Método y dispositivo para separar una sustancia de un gas de proceso.

Método para separar una sustancia de un gas de proceso, que comprende las etapas de:

a) suministrar el gas de proceso,

b) hacer que el gas de proceso entre en contacto con un material de sorción, en donde la sustancia se traslada desde el gas de proceso al material de sorción,

c) descargar el gas de proceso del cual se ha separado la sustancia, y

d) regenerar el material de sorción cediendo la sustancia sorbida en el mismo o sobre el mismo a un gas auxiliar, en donde:

- como material de sorción se usa un material que presenta un estado de sorción en el cual tiene una capacidad de admisión relativamente grande para la sustancia, así como un estado de desorción en el cual la capacidad de admisión es menor,

- el material de sorción se transfiere desde el estado de sorción al estado de desorción a una temperatura inferior al punto de ebullición de la sustancia sorbida con la finalidad de regenerarlo, y

- el material de sorción comprende un polímero con temperatura crítica inferior de solución (polímero de LCST), y se transfiere del estado de sorción al de desorción calentando el polímero por encima de su temperatura crítica de solución, caracterizado por que el polímero de LCST se selecciona del grupo que comprende polioxazolina y poli(metacrilato de dimetilamino etilo) (pDMAEMa).

Método y dispositivo para separar una sustancia de un gas de proceso

La presente invención se refiere a un método para separar una sustancia de un gas de proceso según se describe en el preámbulo de la reivindicación 1, y a un dispositivo para llevar a cabo este método según se describe en el preámbulo de la reivindicación 5. Los métodos de separación y los dispositivos de separación del tipo mencionado son conocidos de forma general.

Para secar o limpiar medios, particularmente gases, se usan secadores o limpiadores por sorción por medio de la (ab o adsorción, respectivamente, de la humedad presente en los mismos o los contaminantes presentes en ellos. Absorción se corresponde con el caso en el que el material que extrae la humedad del medio experimenta así un cambio físico o químico, por ejemplo se disuelve en la humedad. Adsorción se corresponde con el caso en el que la humedad extraída únicamente se mantiene sobre o en la superficie del material. A estos dos fenómenos se les hace referencia en la presente, a continuación, respectivamente con los términos "sorción" y "sorber". Aplicaciones de este principio son, por ejemplo, el secado de aire ambiente mediante la sorción de agua presente en el mismo, tal como, por ejemplo, tiene lugar en sistemas de climatización para edificios. Otro ejemplo es la limpieza de un gas, tal como metano, transportado a través de un sistema de conductos, mediante la sorción de hldruros de metano presentes en él. Evidentemente, también es posible prever otras combinaciones de gases y sustancias a separar de los primeros.

El secado o limpieza de flujos de gas según la manera mencionada es de hecho un proceso de dos fases. En una primera etapa del proceso, las sustancias no deseadas, por ejemplo la humedad o los contaminantes, se sorben del flujo de gas a secar o limpiar guiando dicho gas, al que se hace referencia posteriormente como "gas de proceso", a lo largo de un material que tiene respectivamente una afinidad mayor para estas sustancias o una presión de vapor menor que el propio gas. En una segunda etapa del proceso, las sustancias sorbidas son cedidas a continuación, una vez más, a otro medio, por ejemplo un flujo de gas para la descarga, al que se hace referencia posteriormente como "gas auxiliar". Para liberar las sustancias del material sorbente, la temperatura se debe incrementaren general de manera considerable con el fin de aumentar su presión de vapor por encima de la correspondiente del flujo de gas auxiliar de descarga.

En el ejemplo del secado de aire en climatización, la humedad por lo tanto se extrae de aire que es introducido desde el exterior y esta humedad a su vez es cedida a aire que se extrae del edificio y se expulsa al exterior nuevamente. Con el fin de extraer agua del aire exterior, el aire se guía a lo largo de superficies que están cubiertas con una capa de material con una gran capacidad de adsorción de agua, tal como gel de sílice. Para ceder a continuación el agua nuevamente, se calienta aire, por ejemplo el aire de descarga (parte del mismo), hasta por encima del punto de ebullición del agua y este se guía a lo largo del material adsorbente, tras lo cual el vapor de agua puede escapar del mismo y es arrastrado en el flujo de aire saliente. De esta manera se regenera el material adsorbente y este último puede extraer grandes cantidades de agua del aire una vez más.

