ES2524052T3 - Method and device for separating a substance from a process gas - Google Patents
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Abstract
Método para separar una sustancia de un gas de proceso, que comprende las etapas de: a) suministrar el gas de proceso, b) hacer que el gas de proceso entre en contacto con un material de sorción, en donde la sustancia se traslada desde el gas de proceso al material de sorción, c) descargar el gas de proceso del cual se ha separado la sustancia, y d) regenerar el material de sorción cediendo la sustancia sorbida en el mismo o sobre el mismo a un gas auxiliar, en donde: - como material de sorción se usa un material que presenta un estado de sorción en el cual tiene una capacidad de admisión relativamente grande para la sustancia, así como un estado de desorción en el cual la capacidad de admisión es menor, - el material de sorción se transfiere desde el estado de sorción al estado de desorción a una temperatura inferior al punto de ebullición de la sustancia sorbida con la finalidad de regenerarlo, y - el material de sorción comprende un polímero con temperatura crítica inferior de solución (polímero de LCST), y se transfiere del estado de sorción al de desorción calentando el polímero por encima de su temperatura crítica de solución, caracterizado por que el polímero de LCST se selecciona del grupo que comprende polioxazolina y poli(metacrilato de dimetilamino etilo) (pDMAEMa).Method for separating a substance from a process gas, comprising the steps of: a) supplying the process gas, b) bringing the process gas into contact with a sorption material, where the substance moves from the process gas to the sorption material, c) discharge the process gas from which the substance has been separated, and d) regenerate the sorption material by yielding the substance sorbed in or on it to an auxiliary gas, wherein: - as the sorption material, a material is used which exhibits a sorption state in which it has a relatively large admissibility for the substance, as well as a desorption state in which the admissibility is smaller, - the sorption material is transfers from the sorption state to the desorption state at a temperature below the boiling point of the sorbed substance in order to regenerate it, and - the sorption material comprises a polymer with a lower critical solution temperature ion (LCST polymer), and is transferred from the sorption state to the desorption state by heating the polymer above its critical solution temperature, characterized in that the LCST polymer is selected from the group consisting of polyoxazoline and poly(dimethylamino ethyl methacrylate ) (pDMAEMa).
Description
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DESCRIPCIÓN DESCRIPTION
Método y dispositivo para separar una sustancia de un gas de proceso Method and device for separating a substance from a process gas
La presente invención se refiere a un método para separar una sustancia de un gas de proceso según se describe en el preámbulo de la reivindicación 1, y a un dispositivo para llevar a cabo este método según se describe en el preámbulo de la reivindicación 5. Los métodos de separación y los dispositivos de separación del tipo mencionado son conocidos de forma general. The present invention relates to a method for separating a substance from a process gas as described in the preamble of claim 1, and to a device for carrying out this method as described in the preamble of claim 5. The methods separation and separation devices of the aforementioned type are generally known.
Para secar o limpiar medios, particularmente gases, se usan secadores o limpiadores por sorción por medio de la (ab o ad)sorción, respectivamente, de la humedad presente en los mismos o los contaminantes presentes en ellos. Absorción se corresponde con el caso en el que el material que extrae la humedad del medio experimenta así un cambio físico o químico, por ejemplo se disuelve en la humedad. Adsorción se corresponde con el caso en el que la humedad extraída únicamente se mantiene sobre o en la superficie del material. A estos dos fenómenos se les hace referencia en la presente, a continuación, respectivamente con los términos “sorción” y “sorber”. Aplicaciones de este principio son, por ejemplo, el secado de aire ambiente mediante la sorción de agua presente en el mismo, tal como, por ejemplo, tiene lugar en sistemas de climatización para edificios. Otro ejemplo es la limpieza de un gas, tal como metano, transportado a través de un sistema de conductos, mediante la sorción de hidruros de metano presentes en él. Evidentemente, también es posible prever otras combinaciones de gases y sustancias a separar de los primeros. To dry or clean media, particularly gases, dryers or cleaners are used by sorption by means of (ab or ad) sorption, respectively, of the moisture present in them or the contaminants present in them. Absorption corresponds to the case in which the material that extracts moisture from the environment thus undergoes a physical or chemical change, for example it dissolves in moisture. Adsorption corresponds to the case in which the extracted moisture is only maintained on or on the surface of the material. These two phenomena are referred to herein, then, respectively, with the terms "sorption" and "sipping." Applications of this principle are, for example, the drying of ambient air by the sorption of water present therein, as, for example, takes place in air conditioning systems for buildings. Another example is the cleaning of a gas, such as methane, transported through a duct system, by the sorption of methane hydrides present in it. Obviously, it is also possible to provide other combinations of gases and substances to be separated from the former.
