Procedimiento y aparato de secado y compresión de una corriente rica en CO2.

Procedimiento de compresión de un fluido rico en CO2 que contiene agua,

en el cual el fluido rico en CO2 se comprime en un compresor (5), aguas arriba de la etapa de compresión, el fluido rico en CO2 que contiene agua se divide en dos partes, se inyecta un agente anticongelante en una primera parte del fluido rico en CO2 que contiene agua, una segunda parte del fluido rico en CO2 se envía al depósito de una columna de desgasificación (2-4) y se mezcla un gas de cabeza de la columna con la primera parte del fluido rico en CO2 que contiene el agente anticongelante, se enfría la primera parte y, seguidamente, se envía a un separador de fases (2-3), se extrae el agua (2-04) que contiene el agente anticongelante del separador de fases y se envía a la cabeza de la columna y el fluido refrigerado, depurado de agua (2-00) en el separador de fases, se comprime en el compresor

Procedimiento y aparato de secado y compresión de una corriente rica en CO2

La presente invención se refiere a un procedimiento y a un aparato de secado y compresión de una corriente rica en CO2.

La compresión de corrientes ricas en CO2 y húmedas requiere del uso de un compresor de acero inoxidable, o de materiales todavía más nobles tales como aceros con alto contenido de níquel, con el fin de evitar la corrosión causada por el ácido carbónico u otros ácidos más fuertes resultantes de la presencia de impurezas en la corriente rica en CO2 tales como los óxidos de nitrógeno o de azufre.

Un fluido rico en CO2 contiene entre 1% en moles y 100% en moles en base seca de CO2. El aire ambiente es 25 veces más pobre en CO2 que el límite inferior de 1% en moles.

De esta forma, el estado de la técnica para el tratamiento de tales corrientes ricas en CO2 se representa esquemáticamente como en la Figura 1.

= Suministro de la corriente rica en CO2 (ejemplos: salida de una columna de regeneración de un disolvente (tipo aminas) o humos de oxicombustión después de un filtro primario de tipo electrostático o de un filtro de manga) .

= etapa opcional de depuración fina (hasta un nivel típico del orden en partes por millón) de elementos de azufre.

= compresión en un compresor cuyos materiales en contacto con el gas húmedo son de acero resistente a la corrosión.

= secado del gas por adsorción (por ejemplo, adsorbentes de tipo de alúmina activada, tamiz molecular, gel de sílice) .

= depuración opcional del gas rico en CO2 de sus componentes ligeros (oxígeno, argón, hidrógeno, monóxido de carbono, nitrógeno, etc.) y/o de sus componentes más pesados (NO2, N2O4, SO2, etc.) ; las posibles variantes de esta etapa están ampliamente descritas en solicitudes de patente anteriores.

= etapa de compresión del producto final rico en CO2, o de licuefacción del producto final rico en CO2, con el objeto de ponerlo a disposición de un sistema de transporte (por canalización o barco) , o para su utilización en un procedimiento.

Por el documento US-A-2862819 se conoce la separación de un caudal de gas rico en CO2 por destilación, después de haberlo mezclado con un agente anticongelante, antes de comprimirlo en el compresor.

Según un objeto de la invención, se prevé un procedimiento de compresión de un fluido rico en CO2 que contiene agua, en el cual el fluido rico en CO2 se comprime en un compresor, en el que aguas arriba de la etapa de compresión, el fluido rico en CO2 que contiene agua se divide en dos partes, se inyecta un agente anticongelante en una primera parte del fluido rico en CO2 que contiene agua, y una segunda parte del fluido rico en CO2 se envía al depósito de una columna de desgasificación y se mezcla un gas de cabeza de la columna con la primera parte del fluido rico en CO2 que contiene el agente anticongelante, se enfría la primera parte y, a continuación, se envía a un separador de fases, se extrae el agua que contiene el agente anticongelante del separador de fases y se envía a la cabeza de la columna y el fluido refrigerado, depurado del agua en el separador de fases, se comprime en el compresor.

Eventualmente:

− el compresor es de acero al carbono o de baja aleación.

