Método de construcción aplicable a adsorbedores radiales de gran tamaño.

Procedimiento de ensamblaje de al menos un adsorbedor radial que comprende al menos dos rejillas perforadas concéntricas,

un fondo superior (10), un fondo inferior (11) y una virola (9) cilíndrica con el mismo eje que dichas rejillas, caracterizado por que dichas rejillas perforadas se ensamblan concéntricamente en horizontal

Método de construcción aplicable a adsorbedores radiales de gran tamaño

La invención trata sobre un dispositivo de montaje que permite el ensamblaje horizontal de adsorbedores radiales y sobre el procedimiento de ensamblaje horizontal de dichos adsorbedores.

La adsorción es ampliamente utilizada para purificar o separar los gases. Se pueden citar la separación de parafinas normales e iso; la separación de xilenos, de alcoholes; la producción de nitrógeno o de oxígeno a partir de aire atmosférico; la eliminación de CO2 del gas de combustión, del gas de altos hornos,... Desde el punto de vista de la purificación, se puede hablar de los secadores, de la purificación de hidrógeno o de helio, de la purificación de gases ricos en metano, de la adsorción de impurezas a nivel de trazas en numerosos fluidos (separación de mercurio, 1 NOx, productos azufrados...).

Los procesos que emplean la adsorción son de varios tipos, según sea o no regenerable el adsorbente ¡n situ. En consecuencia, se habla de adsorción con pérdida de carga (a renovar cuando el producto se satura en Impurezas) o de ciclos de adsorción, en el otro caso.

En primer lugar, los ciclos de adsorción difieren por la forma en que se regenera el adsorbente.

Si la regeneración se hace esencialmente por aumento de la temperatura, se trata de un procedimiento TSA (adsorción con variación de temperatura, por sus siglas en inglés de "temperature swing adsorptlon"). Si, por el contrario, la regeneración se efectúa por disminución de la presión, se trata de un procedimiento PSA (adsorción a presión modulada, por sus siglas en Inglés de "pressure swing adsorption"); por procedimiento PSA se entienden los procedimientos PSA propiamente dichos, es decir, con la fase de adsorción que se efectúa a una presión 2 sensiblemente más elevada que la presión atmosférica; los procedimientos VSA (adsorción a presión modulada bajo vacío, por sus siglas en inglés de "vacuum swing adsorptlon") para los cuales la fase de adsorción se lleva a cabo a una presión del orden la presión atmosférica y la regeneración bajo vacío; y los procedimientos VPSA y análogos (MPSA, MSA,...) con una fase de adsorción que se realiza a algunos bares y la regeneración a vacío. En esta categoría se incluyen también los sistemas que son regenerados por barrido con un gas de purga (o de elución), gas 25 que puede ser externo al mismo proceso como tal. En este caso, se disminuyen, en efecto, las presiones parciales de las Impurezas, lo cual permite su desorción.

El adsorbente se emplea en reactores que se denominarán en lo sucesivo adsorbedores. Estos adsorbedores son a su vez también de diferentes tipos, según su geometría.

El adsorbedor más simple es de forma cilindrica con eje vertical. Cuando los caudales a purificar se hacen 3 importantes, se pueden utilizar adsorbedores cilindricos de eje horizontal.

Más allá de un cierto caudal, y/o si se buscan pérdidas de carga pequeñas y/o si la velocidad del gas puede ser superior a la velocidad de fricción o desgaste (es decir, de puesta en movimiento de las bolas), al menos en ciertas etapas del ciclo, resulta interesante utilizar un adsorbedor radial.

Por ejemplo, se sabe efectivamente utilizar adsorbedores radiales, desde el momento en que los caudales a purificar 35 alcanzan algunas decenas de millares de metros cúbicos reales (es decir, contados en las condiciones de funcionamiento), tal como el que se muestra en el documento de la patente de Estados Unidos US-A-541-851 o en el documento de la patente europea EP 1 638 669.

