Procedimiento para el tratamiento de una corriente de gas así como sistema de tratamiento de gas.

Procedimiento para el tratamiento de una corriente de gas (G),

en el que la corriente de gas (G) se conduce a unaprimera etapa de limpieza para la oxidación de contaminantes portados mediante un primer módulo adsorbentecatalítico (6) y se añade con mezcla a la corriente de gas (G) oxígeno molecular o atómico, conduciéndose lacorriente de gas (G) a la que se añadió oxígeno aportado con mezcla a una segunda etapa de limpieza por uncatalizador de oxidación (8), y conduciéndose la corriente de gas (G) que sale del catalizador de oxidación (8) a unatercera etapa de limpieza para la reducción de oxígeno en exceso por un segundo módulo adsorbente catalítico (6).

Procedimiento para el tratamiento de una corriente de gas así como sistema de tratamiento de gas La invención se refiere a un procedimiento para el tratamiento de una corriente de gas, en el que la corriente de gas se conduce para la oxidación de contaminantes portados por un módulo adsorbente catalítico. Este se basa en un sistema de tratamiento de gas adecuado para la realización del procedimiento.

En la operación de una planta nuclear, de forma particular de una planta de energía nuclear, es un objetivo de diseño habitual el evitar del mejor modo posible daños por corrosión en componentes esenciales en zonas principales de la respectiva planta, como por ejemplo en componentes de grafito, elementos de combustión o aquellos componentes en los recipientes a presión del reactor. Justamente evitando en gran medida los daños por corrosión en estos componentes se debería prolongar la vida útil o la duración de servicio y mantener en lo posible considerablemente bajo el coste en mantenimiento y reparación relacionados con la subsanación de daños por corrosión en zonas principales de la planta nuclear. Por este motivo puede preverse en una planta nuclear, de forma particular en el circuito primario de un reactor de alta temperatura, el uso de helio como medio de proceso o refrigerante. A saber, el helio es químicamente inerte de modo que, por ejemplo, en el uso de helio como gas refrigerante para los componentes citados no deba considerarse fenómenos de corrosión por el gas refrigerante en estos componentes.

Sin embargo se pueden tener en cuenta, en el funcionamiento de plantas nucleares, de forma particular en el funcionamiento de un reactor a alta temperatura, contaminaciones, como por ejemplo monóxido de carbono (CO) , hidrógeno molecular (H2) , metano (CH4) , oxígeno molecular (O2) , tritio, agua (H2O) , dióxido de carbono (CO2) y/o partículas de polvo en las que se usa helio como agente refrigerante principal o gas refrigerante. Estos contaminantes pueden conducir por su parte a fenómenos de corrosión no deseados en los componentes citados. Para mantener estos efectos a nivel bajo y por debajo de los límites predeterminados, como también permitidos se puede preveer la limitación de la concentración de tales contaminantes en la corriente de gas refrigerante con el uso de un dispositivo de limpieza de gas o un sistema de tratamiento de gas.

En el funcionamiento de un sistema de limpieza de gas de este tipo se toma normalmente una corriente parcial de aproximadamente 50 kg/h a 300 kg/h del circuito de refrigeración de helio y se conduce en primer lugar por un filtro de polvo. A continuación se calienta la corriente de gas que se va a limpiar hasta una temperatura de aproximadamente 250º C y se alimenta a un denominado módulo adsorbente catalítico. El módulo adsorbente catalítico sirve a este respecto por una parte para el soporte catalítico del proceso de transformación previsto y por otra parte a modo de un colchón para el almacenamiento intermedio de oxígeno necesario en estos procesos. En el módulo adsorbente catalítico que comprende normalmente como componente adsorbente catalíticamente activo una mezcla de Cu-CuO, se realiza a la temperatura de operación seleccionada adecuada citada una oxidación del hidrógeno y monóxido de carbono portados como contaminantes en la corriente de gas que se va a limpiar en agua (H2O) y dióxido de carbono (CO2) . El oxígeno requerido para tal fin se toma de la proporción de CuO del material adsorbente catalíticamente activo, de modo que a consecuencia de la reacción tiene lugar un enriquecimiento continuo de la proporción de Cu a costa de la proporción de CuO. A continuación se enfría normalmente la corriente de gas que se va a limpiar liberada del hidrógeno molecular y del monóxido de carbono, separándose en un tamiz molecular los componentes de agua y de dióxido de carbono portados. A continuación se realiza normalmente una denominada adsorción a baja temperatura, en la que se separa en gran medida el metano, oxígeno molecular y productos de escisión mediante adsorción de la corriente de gas que se va a limpiar. Tras llevarse a cabo la separación de los contaminantes se alimenta de nuevo la corriente de gas limpia al circuito de refrigeración de helio.