El secado o limpieza de flujos de gas según la manera mencionada es de hecho un proceso de dos fases. En una primera etapa del proceso, las sustancias no deseadas, por ejemplo la humedad o los contaminantes, se sorben del flujo de gas a secar o limpiar guiando dicho gas, al que se hace referencia posteriormente como “gas de proceso”, a lo largo de un material que tiene respectivamente una afinidad mayor para estas sustancias o una presión de vapor menor que el propio gas. En una segunda etapa del proceso, las sustancias sorbidas son cedidas a continuación, una vez más, a otro medio, por ejemplo un flujo de gas para la descarga, al que se hace referencia posteriormente como “gas auxiliar”. Para liberar las sustancias del material sorbente, la temperatura se debe incrementar en general de manera considerable con el fin de aumentar su presión de vapor por encima de la correspondiente del flujo de gas auxiliar de descarga. The drying or cleaning of gas flows according to the aforementioned manner is in fact a two phase process. In a first stage of the process, unwanted substances, for example moisture or pollutants, are sipped from the flow of gas to be dried or cleaned by guiding said gas, which is subsequently referred to as "process gas", throughout of a material that respectively has a higher affinity for these substances or a vapor pressure less than the gas itself. In a second stage of the process, the sorbed substances are then transferred, once again, to another medium, for example a gas flow for discharge, which is subsequently referred to as "auxiliary gas". In order to release the substances from the sorbent material, the temperature must be increased in general in a considerable way in order to increase its vapor pressure above that corresponding to the flow of auxiliary discharge gas.
En el ejemplo del secado de aire en climatización, la humedad por lo tanto se extrae de aire que es introducido desde el exterior y esta humedad a su vez es cedida a aire que se extrae del edificio y se expulsa al exterior nuevamente. Con el fin de extraer agua del aire exterior, el aire se guía a lo largo de superficies que están cubiertas con una capa de material con una gran capacidad de adsorción de agua, tal como gel de sílice. Para ceder a continuación el agua nuevamente, se calienta aire, por ejemplo el aire de descarga (parte del mismo), hasta por encima del punto de ebullición del agua y este se guía a lo largo del material adsorbente, tras lo cual el vapor de agua puede escapar del mismo y es arrastrado en el flujo de aire saliente. De esta manera se regenera el material adsorbente y este último puede extraer grandes cantidades de agua del aire una vez más. In the example of air drying in air conditioning, the humidity is therefore extracted from air that is introduced from the outside and this humidity in turn is transferred to air that is extracted from the building and is expelled outside again. In order to extract water from the outside air, the air is guided along surfaces that are covered with a layer of material with a large water adsorption capacity, such as silica gel. In order to transfer the water again, air is heated, for example the discharge air (part of it), up to the boiling point of the water and this is guided along the adsorbent material, after which the steam of Water can escape from it and is dragged into the outgoing air flow. In this way the adsorbent material is regenerated and the latter can extract large amounts of water from the air once more.
En la práctica, en este caso se hace uso habitualmente de una rueda giratoria con una serie de superficies que se extienden en la dirección radial y que están cubiertas con el material adsorbente. Esta rueda se coloca entre un canal de suministro y un canal de descarga con su eje de rotación paralelo a la dirección del flujo del aire de los canales, de tal manera que las superficies cubiertas se mueven a través del canal de suministro durante una parte de una rotación y a través del canal de descarga durante la parte restante de la rotación. Durante su paso a través del canal de suministro las superficies cubiertas extraen agua del aire introducido, y, durante su paso a través del canal de descarga, esta agua se vuelve a ceder. Con el fin de liberar la mayor cantidad de agua posible con respecto al material adsorbente en el breve periodo de tiempo en el que las superficies se mueven a través del canal de descarga, la rueda se debe calentar bastante por encima del punto de ebullición del agua, por ejemplo hasta 180ºC. Esto requiere una gran cantidad de energía; no solamente para calentar el agua hasta el punto de ebullición y por encima de este último, sino principalmente para evaporar el agua, puesto que el calor de evaporación del agua es mucho mayor que su calor específico. In practice, in this case use is usually made of a rotating wheel with a series of surfaces that extend in the radial direction and that are covered with the adsorbent material. This wheel is placed between a supply channel and a discharge channel with its axis of rotation parallel to the direction of the air flow of the channels, such that the covered surfaces move through the supply channel during a part of a rotation and through the discharge channel during the remaining part of the rotation. During its passage through the supply channel, the covered surfaces extract water from the introduced air, and, during its passage through the discharge channel, this water is relinquished. In order to release as much water as possible with respect to the adsorbent material in the short period of time in which the surfaces move through the discharge channel, the wheel must be heated well above the boiling point of the water. , for example up to 180 ° C. This requires a lot of energy; not only to heat the water to the boiling point and above the latter, but mainly to evaporate the water, since the heat of evaporation of the water is much greater than its specific heat.