Los adsorbedores radiales permiten, en efecto, realizar de manera fiable la purificación o la separación de grandes cantidades de fluido, permitiendo, en razón de su geometría una gran libertad de elección para las velocidades de 4 circulación de dichos fluidos, en particular para hacerlos compatibles con las propiedades mecánicas de las partículas de adsorbente utilizadas, asegurando a la vez una buena distribución gaseosa a través de las masas adsorbentes. Esta flexibilidad se debe al hecho de que las secciones de paso del gas son función del diámetro y de la altura de las rejillas y no solamente del diámetro como en el caso de un adsorbedor estándar. En consecuencia, se utilizan en especial para el secado y la descarbonatación de aire antes de su fraccionamiento por vía criogénica 45 en el caso de los procesos VSA de oxígeno y están particularmente bien adaptados a los procesos VSA o PSA de CO2, en unidades que deben tratar caudales muy elevados (varias centenas de millares de Nm3/h) en baja o media presión (inferior a 1 bar absolutos generalmente, con regeneración a presión atmosférica o bajo vacío).

El secado y la descarbonatación de aire se va a tomar a continuación como ejemplo para describir un ciclo TSA que emplea un tal adsorbedor con el fin de ilustrar su funcionamiento. Es sabido que el aire atmosférico contiene 5 compuestos que se deben eliminar antes de introducir dicho aire en los intercambiadores térmicos de la caja fría de una unidad de separación de aire, en especial los compuestos dióxido de carbono (CO2), vapor de agua (H2O), óxidos de nitrógeno y/o hidrocarburos, por ejemplo.

En efecto, si falta un pretratamiento tal del aire para eliminar sus impurezas de C2 y agua, se asiste a una solidificación en forma de hielo de estas impurezas, cuando se enfría el aire a temperatura criogénica, típicamente

inferior o igual a -15 °C, lo cual puede producir problemas de colmatado del equipo, en especial en los intercambiadores térmicos, en las columnas de destilación.

Además, es también habitual eliminar al menos parcialmente las impurezas de hidrocarburos y de óxidos de nitrógeno susceptibles de estar presentes en el aire con el fin de evitar una concentración de las mismas demasiado alta en la parte baja de la columna o de las columnas de destilación y, de este modo, cualquier riesgo de degradación de los aparatos.

De forma clásica, un ciclo de un proceso TSA de purificación de aire consta de las siguientes etapas:

a) purificación del aire por adsorción de las impurezas a presión superior a la atmosférica y a temperatura ambiente;

b) despresurización del adsorbente hasta la presión atmosférica;

c) regeneración del adsorbente a presión atmosférica, en especial por los gases residuales, típicamente nitrógeno impuro que proviene de una unidad de separación de aire y que se recalienta hasta una temperatura comprendida habitualmente entre 1 y 25 °C, por medio de uno o varios intercambiadores térmicos;

d) enfriamiento hasta temperatura ambiente del adsorbente, en especial mientras se continua introduciendo dicho gas residual salido de la unidad de separación de aire, pero sin calentarlo;

e) represurización del adsorbente con el aire purificado que proviene, por ejemplo, de otro adsorbente que se encuentra en fase de producción o, eventualmente, con el aire a purificar.

Generalmente, los dispositivos de pretratamiento de aire que comprenden dos adsorbedores funcionan de manera alternada, es decir, de forma que uno de los adsorbedores está en fase de producción, mientras que el otro está en fase de regeneración.

La fase de producción corresponde a la purificación de la mezcla gaseosa por adsorción de impurezas.

La fase de regeneración comprende las etapas de despresurización, calentamiento, enfriamiento y represurización.

Generalmente se añade al principio o al final de la fase de regeneración una etapa de funcionamiento en paralelo de los dos adsorbedores, de duración más o menos larga, es decir, de duración que va de algunos segundos a varios minutos.

Se describen en especial tales procesos TSA de purificación de aire en los documentos de las patentes US-A- 373884 y FR-A-7725845.

El funcionamiento de un adsorbedor radial para una aplicación tal se representa en la figura 1.

El fluido a purificar o a separar 1 entra por la parte baja del adsorbedor radial 1, atraviesa la masa adsorbente 2 y el fluido purificado sale por la parte superior 2. Cuando se realiza la regeneración, el fluido de regeneración 3 entra a contracorriente por la parte alta, desorbe las impurezas contenidas en la masa adsorbente 2 y el gas residual 4 sale por la parte baja.

El adsorbedor 1 como tal está constituido por una virola cilindrica de eje vertical AA y por dos fondos. La masa adsorbente se mantiene en su lugar por medio de una rejilla externa perforada 11 y de una rejilla Interna también perforada 12 fijadas por un lado en el fondo superior y por el otro lado, a una chapa completa 13 en la parte inferior. El fluido a purificar o separar 1 circula verticalmente hasta la periferia en la zona libre... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de ensamblaje de al menos un adsorbedor radial que comprende al menos dos rejillas perforadas concéntricas, un fondo superior (1), un fondo inferior (11) y una virola (9) cilindrica con el mismo eje que dichas rejillas, caracterizado por que dichas rejillas perforadas se ensamblan concéntricamente en horizontal.