En la práctica, en este caso se hace uso habitualmente de una rueda giratoria con una serie de superficies que se extienden en la dirección radial y que están cubiertas con el material adsorbente. Esta rueda se coloca entre un canal de suministro y un canal de descarga con su eje de rotación paralelo a la dirección del flujo del aire de los canales, de tal manera que las superficies cubiertas se mueven a través del canal de suministro durante una parte de una rotación y a través del canal de descarga durante la parte restante de la rotación. Durante su paso a través del canal de suministro las superficies cubiertas extraen agua del aire introducido, y, durante su paso a través del canal de descarga, esta agua se vuelve a ceder. Con el fin de liberar la mayor cantidad de agua posible con respecto al material adsorbente en el breve periodo de tiempo en el que las superficies se mueven a través del canal de descarga, la rueda se debe calentar bastante por encima del punto de ebullición del agua, por ejemplo hasta 18°C. Esto requiere una gran cantidad de energía; no solamente para calentar el agua hasta el punto de ebullición y por encima de este último, sino principalmente para evaporar el agua, puesto que el calor de evaporación del agua es mucho mayor que su calor específico.

Se alcanza un ahorro de energía considerable al usar como material de sorción un material que presenta un estado de sorción en el cual el mismo tiene una capacidad de admisión relativamente elevada para la sustancia, así como un estado de desorción en el cual la capacidad de admisión es menor, y al transferir el material de sorción desde el estado de sorción al estado de desorción a una temperatura inferior al punto de ebullición de la sustancia sorbida con la finalidad de regenerarlo. Por un lado, este ahorro consiste en una reducción de la cantidad de energía necesaria para calentar el gas auxiliar, puesto que la regeneración tiene lugar a una temperatura inferior a la usada hasta el momento. Adicionalmente, se prescinde del calor de evaporación puesto que ya no es necesario evaporar la sustancia sorbida sino que la misma se libera desde el material de sorción simplemente cambiando su estado. Finalmente, el material de sorción permanece más frío, con lo cual el gas de proceso se calienta menos. Esto resulta particularmente importante cuando el método se aplica para secar aire ambiente en un sistema de climatización.

El material de sorción comprende un polímero con temperatura crítica inferior de solución (polímero de LCST), y este se transfiere desde el estado de sorción al de desorción al calentarlo por encima de su temperatura crítica de solución. Dicho polímero de LCST (Temperatura Crítica Inferior de Solución) es un polímero que se puede disolver

en las sustancias a separar hasta una temperatura predeterminada, la temperatura crítica de solución - el punto de transición entre el estado de sorción y de desorción - pero no por encima de esta temperatura crítica de solución, de manera que de hecho las sustancias absorbidas se repelen. La estabilidad del polímero en estado disuelto se garantiza en este caso mediante reticuladores seleccionados adecuados. El punto de transición se sitúa claramente por debajo del punto de ebullición de las sustancias a separar. Debido a que el punto de transición de un polímero de LCST es tan bajo, por ejemplo del orden de entre 6 y 7°C, el polímero requiere un calentamiento bastante menor que el necesario en el caso de materiales sorbentes comunes, tales como gel de sílice.

El documento US-A-5 534 186 da a conocer un aparato de extracción de vapor que incluye un sorbente de gel con capacidad de absorber vapor directamente en el estado líquido y con capacidad de expulsar el líquido absorbido en una transición de fase. El aparato incluye un receptáculo adaptado para moverse desde una primera posición, en la que está expuesto a una corriente de gas que contiene vapor y una primera condición del entorno, y con capacidad de moverse a una segunda posición, en la que está expuesto a una segunda condición del entorno. Un sorbente de gel está dispuesto sobre por lo menos una superficie del receptáculo. El gel sorbe vapor de la corriente de gas como líquido cuando el sorbente está en su primera posición. El sorbente expulsa el líquido durante el desplome en la transición de fase cuando se encuentra en la segunda posición. Un método de extracción de vapor de una corriente de gas de proceso incluye hacer entrar en contacto un sorbente de gel de transición de fase con vapor en condiciones suficientes para que el sorbente de gel experimente una transición de fase y absorba vapor como líquido al interior del sorbente de gel. A continuación, el sorbente de gel se expone a condiciones suficientes para que el mismo experimente una transición de fase y expulse el líquido del interior del sorbente de gel. El líquido expulsado se elimina del sorbente de gel.

