ES2369831A1 - Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado de una instalación solar térmica y método para dicha recuperación. - Google Patents
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Abstract
Planta para la recuperación de aceite caloportador degradado de una instalación solar térmica y método para dicha recuperación.Permite mejorar el rendimiento de recuperación de aceite caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica por medio de una separación sucesiva de componentes pesados (4) (orto, meta y para - terfenil) y de componentes ligeros (7) (fenol y benceno). La planta comprende un aerorrefrigerador (2) que enfría el aceite caloportador degradado (1) a aceite enfriado (12); una columna de destilación (3) que separa del aceite caloportador enfriado (12) los componentes pesados (4) y un vapor (15) de componentes ligeros (7) y aceite; y un rectificador (6) que separa del vapor (15) los componentes ligeros (7) y el aceite regenerado (17). El procedimiento comprende enfriamiento del aceite caloportador degenerado (1) en el aerorrefrigerador (2); la separación de los componentes pesados (4) en la columna de destilación (3); y la separación en el rectificador (6) de los componentes ligeros (7) y el aceite regenerado (17).
Description
Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado de una instalación solar térmica y método
para dicha recuperación.
La presente invención se puede aplicar en el
campo técnico del aprovechamiento de la energía solar en plantas de
colectores cilindro-parabólicos, en concreto, en la
regeneración del aceite caloportador empleado en dichas plantas.
El objeto de la invención trata de una planta de
regeneración de aceite caloportador degradado para instalaciones
solares térmicas, y de un método para llevar a cabo dicha
regeneración.
Las plantas solares de colectores
cilindro-parabólicos emplean habitualmente un fluido
caloportador que puede ser tanto aceite térmico, como agua en
colectores de generación directa de vapor. En lo que se refiere a
aquellos colectores que emplean el aceite como fluido caloportador,
un aceite térmico, calentado en los colectores y que tras pasar por
un intercambiador de calor permite la producción de vapor a presión
que es posteriormente expandido en una turbina de ciclo Rankine
convencional.
Existe una gran variedad de compuestos empleados
como aceite térmico para plantas solares, cada uno con
características particulares. En concreto, un aceite utilizado tiene
una composición de mezcla eutéctica de bifenilo y óxido de difenilo
(en el mercado se puede obtener con las denominaciones Dowtherm A -
mezcla eutéctica de bifeníl y óxido de difenilo - o Therminol VP1 -
Mezcla Eutéctica 26,5% Binefilo y 73,5% Óxido de Difenilo). Este
tipo de aceite posee unas características especialmente adecuadas
para la transmisión de calor en un rango de temperaturas de hasta
400ºC.
La estabilidad térmica de un fluido viene
determinada por su composición. Cuando la temperatura del aceite
alcanza los valores de trabajo de la planta solar térmica
(temperaturas de hasta 400ºC), los enlaces moleculares de la
estructura del fluido se rompen para formar dos grandes tipos de
productos de degradación: compuestos ligeros y compuestos
pesados.
En el caso particular del aceite concreto
referido, sufre una lenta descomposición a componentes ligeros
("low boilers"), fundamentalmente benceno y fenol, y
componentes pesados ("high boilers"), fundamentalmente
o-terfenil, m-terfenil,
p-terfenil y 2-fenoxibifenil. La
concentración de estos productos de la degeneración del aceite no
debe sobrepasar unos determinados límites, debido a que los
componentes ligeros, de alta presión de vapor, incrementan la
presión del sistema y pueden causar cavitación en las bombas,
mientras que los componentes pesados limitan la eficiencia de la
transferencia térmica, puesto que, entre otras cosas, reducen el
calor específico del aceite caloportador, y aumentan su
viscosidad.
Para evitar la acumulación, dichos componentes
pesados y componentes ligeros deber ser retirados periódicamente de
la instalación puesto que modifican las propiedades del aceite
caloportador.
