Se describe un separador ciclónico que comprende una cámara de separación (1) con al menos una entrada (11a) en su parte superior,

una salida para sólidos (12) en su parte inferior y dos tuberías de salida (2 y 3) para fracciones de gas. También se describe el método que usa el separador, siendo las fracciones de gas succionadas en dos zonas de separación generadas en el interior de la cámara, una con un flujo inverso y la otra con flujo unidireccional.

Separador ciclónico con dos salidas de gas y método de separación.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a equipos y métodos para separar partículas sólidas de suspensiones gassólido, y se refiere en particular a separadores ciclónicos en los que se imparte una componente de fuerza tangencial a la suspensión gas-sólido.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Los separadores ciclónicos en diversas formas constructivas diferentes, se utilizan en numerosos dispositivos y/o equipos para separar las impurezas contenidas en fluidos gaseosos, tales como partículas sólidas o polvo, gotas de líquidos o material similar.

Los separadores ciclónicos se utilizan ampliamente para separar y/o retirar partículas del aire o de los gases de proceso. También se utilizan como reactores químicos, intercambiadores de calor y para secar materiales granulares y en la combustión de aceite. En las refinerías de petróleo, se utilizan para asegurar la continuidad del proceso para obtener productos, retener un catalizador e impedir su emisión a la atmósfera, y para evitar pérdidas y contaminación. La gran aplicabilidad de los separadores ciclónicos se debe a su bajo costo operativo, fácil mantenimiento y la posibilidad de hacer frente a severas condiciones de temperatura y presión.

Los separadores ciclónicos pueden utilizarse en varias configuraciones diferentes, en serie o en paralelo. En algunos procesos, la totalidad de los fluidos gaseosos producidos, que en lo que sigue reciben la denominación de “suspensión gas-sólido”, pasa a través del separador. En otros procesos, es posible utilizar los separadores ciclónicos como parte del sistema para la limpieza de los gases residuales.

Las partículas se separan mediante un proceso de centrifugación de la suspensión gas-sólido. Este fenómeno tiene lugar mediante la inducción de un flujo de vórtice dentro del separador ciclónico debido a la componente de fuerza tangencial significativa con que la suspensión es admitida en la cámara ciclónica, que por lo general tiene una forma cónica. Por el hecho de tener una densidad superior a la de los gases, las partículas sólidas tienen una mayor tendencia a permanecer en la trayectoria perpendicular al flujo de vórtice, debido a la fuerza centrífuga y, por ello, tienden a colisionar con las paredes de la cámara. Al tener lugar las colisiones, las partículas pierden velocidad y tienden a separarse del flujo, cayendo hacia el fondo de la cámara, de donde se retiran. El gas separado sale a través de la tubería de salida del ciclón, después de moverse en varias revoluciones a través de la cámara y en una curva con un ángulo acentuado hacia la tubería en la parte superior.

Los separadores ciclónicos de suspensiones gas-sólido son, por lo general, del tipo de flujo inverso, que son los más convencionales para este tipo de separación. Sin embargo, también se utilizan ciclones de flujo unidireccional, principalmente en aplicaciones en las que la concentración de sólidos en la suspensión es baja.

En los ciclones de flujo inverso, la tubería de salida del gas, que usualmente se conoce como tubería de vórtice “finder”, está fija y está situada en la parte superior del ciclón. Durante la operación, es necesario que el flujo de vórtice del gas se invierta completamente para que sea succionado por la tubería de salida.

En los ciclones de flujo unidireccional, también conocidos por la expresión inglesa “uniflow”, la tubería de salida para el gas está situada en la parte inferior del ciclón, por lo que no hay necesidad de invertir el flujo de vórtice.

En estas dos configuraciones, el separador ciclónico comprende solamente una zona de separación, teniendo el separador de flujo unidireccional una zona de separación con una longitud inferior a la de un separador con flujo inverso, siendo ésta la razón por la que el separador de flujo unidireccional es eficiente solamente en suspensiones gas-sólido con bajas concentraciones de sólidos.

Si bien la zona de separación del separador de flujo inverso es más grande, la zona de inversión del flujo es la región en la que tiene lugar la mayor pérdida de eficiencia de recolección del separador ciclónico.