Se alcanza un ahorro de energía considerable al usar como material de sorción un material que presenta un estado de sorción en el cual el mismo tiene una capacidad de admisión relativamente elevada para la sustancia, así como un estado de desorción en el cual la capacidad de admisión es menor, y al transferir el material de sorción desde el estado de sorción al estado de desorción a una temperatura inferior al punto de ebullición de la sustancia sorbida con la finalidad de regenerarlo. Por un lado, este ahorro consiste en una reducción de la cantidad de energía necesaria para calentar el gas auxiliar, puesto que la regeneración tiene lugar a una temperatura inferior a la usada hasta el momento. Adicionalmente, se prescinde del calor de evaporación puesto que ya no es necesario evaporar la sustancia sorbida sino que la misma se libera desde el material de sorción simplemente cambiando su estado. Finalmente, el material de sorción permanece más frío, con lo cual el gas de proceso se calienta menos. Esto resulta particularmente importante cuando el método se aplica para secar aire ambiente en un sistema de climatización. Considerable energy savings are achieved by using as a sorption material a material that has a state of sorption in which it has a relatively high admission capacity for the substance, as well as a state of desorption in which the admission capacity it is smaller, and by transferring the sorption material from the sorption state to the desorption state at a temperature lower than the boiling point of the sorbed substance in order to regenerate it. On the one hand, this saving consists in a reduction of the amount of energy required to heat the auxiliary gas, since the regeneration takes place at a temperature lower than that used so far. Additionally, the heat of evaporation is dispensed with since it is no longer necessary to evaporate the sorbed substance but it is released from the sorption material simply by changing its state. Finally, the sorption material remains colder, which causes the process gas to heat less. This is particularly important when the method is applied to dry ambient air in an air conditioning system.
El material de sorción comprende un polímero con temperatura crítica inferior de solución (polímero de LCST), y este se transfiere desde el estado de sorción al de desorción al calentarlo por encima de su temperatura crítica de solución. Dicho polímero de LCST (Temperatura Crítica Inferior de Solución) es un polímero que se puede disolver The sorption material comprises a polymer with a lower critical solution temperature (LCST polymer), and this is transferred from the state of sorption to desorption when heated above its critical solution temperature. Said LCST (Lower Critical Solution Temperature) polymer is a polymer that can be dissolved.
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en las sustancias a separar hasta una temperatura predeterminada, la temperatura crítica de solución – el punto de transición entre el estado de sorción y de desorción – pero no por encima de esta temperatura crítica de solución, de manera que de hecho las sustancias absorbidas se repelen. La estabilidad del polímero en estado disuelto se garantiza en este caso mediante reticuladores seleccionados adecuados. El punto de transición se sitúa claramente por debajo del punto de ebullición de las sustancias a separar. Debido a que el punto de transición de un polímero de LCST es tan bajo, por ejemplo del orden de entre 60 y 70ºC, el polímero requiere un calentamiento bastante menor que el necesario en el caso de materiales sorbentes comunes, tales como gel de sílice. in the substances to be separated to a predetermined temperature, the critical solution temperature - the transition point between the state of sorption and desorption - but not above this critical solution temperature, so that in fact the absorbed substances repel . The stability of the polymer in the dissolved state is guaranteed in this case by suitable selected crosslinkers. The transition point is clearly below the boiling point of the substances to be separated. Because the transition point of an LCST polymer is so low, for example on the order of between 60 and 70 ° C, the polymer requires heating considerably less than is necessary in the case of common sorbent materials, such as silica gel.
