BR112012030275B1

BR112012030275B1 - método e dispositivo para remoção de substâncias orgânicas voláteis do ar contido em ambientes fechados

Info

Publication number: BR112012030275B1
Application number: BR112012030275A
Authority: BR
Inventors: Matthias Carsten; Westermann Helmut; Raatschen Willigert
Original assignee: Airbus Defence & Space Gmbh; Airbus Ds Gmbh; Astrium Gmbh
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2011-04-29
Publication date: 2019-12-17
Also published as: DE102010022805A1; EP2576003B1; AU2011257650B2; KR20130048733A; EP2576003A1; WO2011147396A1; ES2719217T3; US20130104735A1; BR112012030275A2; WO2011147396A4; AU2011257650A1; US8979979B2; BR112012030275A8

Abstract

método e dispositivo para remoção de substâncias orgânicas voláteis a partir do ar contido de habitats fechados. a presente invenção refere-se a um método para remoção de substâncias orgânicas voláteis a partir do ar contido de habitats fechados, compreendendo as seguintes etapas de método: a) condução do ar contido através de um leito de absorvedor (3) formado por um leito de zeólito hidrofóbico, b) fechamento do leito de absorvedor, c) extração do ar a partir do leito de absorvedor e alimentação do ar no habitat fechado (1), d) desorção das substâncias orgânicas voláteis, em particular, freons, tais como r134a e vocs a partir do leito de absorvedor (3) por aquecimento do adsorvedor (3), e) condução das substâncias desorvidas a um ambiente (13) fora do habitat fechado, no qual vapor de água, água ou co~ 2~ é alimentado ao leito de absorvedor (3), via uma linha de purga (sl). o dispositivo compreende um alojamento (14) para acomodar um adsorvedor (3), uma linha de suprimento de ar contido (rzl), uma linha de retorno de ar contido (rrl), uma linha de purga (sl), e pelo menos uma linha de descarga de ar (al, al1, al2) para retorno de ar a partir do leito absorvedor no habitat fechado (1), no qual uma bomba de vácuo (9) e uma válvula de três vias (11) são dispostas na linha de admissão de ar (al), e no qual a descarga de válvula de três vias (11) está ligada ao habitat fechado (1) e a outra descarga da válvula de três vias (11) está ligada ao ambiente (13) fora do habitat fechado (1).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO E DISPOSITIVO PARA REMOÇÃO DE SUBSTÂNCIAS ORGÂNICAS VOLÁTEIS DO AR CONTIDO EM AMBIENTES FECHADOS. [001] A presente invenção refere-se a um método para remoção de substâncias orgânicas voláteis do ar contido em ambientes fechados e também a um dispositivo.

[002] De modo a capacitar oferecer condições saudavelmente ambientes à tripulação de ambientes fechados, por exemplo, submarinos ou estações espaciais, as concentrações de substâncias orgânicas voláteis, também denominadas compostos orgânicos voláteis (VOCs), devem ser mantidas baixas. VOCs são usualmente formados por gases provenientes de materiais, vazamentos, ou por processos metabólicos da tripulação.

[003] Para condicionamento do ar, o ar contido em ambientes fechados, usualmente refrigerantes (por exemplo, R134a) é usado como meio de operação nas unidades de resfriamento, por exemplo, unidades de condicionamento de ar. Via vazamentos, o refrigerante pode passar no ar contido. Também, devido à operação de manutenção e reparo nas unidades de resfriamento, o refrigerante pode passar no ar contido.

[004] Usualmente, em ambientes fechados, carbono ativado é usado para ligação de gases nocivos, em particular VOCs. Contudo, R134a é uma molécula particularmente estável que, em adição, pode somente ser adsorvida em carbono ativado em quantidades muito baixas. O carregamento em condições de ar contido usuais ao redor de 25°C, 60% de umidade relativa e 1 bar, é aproximadamente 0,1% por peso. Em técnicas conhecidas para decomposição de R134a cataliticamente a altas temperaturas e com admissão de energia, gases tóxicos, tal como fluoreto de hidrogênio, por exemplo, são liberados, que devem ser seguramente removidos ou ligados.

Petição 870190037296, de 18/04/2019, pág. 4/18

2/8 [005] A US 3.507.051 e EP 0 381 942 A1 revelam métodos para regeneração de adsorvedores. Kirk-Othmer: Encyclopedia of Chemical Technology, Quarta Edition, John Wiley Sons, New York 1991, Vol. 1, ISBN 0-471-52669-X, pp. 546-557, descreve os princípios da técnica de oscilação de temperatura e também da técnica de oscilação de pressão.