2. Procedimiento de ensamblaje, según la reivindicación 1, de al menos un adsorbedor radial que comprende como pieza de ensamblaje una base inferior (8), en el cual se utiliza un sistema de ensamblaje que comprende un dispositivo D constituido por un soporte (1) y por al menos un zócalo (11) solidario con el soporte (1) y al menos un medio de elevación (21), en el cual

el zócalo (11) es tal que se puede fijar en dicho zócalo una pieza de ensamblaje de un adsorbedor radial;

el medio de elevación es apto para posicionar las rejillas del adsorbedor radial, en posición horizontal contra la pieza de ensamblaje, fijada en el zócalo (11) de forma que se facilite la soldadura en horizontal de la rejilla a la base y

el soporte (1) es apto para mantener en voladizo la rejilla en horizontal cuando la rejilla se suelda a dicha base inferior, que comprende las etapas siguientes:

a) las rejillas del adsorbedor radial se colocan concéntricamente por medio del medio de elevación (21) en posición horizontal contra la base inferior (8) y se sueldan en horizontal a dicha base para formar un conjunto soldado "base inferior - rejillas" mantenido en voladizo en horizontal por el dispositivo D y

b1) se coloca una virola externa (9) alrededor de las rejillas soldadas en la etapa a) y luego se sueldan los fondos inferior (11) y superior (1) a la virola (9); o

b2) se coloca una virola externa (9), a la cual se ha soldado previamente el fondo superior (1), alrededor de las rejillas soldadas en la etapa a) y luego se suelda el fondo inferior (11) a la virola.

3. Procedimiento de ensamblaje, según la reivindicación 1, de al menos un adsorbedor radial que comprende como pieza de ensamblaje el fondo inferior (11), en el cual se utiliza un sistema de ensamblaje que comprende un dispositivo D constituido por un soporte (1) y por al menos un zócalo (11) solidarlo con el soporte (1) y al menos un medio de elevación (21), en el cual

el zócalo (11) es tal que se puede fijar en dicho zócalo una pieza de ensamblaje de un adsorbedor radial;

el medio de elevación es apto para posicionar las rejillas del adsorbedor radial, en posición horizontal contra la pieza de ensamblaje, fijada en el zócalo (11) de forma que se facilite la soldadura en horizontal de la rejilla a la base y

el soporte (1) es apto para mantener en voladizo la rejilla en horizontal cuando la rejilla se suelda a dicha base inferior, que comprende las etapas siguientes:

a) las rejillas del adsorbedor radial se colocan concéntricamente por medio del medio de elevación (21) en posición horizontal contra el fondo Inferior (11) y se sueldan en horizontal a dicho fondo para formar un conjunto soldado "fondo Inferior (11)- rejillas" mantenido en voladizo en horizontal por el dispositivo D y

b1) se coloca una virola externa (9) alrededor de las rejillas soldadas en la etapa a) y luego se suelda el fondo superior (1) a la virola (9); o

b2) se coloca una virola externa (9), a la cual se ha soldado previamente el fondo superior (1), alrededor de las rejillas soldadas en la etapa a).

4. Procedimiento de ensamblaje, según la reivindicación 1, de al menos un adsorbedor radial que comprende como pieza de ensamblaje el fondo superior (1), en el cual se utiliza un sistema de ensamblaje que comprende un dispositivo D constituido por un soporte (1) y por al menos un zócalo (11) solidario con el soporte (1) y al menos un medio de elevación (21), en el cual

el zócalo (11) es tal que se puede fijar en dicho zócalo una pieza de ensamblaje de un adsorbedor radial;

el medio de elevación es apto para posicionar las rejillas del adsorbedor radial, en posición horizontal contra la pieza de ensamblaje, fijada en el zócalo (11) de forma que se facilite la soldadura en horizontal de la rejilla a la base y

el soporte (1) es apto para mantener en voladizo la rejilla en horizontal cuando la rejilla se suelda a dicha base inferior, que comprende las etapas siguientes:

a) las rejillas del adsorbedor radial se colocan concéntricamente por medio del medio de elevación (21) en posición horizontal contra el fondo superior (1) y se sueldan en horizontal a dicho fondo para formar un conjunto soldado "fondo superior (1) - rejillas" mantenido en voladizo en horizontal por el dispositivo D y

b1) se coloca una virola externa (9) alrededor de las rejillas soldadas en la etapa a) y luego se suelda el fondo inferior (11) a la virola (9); o

b2) se coloca una virola externa (9), a la cual se ha soldado previamente el fondo inferior (11), alrededor de las rejillas soldadas en la etapa a).

