ES2301725T3 - Metodo y sistema para purificar gases de escape. - Google Patents

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Abstract

Un método para purificar gas de escape, especialmente un gas de escape que contiene disolvente a partir del reciclaje del refrigerador, que comprende: a) condensación criogénica (9) del gas de escape presurizado seco contra un gas inerte licuado, b) separación (11) de los componentes condensados desde el gas de escape remanente, c) paso del gas de escape purificado presurizado frío a través de un dispositivo de adsorción (13) para adsorber los disolventes condensados remanentes, d) purificación del dispositivo de adsorción (13) con el gas inerte caliente que procede de la condensación criogénica (9), y e) reciclaje del gas desorbido desde dicho dispositivo de adsorción (13).

Description

Método y sistema para purificar gases de escape.
La invención se refiere a un método y un sistema para purificar gases de escape, especialmente gases de escape que proceden del reciclaje de refrigeradores.
El tratamiento de mezclas de gases separando las mezclas en sus constituyentes se requiere en muchos campos técnicos. Se conocen métodos y sistemas para recuperar disolventes a partir de efluentes de gas de plantas de cintas, por ejemplo a partir de los documentos EP-B1.-0 491 339, EOP-B1-0 491 338, EP-B1-0 417 592 y EP-B1-0 417 591.
Se conocen métodos y sistemas para recuperar un gas de esterilización a partir de una mezcla de gas por los documentos EP-A2-0 516 963, EP-A1-0 543 134 y EP-A1-0 595 004.
Un problema de purificación de gases muy específico se produce durante el reciclado de refrigeradores que contienen -además del refrigerante esencial R12, butano, que es aspirado en una primera etapa del reciclaje del refrigerador- gases propulsores en la espuma de aislamiento en frío de poliuretano (PU).
Desde hace algunos años, se han utilizado hidrocarburos fluorados como FCKW R11 como un agente de expansión para la producción de tales espumas de aislamiento en frío. Solamente desde 1995 se producen refrigeradores libres de FCKW y contienen habitualmente ciclopentano, como una sustitución de FCKW.
Los refrigeradores de tamaño medio contienen aproximadamente 4 kg de espuma de PU con aproximadamente 6 a 7% de gas propulsor, que está presente tanto en los poros como en la matriz de materia sólida de la espuma.
El reciclaje del refrigerador tiene el cometido de recuperar materiales valiosos a partir de los refrigeradores reciclados, especialmente metales ferrosos y no ferrosos, tales como iones y cobre y plásticos como PS y PVC.
Durante el reciclaje, el refrigerador debe desmantelarse y la espuma de aislamiento será triturada liberando el propulsor que tiene un alto potencial de reducción de ozono en la atmósfera.
Para purificar el gas de escape del reciclaje del refrigerador, el documento DE-A1-41 33 916 muestra un método para separar hidrocarburos fluorados de una mezcla de gas, en la que la mezcla de gas está comprimida y refrigerada en al menos dos etapas, en la primera etapa de refrigeración es separada agua que contiene una pequeña cantidad de hidrocarburos fluorados, mientras que en la segunda etapa de refrigeración, los hidrocarburos fluorados son licuados completamente.
En otro desarrollo de este método, el documento DE-A1-195 03 052 muestra un método para condensar gases adsorbibles y desorbibles a partir de mezclas de gases, en las que una corriente de gas que contiene 0-40% en peso de un gas absorbible y desorbible es refrigerada a una temperatura en el intervalo de 0ºC a -50ºC y es conducida a al menos una etapa de adsorción/desorción para adsorber dichos gases; dicha etapa de adsorción/desorción contiene un dispositivo a través del cual se pasa un medio de refrigeración durante la adsorción; otra corriente de gas que contiene de 20 a 90% en peso de gases adsorbibles y desorbibles se pasa a través de una etapa de refrigeración, en la que dicho gas es casi completamente condensado; la corriente de gas que permanece después de la condensación es suministrada a la etapa de adsorción/desorción; después de alcanzar la carga deseada del agente de adsorción con dicho gas, se pasa un medio de calefacción a través del dispositivo, y adicionalmente se pasa gas caliente a través de dicho agente de adsorción; finalmente, se suministra una corriente de gas que contiene gas desorbido desde dicha etapa de adsorción/desorción hasta una etapa de refrigeración para condensar el gas desorbido.
