ES2217576T3 - Disposicion para eliminar vapor de agua de mezclas de gases o de gases bajo presion, que contienen hidrocarburo. - Google Patents

Abstract

Disposición (10) para eliminar vapor de agua de mezclas de gases o de gases bajo presión, que contienen hidrocarburo, en la que la mezcla de gas y vapor (11) que se encuentra bajo presión se conduce en el lado de la entrada hacia un dispositivo de separación por membranas (12), en el que se separa, por parte del retentato, en una corriente de gas (13) desenriquecida de vapor y, por parte del permeato, en una corriente de gas (14) enriquecida en vapor, y en el lado del permeato se puede generar un vacío mediante un dispositivo de bomba (16), y en la que las membranas usadas en el dispositivo de separación por membranas (12) presentan una selectividad en el intervalo de 100 a 10.000.

Description

Disposición para eliminar vapor de agua de mezclas de gases o de gases bajo presión, que contienen hidrocarburo.

La invención se refiere a una disposición para eliminar vapor de agua de mezclas de gases o de gases bajo presión, que contienen hidrocarburo.

Se conoce una disposición para eliminar vapor de agua que usa una unidad de separación por membranas (documento EP-A-0752265). El dispositivo descrito en ese documento no tiene en cuenta que para la pureza del retentato en una superficie de membrana dada, además de la presión de servicio, es decisiva la relación de presión de la que resulta la relación del flujo volumétrico de gas bruto, es decir, la mezcla de gas y vapor suministrada, respecto al flujo volumétrico de permeato (corte escalonado).

La eliminación de vapor de agua de corriente de gas es una necesidad que existe en muchos ámbitos técnicos. Si por ejemplo se usa aire comprimido como portador de energía, es casi obligatoria la eliminación de vapor de agua del aire comprimido. Los campos de aplicación están, por ejemplo, en el uso del aire comprimido para el funcionamiento de herramientas neumáticas, como aire de control para la regulación de procesos, como aire de instrumentos y para el funcionamiento de dispositivos transportadores neumáticos para materiales a granel. Dado que el aire comprimido está presente en la salida de un compresor obligatoriamente de forma saturada con vapor de agua, incluso una reducción mínima de la temperatura conduce a la condensación de vapor de agua. La formación de condensado o incluso de hielo en una red de tubería de aire comprimido limitaría fuertemente o impediría totalmente el funcionamiento de los consumidores de aire comprimido antes mencionados. Por esta razón, el contenido de vapor de agua de la corriente de aire comprimido que sale del compresor debe reducirse mediante un procedimiento de secado adecuado. El punto de rocío de presión y, por tanto, también el trabajo de separación dependen de los requerimientos especiales de los consumidores de aire comprimido correspondientes.

Hasta ahora, para deshumectar aire comprimido, frecuentemente se habla también del "secado" del aire comprimido, se usan esencialmente procedimientos de refrigeración y de adsorción. En el 90% de todos los casos de aplicación, se usan secadores de aire comprimido en frío. En este procedimiento de secado, el aire que sale del compresor a una temperatura elevada se enfría, en primer lugar, en un intercambiador térmico de aire/aire en contracorriente con el aire comprimido seco, durante lo cual se origina ya una primera parte de condensado. El ajuste definitivo del punto de rocío deseado se realiza a continuación, en un intercambiador térmico de refrigerante/ aire, en el que la entalpía necesaria para la evaporación del refrigerante se extrae de la corriente de aire comprimido, por lo que ésta se enfría correspondientemente. Las moléculas de agua licuadas en las paredes frías del transmisor de calor llegan a un evacuador de condensado donde se evacúan automáticamente en determinados intervalos de tiempo.

