Procedimiento de producción de al menos un gas pobre en CO2 y de al menos un fluido rico en CO2.

Procedimiento de producción de al menos un gas pobre en CO2 (44) y de uno o varios fluidos ricos en CO2 (66,

68, 70) a partir de un fluido que hay que tratar (40) que contiene CO2 y al menos un compuesto más volátil que el CO2, que pone en práctica al menos las etapas siguientes:

a) enfriamiento (109, 112) del citado fluido que hay que tratar (40); y

b) separación (110) del citado fluido (42) enfriado en la etapa a) en el citado gas pobre en CO2 (44) y de uno o varios fluidos ricos en CO2 (66, 68, 70);

en el cual al menos una parte del enfriamiento realizado en la citada etapa a) es realizada por intercambio de calor con al menos una fracción del citado gas pobre en CO2 (44) en uno o varios intercambiadores regenerativos (112) y caracterizado por que la citada etapa a) comprende las subetapas siguientes:

a1) división del citado fluido que hay que tratar (40) en al menos un primer y un segundo caudal (140, 240);

a2) enfriamiento del citado primer caudal (140) en los citados intercambiadores regenerativos (112) por intercambio de calor con al menos una fracción del gas pobre en CO2 (44) obtenido en la etapa b) que conduce a un primer caudal enfriado (142), y enfriamiento del citado segundo caudal (240) en un intercambiador multifluido (109) por intercambio de calor con al menos una parte de los fluidos ricos en CO2 (66, 68, 70) obtenidos en la etapa b) que conduce a un segundo caudal enfriado (242); y

a3) reunión de al menos el citado primer caudal enfriado (142) y el citado segundo caudal enfriado (242) para formar un tercer caudal enfriado (42), siendo enviado el citado tercer caudal (42) a la citada etapa b) de separación.

Procedimiento de producción de al menos un gas pobre en C2 y de al menos un fluido rico en C2

La presente Invención concierne a un procedimiento de producción de al menos un gas pobre en C2 y de al menos un fluido rico en C2. Ésta concierne en particular a un procedimiento de captación de dióxido en un fluido que contenga al menos un compuesto más volátil que el dióxido de carbono como por ejemplo el metano CH4, el oxígeno 2, el Argón Ar, el nitrógeno N2, el monóxido de carbono CO, el helio He y/o el hidrógeno H2.

Esta invención puede aplicarse especialmente a las unidades de producción de electricidad y/o de vapor a partir de combustibles carbonados tales como el carbón, los hidrocarburos (gas natural, fueloil, residuos petrolíferos,...), la basura doméstica, la biomasa, pero también a los gases de refinerías, de fábricas químicas, de fábricas siderúrgicas o de cementerios, al tratamiento del gas natural a la salida de pozos de producción. Ésta podría aplicarse también a los gases de escape de vehículos de transporte o a los humos de calderas que sirven para la calefacción de edificios.

El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero que, cuando es emitido a la atmósfera, puede ser causa de recalentamiento climático. A fin de resolver este problema medioambiental, una solución consiste en captar, es decir producir un fluido enriquecido en dióxido de carbono que podrá ser más fácilmente aislado.

Los licuadores de C2 utilizan actualmente intercambiadores tubulares y no existen intercambiadores que permitan tratar caudales importantes (superiores a aproximadamente 1 toneladas/día). En el ámbito de la criogenia, las unidades de separación de gas del aire utilizan intercambiadores de aluminio soldado, que ciertamente son compactos pero relativamente caros (aluminio) y generan pérdidas de carga importantes.

Un objetivo de la presente invención es proponer un procedimiento mejorado de captación del dióxido de carbono a partir de un fluido que contenga C2 y al menos un compuesto más volátil que éste, poniendo en práctica uno o varios intercambiadores criogénicos capaces de tratar caudales muy importantes (del orden del millón de Nm3/h, representando 1 Nm3 un metro cúbico tomado a una temperatura de °C y una presión de 1 atmósfera), con desvíos de temperatura y pérdidas de carga pequeñas y un coste reducido con respecto a los intercambiadores clásicos de aluminio soldado.

