al menos en parte de amina.
9. Submarino según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo (10) comprende un dispositivo de condensación (90), estando el dispositivo de condensación (90) dispuesto después de la sustancia sólida, visto en la dirección de flujo del gas.
10. Submarino según una de las reivindicaciones anteriores, presentando el submarino al menos tres dispositivos (10).
11. Procedimiento para la separación de dióxido de carbono a bordo de un submarino a partir de una mezcla gaseosa con un dispositivo (10) según una de las reivindicaciones anteriores, presentando el procedimiento los pasos:
a) El paso de la mezcla gaseosa que ha de ser depurada,
b) la finalización del suministro de mezcla gaseosa que ha de ser depurada,
c) la evacuación del dispositivo (10),
d) el calentamiento de la sustancia sólida por medio de la calefacción,
e) la refrigeración,
(f) nuevamente el paso de la mezcla gaseosa que ha de ser depurada.
12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque, en el paso d), la sustancia sólida se calienta hasta al menos 70 °C, preferiblemente al menos 80 °C, de forma especialmente preferible al menos 90 °C, calentándose la sustancia sólida a como máximo 110 °C, preferiblemente como máximo 100 °C.
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 12, caracterizado porque en el paso e) se efectúa la refrigeración mediante la pulverización de agua.
14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado porque, en la etapa e), la sustancia sólida se enfría a como máximo 55 °C, preferiblemente a como máximo 45 °C, de forma especialmente preferible a como máximo a 35 °C.
15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque en la etapa d) se evacúa de forma continua.
16. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque en el paso a) y en el paso f) se ajusta un flujo radial en el interior del dispositivo (10).
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