[006] Os métodos são certamente conhecidos pela remoção de

R134a de unidades de refrigeração por sucção, mas aqui R134a está presente em uma concentração virtualmente pura. No ar contido em ambientes fechados, a concentração de R134a, contudo, deve ser mantida abaixo dos valores limites permissíveis (100-200 ppm). Para esta proposta, nenhum método é conhecido que liga R134a em uma maneira tecnicamente útil sem grandes perdas de ar.

[007] É o objetivo da invenção proporcionar um método regenerativo com o qual substâncias orgânicas voláteis podem ser ligadas e removidas do ar contido em ambientes fechados. Um objetivo adicional é a indicação de um dispositivo correspondente.

[008] Estes objetivos são alcançados por um método e por um dispositivo de acordo com a invenção.

[009] De acordo com a invenção, ar contido a partir do ambiente fechado é passado através de um leito de absorvedor adequado, um leito de zeólito hidrofóbico, no qual refrigerantes (freons, tais como R134a), VOCs e ar são embebidos na estrutura de poro do adsorvedor. O carregamento do adsorvedor com os constituintes do ar contido procede em um intervalo de tempo predeterminado, por exemplo, entre 2 e 15 horas. Subsequentemente, o leito de absorvedor está fechado e o ar situado nos poros e cavidades é removido a partir do adsorvedor por sucção. Este ar é alimentado de volta para o ambiente fechado. Se este processo de remoção por sucção ocorre à temperatura ambiente, somente quantidades pequenas de R134a e VOC são de

Petição 870190037296, de 18/04/2019, pág. 5/18

3/8 sorvidas durante a redução de pressão. De modo a alcançar desorção das substâncias orgânicas voláteis a partir do leito de absorvedor, o leito de absorvedor é aquecido. O desorbato formado pelo aquecimento é alimentado a um ambiente fora do ambiente fechado.

[0010] Em uma variante da invenção, o leito de absorvedor é aquecido por aquecimento elétrico, ou por trocadores de calor ligados ao leito de absorvedor. Nesta variante, o desorbato é removido por purga do adsorvedor com vapor, água, CO2, ou outros gases de purga adequados.

[0011] Em uma segunda variante da invenção, o leito de absorvedor é aquecido por purga com vapor a uma temperatura em um intervalo de temperatura de, por exemplo, 100°C, e 120°C.

[0012] Expedientemente, o desorbato é alimentado a um compressor que passa o desorbato no ambiente fora do ambiente fechado. No caso de um submarino, existe, por exemplo, em qualquer caso, um compressor presente de modo a distribuir o CO2 filtrado fora do ar contido ao leito marinho. Para a presente invenção, o compressor pode, desse modo, do mesmo modo, ser usado para disposição do R134a e os outros VOCs.

[0013] À bordo da estação especial, um compressor de CO2 não é absolutamente necessário. Aqui, R134a e os outros VOCs podem ser dispostos de diretamente a partir do leito de absorvedor, via o vácuo do espaço.

[0014] Os testes de carregamento mostraram que existem adsorvedors, tais como zeólitos, que têm uma ligação mais alta para freons do que carbonos ativados convencionais. Em adição, a ligação é dependente somente a uma extensão limitada na umidade do ar contido. Por conta da hidrobicidade, é expediente desorver tais adsorvedores com vapor ou calor, de modo a, desse modo, alcançar um processo de ligação semicontínuo.

Petição 870190037296, de 18/04/2019, pág. 6/18

4/8 [0015] O dispositivo, de acordo com a invenção, para remoção de substâncias orgânicas voláteis, essencialmente compreende um alojamento para recebimento de um adsorvedor e também alimentação e linhas de retorno para ar contido ligadas ao alojamento, e também linhas adicionais ligadas ao alojamento tais como, por exemplo, uma linha de alimentação para purga de um gás e uma linha de descarga para o desorbato durante a regeneração.

[0016] A invenção e concretizações vantajosas da invenção serão descritas em maiores detalhes daqui por diante com referência aos desenhos. Nos desenhos:

[0017] A figura 1 mostra uma representação esquemática exemplar de uma primeira concretização da invenção, [0018] A figura 2 mostra uma representação esquemática exemplar de uma segunda concretização da invenção, [0019] A figura 3 mostra um diagrama de fluxo do método recursivo de acordo com a invenção como para a primeira concretização, [0020] A figura 4 mostra um diagrama de fluxo do método recursivo de acordo com a invenção como para a segunda concretização.