El secado por adsorción también es un procedimiento puramente físico, en el que aire comprimido húmedo circula por un recipiente relleno de adsorbentes apropiados. El fuerte efecto recíproco de las moléculas de vapor de agua contenidas en el aire con los adsorbentes porosos, sólidos de gran superficie interna, permiten una separación selectiva del vapor de agua. Los adsorbentes adecuados para el secado de aire comprimido son, por ejemplo, geles de sílice, alúminas activas o zeolitas. El procedimiento de adsorción se realiza generalmente de forma discontinua, porque los adsorbentes tienen sólo cierta capacidad higroscópica para el adsorbato (vapor de agua) y, por tanto, han de regenerarse en intervalos de tiempo determinados. Por lo tanto, hacen falta al menos dos adsorbentes que se hagan funcionar y se regeneren alternando. La desorción de las moléculas de agua en los lechos cargados de adsorbentes se efectúa, o bien, por regeneración en frío, o bien, por regeneración en caliente.

Aunque, el procedimiento de refrigeración mencionado presenta en principio la manera más directa de ajustar un punto de rocío definido de una mezcla de gas y vapor, la aplicación de un procedimiento de este tipo para el secado de corrientes de aire comprimido conlleva considerables inconvenientes desde el punto de visto energético. Esto se explicará con la ayuda de un ejemplo. Supongamos que una corriente de aire comprimido que sale de un compresor, en primer lugar, debe enfriarse previamente, es decir, también en caso de otros procedimientos para deshumectar aire comprimido. De esta forma, por ejemplo, una corriente de aire comprimido saturado con vapor de agua a 35ºC y con una presión absoluta de 8 bares, debe liberarse del vapor de agua, es decir, secarse. En este estado termodinámico del aire comprimido, durante la entrada en un intercambiador térmico de refrigerante/ aire, la parte volumétrica del componente condensable, el vapor de agua, asciende sólo al 0,7%. Esto, sin embargo, significa que el 99,3% en volumen de la corriente de aire comprimido ha de refrigerarse a la temperatura baja necesaria, sin que por ello resultara una ventaja para esta parte principal de la corriente de gas. Puesto que, para evitar la corrosión, la humedad relativa debe ser siempre inferior al 60%, más bien hace falta un nuevo calentamiento de la mezcla de gas y vapor fría, reducida por el condensado. Generalmente, los secadores en frío son apropiados sólo para ajustar puntos de rocío de +2ºC como mínimo. En el caso de temperaturas de evaporación de refrigerante más bajas, en el lado del aire comprimido hay que contar con la formación de hielo en las superficies de intercambio térmico. Puesto que el hielo presenta un coeficiente de conducción térmica muy bajo, el resultante efecto aislante de la capa de hielo reduciría sensiblemente la capacidad de transmisión térmica; entonces, el punto de rocío de presión deseado en el lado de aire del transmisor de calor no sería suficiente ni siquiera en el caso de finas placas de hielo. Además, por el estrechamiento de la sección de flujo aumentaría la pérdida de presión en el transmisor de calor. Además, la producción de condensado, condicionada por el principio, en los transmisores indirectos de calor de los secadores en frío de aire comprimido frecuentemente causa problemas. Durante la evacuación del condensado en muchos casos se producen fallos de funcionamientos, lo que a su vez condiciona una alta necesidad de mantenimiento. Además, los evacuadores de condensado frecuentemente están equipados con válvulas magnéticas, lo que conlleva a su vez pérdidas de aire comprimido relativamente altas durante la exclusión del condensado. Resumiendo, se puede decir que la instalación de secadores en frío más grandes es muy costosa y que su funcionamiento requiere un gran gasto de mantenimiento. Se añade que durante su funcionamiento se produce un ruido considerable, de manera que se requieren inversiones adicionales para reducir las emisiones acústicas.