− el agua que contiene el agente anticongelante se trata en la columna con el fin de extraer la mayor parte del agente anticongelante, que se recicla aguas arriba de la etapa de refrigeración.

− a la entrada del separador de fases, el gas está a entre -35º C y -15º C, o entre -25º C y -15º C.

− aguas abajo del compresor, el fluido comprimido se separa a una temperatura menor que la temperatura de solidificación del agua, 0º C, preferiblemente menor que -10º C, sin haberlo secado por adsorción aguas arriba.

− se recuperan los condensados ricos en agua y que contienen el agente anticongelante durante la separación a una temperatura menor que 0º C, y se recicla el agente anticongelante después de la extracción, aguas arriba de la etapa de refrigeración.

− se recuperan los condensados ricos en agua y que contienen el agente anticongelante durante la separación a una temperatura menor que -10º C, y se recicla el agente anticongelante después de la extracción, antes de la etapa de refrigeración.

− el agente anticongelante se extrae en la columna.

− el fluido rico en CO2 contiene menos de 100 ppm en volumen de óxidos de azufre, incluso menos de 2.000 ppm en volumen de óxidos de azufre, incluso menos de 20.000 ppm en volumen de óxidos de azufre.

Según un aspecto adicional de la invención, se contempla un aparato de compresión de una corriente rica en CO2 que contiene agua, el cual comprende un compresor y, aguas arriba del compresor, un conducto de alimentación de un agente anticongelante para inyectar el agente en una primera parte de la corriente rica en CO2 que contiene agua, medios de refrigeración de la corriente rica en CO2 que contiene un agente anticongelante, un separador de fases para extraer el agua del fluido refrigerado, una columna de desgasificación, medios para enviar una segunda parte del fluido rico en CO2 que contiene agua al depósito de la columna, medios para enviar el agua del separador de fases en la cabeza de columna, medios para enviar el gas de cabeza de la columna para mezclarlo con la primera parte, aguas arriba de los medios de refrigeración, y medios para enviar el fluido refrigerado, depurado de agua, al compresor.

Eventualmente, el compresor es de acero al carbono.

El aparato puede comprender un compresor para comprimir la segunda parte, aguas arriba de la columna.

De este modo, no es necesario tratar todo el fluido rico en CO2 en la columna de destilación, sino solamente la parte destinada a depurar la mezcla de agua y agente anticongelante en la columna de desgasificación.

La presente invención aspira a reducir considerablemente el costo de la unidad de compresión 5 y la eventual unidad de purificación 3 de la corriente rica en CO2, gracias a la retirada de una cantidad suficiente de agua aguas arriba de la etapa de compresión 5, para evitar la condensación de la misma durante las fases sucesivas de compresión y refrigeración en el compresor, lo cual permite el uso de acero al carbono o de baja aleación en lugar de acero inoxidable.

Un segundo aspecto de la invención consiste en reducir el costo de la unidad de secado 7 cuando se desea una purificación por condensación parcial y eventual destilación para mejorar la composición del CO2 producido. Esta unidad tiene como misión esencial retirar una cantidad suficiente de agua de la corriente rica en CO2 para evitar la congelación de la misma durante la refrigeración en la unidad 9. De este modo, pueden ser necesarios contenidos residuales de agua del orden de partes por millón para evitar la congelación a -56º C, una temperatura de base de acuerdo con la solidificación del CO2.

En un primer tiempo, se debe tener en consideración la forma de proceder en la unidad de secado, enfriando la corriente rica en CO2 a aproximadamente -55º C.

La invención implica la inyección de un agente anticongelante, por ejemplo metanol, en cantidad suficiente para que el punto de solidificación del agua sea menor que la temperatura más fría de la unidad 9 (por ejemplo, para un punto de solidificación del agua de -54º C es preciso inyectar al menos 1 kg de metanol por 1 kg de agua contenida en el gas) y, a continuación, enfriar la mezcla hasta la temperatura deseada.

