PLANTA PARA LA RECUPERACIÓN DE ACEITE CALOPORTADOR DEGRADADO DE UNA INSTALACIÓN SOLAR TÉRMICA Y MÉTODO PARA DICHA RECUPERACIÓN.

Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado de una instalación solar térmica y método para dicha recuperación.

Permite mejorar el rendimiento de recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica por medio de una separación sucesiva de componentes pesados (4) (orto, meta y para - terfenil) y de componentes ligeros (7) (fenol y benceno). La planta comprende un aerorrefrigerador (2) que enfría el aceite caloportador degradado (1) a aceite enfriado (12); una columna de destilación (3) que separa del aceite caloportador enfriado (12) los componentes pesados (4) y un vapor (15) de componentes ligeros (7) y aceite; y un rectificador (6) que separa del vapor (15) los componentes ligeros (7) y el aceite regenerado (17). El procedimiento comprende enfriamiento del aceite caloportador degenerado (1) en el aerorrefrigerador (2); la separación de los componentes pesados (4) en la columna de destilación (3); y la separación en el rectificador (6) de los componentes ligeros (7) y el aceite regenerado (17).

Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado de una instalación solar térmica y método para dicha recuperación.

Objeto de la invención

La presente invención se puede aplicar en el campo técnico del aprovechamiento de la energía solar en plantas de colectores cilindro-parabólicos, en concreto, en la regeneración del aceite caloportador empleado en dichas plantas.

El objeto de la invención trata de una planta de regeneración de aceite caloportador degradado para instalaciones solares térmicas, y de un método para llevar a cabo dicha regeneración.

Antecedentes de la invención

Las plantas solares de colectores cilindro-parabólicos emplean habitualmente un fluido caloportador que puede ser tanto aceite térmico, como agua en colectores de generación directa de vapor. En lo que se refiere a aquellos colectores que emplean el aceite como fluido caloportador, un aceite térmico, calentado en los colectores y que tras pasar por un intercambiador de calor permite la producción de vapor a presión que es posteriormente expandido en una turbina de ciclo Rankine convencional.

Existe una gran variedad de compuestos empleados como aceite térmico para plantas solares, cada uno con características particulares. En concreto, un aceite utilizado tiene una composición de mezcla eutéctica de bifenilo y óxido de difenilo (en el mercado se puede obtener con las denominaciones Dowtherm A -mezcla eutéctica de bifeníly óxido de difenilo -o Therminol VP1 -Mezcla Eutéctica 26, 5% Binefilo y 73, 5% Óxido de Difenilo) . Este tipo de aceite posee unas características especialmente adecuadas para la transmisión de calor en un rango de temperaturas de hasta 400ºC.

La estabilidad térmica de un fluido viene determinada por su composición. Cuando la temperatura del aceite alcanza los valores de trabajo de la planta solar térmica (temperaturas de hasta 400ºC) , los enlaces moleculares de la estructura del fluido se rompen para formar dos grandes tipos de productos de degradación: compuestos ligeros y compuestos pesados.

En el caso particular del aceite concreto referido, sufre una lenta descomposición a componentes ligeros (“low boilers”) , fundamentalmente benceno y fenol, y componentes pesados (“high boilers”) , fundamentalmente o-terfenil, m-terfenil, p-terfenil y 2-fenoxibifenil. La concentración de estos productos de la degeneración del aceite no debe sobrepasar unos determinados límites, debido a que los componentes ligeros, de alta presión de vapor, incrementan la presión del sistema y pueden causar cavitación en las bombas, mientras que los componentes pesados limitan la eficiencia de la transferencia térmica, puesto que, entre otras cosas, reducen el calor específico del aceite caloportador, y aumentan su viscosidad.

Para evitar la acumulación, dichos componentes pesados y componentes ligeros deber ser retirados periódicamente de la instalación puesto que modifican las propiedades del aceite caloportador.

Se ha comprobado experimentalmente que una simple destilación “flash” (destilación en una sola etapa) seguida por la condensación parcial de la corriente de vapor generada en el destilador no es capaz de regenerar eficazmente el aceite. La separación de cantidades significativas de componentes pesados está necesariamente ligada a unas pérdidas de aceite considerables. Así por ejemplo, la eliminación del 70% de los componentes pesados conlleva unas pérdidas de aceite de aproximadamente el 30%.

El problema técnico que se plantea consiste en describir una planta de regeneración del aceite térmico capaz de minimizar la degradación de aceite y las pérdidas de aceite, y de mejorar el rendimiento de regeneración, puesto que el precio de dicho aceite es considerablemente elevado.