Los procedimientos de adsorción mencionados anteriormente para deshumectar aire comprimido, se usan si se requieren puntos de rocío inferiores a 0ºC, porque por las razones que ya se han mencionado, los secadores de frío mencionados anteriormente ya no pueden usarse de forma razonable. Los inconvenientes principales de los secadores por adsorción consisten en el funcionamiento generalmente discontinuo. Tanto en los adsorbentes regenerados tanto en frío como en caliente se precisa una corriente de aire de lavado para evacuar la humedad ligada previamente por adsorción. Puesto que la corriente de gas de lavado debe estar lo suficientemente seca, para ello se usa cierta parte de la corriente de aire comprimido seco. Esta corriente parcial sometida a un complicado tratamiento previo, por lo tanto, ya no está a disposición del consumidor de aire comprimido y se pierde. Según el caso de aplicación y el modo de regeneración, esta corriente perdida puede ascender hasta el 15% de la corriente de aire comprimido seco. Mientras que la adsorción transcurre bajo la presión generada por el compresor, para la desorción, es necesaria la reducción a la presión atmosférica. Para el cambio de presión realizado de forma cíclica, el agente secador es sometido a fuertes cargas. Las consecuencias a largo plazo son una disminución de las cargas de equilibrio o de las capacidades higroscópicas de los adsorbentes. En el caso de la alúmina activa, la capacidad disminuye por ejemplo en un 30 a 40%, hasta 150ºC, al cabo de 500 ciclos. De cierta manera, la adsorción es un procedimiento autoinhibidor, ya que con la adsorción de las moléculas de agua está vinculada también la liberación de calor de adsorción que a su vez conduce a un aumento de temperatura en el lecho adsorbente alterando el equilibrio de adsorción en cuanto a una peor absorción de agua.

Por lo tanto, la presente invención tiene el objetivo de proporcionar un dispositivo para eliminar vapor de agua de gases o de mezclas de gases que están bajo alta presión, con el cual se eviten los inconvenientes antes mencionados de los dispositivos y procedimientos conocidos hasta ahora y usados para este fin, y que permite eliminar de manera sencilla sin grandes gastos el vapor de agua de corrientes de gas o de mezclas de gas pequeñas, medianas y grandes, en donde el dispositivo presenta una construcción sencilla y, por tanto, se puede proporcionar de forma más económica y se puede explotar de manera sencilla y por tanto económica, reduciéndose en medida muy fuerte el gasto de mantenimiento y el gasto de servicio necesarios hasta ahora en dispositivos y procedimientos de este tipo.

Según la invención, este objetivo se consigue mediante una disposición para eliminar vapor de agua de gases o de mezclas de gases bajo presión, que contienen hidrocarburo, en la cual el gas o la mezcla de gas y vapor que se encuentra bajo presión se conduce en el lado de la entrada hacia un dispositivo de separación por membranas, en el que se separa, por parte del retentato, en una corriente de gas desenriquecida de vapor y, por parte del permeato, en una corriente de gas enriquecida en vapor, y en el lado del permeato se puede generar un vacío mediante un dispositivo de bomba, y las membranas usadas en el dispositivo de separación por membranas presentan una selectividad \alpha comprendida en el intervalo de 100 a 10.000.

La ventaja del dispositivo según la invención consiste, sustancialmente, en que la disposición se caracteriza por la estructura sencilla deseada y por una alta eficiencia, a la vez de gastos de fabricación y de mantenimiento fuertemente reducidos. Todos los inconvenientes de las instalaciones y procedimientos conocidos para eliminar vapor de agua de gases o mezclas de gases bajo alta presión se evitan mediante la solución propuesta según la invención, es decir, que no hay que contar con la formación de hielo en las superficies del intercambiador térmico (como ocurre en el procedimiento de refrigeración conocido) ni con los inconvenientes de un funcionamiento discontinuo (como en los procedimientos de adsorción). Los componentes usados o que se pueden usar en el dispositivo según la invención son conocidos de por sí como tales y están introducidos en la técnica especializada. Esto a su vez ofrece la ventaja de que el dispositivo propuesto según la invención se puede facilitar de manera sencilla y económica, pudiendo mantenerse bajos por tanto también los gastos de entretenimiento y de mantenimiento.

Las membranas usadas en el dispositivo de separación por membranas han elegido de tal forma que presenten una selectividad \alpha (\alpha = relación permeabilidad al vapor de agua respecto a la permeabilidad al gas portador), pudiendo variarse dentro de amplios márgenes la selectividad \alpha de esta membrana con el flujo constante de agua mediante medidas especiales durante el proceso de fabricación de la membrana antes mencionada. La membrana mencionada no tiene una selectividad entre las partes de gas portador, por ejemplo, oxígeno y nitrógeno, eligiéndose la selectividad \alpha de tal forma que se sitúe en un intervalo de 1.000 a 10.000.