El documento US-A-5 534 186 da a conocer un aparato de extracción de vapor que incluye un sorbente de gel con capacidad de absorber vapor directamente en el estado líquido y con capacidad de expulsar el líquido absorbido en una transición de fase. El aparato incluye un receptáculo adaptado para moverse desde una primera posición, en la que está expuesto a una corriente de gas que contiene vapor y una primera condición del entorno, y con capacidad de moverse a una segunda posición, en la que está expuesto a una segunda condición del entorno. Un sorbente de gel está dispuesto sobre por lo menos una superficie del receptáculo. El gel sorbe vapor de la corriente de gas como líquido cuando el sorbente está en su primera posición. El sorbente expulsa el líquido durante el desplome en la transición de fase cuando se encuentra en la segunda posición. Un método de extracción de vapor de una corriente de gas de proceso incluye hacer entrar en contacto un sorbente de gel de transición de fase con vapor en condiciones suficientes para que el sorbente de gel experimente una transición de fase y absorba vapor como líquido al interior del sorbente de gel. A continuación, el sorbente de gel se expone a condiciones suficientes para que el mismo experimente una transición de fase y expulse el líquido del interior del sorbente de gel. El líquido expulsado se elimina del sorbente de gel. US-A-5 534 186 discloses a steam extraction apparatus that includes a gel sorbent capable of absorbing steam directly in the liquid state and capable of expelling the absorbed liquid in a phase transition. The apparatus includes a receptacle adapted to move from a first position, in which it is exposed to a gas stream containing steam and a first environmental condition, and capable of moving to a second position, in which it is exposed to a Second condition of the environment. A gel sorbent is disposed on at least one surface of the receptacle. The gel sips steam from the gas stream as a liquid when the sorbent is in its first position. The sorbent expels the liquid during the collapse in the phase transition when it is in the second position. A method of extracting steam from a process gas stream includes bringing a phase transition gel sorbent into contact with steam under conditions sufficient for the gel sorbent to undergo a phase transition and absorb vapor as a liquid into the interior of the gel sorbent Next, the gel sorbent is exposed to sufficient conditions for it to undergo a phase transition and expel the liquid from inside the gel sorbent. The expelled liquid is removed from the gel sorbent.
La invención tiene en este momento como objetivo proporcionar un método y un dispositivo para separar una sustancia de un gas de proceso, que requiere menos energía que el método y el dispositivo de separación conocidos, antes descritos, y/o que hace uso de un material de sorción alternativo. De acuerdo con la invención, esto se logra con un método tal como se describe en la reivindicación 1 y con un dispositivo tal como se describe en la reivindicación 5, en donde el polímero de LCST se puede seleccionar ventajosamente del grupo que comprende polioxazolina y poli(metacrilato de dimetilamino etilo) (pDMAEMa). The present invention aims at providing a method and a device for separating a substance from a process gas, which requires less energy than the known method and separation device, described above, and / or which makes use of a material of alternative sorption. In accordance with the invention, this is achieved with a method as described in claim 1 and with a device as described in claim 5, wherein the LCST polymer can be advantageously selected from the group comprising polyoxazoline and poly (ethyl dimethylamino methacrylate) (pDMAEMa).
El material de sorción se dispone preferentemente en un transportador, y se hace que el gas de proceso entre en contacto con el mismo, provocando que el primero fluya a lo largo o a través del transportador. En este caso, el material de sorción se puede regenerar consiguiendo que el gas auxiliar fluya a lo largo o a través del transportador. En la presente, el transportador puede formar una pared de un canal a través del cual fluye el gas de proceso o el gas auxiliar, sobre la cual se dispone entonces el material de sorción en forma de un recubrimiento. También es posible prever que el transportador forme una rejilla a través de la cual puede fluir el gas de proceso o gas auxiliar. The sorption material is preferably arranged in a conveyor, and the process gas is brought into contact therewith, causing the former to flow along or through the conveyor. In this case, the sorption material can be regenerated by getting the auxiliary gas to flow along or through the conveyor. Here, the conveyor can form a wall of a channel through which the process gas or auxiliary gas flows, on which the sorption material is then arranged in the form of a coating. It is also possible to provide for the conveyor to form a grid through which the process gas or auxiliary gas can flow.
En las reivindicaciones dependientes 6 a 10 se describen realizaciones preferidas del dispositivo de separación según la invención. Preferred embodiments of the separation device according to the invention are described in dependent claims 6 to 10.
Finalmente, la invención se refiere además a un transportador con material de sorción según la reivindicación 11, el cual evidentemente está destinado para su aplicación en un dispositivo de separación del tipo mencionado. Finally, the invention further relates to a conveyor with sorption material according to claim 11, which is obviously intended for application in a separation device of the aforementioned type.
La invención se dilucida a continuación basándose en una realización, en donde se hace referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales: The invention is then elucidated based on an embodiment, where reference is made to the accompanying drawings, in which:
la Fig. 1 muestra esquemáticamente una realización del dispositivo de separación usado como secador de aire, y Fig. 1 schematically shows an embodiment of the separation device used as an air dryer, and
la Fig. 2A-B muestra la estructura de dos polímeros de LCST adecuados para su aplicación como material de sorción en el dispositivo de separación de la fig. 1. Fig. 2A-B shows the structure of two LCST polymers suitable for application as a sorption material in the separation device of fig. one.
