Procedimiento y aparato integrado de compresión de aire y de producción de un fluido rico en dióxido de carbono.

Procedimiento integrado de compresión de aire y de producción de un fluido rico en dióxido de carbono, que comprende las etapas de:

i) poner en contacto el aire destinado a un compresor de aire

(15) con el agua para producir aire humidificado, incluso saturado en agua (13) y agua refrigerada (11),

ii) comprimir el aire humidificado en el compresor para producir aire comprimido,

iii) utilizar al menos una parte del aire comprimido o un fluido producido al separar el aire comprimido en una instalación (27) produciendo un gas rico en dióxido de carbono (29, 37),

iv) comprimir el gas rico en dióxido de carbono en un compresor de dióxido de carbono (41), y

v) refrigerar el gas rico en dióxido de carbono aguas arriba y/o aguas abajo del compresor de dióxido de carbono con las frigorías del agua refrigerada de la etapa i).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2011/052573.

Solicitante: L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 75, QUAI D'ORSAY 75007 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: TRANIER, JEAN-PIERRE, Davidian,Benoît.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS DE LIQUIDOS DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO;... > BOMBAS DE DESPLAZAMIENTO NO POSITIVO (bombas de inyección... > Partes constitutivas, detalles o accesorios (elementos... > F04D29/58 (Refrigeración (de las máquinas o motores en general F01P ); Calentamiento; Reducción de las pérdidas de calor por transferencia)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE... > Características, partes constitutivas, detalles... > F02C7/143 (antes o entre las etapas del compresor)
  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > QUIMICA INORGANICA > ELEMENTOS NO METALICOS; SUS COMPUESTOS (procesos... > Carbono; Sus compuestos (C01B 21/00, C01B 23/00  tienen... > C01B31/20 (Dióxido de carbono)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS... > LICUEFACCION, SOLIDIFICACION O SEPARACION DE GASES... > Procedimientos o aparatos para separar los constituyentes... > F25J3/06 (por condensación parcial (F25J 3/08 tiene prioridad; por rectificación F25J 3/02))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > INTERCAMBIO DE CALOR EN GENERAL > INTERCAMBIADORES DE CALOR, NO PREVISTOS EN NINGUNA... > Otros aparatos intercambiadores de calor de contacto... > F28C3/08 (con cambio de estado, p. ej. absorción, evaporación, condensación (producción de vapor de agua bajo presión F22))

PDF original: ES-2535396_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y aparato integrado de compresión de aire y de producción de un fluido rico en dióxido de carbono

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un aparato integrado de compresión, incluso separación, de aire y de producción de un fluido rico en dióxido de carbono. Tal procedimiento y aparato se conoce a partir del documento DE 133859.

Un fluido rico en dióxido de carbono contiene al menos 3% en mol de dióxido de carbono o al menos 6% en mol de dióxido de carbono, incluso al menos 8% en mol de dióxido de carbono o también al menos 95% en mol de dióxido de carbono.

Con el fin de reducir las emisiones de CO2 de origen humano a la atmósfera, se han desarrollado procedimientos de captura del C2 generado en un procedimiento dado. Se trata de extraer el C2 de un gas generado por el procedimiento, eventualmente purificarlo y, por último, en general, comprimirlo con el fin de transportarlo a una canalización.

Advertimos inmediatamente que otra vía para transportar el C2 es el de licuarlo y cargarlo en barcos concebidos para esta utilización. Ciertos ciclos de licuefacción del C2 pasan por la compresión del C2 a una presión tal que pueda ser condensado a una temperatura próxima a la del ambiente. El líquido se descomprime a continuación a la presión de transporte (normalmente entre 6 y 1 bar a). La invención será aplicable entonces a este tipo de proceso.

Advertimos, además, que a pesar de las importantes diferencias entre los procedimientos de captura del C2 (en combustión posterior, se puede citar el lavado con aminas o con amoniaco; están también la gasificación del combustible, los procedimientos en ciclos químicos, los procedimientos siderúrgicos, cementeros o cualquier proceso industrial que utiliza aire), casi todos comprenden una compresión del C2 relativamente puro y, por lo tanto, son susceptibles de valorar la invención que se describe a continuación.

Las presiones de suministro del C2 en las canalizaciones son en general superiores a 15 bar abs. En el estado de la técnica, el C2 se comprime hasta la presión final en un compresor centrífugo (dados los caudales considerados en las aplicaciones de captura del C2).