Además, el documento DE-A 38 10 705 muestra un método de etapas múltiples para eliminar disolventes contenidos en un gas que comprende un compresor, un refrigerador, un separador y un dispositivo de adsorción oscilante de presión. El gas purificado que procede del dispositivo de adsorción oscilante de presión es dividido en una pasada en una primera parte liberada a la atmósfera y una segunda parte, aproximadamente 15% del gas total, que es utilizada como gas de purga.
Además, el solicitante ha propuesto un sistema de purificación de gases para el reciclaje de refrigeradores, en el que el gas de escape comprimido y deshidratado es suministrado a un condensador criogénico (a baja temperatura), en el que los disolventes, especialmente hidrocarburos fluorados o ciclopentanos F11/F12 son licuados, de manera que este líquido puede ser separado desde la corriente de gas.
Un problema de este método reside en la congelación del condensador criogénico que conduce a la posibilidad de que durante la descongelación del intercambiador de calor, se vaporice de nuevo una parte substancial de los disolventes anteriormente condensador, contaminando el gas de escape.
Otro problema con los sistemas de purificación de gases de escape para el reciclaje de refrigeradores es el proyecto de nuevas Regulaciones de la Autoridad Federal del Medio Ambiente (Departamento Federal del Medio Ambiente) de la República Federal Alemana, que requieren:
Una capacidad de recuperación de FCKW de 283 g de gas propulsor de FCKW/refrigerador, y la reducción del límite de emisiones desde 150 a < 20 mg de gas propulsor/Nm^{3} en el gas de escape.
Estos nuevos requerimientos constituyen a nivel mundial la política de protección del medio ambiente más estricta que no se puede cumplir con los sistemas convencionales de purificación de gases de escape.
El objeto de la presente invención es proporcionar un método y un sistema para purificar gases de escape, especialmente procedentes del reciclaje del refrigerador, que solucionan las deficiencias mencionadas anteriormente y especialmente pueden cumplir especialmente las regulaciones más recientes con respecto al límite de emisiones de
< 20 mg de gas propulsor/Nm^{3} en el gas de escape.
Este objeto se consigue por el método con las características de la reivindicación 1 y para el sistema por las características de la reivindicación 10.
Las formas de realización adecuadas se definen por las características de las reivindicaciones dependientes correspondientes.
Con el presente método/sistema, tanto los hidrocarburos fluorados R11/R12 refrigerantes "seguros" no-combustibles como también el ciclopentano refrigerante combustible y explosivo se pueden retirar de los gases de escape, evitando de esta manera el peligro de provocación de chispas en trituradoras y molinos.
El gas liberado a la atmósfera desde un sistema de este tipo contiene menos de 10 mg/Nm^{3} de R11, R12, ciclopentano, R141B, cumpliendo de esta manera los requerimientos alemanes más recientes. Se puede excluir la congelación de disolventes en el condensador criogénico y se reduce al mínimo el consumo de nitrógeno líquido. Tales sistemas se pueden accionar con un consumo menor de 1 kg de nitrógeno líquido por refrigerador.
El consumo de nitrógeno líquido depende de la necesidad de nitrógeno gaseoso para inertización, es decir, que se puede utilizar como gas protector para evitar la provocación de chispas. Debido al uso de nitrógeno líquido como un agente de refrigeración, un gas de desorción y como un gas inerte, se puede mantener bajo el nivel de consumo.
La invención se describirá con respecto a una forma de realización ejemplar con referencia a los dibujos adjuntos, cuya figura única muestra un esquema de flujo para un sistema para purificar gases de escape del reciclaje de refrigeradores.
El gas de escape que procede de una planta de reciclaje para refrigeradores (no se muestran) contiene, además del aire (oxígeno/nitrógeno), el agente de expansión utilizado para la producción de la espuma de aislamiento en frío de poliuretano, o bien FCKW R11/R12 o desde 1995 ciclopentano así como agua.
Tal gas de escape es alimentador a un pre-refrigerador 1 que refrigera el gas de escape hasta una temperatura por debajo de su punto de rocío, de manera que se condensa una porción grande de la humedad (agua) presente en el gas de escape. En un separador 2 siguiente, el agua condensada es separada de la corriente de gas de escape y es eliminada.