Sin embargo un sistema de tratamiento de gas de este tipo es comparativamente costoso particularmente a la vista de la cantidad y la instalación de los componentes requeridos. Adicionalmente está condicionado el uso del módulo adsorbedor catalítico del tipo citado, porque tras el “consumo” que tiene lugar de las proporciones de CuO en el módulo adsorbente catalítico, es decir, tras reacción casi completa de la proporción de CuO en Cu, se requiere una regeneración mediante contacto con oxígeno, de modo que el módulo respectivo no se encuentra a disposición en este momento para la limpieza de la corriente de gas. Por tanto en un sistema de tratamiento de gas de este tipo están conectados normalmente dos o más conductos parciales del mismo tipo en paralelo, lo que amplía aún más el coste en equipos. Se da a conocer un sistema de tratamiento de gas de este tipo en el documento GB 1470795.

La invención se basa por tanto en el objetivo de lograr un procedimiento para el tratamiento de una corriente de gas del tipo citado anteriormente, con el que sea posible con coste en equipos conectados comparativamente bajo una limpieza admisible de la corriente de gas. Adicionalmente se debe lograr un sistema de tratamiento de gas especialmente adecuado para llevar a cabo el procedimiento.

En lo referente al procedimiento se consigue este objetivo de acuerdo con la invención conduciendo la corriente de gas a una primera etapa de limpieza para la oxidación de los contaminantes portados por un primer módulo adsorbente catalítico y se añade a la corriente de gas oxígeno molecular o atómico, conduciéndose la corriente de gas a la que se añadió oxígeno aportado a una segunda etapa de limpieza por un catalizador de oxidación, y conduciéndose la corriente de gas que fluye desde el catalizador de oxidación a una tercera etapa de limpieza para la reducción del oxígeno en exceso por un segundo módulo adsorbente catalítico.

A este respecto la invención se basa en el planteamiento de que el coste en equipos y también operacional para una limpieza admisible de la corriente de gas con uso de módulos adsorbentes catalíticos se puede mantener especialmente bajo, manteniendo bajo particularmente el número de los componentes totales requeridos. El concepto para el tratamiento de gas debería enfocarse por tanto a un amplio ahorro de redundancias en los componentes usados. Para mantener especialmente bajo en correspondencia el número de ramales parciales análogos conectados en paralelo o poder ejecutar en la medida de los posible en un único ramal el sistema de tratamiento de gas en lo referente a la conducción de corriente de gas, se debería dirigir el concepto para el tratamiento de corriente de gas a una posibilidad de funcionamiento en continuo del módulo adsorbente catalítico respectivo. Esto se puede conseguir mediante el uso de dos módulos adsorbentes catalíticos conectados en serie por la parte del flujo de gas, de ellos se usa uno en el tratamiento de la corriente de gas de forma convencional para la oxidación de contaminantes portados reduciéndose de este modo, el otro módulo adsorbente catalítico respectivo se usa para la reducción de oxígeno oxidándose de este modo.

En una configuración de este tipo se da la situación de que uno de los módulos adsorbentes se “consume” por completo, oxidándose o reduciéndose por completo el respectivo componente, mediante una inversión simple de la conexión por la parte del flujo de gas de los módulos adsorbentes catalíticos es posible continuar la operación del sistema de tratamiento de gas. Para hacer posible el uso combinado de los módulos adsorbentes catalíticos para la oxidación por una parte y para la reducción por otra parte, se somete la corriente de gas entre los módulos adsorbentes catalíticos a una etapa de limpieza adicional requerida en un catalizador de oxidación. El oxígeno adicional requerido para este fin se añade a la corriente de gas en puntos adecuados antes del catalizador de oxidación, estando disponible el oxígeno en exceso en el subsiguiente segundo módulo adsorbente catalítico por la parte del flujo de gas para su oxidación y por tanto para su regeneración.

De forma conveniente se usa tanto en el primero como también en el segundo módulo adsorbente catalítico respectivamente una mezcla de Cu-CuO como material adsorbente catalítico. En el primer módulo adsorbente catalítico visto por la parte del flujo de gas, que está previsto respectivamente para... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para el tratamiento de una corriente de gas (G) , en el que la corriente de gas (G) se conduce a una primera etapa de limpieza para la oxidación de contaminantes portados mediante un primer módulo adsorbente catalítico (6) y se añade con mezcla a la corriente de gas (G) oxígeno molecular o atómico, conduciéndose la corriente de gas (G) a la que se añadió oxígeno aportado con mezcla a una segunda etapa de limpieza por un catalizador de oxidación (8) , y conduciéndose la corriente de gas (G) que sale del catalizador de oxidación (8) a una tercera etapa de limpieza para la reducción de oxígeno en exceso por un segundo módulo adsorbente catalítico (6) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que en el primer y segundo módulo adsorbente catalítico (6) se usa respectivamente una mezcla de Cu/CuO como material absorbente catalítico.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que antes de la entrada de la corriente de gas (G) en el primer módulo adsorbente catalítico (6) se determina un valor característico para la proporción de contaminantes portados en la corriente de gas (G) , en función del cual se fija la velocidad de adición para el oxígeno a la corriente de gas (G) .