La inestabilidad existente en el ápice de la inversión del flujo tiene como resultado desplazamientos laterales del flujo de vórtice, lo que causa un arrastre de los sólidos anteriormente separados y la erosión de las paredes del separador ciclónico.

En la patente de los Estados Unidos 4.238.210, se da a conocer un separador ciclónico unidireccional que comprende un conducto interno, que forma una trayectoria de flujo, con un cuerpo central provisto de hélices que se extienden hacia el exterior y que generan un flujo de vórtice. El conducto está encerrado en una cámara de recolección, y las hélices tienen extremos recolectores y canales que se abren a través de la pared del conducto hacia el interior de la cámara de recolección. Corriente abajo con respecto a las hélices generadoras del flujo de vórtice, hay ranuras de salida que son transversales con respecto al flujo del gas.

Lo mismo que con los otros separadores ciclónicos unidireccionales, este equipo es eficiente solamente para suspensiones con bajas concentraciones de sólidos.

En comparación con los dispositivos y métodos conocidos de la técnica anterior para concentraciones bajas y altas, el dispositivo y los métodos descritos en lo que sigue son una alternativa que tiene ventajas para la separación de suspensiones gas-sólido.

COMPENDIO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere a un separador ciclónico para una suspensión gas-sólido, y también a un método de separación en el que el separador comprende dos zonas de separación, que pueden estar dispuestas consecutivamente, una con flujo inverso, en la que se puede separar una porción del gas de la suspensión gassólido, con una elevada concentración de sólidos, y la otra zona, de separación de flujo unidireccional (que puede ser subsiguiente a la zona de separación de flujo inverso) en la que se separa la otra porción del gas de la suspensión, con una concentración baja o más baja de sólidos.

De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un separador ciclónico para separar partículas de una mezcla de gas y partículas, en donde dicho separador ciclónico comprende:

una cámara de separación, en la que las partículas se separan del gas;

una entrada, configurada para suministrar la mezcla de partículas y gas a la cámara de separación;

una salida para el gas de flujo inverso, dispuesta para recibir una porción del gas de la que se han separado partículas, procedente de la cámara de separación, habiéndose invertido la dirección de esta porción del gas en la cámara de separación; y

una salida para el gas de flujo unidireccional, dispuesta para recibir otra porción del gas de la que se han separado partículas, procedente de la cámara de separación, no habiéndose invertido la dirección de esta porción del gas en la cámara de separación.

De acuerdo con una realización, se proporciona un separador ciclónico en el que:

la cámara de separación tiene un extremo de admisión;

la entrada y la salida para el gas inverso están dispuestas en dicho extremo de admisión; y

la salida para el gas unidireccional está dispuesta en un extremo de la cámara de separación opuesto al extremo de admisión.

De acuerdo con una realización, se proporciona un separador ciclónico en el que:

el gas sale por la salida del gas de flujo inverso en una primera dirección de flujo de salida; y

el gas sale por la salida del gas de flujo unidireccional en una segunda dirección de flujo de salida, siendo la primera dirección de flujo de salida diferente de la segunda dirección de flujo de salida.

De acuerdo con una realización, la primera dirección de flujo de salida es sustancialmente opuesta a la segunda dirección de flujo de salida.

De acuerdo con una realización, la cámara de separación está dispuesta para separar las partículas del gas por medio de centrifugación de la mezcla de gas y partículas.

De acuerdo con una realización, el separador...

1. Un separador ciclónico para separar partículas de una mezcla de gas y partículas, comprendiendo dicho separador ciclónico:

una cámara de separación en la que las partículas se separan del gas;

una entrada, configurada para suministrar la mezcla de partículas y gas a la cámara de separación;

una salida para el gas de flujo inverso, dispuesta para recibir una porción del gas de la que se han separado partículas, procedente de la cámara de separación, habiéndose invertido la dirección de esta porción del gas en la cámara de separación; y

una salida para el gas de flujo unidireccional, dispuesta para recibir otra porción del gas de la que se han separado partículas, procedente de cámara de separación, no habiéndose invertido la dirección de esta porción del gas en la cámara de separación.