Según una configuración ventajosa de la disposición, el dispositivo de separación por membranas puede hacerse funcionar en modo de corriente cruzada o en modo de contracorriente sin gas de lavado externo.

Preferentemente, las membranas que se pueden usar en el dispositivo de separación por membranas son membranas a partir de éter de celulosa, tales como se han descrito, por ejemplo, en la solicitud de patente alemana 19603420.5-44 (membrana compuesta de una membrana portadora microporosa especial). Dicha membrana presenta una permeabilidad al vapor de agua L_{w} de hasta 50 m^{3} (i.N/m^{2} h bar).

Sin embargo, generalmente, el uso de una membrana sólo conviene si al mismo tiempo se facilita una relación de presión correspondientemente alta. Para conseguir una adaptación de las condiciones de presión a la alta selectividad de la membrana, el dispositivo de bomba dispuesto en el lado de permeato está realizado en forma de una bomba hidrorrotativa de vacío. Ésta se hace funcionar con agua como líquido de anillo. Por la concentración de vapor de agua en el permeato, que aumenta tanto con la selectividad como con la mayor relación de presión, en la bomba hidrorrotativa de vacío se pueden alcanzar unos volúmenes de succión sensiblemente mayores. Esto se debe a que el vapor de agua en el anillo de líquido, obtenido en el permeato, se condensa en su recorrido desde el lado de succión hacia el lado de presión de la bomba y por el cambio de densidad resultante se genera cierto volumen libre.

Según una configuración alternativa ventajosa del dispositivo también es posible realizar el dispositivo de bomba por un inyector de vapor, especialmente si han de ajustarse bajas presiones de permeato (< 40 mbares). Sin embargo, de manera ventajosa, también es posible realizar el dispositivo de bomba mediante una combinación de una bomba hidrorrotativa de vacío y un inyector de vapor.

Según otra forma de realización ventajosa del dispositivo, éste está realizado de tal forma que una alta relación de presión transmembrana \Phi se pueda ajustar mediante la elección adecuada del dispositivo de bomba. Aunque la relación de presión transmembrana \Phi (\Phi = relación de las presiones del sistema en el lado de alta presión y el lado de baja presión de la membrana, definida normalmente de forma simplificada como relación entre la presión de alimentación y la presión de permeato), necesaria para la separación de mezclas de gases con la ayuda de membranas libres de poros, existe ya en gran medida durante la aplicación en el secado por comprimido, porque la presión de alimentación es facilitada por un compresor, pero si se deja salir la corriente de permeato contra la presión atmosférica, esta relación de presión sería siempre inferior a 10 y los puntos de rocío necesarios no podrían ajustarse de esta manera. El uso de la membrana altamente selectiva, mencionada anteriormente, sólo tiene sentido si al mismo tiempo se facilita una alta relación de presión, como ya se ha mencionado. Mediante un vacío por ejemplo de 50 mbares en el lado de permeato, la relación de presión se puede incrementar, partiendo de una presión de compactación de 8 bares de \Phi = 8, en el factor 20 hasta \Phi = 180.

Según otra forma de realización ventajosa de la invención, después del dispositivo de bomba está conectado un separador de agua, en donde el líquido de servicio que sale del separador de agua puede utilizarse ventajosamente como líquido refrigerante, en concreto en otra configuración ventajosa de la disposición, en la que la mezcla de gas y vapor a separar, antes de entrar en el dispositivo de separación por membrana, puede hacerse pasar por un dispositivo de refrigeración y este dispositivo de refrigeración puede refrigerarse con el líquido de servicio del separador de agua.