[0021] A Figura 1 mostra uma representação esquemática de uma primeira concretização da invenção. O adsorvedor 3 está situado dentro de um alojamento 14. O alojamento 14 tem uma primeira admissão E1, na qual a linha de alimentação de ar contido RZL está ligada. A linha de alimentação de ar contido RZL liga o interior do ambiente fechado 1 ao adsorvedor 3. Na linha de alimentação de ar contido RZL, na lateral do ambiente, uma ventoinha 15 é proporcionada, e, na lateral do alojamento, uma primeira válvula 6 é proporcionada.

[0022] O alojamento 14 tem uma primeira descarga A1, na qual uma linha de retorno de ar contido RRL está ligada. A linha de retorno de ar contido RRL liga o interior do ambiente fechado 1 ao adsorvedor

3. Na linha de retorno de ar contido RRL, uma segunda válvula 5 é

Petição 870190037296, de 18/04/2019, pág. 7/18

5/8 disposta.

[0023] Durante a adsorção, o ventilador 15 sopra ar contido do ambiente 1, via a válvula aberta 6 através do adsorvedor 3. No adsorvedor 3, por exemplo, R134a e também VOCs são adsorvidos. O ar purificado, em seguida, passa através da válvula aberta 5 de volta no ambiente 1.

[0024] O alojamento 14 tem uma segunda descarga A2 que está ligada a uma primeira linha de admissão de ar AL1. Esta linha de admissão de ar AL1 liga o adsorvedor 3, via uma quarta válvula 11, e um compressor 10 a um ambiente 13 fora do ambiente 1. Neste caso, a quarta válvula 11 é disposta na linha de admissão de ar na lateral do alojamento, e o compressor 10 na lateral do ambiente. Desse modo, é assegurado que, quando a válvula 11 está aberta, o desorbato a partir do adsorvedor 3 pode ser bombeado através da válvula 11, e pelo compressor 10 para o ambiente 13. Neste caso, o compressor 10, por exemplo, um compressor de CO2, é somente opcional no caso de uso do dispositivo em um submarino. Quando o dispositivo é usado em uma estação espacial, um compressor pode ser dispensado. O desorbato pode ser removido a partir do adsorvedor 3 pelo vácuo do espaço quando a válvula 11 está aberta.

[0025] Na segunda descarga A2, do mesmo modo, uma segunda linha de admissão de ar AL2 está ligada. Esta linha de admissão de ar AL2 liga o adsorvedor 3 ao interior do ambiente fechado. Na linha de admissão de ar, uma quinta válvula 7 está ligada na lateral do alojamento e uma bomba de vácuo 9 está ligada na lateral do ambiente. Quando a válvula 7 é aberta e, ao mesmo tempo, a válvula 11 está fechada, o ar que está situado no leito de absorvedor 3 nos furos e cavidades é removível por sucção e alimentado ao interior do ambiente

1. É, desse modo, alcançado, dessa maneira, que, no processo recursivo de remoção de, por exemplo, R134a ou VOCs, menos ar possível

Petição 870190037296, de 18/04/2019, pág. 8/18

6/8 a partir do interior do ambiente 1 é alimentado a um ambiente 13 fora do ambiente 1.

[0026] O alojamento 14 tem uma segunda admissão E2 que está ligada a uma linha de purga SL. Esta linha de purga SL liga o adsorvedor 3 a um recipiente de armazenagem de meio de purga SV, via uma terceira válvula 8. Através da linha de purga SL, quando a válvula 8 é aberta e as válvulas 11 e 7 são fechadas, por exemplo, vapor a uma temperatura de 100°C-120°C, é passado no leito de absorvedor 3. Isto significa que o R134a ou VOCs adsorvidos no adsorvedor 3 são desorvidos. Após um tempo predeterminado, a válvula 11 é aberta e o desorbato é distribuído ao ambiente 13.

[0027] A Figura 2 mostra uma representação esquemática de uma segunda concretização da invenção. As descrições com relação à primeira admissão E1, à segunda admissão E2 e à primeira descarga A1 correspondem àquelas da primeira concretização.