Un dispositivo 1 para separar una sustancia S de un gas de proceso P, en este caso para separar humedad de aire, comprende medios (no mostrados en este caso) para suministrar gas de proceso P, por ejemplo en forma de un ventilador y un canal con los cuales se introduce aire exterior para refrigerar y/o ventilar un edificio. El dispositivo 1 de separación comprende además medios 2 para hacer que el gas de proceso P entre en contacto con un material de sorción M con el fin de conseguir que la sustancia S se traslade desde el gas de proceso P al material de sorción A device 1 for separating a substance S from a process gas P, in this case for separating moisture from air, comprises means (not shown in this case) for supplying process gas P, for example in the form of a fan and a channel with which outside air is introduced to cool and / or ventilate a building. The separation device 1 further comprises means 2 for bringing the process gas P into contact with a sorption material M in order to get substance S to be transferred from the process gas P to the sorption material.
M. Adicionalmente, el dispositivo 1 comprende medios (no mostrados en este caso) para descargar el gas de proceso P’ del cual se separa la sustancia S, por ejemplo en forma de un canal de descarga que conduce a un sistema de climatización. Finalmente, se dispone también de medios 3 para regenerar material de sorción M cediendo la sustancia S que está sorbida en el mismo o sobre el mismo a un gas auxiliar A. Este gas auxiliar A puede estar formado por el aire usado que se extrae del edificio, aunque también puede ser aire exterior introducido especialmente para esta finalidad. M. Additionally, the device 1 comprises means (not shown in this case) for discharging the process gas P ’from which the substance S is separated, for example in the form of a discharge channel leading to an air conditioning system. Finally, there are also means 3 for regenerating sorption material M by giving the substance S that is absorbed therein or on it to an auxiliary gas A. This auxiliary gas A can be formed by the used air that is extracted from the building , although it can also be outside air introduced especially for this purpose.
En la realización mostrada del dispositivo 1 de separación, el material de sorción M está dispuesto en una serie de transportadores 4, y unos medios 2 de contacto están adaptados para conseguir que el gas de proceso P fluya a lo largo de transportadores 4. Unos medios 3 de regeneración están adaptados también para conseguir que el gas auxiliar A fluya a lo largo de transportadores 4. Los transportadores 4 son en este caso móviles y pueden estar conectados alternativamente a medios 2 de contacto y medios 3 de regeneración. Esto es debido a que cada transportador 4 forma parte de un canal 5 que está definido por radios 6 y la periferia 7 de una rueda 8 que gira a lo In the shown embodiment of the separation device 1, the sorption material M is arranged in a series of conveyors 4, and contact means 2 are adapted to make the process gas P flow along conveyors 4. Means 3 of regeneration are also adapted to make the auxiliary gas A flow along conveyors 4. The conveyors 4 are in this case mobile and can alternatively be connected to contact means 2 and regeneration means 3. This is because each conveyor 4 is part of a channel 5 that is defined by spokes 6 and the periphery 7 of a wheel 8 that rotates
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largo de medios 2 de contacto y medios 3 de regeneración. En este caso, los radios 6 y la periferia 7 de la rueda 8 funcionan por tanto como transportadores 4 que están cubiertos con una capa de material de sorción M. length of contact means 2 and regeneration means 3. In this case, the spokes 6 and the periphery 7 of the wheel 8 thus function as conveyors 4 that are covered with a layer of sorption material M.
La rueda 8 gira de manera relativamente lenta bajo la influencia de un motor 9 y una correa 10 de transmisión, por ejemplo a una velocidad de 12 revoluciones por hora, de manera que cada canal 5 es prácticamente fijo con respecto al flujo de gas de proceso P y gas auxiliar A. A continuación, los gases P, A se pueden guiar a través de la rueda 8 a una velocidad relativamente baja de manera que su tiempo de permanencia es suficiente para permitir una transferencia prácticamente completa de sustancia S del gas de proceso P al material de sorción M, y del material de sorción M al gas auxiliar A. The wheel 8 rotates relatively slowly under the influence of an engine 9 and a transmission belt 10, for example at a speed of 12 revolutions per hour, so that each channel 5 is practically fixed with respect to the process gas flow P and auxiliary gas A. Next, the gases P, A can be guided through the wheel 8 at a relatively low speed so that their residence time is sufficient to allow a practically complete transfer of substance S from the process gas P to the sorption material M, and the sorption material M to the auxiliary gas A.