Asimismo, de manera ventajosa es posible realizar la disposición de tal forma que el agua que sale del dispositivo de refrigeración pueda alimentarse como líquido de servicio al dispositivo de bomba realizado como bomba hidrorrotativa de vacío, o bien configurarla de tal forma que el agua que sale del dispositivo de refrigeración se pueda hacer pasar por un dispositivo de refrigeración para refrigerarse, antes de poder alimentarse como líquido de servicio al dispositivo de bomba realizado como bomba hidrorrotativa de vacío. El agua que sale del separador de agua o el líquido refrigerante que sale por éste se ha calentado sólo ligeramente debido al principio de la compactación isotérmica, prácticamente realizado en las bombas hidrorrotativas de vacío, de modo que, como se ha descrito anteriormente, pueda aprovecharse ventajosamente como líquido refrigerante.

A continuación, la invención se describe detalladamente haciendo referencia a los dibujos adjuntos con la ayuda de un ejemplo de realización y de dos modificaciones de una versión básica de la invención. Muestran:

la figura 1 la estructura fundamental de la disposición según la invención en un diagrama de bloques,

la figura 2 la estructura de una disposición según la figura 1, en la que, sin embargo, el líquido de servicio originado en un separador de agua, utilizado como líquido refrigerante, se puede volver a alimentar a una bomba hidrorrotativa de vacío con la adición de una parte de líquido de servicio nuevo como líquido de bomba, y

la figura 3 una realización de la disposición según la figura 2, en la que el líquido de anillo realimentado a la bomba hidrorrotativa de vacío se hace pasar previamente por un dispositivo de refrigeración.

La disposición 10 representada en la figura 1 constituye la estructura básica de la disposición para eliminar vapor de agua de gases o mezclas de gases bajo alta presión. En primer lugar, respecto a la estructura y el funcionamiento de la disposición 10 se hace referencia a la figura 1.

La mezcla de gas y vapor 11 bajo presión, llamada también corriente de alimentación, se pone en un dispositivo de refrigeración 18 en el que se enfría de una manera predefinible. Desde éste, la mezcla de gas y vapor 11 que sigue bajo presión, llega a un separador 19 en el que se separan las sustancias extrañas contenidas en la mezcla de gas y vapor 11, como aceite y similares. Desde éste, la mezcla de gas y vapor 11 que está bajo presión llega a la entrada 15 de un dispositivo de separación por membranas 12. En el dispositivo de separación por membranas 12, la mezcla de gas y vapor 11 se separa en una corriente de gas 14 (permeato) enriquecida con vapor y una corriente de gas 13 (retentato) desenriquecida de vapor. La corriente de gas 13 desenriquecida de vapor 13 constituye la corriente parcial liberada debidamente del vapor de agua, por ejemplo, aire comprimido "secado".

La depresión necesaria en el lado de permeato del dispositivo de separación por membranas 12 es generada por el dispositivo de bomba 16, unida con la salida en el lado de permeato del dispositivo de separación por membranas 12. El dispositivo de bomba 16 puede ser, por ejemplo, una bomba hidrorrotativa de vacío o un llamado inyector de vapor, aunque también es posible realizar el dispositivo de bomba 16 a partir de una combinación de un inyector de vapor y una bomba hidrorrotativa de vacío. Por tanto, el dispositivo de bomba 16 es aquí sólo representativo de determinadas bombas apropiadas que se pueden usar para el funcionamiento de la disposición según la invención. Como ya se ha mencionado, del dispositivo de bomba 16 sale la corriente de gas 14 enriquecida con vapor que se hace pasar por un separador de agua 17. Del separador de agua, la corriente de gas 14 enriquecida con vapor sale reducida en la parte de agua eliminada en el proceso de separación y se puede emitir a la atmósfera. La emisión a la atmósfera no representa absolutamente ningún problema, ya que en la corriente de gas desenriquecida de vapor no se trata de un producto de valor ni de una sustancia contaminante.

Sin embargo, como la disposición 10 generalmente resulta adecuada también para el secado de gas natural, para este caso, el permeato, es decir, la corriente de gas 14 enriquecida en vapor puede contener también partes considerables de hidrocarburos, principalmente metano, que por razones ecológicas y económicas deben someterse a otro tratamiento. La disposición 10 tendría que ampliarse entonces en uno o varios pasos de tratamiento que aquí no están representados en detalle.