Se ha comprobado experimentalmente que una
simple destilación "flash" (destilación en una sola etapa)
seguida por la condensación parcial de la corriente de vapor
generada en el destilador no es capaz de regenerar eficazmente el
aceite. La separación de cantidades significativas de componentes
pesados está necesariamente ligada a unas pérdidas de aceite
considerables. Así por ejemplo, la eliminación del 70% de los
componentes pesados conlleva unas pérdidas de aceite de
aproximadamente el 30%.
El problema técnico que se plantea consiste en
describir una planta de regeneración del aceite térmico capaz de
minimizar la degradación de aceite y las pérdidas de aceite, y de
mejorar el rendimiento de regeneración, puesto que el precio de
dicho aceite es considerablemente elevado.
La presente invención resuelve el problema
planteado mediante una planta de regeneración del aceite
caloportador que circula por los colectores de una planta solar
térmica, según un primer objeto de la invención, y de un método para
llevara cabo dicha regeneración, según un segundo objeto de la
invención.
La planta de regeneración comprende:
- -
- una columna de destilación (stripper) para separar los componentes pesados;
- -
- un hervidor;
- -
- un rectificador para separar los componentes ligeros;
- -
- un aerocondensador;
- -
- un tanque de reflujo;
- -
- primera bomba y segunda bomba.
\vskip1.000000\baselineskip
La planta de la invención puede comprender
adicionalmente un aerorrefrigerador. En tal caso, dicho
aerorrefrigerador es el primer elemento de la planta. Al
aerorrefrigerador llega el aceite degradado, a alta temperatura,
procedente de la instalación solar. De manera preferente, la
temperatura de entrada al aerorrefrigerador se encuentra comprendida
entre 295 y 310ºC. La temperatura de salida del aerorrefrigerador
está preferentemente comprendida entre 95 y 110ºC. A la salida del
aerorrefrigerador se obtiene aceite enfriado.
Dicha temperatura de entre 95 y 110ºC,
preferentemente 100ºC, es suficientemente baja como para que se
produzcan menos arrastres de componentes pesados con los vapores
salientes por la cabeza de la columna de destilación, con respecto
al caso de no emplear un enfriamiento previo, con lo cual el
rendimiento de regeneración mejora sensiblemente. Realizar un
enfriamiento del aceite degradado antes de introducirlo en la
columna de destilación mejora el rendimiento de dicha columna de
destilación.
En ausencia de aerorrefrigerador, el aceite
degradado es introducido directamente en la columna de destilación.
En caso de disponer de un aerorrefrigerador, a la salida de dicho
aerorrefrigerador, el aceite enfriado es introducido en la columna
de destilación. La columna de destilación comprende una columna de
primeros platos perforados de acero al carbono y un hervidor. El
aceite entra en la columna de destilación por la parte superior, y
en dicha columna de destilación dicho aceite es calentado por medio
del hervidor.
Los componentes pesados nocivos (o, m y
p-terfeniles) son separados en colas por gravedad,
junto con una pequeña cantidad de aceite, mientras que prácticamente
la totalidad del aceite y los componentes ligeros pasan por los
sucesivos primeros platos hasta alcanzar la parte superior de la
columna de destilación, denominada cabeza donde abandonan la columna
de destilación en forma de vapor.
De manera preferente, el hervidor es un
intercambiador de tipo termosifón que funciona mediante circulación
natural del propio aceite caliente procedente de la instalación
solar.
El vapor sustancialmente libre de componentes
pesados que abandona la columna de destilación por la cabeza accede
al rectificador. El rectificador es una columna de destilación
dotada de una pluralidad de segundos platos perforados de acero al
carbono. En la parte baja del rectificador se recupera el aceite
regenerado y en la parte superior se recogen los componentes
ligeros, que son posteriormente condensados en el aerocondensador y
dirigidos a un tanque de reflujo.
Adicionalmente, la invención incorpora una
primera bomba y una segunda bomba. La primera bomba impulsa el
aceite regenerado hacia su circuito de trabajo en los colectores
termosolares. La segunda bomba conduce los componentes ligeros desde
el tanque de reflujo hacia el rectificador. La circulación efectuada
por la segunda bomba es necesaria porque la presión en el tanque es
menor que en el rectificador.