[0028] A segunda concretização tem uma unidade de aquecimento

H que está ligada ao alojamento 14. Esta unidade de aquecimento H pode ser, por exemplo, um aquecedor elétrico ou um trocador de calor. [0029] Na segunda descarga A2 do alojamento 14, uma linha de admissão de ar AL é ligada. Esta linha de admissão de ar liga o adsorvedor 3, via uma válvula de três vias 11, por um lado, ao interior do ambiente 1 e, por outro lado, ao ambiente 13 do ambiente 1. Na linha de admissão de ar AL, na lateral do alojamento, uma quarta válvula 7 é disposta, e na lateral da válvula de três vias 11, uma bomba de vácuo 9 é disposta.

[0030] A uma descarga da válvula de três vias 11 é ligada, via um compressor 10 ao ambiente 13 fora do ambiente 1. A outra descarga da válvula de três vias 11 é ligada ao interior do ambiente 1.

[0031] A Figura 3 mostra um diagrama de fluxo do método recursivo de acordo com a invenção como para a primeira concretização. Na

Petição 870190037296, de 18/04/2019, pág. 9/18

7/8 posição de partida, todas as válvulas são fechadas.

[0032] Primeiro, na etapa 1, as válvulas 6 e 5 nas linhas de alimentação de ar contido RZL, ou linha de retorno de ar contido RRL, respectivamente, são abertas. Subsequentemente, na etapa 2, uma ventoinha 15 é ligada em que passa ar contido a partir do ambiente 1 através do leito de absorvedor 3. Via a linha de retorno de ar contido RRL, o ar purificado é alimentado de vo lta para o interior do ambiente

1. A ventoinha 15 permanece ligada por um tempo predeterminado, por exemplo, 2-15 horas. Após este tempo, na etapa 3, as válvulas 6 e 5 são fechadas.

[0033] Na etapa 4, a válvula 7 na linha de admissão de ar 2 AL2 é aberta, e uma bomba de vácuo 9 é desligada. Usando-se a bomba de vácuo 9, ar é bombeado a partir das cavidades no adsorvedor 3 de volta no interior do ambiente 1. Subsequentemente, na etapa 5, a válvula 7 é fechada e a bomba de vácuo 9 é desligada.

[0034] Na etapa 6, a válvula 8 na linha de purga SL é aberta e, de um recipiente de armazenagem de meio de purga SV, a uma temperatura de acima de 100°C, é passada no leito de absorvedor 3. O vapor quente condensa no começo na superfície comparativamente fria do adsorvedor 3. Pelo aquecimento do adsorvedor 3, R134a e também VOCs são desorvidos. Após um tempo predeterminado, na etapa 7, a válvula 11 na linha de admissão de ar AL1, é aberta e, opcionalmente, o compressor 10 é desligado. O desorbato é passado, desse modo, a partir do leito de absorvedor para o ambiente 13 fora do ambiente 1.

[0035] Na etapa 8, o compressor 10 é desligado e as válvulas 8 e são fechadas, e o método recursivo pode iniciar novamente com a etapa 1.

[0036] A Figura 4 mostra um diagrama de fluxo do método recursivo de acordo com a invenção como para a segunda concretização. Na posição de partida, todas as válvulas são fechadas. A válvula de três

Petição 870190037296, de 18/04/2019, pág. 10/18

8/8 vias 11, neste caso, é trazida na posição tal que o interior do ambiente 1 é ligado à bomba de vácuo 9.

[0037] As etapas 1 a 4 correspondem às etapas 1 a 4 da figura 3.

Após um tempo predeterminado, na etapa 5, a válvula de três vias 11 é alterada e opcionalmente o compressor 10 é ligado, de tal maneira que o gás de desorbato é alimentado, via a linha de admissão de ar AL1 do leito de absorvedor 3, via o compressor 10 para o ambiente 13 fora do ambiente 1. Na etapa 6, o aquecedor H é ligado. Como um resultado do aumento da temperatura no leito de absorvedor 3 a baixa pressão no alojamento 14, R134a e VOCs são desorvidos. O desorbato é alimentado, via a linha de admissão de ar AL1 para o ambiente 13 fora do ambiente 1.

[0038] Na etapa 7, opcionalmente a válvula 8 é aberta e, em adição, meio de purga, por exemplo, vapor quente, CO2 ou água, é passado, via a linha de purga SL, através do leito de absorvedor. A desorção é aumentada desse modo, e os gases nocivos transportados para fora.