Aunque no se muestra en la presente de forma detallada, resultará evidente que la rueda 8 está montada giratoriamente en un receptáculo cerrado. Un tabique 11 mostrado esquemáticamente está dispuesto en el receptáculo para evitar el mezclado no deseado del gas de proceso P y el gas auxiliar A. La forma y ubicación del tabique 11 determina durante qué parte de la rotación de la rueda 8 se sorbe en la misma sustancia S en o sobre el material M, y durante qué parte de la rotación el material M se regenera una vez más cediendo la sustancia S. En la realización mostrada, aproximadamente tres cuartos de la rotación están dedicados a la sorción y un cuarto a la regeneración. Although not shown herein in detail, it will be apparent that the wheel 8 is rotatably mounted in a closed receptacle. A partition 11 shown schematically is arranged in the receptacle to prevent unwanted mixing of the process gas P and the auxiliary gas A. The shape and location of the partition 11 determines during which part of the rotation of the wheel 8 it is sucked therein. substance S in or on the material M, and during which part of the rotation the material M is regenerated once again yielding the substance S. In the embodiment shown, approximately three quarters of the rotation are dedicated to the sorption and a quarter to the regeneration.
Una característica importante del dispositivo 1 de separación según la invención es que, como material de sorción M, se selecciona un material que presenta un estado de sorción en el cual el mismo tiene una capacidad de admisión relativamente grande para la sustancia S, así como un estado de desorción en el cual la capacidad de admisión es menor. Por ello es posible hacer que la regeneración, que se lleva a cabo cuando el material de sorción M está en el estado de desorción, tenga lugar a una temperatura que es inferior al punto de ebullición de la sustancia sorbida S. An important feature of the separation device 1 according to the invention is that, as a sorption material M, a material is selected which has a sorption state in which it has a relatively large intake capacity for substance S, as well as a state of desorption in which the admission capacity is lower. It is therefore possible that the regeneration, which is carried out when the sorption material M is in the desorption state, takes place at a temperature that is lower than the boiling point of the sorbed substance S.
En la realización mostrada, el material de sorción M comprende un polímero con temperatura crítica inferior de solución (polímero de LCST), y unos medios 3 de regeneración están adaptados para calentar el material de sorción M por encima de su temperatura crítica de solución. Con este fin, los medios 3 de regeneración comprenden en este caso un quemador 12 de gas por el cual se calienta gas auxiliar A a un valor que se sitúa relativamente bastante por encima de la temperatura crítica de solución del polímero aunque todavía inferior al punto de ebullición de la sustancia sorbida S. El valor de la temperatura crítica de solución depende evidentemente del polímero de LCST seleccionado, aunque, en cualquier caso, es considerablemente menor de 100ºC. Puesto que la temperatura es tan baja, el material de sorción permanecerá relativamente frío durante la regeneración, de manera que el gas de proceso P también se calentará solamente a un nivel reducido cuando fluya a través de la rueda 8. La cantidad de energía requerida para enfriar el gas de proceso P en la unidad subsiguiente de climatización es por tanto también menor que la que correspondería en un dispositivo convencional basado en gel de sílice. In the embodiment shown, the sorption material M comprises a polymer with lower critical solution temperature (LCST polymer), and regeneration means 3 are adapted to heat the sorption material M above its critical solution temperature. To this end, the regeneration means 3 comprise in this case a gas burner 12 by which auxiliary gas A is heated to a value that is located relatively well above the critical solution temperature of the polymer but still below the point of boiling of the sorbed substance S. The value of the critical solution temperature obviously depends on the selected LCST polymer, although, in any case, it is considerably less than 100 ° C. Since the temperature is so low, the sorption material will remain relatively cold during regeneration, so that the process gas P will also only be heated to a reduced level when it flows through the wheel 8. The amount of energy required for cooling the process gas P in the subsequent air conditioning unit is therefore also smaller than that which would correspond to a conventional device based on silica gel.
Se han hallado diferentes clases de polímeros de LCST adecuados para su aplicación en un dispositivo 1 de separación del tipo mencionado. Las propiedades de estos polímeros se pueden orientar de manera precisa al uso deseado mediante la adición de co-monómeros o mediante reticulación usando reticuladores seleccionados de manera adecuada (monómeros bi-funcionales). Different classes of LCST polymers suitable for application in a separation device 1 of the aforementioned type have been found. The properties of these polymers can be precisely oriented to the desired use by the addition of co-monomers or by crosslinking using suitably selected crosslinkers (bi-functional monomers).