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que entre las etapas a) y b1) o b2) las rejillas se fijan a una base Inferior (8).

6. Procedimiento de ensamblaje, según la reivindicación 1, de al menos un adsorbedor radial que comprende como pieza de ensamblaje una base inferior (8), en el cual se utiliza un sistema de ensamblaje que comprende un dispositivo D constituido por un soporte (1) y por al menos un zócalo (11) solidario con el soporte (1) y al menos un medio de elevación (21), un soporte móvil (5) y un medio mecánico (6), en el cual

el zócalo (11) es tal que se puede fijar en dicho zócalo una pieza de ensamblaje de un adsorbedor radial;

el medio de elevación es apto para posicionar las rejillas del adsorbedor radial, en posición horizontal contra la pieza de ensamblaje, fijada en el zócalo (11) de forma que se facilite la soldadura en horizontal de la rejilla a la

base y

el soporte (1) es apto para mantener en voladizo la rejilla en horizontal cuando la rejilla se suelda a dicha base inferior;

el soporte móvil (5) es apto para sostener una rejilla de un adsorbedor radial soportada en un extremo por el dispositivo D y de una altura superior a 1 m;

y el medio mecánico (6) es apto para introducirse en el espacio interno de una rejilla de un adsorbedor radial en posición horizontal y para sostener ésta, y comprende las etapas siguientes:

a) se coloca la rejilla de menor diámetro del adsorbedor radial por medio del medio de elevación (21) en posición horizontal contra la base inferior (8) y se suelda en horizontal a dicha base, para formar un conjunto soldado "base inferior (8) - rejilla" que se mantiene en voladizo en horizontal mediante el dispositivo D;

b) la rejilla de menor diámetro soldada en la etapa a) se sujeta a mitad de su longitud con un soporte móvil (5) y se coloca enfilada en horizontal la rejilla de mayor diámetro en una longitud L no nula, alrededor de la rejilla interna;

c) se introduce el medio mecánico (6) al menos en parte en el espacio interno de la rejilla de menor diámetro, de forma que se mantenga ésta en la posición de la que se beneficia cuando es sostenida por el soporte móvil y se retira dicho soporte móvil;

d) se enfila la rejilla de diámetro mayor en horizontal hasta colocarla en la base inferior (8) y se suelda a ésta;

e) se ensamblan concéntricamente las restantes rejillas del adsorbedor radial alrededor de la rejilla de mayor

diámetro y

f1) se coloca una virola externa (9) alrededor de las rejillas soldadas y luego se sueldan los fondos inferior (11) y superior (1) a la virola (9) o bien

f2) se coloca una virola externa (9), a la cual se ha soldado previamente el fondo superior (1), alrededor de las rejillas soldadas y luego se suelda el fondo inferior (11) a la virola.

7. Procedimiento de ensamblaje, según la reivindicación 1, de al menos un adsorbedor radial que comprende como pieza de ensamblaje un fondo inferior (11), en el cual se utiliza un sistema de ensamblaje que comprende un dispositivo D constituido por un soporte (1) y por al menos un zócalo (11) solidario con el soporte (1) y al menos un medio de elevación (21), un soporte móvil (5) y un medio mecánico (6), en el cual

el zócalo (11) es tal que se puede fijar en dicho zócalo una pieza de ensamblaje de un adsorbedor radial;

el medio de elevación es apto para posicionar las rejillas del adsorbedor radial, en posición horizontal contra la pieza de ensamblaje, fijada en el zócalo (11) de forma que se facilite la soldadura en horizontal de la rejilla a la

base y

el soporte (1) es apto para mantener en voladizo la rejilla en horizontal cuando la rejilla se suelda a dicha base inferior;

el soporte móvil (5) es apto para sostener una rejilla de un adsorbedor radial soportada en un extremo por el dispositivo D y de una altura superior a 1 m;

y el medio mecánico (6) es apto para introducirse en el espacio interno de una rejilla de un adsorbedor radial en posición horizontal y para sostener ésta, y comprende las etapas siguientes:

a) se coloca la rejilla de menor diámetro del adsorbedor radial por medio del medio de elevación (21) en posición horizontal contra el fondo inferior (11) y se suelda en horizontal a dicho fondo, para formar un conjunto soldado "fondo inferior (11) - rejillas" que se mantiene en voladizo en horizontal mediante el dispositivo D;

b) la rejilla de menor diámetro soldada en la etapa a) se sujeta a mitad de su longitud con un soporte móvil (5) y se coloca enfilada en horizontal la rejilla de mayor diámetro en una longitud L no nula, alrededor de la rejilla interna;

c) se introduce el medio mecánico (6) al menos en parte en el espacio interno de la rejilla de menor diámetro, de forma que se mantenga ésta en la posición de la que se beneficia cuando es sostenida por el soporte móvil y se retira dicho soporte móvil;

d) se enfila la rejilla de diámetro mayor en horizontal hasta colocarla en el fondo inferior (11) y se suelda a éste;

e) se ensamblan concéntricamente las restantes rejillas del adsorbedor radial alrededor de la rejilla de mayor diámetro y

f 1) se coloca una virola externa (9) alrededor de las rejillas soldadas y luego se suelda el fondo superior (1) a la virola (9) o bien

f2) se coloca una virola externa (9), a la cual se ha soldado previamente el fondo superior (1), alrededor de las rejillas soldadas.

8. Procedimiento de ensamblaje, según la reivindicación 1, de al menos un adsorbedor radial que comprende como pieza de ensamblaje un fondo superior (1), en el cual se utiliza un sistema de ensamblaje que comprende un dispositivo D constituido por un soporte (1) y por al menos un zócalo (11) solidario con el soporte (1) y al menos un medio de elevación (21), un soporte móvil (5) y un medio mecánico (6), en el cual

el zócalo (11) es tal que se puede fijar en dicho zócalo una pieza de ensamblaje de un adsorbedor radial;

el medio de elevación es apto para posicionar las rejillas del adsorbedor radial, en posición horizontal contra la pieza de ensamblaje, fijada en el zócalo (11) de forma que se facilite la soldadura en horizontal de la rejilla a la base y

el soporte (1) es apto para mantener en voladizo la rejilla en horizontal cuando la rejilla se suelda a dicha base inferior;

el soporte móvil (5) es apto para sostener una rejilla de un adsorbedor radial soportada en un extremo por el dispositivo D y de una altura superior a 1 m;

y el medio mecánico (6) es apto para introducirse en el espacio interno de una rejilla de un adsorbedor radial en posición horizontal y para sostener ésta, y comprende las etapas siguientes:

a) se coloca la rejilla de menor diámetro del adsorbedor radial por medio del medio de elevación (21) en posición horizontal contra el fondo superior (1) y se suelda en horizontal a dicho fondo, para formar un conjunto soldado "fondo superior (1) - rejillas" que se mantiene en voladizo en horizontal mediante el dispositivo D;

b) la rejilla de menor diámetro soldada en la etapa a) se sujeta a mitad de su longitud con un soporte móvil (5) y se coloca enfilada en horizontal la rejilla de mayor diámetro en una longitud L no nula, alrededor de la rejilla interna;

c) se introduce el medio mecánico (6) al menos en parte en el espacio interno de la rejilla de menor diámetro, de forma que se mantenga ésta en la posición de la que se beneficia cuando es sostenida por el soporte móvil y se retira dicho soporte móvil;

d) se enfila la rejilla de diámetro mayor en horizontal hasta colocarla en el fondo superior (1) y se suelda a éste;

e) se ensamblan concéntricamente las restantes rejillas del adsorbedor radial alrededor de la rejilla de mayor diámetro y

f 1) se coloca una virola externa (9) alrededor de las rejillas soldadas y luego se suelda el fondo inferior (11) a la virola (9) o bien

f2) se coloca una virola externa (9), a la cual se ha soldado previamente el fondo inferior (11), alrededor de las rejillas soldadas.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado por que entre las etapas e) y f1) o f2), las rejillas se fijan a una base inferior (8).

1. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que se fija un elemento de tensado (9) a al menos una rejilla durante al menos una parte de la construcción de forma que se limite la

flexibilidad de la rejilla.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 6 a 1, caracterizado por que durante todo el proceso de enfilado y colocación de las rejillas, la flecha de cada una de dichas rejillas es inferior a 2 cm, preferentemente inferior a 1 cm.