Un aspecto de la invención se basa en el hecho de que a aproximadamente 6 bar, el C2 se puede condensar a una temperatura próxima a la del ambiente. Una vez en forma condensada (la densidad se multiplica por un factor 3 a 5), el bombeo del C2 consume mucho menos energía que el comprimir la misma cantidad en forma gaseosa.

Por consiguiente, se denominará "compresión" el medio de elevar la presión de un gas, y "bombeo" el medio de elevar la presión de un fluido que posee una densidad superior a 5 kg/m3, que es el límite inferior de densidad aceptable para las bombas.

Se comparan también los términos de "flujo rico en C2" y de "C2".

Advertimos que, a una composición dada, la presión a la cual hay que comprimir un gas para condensarlo a una temperatura dada aumenta con la temperatura. Igualmente, a una temperatura dada, la presión de condensación aumenta con el contenido de sustancias incondensables (elementos más volátiles que el C2, por ejemplo CO, H2, 2, N2, Ar, NO).

Un aspecto de la invención consiste en refrigerar el fluido rico en C2 que sale de un proceso industrial, por ejemplo de manera a condensar una parte del agua que contiene con el fin de disminuir la energía de compresión del C2. Un aspecto facultativo de la invención consiste, por lo tanto, en reducir los costes operativos completando la compresión con una bomba después de haber condensado el flujo rico en C2.

El reciclado del agua fría utilizada para refrigerar el fluido rico en C2 permite que el procedimiento opere de forma autónoma y no consuma agua.

Según un objeto de la invención, se ha previsto un procedimiento integrado de compresión de aire y de producción de un fluido rico en dióxido de carbono, que comprende las etapas de:

i) poner en contacto el aire destinado a un compresor de aire, con el agua, para producir aire humidificado, incluso saturado en agua, y agua refrigerada,

ii) comprimir el aire humidificado en el compresor para producir aire comprimido,

iii) utilizar al menos una parte del aire comprimido o un fluido producido al separar el aire comprimido en una instalación, produciendo un gas rico en dióxido de carbono,

iv) comprimir el gas rico en dióxido de carbono en un compresor de dióxido de carbono, y

v) refrigerar el gas rico en dióxido de carbono aguas arriba y/o aguas abajo del compresor de dióxido de carbono con las frigorfas del agua refrigerada de la etapa i).

Las etapas ii) a iv) se conocen del documento DE 133859.

La invención se caracteriza por la integración de las etapa i) y v).

Según otros aspectos facultativos:

el aire procedente del compresor de aire se refrigera para condensar el agua contenida en el aire, y el agua contenida en el aire se utiliza para humidificar el aire destinado al compresor de aire,

un gas residual que contiene dióxido de carbono procedente de la instalación se refrigera para condensar el agua que contiene, el agua se utiliza para refrigerar el aire destinado al compresor de aire, y el gas residual se trata para producir el gas rico en dióxido de carbono,

el gas rico en dióxido de carbono se refrigera aguas abajo del compresor de dióxido de carbono con el fin de condensarlo, y el líquido rico en dióxido de carbono producido se presuriza en una bomba,

un caudal enriquecido en oxigeno o un caudal enriquecido en nitrógeno o un caudal enriquecido en argón es el fluido producido al separar el aire.

la instalación es una instalación de oxicombustión o una instalación de producción de metales siderúrgicos

o un gasificador,

el aire comprimido se utiliza en la instalación,

la instalación es una cementera, una instalación para la producción de metales, por ejemplo una instalación siderúrgica o una turbina de gas.

Según otro aspecto de la invención, se ha previsto un aparato integrado de compresión de aire y de producción de un fluido rico en dióxido de carbono, el cual comprende un compresor de aire, un elemento de puesta en contacto del aire destinado al compresor de aire con el agua para producir aire humidificado, incluso saturado de agua, y el agua refrigerada, una conducción para enviar el aire humidificado comprimido del compresor de aire a una instalación que produce un gas rico en dióxido de carbono, o una conducción para enviar a la instalación un fluido producido al separar el aire comprimido, un compresor de gas rico en dióxido de carbono para comprimir el gas rico en dióxido de carbono, al menos un intercambiador de calor aguas arriba y/o aguas abajo del compresor de gas rico en dióxido de carbono y conducciones para enviar al intercambiador de calor el agua refrigerada en el elemento de puesta en contacto y el gas rico en dióxido de carbono.

El elemento de puesta en contacto puede estar integrado con un elemento de filtración de aire en una misma caja.

El aparato puede comprender un refrigerador para refrigerar el aire procedente del compresor de aire para condensar el agua contenida en el aire, y una conducción para llevar el agua contenida en el aire para humidificar el aire destinado al compresor de aire.