Una primera de estas clases es la de las polioxazolinas. Dichas polioxazolinas se pueden obtener por medio de una polimerización catiónica por apertura de anillo, de monómeros de oxazolina bajo la influencia de un iniciador. Es por ejemplo posible usar 2-etil-2-oxazolina como monómero y tosilato de metilo como iniciador. La reticulación puede tener lugar después de la polimerización de las oxazolinas, por ejemplo haciendo uso de un mecanismo de polimerización por radicales. Un reticulador adecuado es 2-isopropenil-2-oxazolina. La estructura de este polímero se muestra en la Fig. 2A. El valor de la LCST depende del resto R. Cuando R representa etilo, el valor de LCST es aproximadamente 68ºC, mientras que es aproximadamente 40ºC cuando el resto R es isopropilo. A first of these classes is that of polyoxazolines. Said polyoxazolines can be obtained by means of a cationic polymerization by ring opening of oxazoline monomers under the influence of an initiator. It is for example possible to use 2-ethyl-2-oxazoline as a monomer and methyl tosylate as an initiator. Crosslinking can take place after the polymerization of the oxazolines, for example using a radical polymerization mechanism. A suitable crosslinker is 2-isopropenyl-2-oxazoline. The structure of this polymer is shown in Fig. 2A. The value of the LCST depends on the remainder R. When R represents ethyl, the value of LCST is approximately 68 ° C, while it is approximately 40 ° C when the remainder R is isopropyl.
Las polioxazolinas son altamente higroscópicas y, cuando se exponen al aire, absorben agua del mismo, con lo cual resultan particularmente adecuadas para su aplicación en un secador de aire tal como se ha descrito anteriormente. La presencia de una cantidad suficiente de reticuladores evita que el polímero se convierta en líquido después de absorber agua. Por ello, el polímero permanece pegado al transportador 4, incluso cuando la sustancia S sea sorbida en el mismo. No obstante, el contenido de reticulador no debería ser demasiado alto, puesto que así se reduce la capacidad de admisión del polímero. Polyoxazolines are highly hygroscopic and, when exposed to air, absorb water therefrom, thereby being particularly suitable for application in an air dryer as described above. The presence of a sufficient amount of crosslinkers prevents the polymer from becoming a liquid after absorbing water. Therefore, the polymer remains attached to the conveyor 4, even when the substance S is absorbed therein. However, the crosslinker content should not be too high, since this reduces the polymer's adhesion capacity.
Un segundo tipo de polímero que parece resultar altamente adecuado para su aplicación en un dispositivo de separación del tipo que se describe en la presente es el poli(metacrilato de dimetilamino etilo), designación abreviada pDMAEMa. Este polímero se obtiene mediante polimerización por radicales de monómeros de acrilato. La reticulación tiene lugar en este caso al mismo tiempo que la polimerización, en donde se puede usar un reticulador basado en etilenglicol para optimizar la procesabilidad del polímero obtenido. En la Fig. 2B se muestra la estructura del pDMAEMa, que tiene una LCST de aproximadamente 28ºC. A second type of polymer that appears to be highly suitable for application in a separation device of the type described herein is poly (ethyl dimethylamino methacrylate), abbreviated designation pDMAEMa. This polymer is obtained by radical polymerization of acrylate monomers. Crosslinking takes place in this case at the same time as polymerization, where an ethylene glycol based crosslinker can be used to optimize the processability of the polymer obtained. The structure of pDMAEMa, which has an LCST of approximately 28 ° C, is shown in Fig. 2B.
De este modo, la invención hace que resulte posible – con una elección adecuada del material de sorción – la separación de todos los tipos de sustancias no deseadas, tales como humedad o contaminantes, con respecto a gases, y su cesión nuevamente al entorno usando solo una cantidad relativamente pequeña de energía. In this way, the invention makes it possible - with a suitable choice of the sorption material - the separation of all types of unwanted substances, such as moisture or pollutants, with respect to gases, and their transfer back to the environment using only A relatively small amount of energy.
E06783901 E06783901
17-11-2014 11-17-2014
Aunque la invención se ha descrito anteriormente sobre la base de una serie de realizaciones, resultará evidente que la misma no se limita a ellas y se puede variar de muchas maneras dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones. Although the invention has been described above on the basis of a series of embodiments, it will be apparent that it is not limited thereto and can be varied in many ways within the scope of the following claims.