La corriente de gas de escape deshidratada es suministrada a un compresor de tornillo 3 inyectado con aceite, que comprime la corriente de gas de escape a una presión de 2 a 25 bares que es necesaria para el condensador criogénico siguiente. El aceite de reciclaje es utilizado tanto para fines de refrigeración como de lubricación.
Aguas abajo del compresor 3, se separa aceite en un separador 4, y el aceite eliminado es reciclado a la entrada del compresor 3.
Posteriormente, la corriente de gas de escape es refrigerada en un segundo pre-refrigerador 5, en el que el gas de escape calentado por la compresión es refrigerado de nuevo y, además, la mezcla (agua) se condensa, conduciendo posiblemente a la formación de hidratos de hielo en el pre-refrigerador 5. El agua condensada es separada junto con los hidratos de hielo/ciclopentano en otro separador 6 y es eliminada continuamente.
El separador 6 es seguido por un dispositivo de adsorción 7 de tamiz molecular en tándem o redundante que contiene dos tamices moleculares zeolíticos conectados en paralelo. Un tamiz molecular está en la fase de adsorción, mientras que el otro está en la fase de desorción, como se explicará más adelante.
El tamiz molecular de adsorción seca la corriente de gas de escape completamente según sea necesario para el siguiente condensador criogénico 9 para evitar la congelación del agua.
El gas de escape seco que procede del dispositivo de adsorción de tamiz molecular 6 es alimentado a un recuperador 8, un intercambiador de calor a contra corriente que es refrigerado por el gas nitrógeno a baja temperatura que sale desde el condensador criogénico 9. El gas de escape refrigerado en el recuperador 8 es alimentado a un condensador de baja temperatura o criogénico 9 al que se suministra nitrógeno líquido, como agente refrigerante, a través de una válvula 10.
\newpage
Debido a la temperatura del nitrógeno líquido, el gas de escape es refrigerado en el condensador criogénico 9 hasta una temperatura, en la que el disolvente presente en el gas de escape, a saber, los hidrocarburos fluorados y/o ciclopentano, son condensados completamente o casi completamente sin congelación debido a la presión del proceso asistida por el diseño especial de este condensador de baja temperatura, como se describe en el documento EP-B1-417 592.
Tal condensador de baja temperatura 9 comprende en la parte inferior del lado de la carcasa de un intercambiador de calor de carcasa horizontal y tubo un refrigerante intermedio líquido. Este condensador de baja temperatura 9 contiene un primer intercambiador de calor, en el que dicho refrigerante intermedio evaporado se condensará contra líquido o nitrógeno líquido de evaporación. Un segundo intercambiador de calor es refrigerado por dicho refrigerante intermedio para conseguir la entalpía necesaria para la condensación de disolventes.
El cambio de entalpía tiene lugar por transición de fase del refrigerante intermedio desde la condición de vapor a la condición de líquido a través del primer intercambiador de calor y desde la condición líquida a la condición de vapor a través del segundo intercambiador de calor.
El nitrógeno líquido es pasado a través de tubos a la parte superior de este intercambiador de calor horizontal o de dicha caldera de presión por encima de dicha parte inferior, mientras que el gas cargado con disolventes se pasa a dicho segundo intercambiador de calor a través de dicho refrigerante intermedio líquido.
El refrigerante intermedio circula en dicha caldera de presión por medio de la flotabilidad térmica del refrigerante intermedio vaporizado y por goteo hacia abajo del refrigerante intermedio condensado.
En un separador 11 siguiente, el disolvente condensado es separado de la corriente de gas de escape y llenado en contenedores adecuados utilizando la presión de condensación existente.
El nitrógeno líquido suministrado al condensador criogénico 9 se evapora y es alimentado como una corriente de gas al recuperador 8 para fines de refrigeración.
Adicionalmente, la corriente de gas de escape refrigerada que procede del condensador criogénico 9, del que se ha separado el disolvente, es alimentado al recuperador 8 así como para contribuir a la refrigeración de la corriente de gas de escape desde el dispositivo de adsorción de tamiz molecular 7.