Un procedimiento de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 es conocido por el documento US-A- 27/277674.

La invención concierne a un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1.

El fluido que hay que tratar proviene en general de una caldera o de cualquier instalación que produzca humos. Estos humos pueden haber experimentado varios pretratamientos, especialmente para eliminar los NOx (óxidos de nitrógeno), el polvo, los SOx (óxidos de azufre) y/o el agua.

Antes de la separación, el fluido que hay que tratar es monofásico, en forma gaseosa o líquida, o bien polifásico. Éste contiene C2 que se desea separar de los otros constituyentes del citado fluido. Estos otros constituyentes comprenden al menos uno o varios compuestos más volátiles que el dióxido de carbono en el sentido de la condensación, por ejemplo el metano CH4, el oxígeno 2, el Argón Ar, el nitrógeno N2, el monóxido de carbono CO, el helio He y/o el hidrógeno H2. Los fluidos que hay que tratar comprenden en general mayoritariamente nitrógeno, o mayoritariamente CO o mayoritariamente hidrógeno. El contenido en C2 puede variar de algunos centenares de ppm (partes por millón) de C2 a varias decenas de porcientos.

En la etapa a) el fluido que hay que tratar es enfriado en general sin cambio de estado. Los inventores han demostrado que es particularmente ventajoso realizar este enfriamiento al menos en parte por intercambio de calor con al menos una fracción del gas pobre en C2 procedente del procedimiento de separación objeto de la etapa b) y esto en uno o varios intercambiadores de tipo regenerativo. De manera complementaria, el enfriamiento puede hacerse en uno u otros varios intercambiadores multifluido por intercambio de calor con los fluidos ricos en C2 procedentes del procedimiento de separación.

La etapa a) de enfriamiento del fluido que hay que tratar comprende tres subetapas. La primera (etapa a1) consiste en dividir este fluido al menos en un primer caudal y un segundo caudal. En la segunda (etapa a2) el primer caudal es enviado a uno o varios intercambiadores regeneratlvos puestos en frío por paso de al menos una fracción de fluido pobre en C2 procedente de la etapa b) y el segundo caudal es enviado a uno o varios intercambiadores multifluido, recorridos especialmente por al menos una parte de los fluidos ricos en C2 y fríos procedentes de la etapa b). En la tercera (etapa a3), los primero y segundo caudales de fluido que hay que tratar, una vez enfriados, son reunidos antes de ser enviados a la etapa b).

Los intercambiadores regenerativos son intercambiadores en los cuales el fluido callente cede una parte de su energía a una matriz. El paso intermitente, fluido callente y después fluido frío, sobre la matriz permite el intercambio de calor entre los dos fluidos. En esta categoría de regeneradores se clasifican los Intercambiadores de matriz giratoria y los Intercambiadores estáticos o de válvulas. Estos son intercambiadores compactos con una gran

superficie de intercambio debido a la porosidad de la matriz. Estos, a igual superficie, son menos caros y se obstruyen menos debido al barrido alternativo. Por el contrario, el movimiento mecánico de la matriz o el juego de válvulas pueden provocar averías y una mezcla parcial de los fluidos caliente y frío.

Los intercambiadores regeneradores giratorios de matriz giratoria presentan dos tipos de flujo:

un flujo axial en donde la matriz está constituida por un disco cuyo eje de rotación es paralelo al flujo;

un flujo radial en donde la matriz está constituida por un tambor giratorio según un eje perpendicular al flujo.

En los intercambiadores regeneradores estáticos (o de válvulas), las matrices son recorridas alternativamente por las corrientes caliente y fría. Estos regeneradores están muy extendidos en siderurgia o en la industria del vidrio. La recuperación de calor en los humos que salen del horno de fusión del vidrio se efectúa con regeneradores estáticos de matriz ordenada, en piezas de cerámica. Cada intercambiador es atravesado sucesivamente por los humos caliente y el aire comburente que hay que precalentar. El calentamiento continuo del baño de vidrio está asegurado por un agrupamiento de los regeneradores por pares. La permutación de los dos gases es periódica (inversión aproximadamente cada treinta minutos). En sitio industrial, la duración total de una campaña de producción está comprendida entre 4 años y 12 años sin paradas. Los regeneradores están concebidos para evitar un atascamiento demasiado rápido de los pasos de fluido. El montaje de las piezas refractarias de la matriz de almacenamiento está perfectamente ordenado.