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que para la corriente de gas (G) se fija en su entrada al catalizador de oxidación (8) una temperatura de aproximadamente 400° C a 450° C.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la corriente de gas (G) se precalienta antes de su entrada en el catalizador de oxidación (8) mediante intercambio de calor recuperativo con la corriente de gas (G) que fluye desde el catalizador de oxidación (8) .

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que para la corriente de gas (G) se fija en su entrada al primer módulo adsorbente catalítico (6) una temperatura de aproximadamente 250º C.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la corriente de gas (G) se precalienta antes de su entrada al primer módulo adsorbente catalítico (6) mediante intercambio de calor recuperativo con el que se precalienta la corriente de gas (G) que sale del segundo módulo adsorbente catalítico (6) .

8. Procedimiento para la operación de una planta de energía nuclear, en el que se trata una corriente parcial de una corriente de gas refrigerante de helio según una de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que en la corriente de gas (G) que sale del segundo módulo adsorbente catalítico (6) se determina un valor característico para la proporción del oxígeno posiblemente portado, intercambiándose tras la superación de un valor límite predeterminado para este valor característico las posiciones del primer y del segundo elemento adsorbente catalítico (6) en el trayecto de flujo de la corriente de gas (G) .

10. Sistema de tratamiento de gas (1) con al menos dos módulos adsorbentes catalíticos (6) conectados en serie en relación a una corriente de gas (G) , entre los que se conecta por la parte del flujo de gas un catalizador de oxidación (8) .

11. Sistema de tratamiento de gas (1) según la reivindicación 10, cuyo catalizador de oxidación (8) está conectado por la parte del flujo de gas a una unidad de alimentación (13) para oxígeno molecular o atómico.

12. Sistema de tratamiento de gas (1) según la reivindicación 11, en el que está unida un emisor de punto de ajuste asociado a la unidad de alimentación (13) con un sensor (32) preconectado al primer módulo adsorbente catalítico

(6) visto por la parte del flujo de gas para la proporción de contaminantes portados en la corriente de gas (G) .

13. Sistema de tratamiento de gas (1) según una de las reivindicaciones 10 a 12, cuyo módulo adsorbente catalítico (6) presenta respectivamente una mezcla de Cu/CuO como material adsorbente catalítico.

14. Sistema de tratamiento de gas (1) según una de las reivindicaciones 10 a 13, cuyo catalizador de oxidación (8) está conectado por la parte del flujo de gas a un sistema de calentamiento intermedio (34) .

15. Sistema de tratamiento de gas según la reivindicación 14, cuyo sistema de calentamiento intermedio (34) comprende un intercambiador de calor recuperativo (36) , que está conectado en la parte principal a un conducto de salida de corriente (12) para la corriente de gas (G) asociado al catalizador de oxidación (8) y por la parte secundaria a un conducto de entrada de corriente (10) para la corriente de gas (G) asociado al catalizador de oxidación (8) .

16. Sistema de tratamiento de gas (1) según una de las reivindicaciones 11 a 15, cuyo primer módulo adsorbente catalítico (6) visto en la dirección de flujo de gas está conectado a un sistema de calentamiento (26) .

17. Sistema de tratamiento de gas (1) según la reivindicación 16, cuyo sistema de calentamiento (26) comprende un intercambiador de calor recuperativo (22) , que está conectado en la parte principal a un conducto de salida de gas

(4) asociado al segundo módulo adsorbente catalítico (6) y en la parte secundaria a un sistema de alimentación de gas (2) asociado al primer módulo adsorbente catalítico (6) .

18. Sistema de tratamiento de gas (1) según una de las reivindicaciones 10 a 17, en el que el módulo adsorbente catalítico (6) está asociado con un sistema de conmutación común (14) para la conducción de flujo de la corriente de gas (G) .

19. Sistema de tratamiento de gas (1) según una de las reivindicaciones 10 a 18, en el que el módulo adsorbente catalítico (6) y el catalizador de oxidación (8) están dispuestos en una carcasa externa común (44) (recipiente a presión) .

20. Sistema de tratamiento de gas (1) según una de las reivindicaciones 10 a 19, que está conectado con el circuito de gas refrigerante de helio de una planta nuclear.