Descripción de la invención

La presente invención resuelve el problema planteado mediante una planta de regeneración del aceite caloportador que circula por los colectores de una planta solar térmica, según un primer objeto de la invención, y de un método para llevara cabo dicha regeneración, según un segundo objeto de la invención.

La planta de regeneración comprende:

- una columna de destilación (stripper) para separar los componentes pesados;

- un hervidor;

- un rectificador para separar los componentes ligeros; -un aerocondensador;

- un tanque de reflujo;

- primera bomba y segunda bomba.

La planta de la invención puede comprender adicionalmente un aerorrefrigerador. En tal caso, dicho aerorrefrigerador es el primer elemento de la planta. Al aerorrefrigerador llega el aceite degradado, a alta temperatura, procedente de la instalación solar. De manera preferente, la temperatura de entrada al aerorrefrigerador se encuentra comprendida entre 295 y 310ºC. La temperatura de salida del aerorrefrigerador está preferentemente comprendida entre 95 y 110ºC. A la salida del aerorrefrigerador se obtiene aceite enfriado.

Dicha temperatura de entre 95 y 110ºC, preferentemente 100ºC, es suficientemente baja como para que se produzcan menos arrastres de componentes pesados con los vapores salientes por la cabeza de la columna de destilación, con respecto al caso de no emplear un enfriamiento previo, con lo cual el rendimiento de regeneración mejora sensiblemente. Realizar un enfriamiento del aceite degradado antes de introducirlo en la columna de destilación mejora el rendimiento de dicha columna de destilación.

En ausencia de aerorrefrigerador, el aceite degradado es introducido directamente en la columna de destilación. En caso de disponer de un aerorrefrigerador, a la salida de dicho aerorrefrigerador, el aceite enfriado es introducido en la columna de destilación. La columna de destilación comprende una columna de primeros platos perforados de acero al carbono y un hervidor. El aceite entra en la columna de destilación por la parte superior, y en dicha columna de destilación dicho aceite es calentado por medio del hervidor.

Los componentes pesados nocivos (o, m y p-terfeniles) son separados en colas por gravedad, junto con una pequeña cantidad de aceite, mientras que prácticamente la totalidad del aceite y los componentes ligeros pasan por los sucesivos primeros platos hasta alcanzar la parte superior de la columna de destilación, denominada cabeza donde abandonan la columna de destilación en forma de vapor.

De manera preferente, el hervidor es un intercambiador de tipo termosifón que funciona mediante circulación natural del propio aceite caliente procedente de la instalación solar.

El vapor sustancialmente libre de componentes pesados que abandona la columna de destilación por la cabeza accede al rectificador. El rectificador es una columna de destilación dotada de una pluralidad de segundos platos perforados de acero al carbono. En la parte baja del rectificador se recupera el aceite regenerado y en la parte superior se recogen los componentes ligeros, que son posteriormente condensados en el aerocondensador y dirigidos a un tanque de reflujo.

Adicionalmente, la invención incorpora una primera bomba y una segunda bomba. La primera bomba impulsa el aceite regenerado hacia su circuito de trabajo en los colectores termosolares. La segunda bomba conduce los componentes ligeros desde el tanque de reflujo hacia el rectificador. La circulación efectuada por la segunda bomba es necesaria porque la presión en el tanque es menor que en el rectificador.

Por medio de la invención, se consigue alcanzar un aceite regenerado con una pureza del 99, 4%, frente a la pureza inicial del aceite a regenerar del 94, 3%.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1. Muestra un esquema de la planta según la invención.

Realización preferente de la invención

A continuación se describe una realización preferente de la invención, con ayuda de la...

1. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica, caracterizado porque comprende:

- una columna de destilación (3) para separar del aceite degradado (1) los componentes pesados (4) , donde la columna de destilación (3) recibe el aceite degradado (1) por su parte superior y desaloja por la cabeza (14) vapor (15) de componentes ligeros (7) ; y

- un rectificador (6) que recibe el vapor (15) y desaloja por la parte superior los componentes ligeros (7) y por la parte inferior desaloja aceite regenerado (17) .

2. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la columna de destilación (3) comprende una columna de primeros platos perforados (13) .

3. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la columna de destilación (3) comprende un transmisor de presión en la entrada, un transmisor de presión y de temperatura en la salida, una pluralidad de transmisores de temperatura distribuidos en el interior, unos interruptores de nivel, una válvula automática a la salida de componentes pesados (4) , y una resistencia eléctrica en la parte inferior con el fin de mantener el aceite líquido.

4. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque los transmisores de temperatura en el interior están distribuidos uno cada tres primeros platos (13) .

5. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la columna de destilación comprende adicionalmente un hervidor (5) para evaporar los productos de la parte inferior de la destilación que emplea el aceite caloportador caliente de la instalación solar térmica para calentar el aceite que circula por la columna de destilación (3) .

6. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el hervidor (5) comprende adicionalmente medidores de temperatura, de flujo y una válvula de control de flujo.

7. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el rectificador (6) comprende una pluralidad de segundos platos (16) perforados.

8. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el rectificador (6) comprende transmisores de presión y temperatura en la salida, transmisores de temperatura distribuidos por el interior, un transmisor de temperatura en la parte inferior, interruptores de nivel y una resistencia eléctrica en la parte inferior con el fin de mantener en estado líquido el fluido.

9. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un aerocondensador (8) para condensar los componentes ligeros

(17) recogidos en la parte superior del rectificador (6) .

10. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el aerocondensador (8) comprende un convertidor de frecuencia para controlar la temperatura de salida.

11. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el aerocondensador (8) comprende una pluralidad de ventiladores controlados de forma independiente para controlar la temperatura de salida.

12. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque comprende un tanque de reflujo (9) al que se dirigen los componentes ligeros (17) condesados en el aerocondensador (8) .

13. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende adicionalmente una primera bomba (10) , para impulsar de vuelta el aceite regenerado (17) hacia la instalación termosolar.

14. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque comprende una segunda bomba (11) , para recircular los componentes ligeros (7) desde el tanque (9) de reflujo hacia el rectificador (6) .

15. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque comprende un aerorrefrigerador (2) para enfriar el aceite caloportador degradado (1) desde una temperatura de entrada a aceite enfriado (12) a una temperatura de salida.

16. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 15 caracterizado porque la temperatura de entrada en el aerorrefrigerador (2) se encuentra entre 295 y 310ºC.

17. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 15 caracterizado porque la temperatura de salida del aerorrefrigerador (2) se encuentra entre 95 y 110ºC.

18. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el aerorrefrigerador (2) comprende un convertidor de frecuencia para controlar la temperatura de salida.

19. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el aerorrefrigerador comprende una pluralidad de ventiladores controlados de forma independiente para controlar la temperatura de salida.

20. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el aerorrefrigerador (2) comprende medidores de temperatura en la entrada y en la salida y un medidor de flujo.

21. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el aceite caloportador degradado (1) es esencialmente mezcla eutéctica de bifenilo y óxido de difenilo.

22. Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de acuerdo con la reivindicación 21, caracterizado porque el aceite caloportador degradado (1) es una mezcla eutéctica de 26, 5% Binefilo y 73, 5% Óxido de Difenilo.

23. Procedimiento para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica empleando la planta descrita en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

- separación del aceite degradado (1) en componentes pesados (4) y vapor (15) de componentes ligeros (7) más aceite, empleando la columna de destilación (3) ; y

- separación del vapor (15) en aceite regenerado (17) más componentes ligeros (7) , empleando el rectificador (6) .

24. Procedimiento para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica, de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizado porque comprende un paso adicional de enfriamiento del aceite degradado (1) en el aerorrefrigerador (12) , previamente a la separación en la columna de destilación (3) .

25. Procedimiento para la recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica, de acuerdo con la reivindicación 24, caracterizado porque

- el aerorrefrigerador (2) recibe el aceite caloportador degradado (1) de la instalación solar térmica y reduce su temperatura desde una temperatura de entrada hasta una temperatura de salida;

- el aceite enfriado (12) por el aerorrefrigerador es introducido en la columna de destilación (3) por la parte superior y es calentado por medio del hervidor (5) para evaporar los productos de la parte inferior de la columna de destilación

(3) por medio de una corriente del propio aceite caliente de la instalación solar térmica;

- los componentes pesados (4) nocivos son separados en colas por gravedad, junto con una pequeña cantidad de aceite, mientras que el resto del aceite y los componentes ligeros atraviesan la columna de destilación (3) hasta alcanzar la cabeza (14) donde abandonan dicha columna de destilación (3) en forma de vapor (15) ;

- el vapor (15) sin componentes pesados (4) accede al rectificador (6) , donde en la parte baja del rectificador (6) se recupera aceite regenerado (17) y en la parte superior se recogen los componentes ligeros (7) , que son condensados en el aerocondensador (8) y dirigidos a un tanque (9) de reflujo;

- el aceite regenerado (17) está impulsado de vuelta hacia la instalación termosolar por una primera bomba (10) ;

- los componentes ligeros (7) son recirculados desde el tanque (9) de reflujo hacia el rectificador (6) por una segunda bomba.