El agua 20 originada en el separador de agua 17 puede conducirse como refrigerante al dispositivo de refrigeración 18, donde pasa, como refrigerante para la mezcla de gas y vapor 11 que ha de separarse, por el dispositivo de refrigeración 18 del que sale como agua 200 después del intercambio de calor.

La disposición según la figura 2 se distingue de la disposición según la figura 1 solamente porque el agua 200 que sale del dispositivo de refrigeración 18 se realimenta a su vez y se aplica en el dispositivo de bomba 16 realizado como bomba hidrorrotativa de vacío, en el que el agua 200 se utiliza como líquido de anillo. Por lo tanto, en esta forma de realización, el agua separada en el proceso de la disposición 10 se utiliza, a modo de un circuito, también para fines de refrigeración y como líquido de servicio para la bomba hidrorrotativa de vacío. Para evitar un creciente calentamiento del líquido de servicio del dispositivo de bomba 16, una parte del líquido de servicio se evacúa después del separador de agua 17. Una cantidad correspondiente de líquido fresco/frío se añade al circuito de refrigeración antes de la entrada en el dispositivo de bomba 16.

La disposición 10 según la figura 3 se distingue de la disposición 10 según la figura 2 tan sólo en que el agua 200 que vuelve desde el dispositivo de refrigeración 18 entra antes de la entrada como líquido de servicio en el dispositivo de bomba 16 realizado como bomba hidrorrotativa de vacío y se hace pasar por un dispositivo de refrigeración 21 intercalado.

De gran importancia para la estructura y el funcionamiento de la disposición 10 es la selección de la membrana en sí en el dispositivo de separación por membranas 12. Aquí, tiene una importancia especial la selectividad \alpha de la membrana.

Mediante medidas específicas durante el proceso de elaboración de la membrana, con un flujo constante de agua, la selectividad \alpha puede variarse dentro de amplios márgenes. La totalidad de la membrana no tiene ninguna selectividad entre las partes de gas portador oxígeno y nitrógeno. Bajo el objetivo dado de la separación de un componente inferior en forma de vapor, de mejor permeación, por ejemplo, vapor de agua, para reducir el punto de rocío de la mezcla de gas y vapor 11 que queda en el lado de alta presión de la membrana, inicialmente resulta desfavorable un aumento de la selectividad mediante la reducción del flujo del componente principal de peor permeación, por ejemplo, aire. El ajuste de un punto de rocío determinado requiere en este caso mayores superficies de membrana al usar membranas, cuya selectividad se había incrementado por la reducción de flujo del componente que ya de por sí presenta una peor permeación. Por otra parte, la mayor selectividad causa un corte escalonado \theta notablemente menor (\theta = relación corriente de permeato respecto a corriente de alimentación) y una mayor concentración de vapor de agua en la corriente de permeato enriquecida. Las pérdidas de aire comprimido se reducen, pues, a pesar de la mayor superficie de membrana. La relación de presión \Phi (\Phi = relación de las presiones del sistema en el lado de alta presión y el lado de baja presión de la membrana, definida normalmente de forma simplificada como relación entre la presión de alimentación y la presión de permeato) en principio existe al aplicar con secado por aire comprimido, porque la presión de alimentación, es decir, la presión de la mezcla de gas y vapor 11 es proporcionada regularmente por un compresor. Sin embargo, si la corriente de permeato se dejara salir en contra de la corriente atmosférica, la relación sería siempre inferior a 10. Los puntos de rocío necesarios no se alcanzarían de esta manera.

El uso de una membrana altamente selectiva sólo tiene sentido si al mismo tiempo se facilita una relación de presión correspondientemente alta. En el marco de esta invención, la relación de presión se adaptó a la alta selectividad de membrana, de tal forma que en el lado de permeato se realiza la instalación de la citada bomba hidrorrotativa de vacío 16 que se hace funcionar con agua 200 como líquido de anillo. Mediante un vacío de por ejemplo 50 mbares en el lado de permeato, la relación de presión se puede aumentar partiendo de una presión de compactación de 8 bares de
a \Phi = 8, en el factor 20, a \Phi = 160. Mediante la combinación de una membrana altamente selectiva con una alta relación de presión, originada por la bomba hidrorrotativa de vacío 16, se elimina el inconveniente antes mencionado de la elevada necesidad de superficie de membrana con mayores selectividades de membrana.