Claims (11)
- - -
- como material de sorción se usa un material que presenta un estado de sorción en el cual tiene una capacidad de admisión relativamente grande para la sustancia, así como un estado de desorción en el cual la capacidad de admisión es menor, as a sorption material, a material is used which has a state of sorption in which it has a relatively large admission capacity for the substance, as well as a state of desorption in which the admission capacity is lower,
- - -
- el material de sorción se transfiere desde el estado de sorción al estado de desorción a una temperatura inferior al punto de ebullición de la sustancia sorbida con la finalidad de regenerarlo, y the sorption material is transferred from the sorption state to the desorption state at a temperature below the boiling point of the sorbed substance in order to regenerate it, and
- - -
- el material de sorción comprende un polímero con temperatura crítica inferior de solución (polímero de LCST), y se transfiere del estado de sorción al de desorción calentando el polímero por encima de su temperatura crítica de solución, caracterizado por que el polímero de LCST se selecciona del grupo que comprende polioxazolina y poli(metacrilato de dimetilamino etilo) (pDMAEMa). The sorption material comprises a polymer with a lower critical solution temperature (LCST polymer), and is transferred from the sorption to desorption state by heating the polymer above its critical solution temperature, characterized in that the LCST polymer is selected. from the group comprising polyoxazoline and poly (dimethylamino ethyl methacrylate) (pDMAEMa).
- 2. 2.
- Método según la reivindicación 1, caracterizado por que el material de sorción se dispone en un transportador en forma de un recubrimiento, y se hace que el gas de proceso entre en contacto con el mismo provocando que fluya a lo largo o a través del transportador recubierto con el material de sorción. Method according to claim 1, characterized in that the sorption material is arranged in a conveyor in the form of a coating, and the process gas is brought into contact therewith causing it to flow along or through the conveyor coated with the sorption material.
- 3. 3.
- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material de sorción se regenera provocando que el gas auxiliar fluya a lo largo o a través del transportador recubierto con el material de sorción. Method according to any of the preceding claims, characterized in that the sorption material is regenerated causing the auxiliary gas to flow along or through the conveyor coated with the sorption material.
- 4. Four.
- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el polímero incluye reticuladores para garantizar su estabilidad en el estado de sorción. Method according to any of the preceding claims, characterized in that the polymer includes crosslinkers to guarantee its stability in the sorption state.
- 5. 5.
- Dispositivo para separar una sustancia de un gas de proceso, que comprende: Device for separating a substance from a process gas, comprising:
- - -
- medios para suministrar el gas de proceso, means for supplying the process gas,
- - -
- medios para hacer que el gas de proceso entre en contacto con un material de sorción con el fin de conseguir que la sustancia se traslade desde el gas de proceso al material de sorción, means for bringing the process gas into contact with a sorption material in order to get the substance to be transferred from the process gas to the sorption material,
- - -
- medios para descargar el gas de proceso del cual se ha separado la sustancia, y means for discharging the process gas from which the substance has been separated, and
- - -
- medios para regenerar el material de sorción cediendo la sustancia sorbida en el mismo o sobre el mismo a un gas auxiliar, means for regenerating the sorption material by giving the sorbed substance therein or on it to an auxiliary gas,
- --
- como material de sorción se selecciona un material que presenta un estado de sorción en el cual tiene una capacidad de admisión relativamente grande para la sustancia, así como un estado de desorción en el cual la capacidad de admisión es menor, as a sorption material, a material is selected which has a state of sorption in which it has a relatively large admission capacity for the substance, as well as a state of desorption in which the admission capacity is lower,
- --
- los medios de regeneración están adaptados para transferir el material de sorción desde el estado de sorción al estado de desorción a una temperatura inferior al punto de ebullición de la sustancia sorbida, y The regeneration means are adapted to transfer the sorption material from the sorption state to the desorption state at a temperature below the boiling point of the sorbed substance, and
- - -
- el material de sorción comprende un polímero con temperatura crítica inferior de solución (polímero de LCST), y los medios de regeneración están adaptados para calentar el material de sorción por encima de su temperatura crítica de solución, the sorption material comprises a polymer with a lower critical solution temperature (LCST polymer), and the regeneration means are adapted to heat the sorption material above its critical solution temperature,
- 8. 8.
- Dispositivo de separación según la reivindicación 7, caracterizado por que el transportador es móvil y puede 5 estar conectado alternativamente a los medios de contacto y a los medios de regeneración. Separation device according to claim 7, characterized in that the conveyor is mobile and may alternatively be connected to the contact means and the regeneration means.
- 10. 10.
- Dispositivo de separación según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado por que el polímero 10 incluye reticuladores para garantizar su estabilidad en el estado de sorción. Separation device according to any of claims 5 to 9, characterized in that the polymer 10 includes crosslinkers to guarantee its stability in the sorption state.
Applications Claiming Priority (7)
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| NL1029822 | 2005-08-26 | ||
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-
2006
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