[0039] Na etapa 8, bomba de vácuo 9, compressor 10 e o aquecedor H são desligados, as válvulas 7 e 8 são fechadas, e a válvula de três vias 11 é alterada. O método recursivo pode começar novamente na etapa 1.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para remoção de substâncias orgânicas voláteis do ar contido em ambientes fechados, compreendendo as seguintes etapas de método:

a) passagem do ar contido através de um leito de adsorvedor (3) consistindo em um leito de zeólito hidrofóbico,

b) fechamento do leito de adsorvedor, caracterizado pelo fato de que,

c) remoção de ar do leito de adsorvedor por sucção e alimentação do ar ao ambiente fechado (1) após o fechamento do leito de adsorvedor,

d) desorção das substâncias orgânicas voláteis, em particular freons, tais como R134a e VOCs, a partir do leito de adsorvedor (3) por aquecimento do adsorvedor (3),

e) alimentação do desorbato a um ambiente (13) fora do ambiente fechado, no qual vapor, água ou CO2 são alimentados ao leito de adsorvedor (3) a partir de um recipiente de armazenamento de meio de purga (SV) via uma linha de purga (SL).
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na etapa d), o adsorvedor (3) é aquecido por aquecimento elétrico, ou por trocadores de calor ligados ao leito de adsorvedor (3), ou por purga com vapor quente, água, ou CO2.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, na etapa d), a desorção é adicionalmente suportada por redução de pressão no alojamento (14).
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que na etapa (e) o desorbato é alimentado a um compressor (10) que passa o desorbato para o ambiente (13) fora do ambiente fechado.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações

Petição 870190037296, de 18/04/2019, pág. 12/18

2/3 precedentes, caracterizado pelo fato de que o material adsorvedor tem um tamanho de poro que é favorável, em particular, para a ligação e adsorção de R134a ou outros freons.
6. Dispositivo para remoção de substâncias orgânicas voláteis do ar contido em ambientes fechados, compreendendo um alojamento (14) tendo uma primeira admissão (E1), uma segunda admissão (E2), uma primeira descarga (A1) e uma segunda descarga (A2), e para recebimento de um adsorvedor (3) consistindo em um leito de zeólito hidrofóbico, uma linha de alimentação de ar contido (RZL) tendo uma primeira válvula (6) entre a primeira admissão (E1) e o ambiente fechado (1), uma linha de retorno de ar contido (RRL) tendo uma segunda válvula (5) entre a primeira descarga (A1) e o ambiente fechado (I) , uma linha de purga (SL) tendo uma terceira válvula (8) entre um recipiente de armazenagem de meio de purga (SV) e a segunda admissão (E2), pelo menos uma linha de admissão de ar (AL, AL1, AL2) na segunda descarga (A2) para retorno de ar do leito de adsorvedor pata o ambiente fechado (1), e para descarga do desorbato a um ambiente (13) fora do ambiente fechado (1), caracterizado pelo fato de que, vista a partir da direção da segunda descarga (A2), uma quarta válvula (7), uma bomba de vácuo (9) e uma válvula de três vias (II) são dispostas na linha de admissão de ar (AL), e onde uma descarga da válvula de três vias (11) está ligada ao ambiente fechado (1), e a outra descarga da válvula de três vias (11) está ligada ao ambiente (13) fora do ambiente fechado (1).
7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, caracteri

Petição 870190037296, de 18/04/2019, pág. 13/18

3/3 zado pelo fato de que uma ventoinha (15) é disposta na linha de alimentação de ar contido (RZL) entre o ambiente fechado (1) e a primeira válvula (6).
8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que o alojamento (14) tem um dispositivo de aquecimento (H), por exemplo, um trocador de calor, ou um aquecedor elétrico.
9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que um compressor (10) está presente entre a válvula de três vias (11) e o ambiente (13).
10. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a primeira linha de admissão de ar (AL1) ligada na segunda descarga (A2) liga a segunda descarga ao ambiente (13) fora do ambiente fechado (1), no qual a linha de admissão de ar compreende uma quarta válvula (11).
11. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que um compressor (10) está presente na primeira linha de admissão de ar (AL1) entre o ambiente (13) fora do ambiente fechado (1) e a quarta válvula (11).
12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a segunda linha de admissão de ar (AL2) ligada na segunda descarga (A2) liga a segunda descarga ao ambiente fechado (1), no qual a linha de admissão de ar (AL2), vista a partir da direção da segunda descarga, compreende uma quinta válvula (7) e uma bomba de vácuo (9).