Las consecuencias positivas de la acción conjunta de una membrana altamente selectiva, por una parte, con una alta relación de presión por el apoyo del vacío en el lado de permeato por otra parte, figuran en la siguiente tabla 1. La ventaja de menores pérdidas de aire comprimido o de gas comprimido, que de por sí se consigue con mayores selectividades, se refuerza por el aumento de las relaciones de presión. De esta constelación resulta otra ventaja característica de la disposición 10 propuesta y del procedimiento de secado que se puede realizar con la misma. Por la concentración de vapor de agua en el permeato, que se incrementa tanto con la selectividad como con la relación de presión más elevada, con la bomba de vacío 16 se pueden conseguir unos volúmenes de succión sensiblemente mayores. Esto radica en que el vapor de agua obtenido en el permeato se condensa en el anillo de líquido en su trayecto desde el lado de succión hacia el lado de presión de la bomba de vacío 16, y en que por el cambio de densidad resultante se origina un cierto volumen libre. Por tanto, respetando la cantidad mínima de gas para un funcionamiento libre de cavitación de la bomba de vacío 16, no es necesario seleccionarla según la corriente de volumen total de permeato, sino sólo según la parte menor de gas inerte del permeato, considerando el equilibrio de fases correspondiente en el lado de salida del dispositivo de bomba 16. Resumiendo: A medida que crece el contenido de vapor de agua en el permeato, disminuye el tamaño de bomba necesario para la tarea que ha de cumplir la disposición 10 y, por consiguiente, se reducen también los costes del sistema y de servicio.

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(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 1

1

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Base de cálculo:

Mezcla de aire y vapor de agua

P_{F} = 8 bares

l_{F} = 35ºC

Y*_{F,H2O} = 0,7% en volumen \rightarrow Y_{F,aire}= 99,3% en volumen

G_{F} = 1.000 m_{N}3/h

Permeabilidad de vapor de agua L_{H2O} = 35m_{N}3(m2 bar)

Objetivo: Punto de rocío de retentato l_{pr} = +2ºC

2

El uso de la disposición 10 antes descrita ofrece una serie de ventajas frente a los procedimientos de refrigeración y de adsorción convencionales, descritos al principio. Sobre la base de rendimientos de secado iguales, las disposiciones 10 según la invención son sensiblemente más compactas que las instalaciones de secado en frío. Además de un menor volumen de construcción se consigue también una sensiblemente reducción del peso (cimentaciones). Con la disposición 10 según la invención se producen pérdidas insignificantes de aire comprimido, porque la corriente de permeato que pasa por la membrana, al usar la membrana altamente selectiva antes descrita en combinación con una alta relación de presión medida, se compone en gran parte de vapor de agua. Para el funcionamiento de la disposición 10 según la invención no se necesitan coadyuvantes problemáticos como, por ejemplo, los refrigerantes (destructores de ozono) necesarios en los secadores en frío. Más bien, se requiere solamente agua como líquido de servicio para la bomba hidrorrotativa de vacío 16 y una conexión eléctrica. La disposición 10 según la invención no tiene límites físicos en cuanto al punto de rocío que ha de ajustarse, es decir, que se puede realizar cualquier punto de rocío por encima y por debajo de 0ºC. En el trayecto de secado en el lado de alta presión, en principio no se puede producir condensado. La condensación de la humedad evacuada al permeato, más bien, tiene lugar en la bomba hidrorrotativa de vacío 16 dispuesta en el lado de permeato, y conduce a una mejora de la capacidad de la bomba con el resultante efecto positivo en el funcionamiento en general o el proceso en general durante el funcionamiento de la disposición 10. Las altas emisiones acústicas que se producen tanto en el caso de la adsorción (reducción de tensión del recipiente a desorber) como en los secadores en frío (compresor de la máquina de frío), se reducen en la combinación de la membrana/ bomba hidrorrotativa de vacío al ruido de servicio poco problemático del dispositivo de bomba 16. Las experiencias obtenidas hasta ahora con la disposición 10 han demostrado que este tipo de instalaciones son menos susceptibles a los fallos y que los gastos de mantenimiento son correspondientemente bajos.