En el caso presente, la matriz (partes internas) del intercambiador son enfriadas periódicamente por el paso de al menos una parte del gas pobre en C2 procedente de la etapa b) de separación, después éstas son calentadas por el paso del fluido que hay que tratar. El intercambio de calor entre los dos fluidos es indirecto. El fluido caliente transmite energía térmica a la matriz del intercambiador, mientras que el fluido frío la toma, de modo que hay regeneración periódica del intercambiador. Si se desea un intercambio de calor continuo, es necesario dividir el intercambiador al menos en dos sectores según modalidades conocidas por el especialista en la materia. Mientras que un sector cede calor al fluido frío que le recorre, el otro sector toma calor del fluido que hay que tratar que le recorre, y las funciones se alternan.

Los intercambiadores multifluido son realizables tanto en matriz giratoria (múltiples sectores dedicados a cada uno de los fluidos) como en matriz estática.

Así, una parte del enfriamiento del fluido que hay que tratar realizado en la etapa a) tiene lugar en uno o varios intercambiadores regenerativos, lo que permite reducir la pérdidas de carga y por tanto la energía consumida, por tanto reducir su coste. Por « una parte del enfriamiento », se quiere decir que una fracción del calor que hay que ceder para obtener el enfriamiento en cuestión es cedida a uno o varios intercambiadores de tipo regenerativos. A tal fin, el fluido que hay que tratar puede ser dividido físicamente y una parte solamente es enviada a los intercambiadores regenerativos. De acuerdo con un modo particular,... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de producción de al menos un gas pobre en CO2 (44) y de uno o varios fluidos ricos en CO2 (66, 68, 7) a partir de un fluido que hay que tratar (4) que contiene C2 y al menos un compuesto más volátil que el C2, que pone en práctica al menos las etapas siguientes:

a) enfriamiento (19, 112) del citado fluido que hay que tratar (4); y

b) separación (11) del citado fluido (42) enfriado en la etapa a) en el citado gas pobre en C2 (44) y de uno

o varios fluidos ricos en C2 (66, 68, 7);

en el cual al menos una parte del enfriamiento realizado en la citada etapa a) es realizada por intercambio de calor con al menos una fracción del citado gas pobre en C2 (44) en uno o varios intercambiadores regenerativos (112) y caracterizado por que la citada etapa a) comprende las subetapas siguientes:

a1) división del citado fluido que hay que tratar (4) en al menos un primery un segundo caudal (14, 24);

a2) enfriamiento del citado primer caudal (14) en los citados intercambiadores regenerativos (112) por intercambio de calor con al menos una fracción del gas pobre en C2 (44) obtenido en la etapa b) que

conduce a un primer caudal enfriado (142), y enfriamiento del citado segundo caudal (24) en un

intercambiador multifluido (19) por intercambio de calor con al menos una parte de los fluidos ricos en C2 (66, 68, 7) obtenidos en la etapa b) que conduce a un segundo caudal enfriado (242); y

a3) reunión de al menos el citado primer caudal enfriado (142) y el citado segundo caudal enfriado (242) para formar un tercer caudal enfriado (42), siendo enviado el citado tercer caudal (42) a la citada etapa b) de separación.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el citado primer caudal (14) obtenido por división en la subetapa a1) representa al menos el 75% en fracción másica del citado fluido que hay que tratar (4).

3. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que se añade un fluido dado (47) a la citada fracción de gas pobre en C2 (44) enviada a los citados intercambiadores regenerativos (112).

4. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que los citados intercambiadores regenerativos (112) son de matrices fijas y de circulación radial.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que los citados intercambiadores regenerativos (112) contienen bolas de cuarzo.

6. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la citada etapa b) es de tipo criocondensación líquida o sólida, absorción, adsorción, y/o permeación.

7. Procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que los citados intercambiadores regenerativos (112) están compuestos de materiales compatibles con el mercurio.