2. Un separador ciclónico de acuerdo con la reivindicación 1, en el que: la cámara de separación tiene un extremo de admisión; la entrada y la salida para el gas de flujo inverso están dispuestas en dicho extremo de admisión; y la salida para el gas unidireccional está dispuesta en un extremo de la cámara de separación que es

opuesto al extremo de admisión.

3. Un separador ciclónico de acuerdo con la reivindicación 1 o reivindicación 2, en el que: el gas sale por la salida para el gas de flujo inverso en una primera dirección de flujo de salida; y el gas sale por la salida del gas de flujo unidireccional en una segunda dirección de flujo de salida, siendo la

primera dirección de flujo de salida diferente de la segunda dirección de flujo de salida.

4. Un separador ciclónico de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la primera dirección de flujo de salida es sustancialmente opuesta a la segunda dirección de flujo de salida.

5. Un separador ciclónico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende una salida para sólidos configurada para permitir que las partículas que se han separado del gas salgan de la cámara de separación, estando la salida para sólidos opcionalmente alineada con la segunda salida para gases.

6. Un separador ciclónico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que por lo menos una porción de la cámara de separación es radialmente simétrica en torno a una línea central axial de la cámara de separación.

7. Un separador ciclónico de acuerdo con la reivindicación 6, en el que la salida para gases de flujo inverso comprende una tubería que tiene su línea central sustancialmente alineada con la línea central axial de la cámara de separación.

8. Un separador ciclónico de acuerdo con la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en el que la salida para el gas de flujo unidireccional comprende una tubería que tiene su línea central sustancialmente alineada con la línea central axial de la cámara de separación.

9. Un separador ciclónico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que por lo menos una porción de la pared interna de la cámara de separación tiene forma troncocónica.

10. Un separador ciclónico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que por lo menos una parte de la cámara de separación tiene una línea central axial, y la entrada cumple una de las siguientes condiciones:

es sustancialmente paralela a la línea central axial; es sustancialmente perpendicular a la línea central axial; o forma una espiral en torno a la línea central axial.

11. Un separador ciclónico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que por lo menos una parte de la cámara de separación tiene una línea central axial, y la entrada está desplazada con respecto a la línea central axial.

12. Un separador ciclónico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que además comprende una segunda entrada configurada para la admisión de la mezcla de partículas y gas en la cámara de separación.

13. Un separador ciclónico de acuerdo con la reivindicación 12, en el que por lo menos una parte de la cámara de separación tiene una línea central axial y la segunda entrada cumple una de las siguientes condiciones: es sustancialmente paralela a la línea central axial;

es sustancialmente perpendicular a la línea central axial; o forma una espiral en torno a la línea central axial.

14. Un separador ciclónico de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el área de la sección transversal de la salida para el gas de flujo inverso se halla en el intervalo de 30% a 50% del área de la sección transversal de la entrada, y el área de la sección transversal de la salida para el gas de flujo unidireccional se halla en el intervalo de 30% a 50% del área de la sección transversal de la entrada.

15. Un método para separar partículas de una mezcla de gas y partículas, comprendiendo dicho método: suministrar la mezcla a una cámara de separación; invertir la dirección del flujo de una porción del gas; permitir que otra porción del gas continúe sin invertir la dirección de su flujo; retirar la porción de gas cuya dirección no ha sido invertida, a través de una salida para el gas de flujo

unidireccional; y retirar la porción del gas cuya dirección ha sido invertida, a través de una salida para el gas de flujo inverso.

16. Un método para separar partículas de una mezcla de gas y partículas de acuerdo con la reivindicación 15, en el que la porción de gas retirada a través de la salida para el gas de flujo inverso se retira en una dirección que es sustancialmente opuesta con respecto a la porción de gas retirada a través de la salida para el gas de flujo unidireccional.

17. Un método para separar partículas de una mezcla de gas y partículas de acuerdo con la reivindicación 15 o reivindicación 16, en el que la etapa de separación de la mezcla comprende una separación centrífuga.

18. Un método para separar partículas de una mezcla de gas y partículas de acuerdo con las reivindicaciones 15 a 17, que además comprende retirar sólidos separados de la mezcla.