Una mejora consiste en enfriar el gas que contiene el agente anticongelante a una temperatura intermedia, por ejemplo entre -35º C y -15º C, claramente superior a la temperatura final deseada, de manera que se condense y, por lo tanto, se recicle una fracción significativa del agua, y del agente anticongelante que ésta contiene, limitando el consumo de agente anticongelante. Cuanto más baja sea la temperatura alcanzada, mayor es la importancia de la condensación del agua. El gas resultante de esta condensación intermedia se enfría a continuación hasta las temperaturas deseadas para el resto del procedimiento.

Es posible contemplar una segunda inyección de agente anticongelante después de esta primera condensación, en función de las fracciones resultantes de agua y de agente anticongelante en la fase gaseosa. El interés de una inyección múltiple será el de reducir la cantidad total que se debe inyectar, puesto que cada inyección estará adaptada a la condensación siguiente. Sin embargo, si el sistema se torna más complejo, el interés de multiplicar las inyecciones de agente anticongelante se determinará... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de compresión de un fluido rico en CO2 que contiene agua, en el cual el fluido rico en CO2 se comprime en un compresor (5) , aguas arriba de la etapa de compresión, el fluido rico en CO2 que contiene agua se divide en dos partes, se inyecta un agente anticongelante en una primera parte del fluido rico en CO2 que contiene agua, una segunda parte del fluido rico en CO2 se envía al depósito de una columna de desgasificación (2-4) y se mezcla un gas de cabeza de la columna con la primera parte del fluido rico en CO2 que contiene el agente anticongelante, se enfría la primera parte y, seguidamente, se envía a un separador de fases (2-3) , se extrae el agua (2-04) que contiene el agente anticongelante del separador de fases y se envía a la cabeza de la columna y el fluido refrigerado, depurado de agua (2-00) en el separador de fases, se comprime en el compresor.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el compresor (5) es de acero al carbono o de baja aleación.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se trata el agua que contiene el agente anticongelante en la columna (2-4) , con el fin de extraer la mayor parte del agente anticongelante (2-01) , que se recicla aguas arriba de la etapa de refrigeración.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que, aguas abajo del compresor (5) , se separa el fluido comprimido a una temperatura menor que la temperatura de solidificación del agua, 0º C, preferiblemente menor que -10º C, sin haberlo secado por adsorción aguas arriba.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que se recuperan condensados ricos en agua y que contienen el agente anticongelante (2-05) durante la separación a una temperatura menor que 0º C, y el agente anticongelante se recicla después de la extracción, aguas arriba de la etapa de refrigeración.

6. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que se recuperan condensados ricos en agua y que contienen el agente anticongelante (2-05) durante la separación a una temperatura menor que -10º C, y el agente anticongelante se recicla después de la extracción, aguas arriba de la etapa de refrigeración.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 y 6, en el que el agente anticongelante se extrae en la columna (2-4) .

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el fluido rico en CO2 (1-00) contiene menos de 100 ppm en volumen de óxidos de azufre, incluso menos que 2.000 ppm en volumen de óxidos de azufre, incluso menos de 20.000 ppm en volumen de óxidos de azufre.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el gas a la entrada del separador de fases (2-3) está a entre -35º C y -15º C, o a entre -25º C y -15º C.

10. Aparato de compresión de un fluido rico en CO2 que contiene agua, que comprende un compresor (5) , caracterizado por que comprende, aguas arriba del compresor, un conducto de alimentación (2-03) de un agente anticongelante para inyectar el agente en una primera parte del fluido rico en CO2 que contiene agua, medios de refrigeración (2-2) del fluido rico en CO2 que contiene el agente anticongelante, un separador de fases (2-3) para extraer el agua del fluido enfriado, una columna de desgasificación (2-4) , medios para enviar una segunda parte del fluido rico en CO2 que contiene agua al depósito de la columna, medios para enviar el agua (2-04) del separador de fases a la cabeza de columna, medios para enviar el gas a la cabeza de columna para mezclarlo con la primera parte, aguas arriba de los medios de refrigeración, y medios para enviar el fluido refrigerado, depurado de agua, al compresor.

11. Aparato según la reivindicación 10, en el que el compresor es de acero al carbono o de acero de baja aleación.

12. Aparato según una de las reivindicaciones 10 y 11, que comprende un compresor (2-5) para comprimir la segunda parte, aguas arriba de la columna (2-4) .