Por medio de la invención, se consigue alcanzar
un aceite regenerado con una pureza del 99,4%, frente a la pureza
inicial del aceite a regenerar del 94,3%.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, de acuerdo con un ejemplo
preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como
parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde
con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
Figura 1.- Muestra un esquema de la planta según
la invención.
A continuación se describe una realización
preferente de la invención, con ayuda de la figura 1 única.
La planta para regeneración de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica según la
invención se emplea para regenerar el aceite empleado en dicha
instalación solar térmica, que es una mezcla eutéctica de difenilo
(26.5%) y de óxido de difenilo (73.5%). La tabla 1 muestra las
características de este aceite, en concreto del Dowtherm A.
La composición inicial en peso del aceite
caloportador degradado (1) se muestra a continuación. Las
condiciones iniciales de dicho aceite caloportador degradado (1) son
302ºC y 33 bar:
A continuación, la tabla 2 muestra la
composición de las corrientes de entrada y salida de la planta de la
invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Tal como se aprecia en la tabla 2, la
instalación de la invención es adecuada para tratar un caudal de
aceite caloportador degradado (1) de 6500 kg/h, lo que permite
procesar en un total de 200 horas la cantidad total de aceite
empleada en la instalación solar térmica, que es de 1300 toneladas.
Los caudales indicados pueden tener variaciones de hasta
+- 10% sin afectar notablemente al rendimiento de la planta de la invención.
+- 10% sin afectar notablemente al rendimiento de la planta de la invención.
\global\parskip0.930000\baselineskip
La planta comprende los siguientes
elementos:
- -
- un aerorrefrigerador (2);
- -
- una columna de destilación (3) para separar los componentes pesados (4);
- -
- un hervidor (5);
- -
- un rectificador (6) para separar los componentes ligeros (7);
- -
- un aerocondensador (8);
- -
- un tanque (9) de reflujo;
- -
- primera bomba (10) y segunda bomba (11).
\vskip1.000000\baselineskip
El aerorrefrigerador (2) recibe el aceite
caloportador degradado (1) de la instalación solar térmica y reduce
su temperatura desde una temperatura de entrada de 302ºC hasta una
temperatura de salida de 100ºC. El aerorrefrigerador (2) incorpora
medios de control de la temperatura de salida (no mostrados), que
comprenden un convertidor de frecuencia o bien diferentes
ventiladores controlados individualmente. El aerorrefrigerador (2)
incorpora adicionalmente medidores de temperatura en la entrada y en
la salida, así como un medidor de flujo.
El producto saliente del aerorrefrigerador es
aceite enfriado (12) que es introducido en la columna de destilación
(3), que comprende una columna de primeros platos perforados (13) de
acero al carbono y un hervidor (5). El aceite enfriado (12) entra en
la columna de destilación (3) por la parte superior, y en dicha
columna de destilación (3) dicho aceite es calentado por medio del
hervidor (5), que es un intercambiador de tipo termosifón para
evaporar los productos de la parte inferior de la columna de
destilación (3) por medio de una corriente del propio aceite
caliente de la instalación solar térmica.
El hervidor (5) incorpora medidores de
temperatura, de flujo y una válvula de control de flujo (no
representados).
Los componentes pesados (4) nocivos (o, m y
p-terfeniles) son separados en colas por gravedad,
junto con una pequeña cantidad de aceite, mientras que el resto del
aceite y los componentes ligeros atraviesan la columna de
destilación (3) hasta alcanzar la cabeza (14) donde abandonan dicha
columna de destilación (3) en forma de vapor (15).
La columna de destilación (3) incorpora un
transmisor de presión en la entrada, así como un transmisor de
presión y de temperatura a la salida. Adicionalmente incorpora una
pluralidad de transmisores de temperatura distribuidos en el
interior, uno cada tres primeros platos (13), y también un
transmisor de temperatura en la parte inferior, cuatro interruptores
de nivel y una válvula automática a la salida de componentes pesados
(4).