La corriente de gas nitrógeno que procede del recuperador 9, que no está contaminada por el disolvente es liberada a través de una válvula 12 hacia la atmósfera o es utilizada para otros tratamientos, indicados por el término de "inertización" en la figura, a saber, el uso de este gas inerte limpio como gas protector en la trituradora del refrigerador para impedir explosiones como resultado de chispas inevitables.
La temperatura de condensación y la presión de condensación en el condensador criogénico 9 son seleccionadas de tal manera que se alcanza la carga remanente requerida del gas de escape. No obstante, en muchos casos, la temperatura de condensación no se puede ajustar a un valor suficientemente bajo, puesto que existe el peligro de congelación del disolvente y, por lo tanto, de congelación del intercambiador de calor en el condensador de baja temperatura 9. En tal caso, el sistema no se puede accionar de forma continua.
Por lo tanto, la temperatura de condensación en estos casos se ajusta a un valor por encima del punto de fusión del disolvente, de manera que el gas de escape que sale del condensador de baja temperatura 8 contiene todavía disolventes gaseosos que no se pueden eliminar en el separador 11.
Para cubrir estos casos, el gas de escape que procede del recuperador 8 es alimentado a un segundo dispositivo de adsorción de tamiz molecular zeolítico 13 que consta de dos tamices moleculares zeolíticos conectado en paralelo para asegurar un funcionamiento continuo.
En este segundo dispositivo de adsorción de tamiz molecular 13, se adsorben los disolventes remanentes, de manera que el gas que sale desde el dispositivo de adsorción de tamiz molecular 13 contiene solamente trazas de disolventes que cumplen las Regulaciones Federales. Por lo tanto, este gas de escape se puede liberar a la atmósfera o a otro procesamiento indicado de la misma manera por el término "inertización" en la figura, por ejemplo como un gas protector.
El segundo dispositivo de adsorción de tamiz molecular 13 está diseñado como un dispositivo de adsorción oscilante de presión asistido por temperatura que utiliza la presión necesaria para la condensación en el condensador criogénico 9 para adsorber el disolvente. Además, el gas de escape frío que procede del condensador criogénico 9 es pasado al dispositivo de adsorción 13, es decir, que la adsorción se produce simultáneamente a alta presión y baja temperatura, lo que conduce a resultados óptimos.
La desorción del tamiz molecular zeolítico en el dispositivo de adsorción 13 es causada por una caída de la presión y por la introducción de la corriente de gas inerte caliente. La caída de la presión puede ser causada desconectando el tamiz molecular de desorción a partir del sistema de alta presión, de manera que el tamiz molecular de desorción alcanza la presión atmosférica.
Como una corriente de gas inerte, se puede utilizar el gas de escape purificado que procede del recuperador 8 o con preferencia nitrógeno puro. El calentamiento del gas de desorción se realiza en una o varias etapas en función de los componentes disolventes del gas de escape a purificar.
Como nitrógeno puro se puede emplear la corriente de nitrógeno vaporizado que ha pasado el condensador 9 y el recuperador 8.
El gas de desorción cargado con disolvente que sale desde el dispositivo de adsorción 13 es alimentado por la línea 14 al lado de entrada del sistema mostrado en la figura, a saber, o bien a la entrada del pre-refrigerador 1 o directamente a la entrada del compresor 3, evitando de esta manera la etapa de condensación para este gas seco en el pre-refrigerador 1.
Como es evidente a partir de la figura, el gas desorbido que procede del tamiz molecular del primer dispositivo de adsorción 7, que no está en la fase de adsorción, es conducido probablemente de retorno a la entrada del sistema, o bien a la entrada del pre-refrigerador 1 o directamente a la entrada del compresor 3. Esto se indica por la línea discontinua que se une con la línea 14.
El primer dispositivo de adsorción 7 está configurado de la misma manera como un dispositivo de adsorción oscilante de presión asistido por temperatura, que adsorbe a la alta presión obtenida por el compresor 3 y desorbe a una presión más baja, por ejemplo a presión atmosférica. La desorción es asistida por calentamiento en dos etapas del gas de desorción, con preferencia nitrógeno puro derivado desde el nitrógeno que pasa el condensador 9 y el recuperador 8.