La invención tiene en este momento como objetivo proporcionar un método y un dispositivo para separar una sustancia de un gas de proceso, que requiere menos energía que el método y el dispositivo de separación conocidos, antes descritos, y/o que hace uso de un material de sorción alternativo. De acuerdo con la invención, esto se logra con un método tal como se describe en la reivindicación 1 y con un dispositivo tal como se describe... [Seguir leyendo]

1. Método para separar una sustancia de un gas de proceso, que comprende las etapas de:

a) suministrar el gas de proceso,

b) hacer que el gas de proceso entre en contacto con un material de sorción, en donde la sustancia se traslada desde el gas de proceso al material de sorción,

c) descargar el gas de proceso del cual se ha separado la sustancia, y

d) regenerar el material de sorción cediendo la sustancia sorbida en el mismo o sobre el mismo a un gas auxiliar, en donde:

- como material de sorción se usa un material que presenta un estado de sorción en el cual tiene una capacidad de admisión relativamente grande para la sustancia, así como un estado de desorción en el cual la capacidad de admisión es menor,

- el material de sorción se transfiere desde el estado de sorción al estado de desorción a una temperatura inferior al punto de ebullición de la sustancia sorbida con la finalidad de regenerarlo, y

- el material de sorción comprende un polímero con temperatura crítica inferior de solución (polímero de LCST), y se transfiere del estado de sorción al de desorción calentando el polímero por encima de su temperatura crítica de solución, caracterizado por que el polímero de LCST se selecciona del grupo que comprende polioxazolina y poli(metacrilato de dimetilamino etilo) (pDMAEMa).

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado por que el material de sorción se dispone en un transportador en forma de un recubrimiento, y se hace que el gas de proceso entre en contacto con el mismo provocando que fluya a lo largo o a través del transportador recubierto con el material de sorción.

3. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material de sorción se regenera provocando que el gas auxiliar fluya a lo largo o a través del transportador recubierto con el material de sorción.

4. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el polímero incluye reticuladores para garantizar su estabilidad en el estado de sorción.

5. Dispositivo para separar una sustancia de un gas de proceso, que comprende:

- medios para suministrar el gas de proceso,

- medios para hacer que el gas de proceso entre en contacto con un material de sorción con el fin de conseguir que la sustancia se traslade desde el gas de proceso al material de sorción,

- medios para descargar el gas de proceso del cual se ha separado la sustancia, y

- medios para regenerar el material de sorción cediendo la sustancia sorbida en el mismo o sobre el mismo a un gas auxiliar,

en donde:

- como material de sorción se selecciona un material que presenta un estado de sorción en el cual tiene una capacidad de admisión relativamente grande para la sustancia, así como un estado de desorción en el cual la capacidad de admisión es menor,

- los medios de regeneración están adaptados para transferir el material de sorción desde el estado de sorción al estado de desorción a una temperatura inferior al punto de ebullición de la sustancia sorbida, y

- el material de sorción comprende un polímero con temperatura crítica inferior de solución (polímero de LCST), y los medios de regeneración están adaptados para calentar el material de sorción por encima de su temperatura crítica de solución,

caracterizado por que el polímero de LCST se selecciona del grupo que comprende polioxazolina y poli(metacrilato de dimetilamino etilo) (pDMAEMa).

6. Dispositivo de separación según la reivindicación 5, caracterizado por que el material de sorción está dispuesto en un transportador en forma de un recubrimiento, y los medios de contacto están adaptados para conseguir que el gas de proceso fluya a lo largo o a través del transportador recubierto con el material de sorción.

7. Dispositivo de separación según la reivindicación 6, caracterizado por que los medios de regeneración están adaptados para conseguir que el gas auxiliar fluya a lo largo o a través del transportador recubierto con el material de sorción.

8. Dispositivo de separación según la reivindicación 7, caracterizado por que el transportador es móvil y puede 5 estar conectado alternativamente a los medios de contacto y a los medios de regeneración.

9. Dispositivo de separación según la reivindicación 8, caracterizado por que el transportador forma parte de un canal que está incorporado en una rueda que gira a lo largo de los medios de contacto y de los medios de regeneración.

1. Dispositivo de separación según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado por que el polímero 1 Incluye reticuladores para garantizar su estabilidad en el estado de sorción.

11. Transportador con material de sorción, destinado de manera evidente para ser usado en un dispositivo de separación según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 1, comprendiendo el material de sorción un polímero con temperatura crítica Inferior de solución (polímero de LCST),

caracterizado por que

el polímero de LCST se selecciona del grupo que comprende polloxazolina y poll(metacr¡lato de dimetllamlno

etilo) (pDMAEMa).