El aparato puede comprender igualmente un refrigerador para refrigerar un gas residual que contiene dióxido de carbono procedente de la instalación para condensar el agua que contiene, y una conducción para enviar el agua condensada para refrigerar el aire destinado al compresor de aire. El aparato puede comprender medios para el tratamiento del gas residual desprovisto de agua para producir el gas rico en dióxido... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento integrado de compresión de aire y de producción de un fluido rico en dióxido de carbono, que comprende las etapas de:

i) poner en contacto el aire destinado a un compresor de aire (15) con el agua para producir aire humidificado, incluso saturado en agua (13) y agua refrigerada (11),

ii) comprimir el aire humidificado en el compresor para producir aire comprimido,

iii) utilizar al menos una parte del aire comprimido o un fluido producido al separar el aire comprimido en una instalación (27) produciendo un gas rico en dióxido de carbono (29, 37),

iv) comprimir el gas rico en dióxido de carbono en un compresor de dióxido de carbono (41), y

v) refrigerar el gas rico en dióxido de carbono aguas arriba y/o aguas abajo del compresor de dióxido de carbono con las frigorfas del agua refrigerada de la etapa i).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual el aire procedente del compresor de aire (15) se refrigera para condensar el agua contenida en el aire, y el agua contenida en el aire se utiliza para humidificar el aire destinado al compresor de aire.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el cual un gas residual que contiene dióxido de carbono (29) procedente de la instalación (27) se refrigera para condensar el agua que contiene, el agua (35) se utiliza para refrigerar el aire destinado al compresor de aire y el gas residual se trata para producir el gas rico en dióxido de carbono (37).

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el gas rico en dióxido de carbono se refrigera aguas abajo del compresor de dióxido de carbono (37) con el fin de condensarlo, y el líquido producido rico en dióxido de carbono se presuriza en una bomba (43).

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual un caudal enriquecido en dióxido de carbono o un caudal enriquecido en nitrógeno o un caudal enriquecido en argón es el fluido producido al separar el aire en un aparato de separación de aire (24).

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el cual la instalación (27) es una instalación de oxicombustión o una instalación de producción de metales siderúrgicos o un gasificador.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual el aire comprimido se utiliza en la instalación (27).

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el cual la instalación (27) es una cementera, una instalación de producción de metales, por ejemplo una instalación siderúrgica o una turbina de gas.

9. Aparato para la compresión de aire y la producción de un fluido rico en dióxido de carbono, que comprende un compresor de aire (15), un elemento (7) de puesta en contacto del aire destinado al compresor de aire con el agua para producir aire humidificado (13), incluso saturado de agua, y agua refrigerada (11), una conducción para enviar el aire humidificado comprimido del compresor de aire a una instalación (27) que produce un gas rico en dióxido de carbono (29, 37) o una conducción para enviar a la instalación un fluido producido al separar el aire comprimido, un compresor (41) de gas rico en dióxido de carbono para comprimir el gas rico en dióxido de carbono, al menos un intercambiador de calor (39) aguas arriba y/o aguas abajo del compresor del gas rico en dióxido de carbono, y conducciones para enviar al intercambiador de calor el agua refrigerada en el elemento de puesta en contacto y el gas rico en dióxido de carbono.

1. Aparato según la reivindicación 9, en el cual el elemento de puesta en contacto (7) está integrado con un elemento de filtración de aire (3) en una misma caja.

11. Aparato según la reivindicación 9 o 1, que comprende un refrigerador (17) para refrigerar el aire procedente del compresor de aire para condensar el agua contenida en el aire, y una conducción (21) para llevar el agua contenida en el aire para humidificar el aire destinado al compresor de aire.

12. Aparato según una de las reivindicaciones 9 a 11, que comprende un refrigerador (31) para refrigerar un gas residual que contiene dióxido de carbono procedente de la instalación para condensar el agua que contiene, y una conducción (35) para enviar el agua condensada para refrigerar el aire destinado al compresor de aire.

13. Aparato según una de las reivindicaciones 9 a 12, que comprende medios de tratamiento del gas residual desprovisto de agua, para producir el gas rico en dióxido de carbono.

14. Aparato según una de las reivindicaciones 9 a 13, que comprende un aparato de separación de aire para producir un caudal enriquecido en oxígeno o un caudal enriquecido en nitrógeno o un caudal enriquecido en argón al separar el aire del compresor, después del secado.

15. Aparato según una de las reivindicaciones 9 a 14, en el cual la instalación (27) es una instalación de

oxicombustión o una instalación siderúrgica para la producción de metales o un gasificador.