Lista de referencias

10

Disposición

11

Mezcla de gas y vapor

12

Dispositivo de separación/ dispositivo de separación por membranas

13

Corriente desenriquecida de vapor (retentato)

14

Corriente enriquecida con vapor (permeato)

15

Entrada dispositivo de separación

16

Dispositivo de bomba

17

Separador de agua

18

Dispositivo de refrigeración

19

Separador

20

Agua

200

Agua

21

Dispositivo de refrigeración

Claims (15)

1. Disposición (10) para eliminar vapor de agua de mezclas de gases o de gases bajo presión, que contienen hidrocarburo, en la que la mezcla de gas y vapor (11) que se encuentra bajo presión se conduce en el lado de la entrada hacia un dispositivo de separación por membranas (12), en el que se separa, por parte del retentato, en una corriente de gas (13) desenriquecida de vapor y, por parte del permeato, en una corriente de gas (14) enriquecida en vapor, y en el lado del permeato se puede generar un vacío mediante un dispositivo de bomba (16), y en la que las membranas usadas en el dispositivo de separación por membranas (12) presentan una selectividad \alpha en el intervalo de 100 a 10.000.

2. Disposición según la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo de bomba (16) se puede usar como condensador del permeato.

3. Disposición según una o ambas de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque el dispositivo de separación por membranas (12) se puede hacer funcionar en modo de corriente cruzada.

4. Disposición según una o ambas de las reivindicaciones 1 ó 3, caracterizada porque el dispositivo de separación por membranas (12) se puede hacer funcionar en modo de contracorriente.

5. Disposición según una o varias de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque las membranas que se pueden usar en el dispositivo de separación por membranas (12) están realizadas a partir de éter de celulosa.

6. Disposición según una o varias de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el dispositivo de bomba (16) es una bomba hidrorrotativa de vacío.

7. Disposición según la reivindicación 6, caracterizada porque el dispositivo de bomba (16) está constituido por un inyector de vapor.

8. Disposición según una o varias de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el dispositivo de bomba (16) está constituido por una combinación de una bomba hidrorrotativa de vacío y un inyector de vapor.

9. Disposición según una o varias de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizada porque se puede ajustar una alta relación de presión transmembrana \Phi mediante la elección adecuada del dispositivo de bomba (16).

10. Disposición según una o varias de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada porque al dispositivo de bomba (16) está postconectado un separador de agua (17).

11. Disposición según una o varias de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada porque, antes de su entrada en el dispositivo de separación por membranas (12), la mezcla de gas y vapor (11) que ha de separarse se puede hacer pasar por un dispositivo de refrigeración (18).

12. Disposición según la reivindicación 11, caracterizada porque entre el dispositivo de refrigeración (18) y el dispositivo de separación por membranas (12) está dispuesto un separador (19).

13. Disposición según una o varias de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizada porque el agua (20) que sale del separador de agua (17) se puede conducir como agua refrigerante al dispositivo de refrigeración (18).

14. Disposición según la reivindicación 13, caracterizada porque el agua (200) que sale del dispositivo de refrigeración (18) se puede alimentar como líquido de servicio al dispositivo de bomba (16) realizado como bomba hidrorrotativa de vacío.

15. Disposición según la reivindicación 14, caracterizada porque, antes de poder alimentarse al dispositivo de bomba (16) realizado como líquido de servicio de la bomba hidrorrotativa de vacío, el agua (200) que sale del dispositivo de refrigeración (18) se puede hacer pasar por un dispositivo de refrigeración (21) para refrigerarse.