La columna de destilación (3) incorpora una
resistencia eléctrica (no mostrada) en la parte inferior con el fin
de mantener el aceite líquido (250ºC) en el caso de interrupción de
suministro eléctrico.
El vapor (15) sin componentes pesados (4)
abandona la columna de destilación (3) por la cabeza (14) y accede
al rectificador (6), que es una columna de destilación con una
pluralidad de segundos platos (16) perforados de acero al carbono.
En la parte baja del rectificador (6) se recupera aceite regenerado
(17) y en la parte superior se recogen los componentes ligeros (7),
que son condensados en el aerocondensador (8) y dirigidos a un
tanque (9) de reflujo.
El rectificador (6) incorpora transmisores de
presión y temperatura en la salida; transmisores de temperatura
distribuidos por el interior del rectificador (6), un transmisor de
temperatura adicional en la parte inferior e interruptores de nivel,
así como incorpora adicionalmente una resistencia eléctrica en la
parte inferior con el fin de mantener en estado líquido el fluido
(30ºC) en caso de interrupción de suministro eléctrico.
El aerocondensador (8) está dotado de medios de
control de la temperatura de salida, preferentemente un convertidor
de frecuencia o una pluralidad de ventiladores controlados
independientemente.
Los elementos accesorios, tales como valvulería,
equipos auxiliares e instrumentación se han descrito sin
profundidad, pudiendo tener alguna modificación en la construcción
final.
Adicionalmente, la invención incorpora una
primera bomba (10), que impulsa de vuelta el aceite regenerado (17)
hacia la instalación termosolar, y una segunda bomba (11), que
recircula los componentes ligeros (7) desde el tanque (9) de reflujo
hacia el rectificador (6).
Claims (25)
1. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica,
caracterizado porque comprende:
- una columna de destilación (3) para separar
del aceite degradado (1) los componentes pesados (4), donde la
columna de destilación (3) recibe el aceite degradado (1) por su
parte superior y desaloja por la cabeza (14) vapor (15) de
componentes ligeros (7); y
- un rectificador (6) que recibe el vapor (15) y
desaloja por la parte superior los componentes ligeros (7) y por la
parte inferior desaloja aceite regenerado (17).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la
columna de destilación (3) comprende una columna de primeros platos
perforados (13).
3. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la
columna de destilación (3) comprende un transmisor de presión en la
entrada, un transmisor de presión y de temperatura en la salida, una
pluralidad de transmisores de temperatura distribuidos en el
interior, unos interruptores de nivel, una válvula automática a la
salida de componentes pesados (4), y una resistencia eléctrica en la
parte inferior con el fin de mantener el aceite líquido.
4. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque los
transmisores de temperatura en el interior están distribuidos uno
cada tres primeros platos (13).
5. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la
columna de destilación comprende adicionalmente un hervidor (5) para
evaporar los productos de la parte inferior de la destilación que
emplea el aceite caloportador caliente de la instalación solar
térmica para calentar el aceite que circula por la columna de
destilación (3).
6. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el
hervidor (5) comprende adicionalmente medidores de temperatura, de
flujo y una válvula de control de flujo.
7. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el
rectificador (6) comprende una pluralidad de segundos platos (16)
perforados.
8. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el
rectificador (6) comprende transmisores de presión y temperatura en
la salida, transmisores de temperatura distribuidos por el interior,
un transmisor de temperatura en la parte inferior, interruptores de
nivel y una resistencia eléctrica en la parte inferior con el fin de
mantener en estado líquido el
fluido.
fluido.
9. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque
comprende un aerocondensador (8) para condensar los componentes
ligeros (17) recogidos en la parte superior del rectificador
(6).
10. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el
aerocondensador (8) comprende un convertidor de frecuencia para
controlar la temperatura de salida.
11. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el
aerocondensador (8) comprende una pluralidad de ventiladores
controlados de forma independiente para controlar la temperatura de
salida.
12. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque
comprende un tanque de reflujo (9) al que se dirigen los componentes
ligeros (17) condesados en el aerocondensador (8).
13. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque
comprende adicionalmente una primera bomba (10), para impulsar de
vuelta el aceite regenerado (17) hacia la instalación
termosolar.
\newpage
14. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque
comprende una segunda bomba (11), para recircular los componentes
ligeros (7) desde el tanque (9) de reflujo hacia el rectificador
(6).
15. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque
comprende un aerorrefrigerador (2) para enfriar el aceite
caloportador degradado (1) desde una temperatura de entrada a aceite
enfriado (12) a una temperatura de salida.
16. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 15 caracterizado porque la
temperatura de entrada en el aerorrefrigerador (2) se encuentra
entre 295 y 310ºC.
17. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 15 caracterizado porque la
temperatura de salida del aerorrefrigerador (2) se encuentra entre
95 y 110ºC.
18. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el
aerorrefrigerador (2) comprende un convertidor de frecuencia para
controlar la temperatura de salida.
19. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el
aerorrefrigerador comprende una pluralidad de ventiladores
controlados de forma independiente para controlar la temperatura de
salida.
20. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 15, caracterizado porque el
aerorrefrigerador (2) comprende medidores de temperatura en la
entrada y en la salida y un medidor de flujo.
21. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el
aceite caloportador degradado (1) es esencialmente mezcla eutéctica
de bifenilo y óxido de difenilo.
22. Planta para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica de
acuerdo con la reivindicación 21, caracterizado porque el
aceite caloportador degradado (1) es una mezcla eutéctica de 26,5%
Binefilo y 73,5% Óxido de Difenilo.
23. Procedimiento para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica
empleando la planta descrita en una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende
las siguientes etapas:
- separación del aceite degradado (1) en
componentes pesados (4) y vapor (15) de componentes ligeros (7) más
aceite, empleando la columna de destilación (3); y
- separación del vapor (15) en aceite regenerado
(17) más componentes ligeros (7), empleando el rectificador (6).
\vskip1.000000\baselineskip
24. Procedimiento para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica, de
acuerdo con la reivindicación 23, caracterizado porque
comprende un paso adicional de enfriamiento del aceite degradado (1)
en el aerorrefrigerador (12), previamente a la separación en la
columna de destilación (3).
25. Procedimiento para la recuperación de aceite
caloportador degradado (1) de una instalación solar térmica, de
acuerdo con la reivindicación 24, caracterizado porque
- el aerorrefrigerador (2) recibe el aceite
caloportador degradado (1) de la instalación solar térmica y reduce
su temperatura desde una temperatura de entrada hasta una
temperatura de salida;
- el aceite enfriado (12) por el
aerorrefrigerador es introducido en la columna de destilación (3)
por la parte superior y es calentado por medio del hervidor (5) para
evaporar los productos de la parte inferior de la columna de
destilación (3) por medio de una corriente del propio aceite
caliente de la instalación solar térmica;
- los componentes pesados (4) nocivos son
separados en colas por gravedad, junto con una pequeña cantidad de
aceite, mientras que el resto del aceite y los componentes ligeros
atraviesan la columna de destilación (3) hasta alcanzar la cabeza
(14) donde abandonan dicha columna de destilación (3) en forma de
vapor (15);
- el vapor (15) sin componentes pesados (4)
accede al rectificador (6), donde en la parte baja del rectificador
(6) se recupera aceite regenerado (17) y en la parte superior se
recogen los componentes ligeros (7), que son condensados en el
aerocondensador (8) y dirigidos a un tanque (9) de reflujo;
- el aceite regenerado (17) está impulsado de
vuelta hacia la instalación termosolar por una primera bomba
(10);
- los componentes ligeros (7) son recirculados
desde el tanque (9) de reflujo hacia el rectificador (6) por una
segunda bomba.
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