Aunque la temperatura del gas de escape en el pre-refrigerador 5 no es suficiente para adsorber los disolventes, en el dispositivo de adsorción 7 que se utiliza solamente para fines de deshidratación, existe el riesgo de co-adsorción de estos disolventes en el dispositivo de adsorción 7.
Por lo tanto, durante la fase de desorción, se caliente el tamiz de desorción del dispositivo de adsorción 7 hasta una primera temperatura más baja, que inicia la desorción de dichos disolventes co-adsorbidos, y posteriormente a una segunda temperatura más alta que provoca la desorción de agua.
La purificación fina del gas a alta presión en el condensador criogénico 9 permite una condensación esencialmente de todos los componentes disolventes incluyendo R12, de manera que el dispositivo de adsorción 12 siguiente solamente está cargado con la cantidad necesaria de disolvente.

Claims (14)

  1. \global\parskip0.900000\baselineskip
    1. Un método para purificar gas de escape, especialmente un gas de escape que contiene disolvente a partir del reciclaje del refrigerador, que comprende:
    a)
    condensación criogénica (9) del gas de escape presurizado seco contra un gas inerte licuado,
    b)
    separación (11) de los componentes condensados desde el gas de escape remanente,
    c)
    paso del gas de escape purificado presurizado frío a través de un dispositivo de adsorción (13) para adsorber los disolventes condensados remanentes,
    d)
    purificación del dispositivo de adsorción (13) con el gas inerte caliente que procede de la condensación criogénica (9), y
    e)
    reciclaje del gas desorbido desde dicho dispositivo de adsorción (13).
  2. 2. El método de la reivindicación 1, en el que el gas de escape es comprimido hasta una presión entre 2 y 25 bares.
  3. 3. Un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el gas desorbido desde el dispositivo de adsorción (13) es reciclado hasta el punto de entrada del gas de escape.
  4. 4. Un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el dispositivo de adsorción (13) es purgado con la corriente de gas inerte caliente a presión reducida.
  5. 5. Un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el dispositivo de adsorción (13) es accionado en condiciones criogénicas por debajo de -20ºC.
  6. 6. Un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la purga del dispositivo de adsorción (13) se realiza a presión atmosférica.
  7. 7. Un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la condensación criogénica (9) se realiza aproximadamente a la misma presión que la presión de adsorción en el dispositivo de adsorción (13).
  8. 8. Un método de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el gas de escape es sometido a una condensación de etapas múltiples antes de la condensación criogénica.
  9. 9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8, en el que los hidratos de hielo producidos son retirados continuamente como partículas.
  10. 10. Un sistema para purificar gas de escape, especialmente gas de escape que procede del reciclaje del refrigerador, que comprende:
    a)
    un compresor (3) para comprimir el gas de escape,
    b)
    un separador (4) para separar agua y/o disolvente desde el gas de escape comprimido,
    c)
    un condensador criogénico (9) para condensar el gas de escape comprimido seco contra un gas inerte licuado, especialmente nitrógeno licuado,
    d)
    un separador (11) para retirar los disolventes condensados desde el gas de escape remanente,
    e)
    un dispositivo de adsorción oscilante de presión (13) para adsorber el gas condensado remanente, y
    f)
    siendo desorbido dicho dispositivo de adsorción oscilante de presión (13) por el gas inerte caliente que procede del condensador criogénico (9).
  11. 11. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 11, en el que un segundo dispositivo de adsorción oscilante de presión (7) está dispuesto entre dicho compresor (3) y dicho condensador criogénico (9).
  12. 12. Un sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 y 11, en el que al menos uno de los dos dispositivos de adsorción (7, 13) comprende al menos dos tamices moleculares zeolíticos conectados en paralelo.
  13. 13. Un sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 10 a 12, en el que un recuperador (8) está dispuesto tanto entre el segundo dispositivo de adsorción (7) y el condensador criogénico (9) como también entre el condensador criogénico (9) y el primer dispositivo de adsorción (13).
  14. 14. Un sistema de acuerdo con la reivindicación 13, en el que el gas inerte caliente que procede del condensador criogénico (9) es utilizado para refrigerar el recuperador (8) y/o para desorber el segundo dispositivo de adsorción (7).
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