ES2913448T3 - Dispositivo que permite limitar o suprimir la migración de partículas entre dos capas - Google Patents
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Abstract
Dispositivo susceptible de ser usado en procedimientos industriales destinado a ser intercalado entre una capa inferior y una capa superior de partículas dispuestas en una envoltura cilíndrica, de manera a limitar o suprimir la migración de las partículas entre las capas, comprendiendo dicho dispositivo: i) un disco de estanqueidad constituido de tela o de alambrado que presenta: - un diámetro sustancialmente igual al diámetro interno de la envoltura cilíndrica, y - mallas de diámetro equivalente inferior al diámetro equivalente de las partículas, y ii) una corona de tela que presenta: - mallas de diámetro equivalente inferior al diámetro equivalente de las partículas, - una longitud igual al perímetro interno de la base de la envoltura cilíndrica, - una parte superior que presenta un extremo superior destinado a estar fijado sobre toda su longitud a la pared interna de la envoltura cilíndrica, y - una parte inferior destinada a estar colocada sobre la capa inferior de partículas o sobre el disco de estanqueidad, estando superpuestos el disco de estanqueidad y la parte inferior de la corona de tela, y siendo el recubrimiento del disco y de la corona de tela inferior a 150 milímetros.
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo que permite limitar o suprimir la migración de partículas entre dos capas
La presente invención se refiere a un dispositivo destinado a ser intercalado entre una capa inferior y una capa superior de partículas dispuestas en una envuelta cilíndrica, de manera a limitar o suprimir la migración de partículas entre las capas.
Este dispositivo, situado en la interfaz de dos medios particulares, es poroso con respecto a fluidos eventualmente en circulación en la envuelta. Está concebido para quedarse en contacto al mismo tiempo con las capas inferiores y superiores, incluso en caso de compactación de estas últimas. Puede ser usado en un reactor, un absorbente o más generalmente en cualquier capacidad de almacenamiento en la que se quiere separar perfectamente diferentes capas de partículas y dejar al mismo tiempo la posibilidad a un fluido circular libremente. La sección de dicha envuelta puede ser cualquiera, pero será generalmente circular, presentándose entonces la envuelta en forma de un cilindro de eje vertical.
Es habitual den numerosos procedimientos industriales querer superponer diferentes capas de partículas y evitar cualquier mezclamiento entre estas capas. El procedimiento de producción de hidrógeno puro mediante un PSA (Pressure Swing Adsortion = adsorbente a variación de presión) es un ejemplo típico. Los adsorbentes usados en tal procedimiento se presentan generalmente en forma de cilindros a eje vertical. De abajo a arriba, se podrá así encontrar en la envuelta una entrada/salida para los fluidos en circulación (gas a tratar, residuales, etc.), un soporte de tipo enrejado por ejemplo, diferentes capas de partículas inertes que facilitan la buena repartición del gas a través de toda la sección del adsorbente (bolas de cerámicas o cualquier otro producto de formas diversas desarrollado para ese uso), después, dispuestas las unas sobre las otras, las diferentes capas de adsorbentes seleccionadas para optimizar la separación entre el hidrógeno y las impurezas. Si el gas a tratar proviene de una refinadura con vapor, podrá encontrarse entonces sucesivamente alúmina activada, carbón activo y varios tipos de zeolita (5A, 13X, LiLSX, etc.) para detener sucesivamente el agua, las impurezas secundarias, el CO2, el metano, el monóxido de carbono y el nitrógeno. Por encima de la última capa de adsorbente, podrá encontrarse de nuevo bolas inertes destinadas a reducir el volumen muerto del fondo superior del absorbente, a facilitar la buena distribución del gas, a evitar los movimientos de las partículas de adsorbente, etc. Las diferentes capas que se encontrarán tienen características más o menos diferentes. De esta manera, pueden diferenciarse
• por la forma: bolas, plaquetas, bastoncillos, pastillas, placas, gránulos, machacados, barrilete (pastillas perforadas), etc.
• por las dimensiones: desde algunos centímetros para los elementos de soporte hasta menos de un milímetro para algunas capas de zeolita por ejemplo, etc.
• por la densidad: desde menos de 500 gramos por litro para carbón activo hasta varios kilogramos en el caso de bolas de acero usadas como elementos inertes, etc.
• por el estado de la superficie, que va desde pared lisa (cerámica, algunos adsorbentes, etc.) hasta pared rugosa (carbón activo, etc.), incluso angulosa o que presenta asperezas.
Cabe señalar que se pueden separar dos capas sucesivas de productos idénticos. Algunos adsorbentes (carbón activo, zeolitas) pueden ser regeneradas, por ejemplo, en el proveedor, después de un primer uso durante el cual se contaminaron, generalmente por humedad. Después del tratamiento, recuperan entonces la casi totalidad de su capacidad inicial, pero se usarán generalmente por seguridad como capa de guardia debajo de un mismo adsorbente nuevo o no contaminado en lugar de ser mezclados a este último.
Se concibe que en el caso de PSA H2, escogido como ejemplo, cualquier mezcla de capas tendría efectos negativos sobre el procedimiento. Esto podría llevar a taponamientos parciales locales que llevan a defectos de repartición de los fluidos en circulación, a capas de grosor no uniforme, a la presencia de adsorbente en zonas en las que no debería haber (riesgo de intoxicación si se encuentra más cerca de lo previsto de la alimentación y se pone en presencia de impurezas incompatibles con su buen funcionamiento, riesgo de ineficacia si se encuentra, por el contrario, en una zona más próxima de lo previsto de la salida en presencia, en este caso, de impurezas para las cuales presenta poca afinidad).
Tanto como sea posible, el Experto en la Técnica usará una sucesión de materiales particulares que no pueden mezclarse por naturaleza. Las bolas que aseguran el soporte de los adsorbentes o de los catalizadores y la distribución de los fluidos son el mejor ejemplo. Los proveedores han desarrollado gamas de productos cuyo uso en capas sucesivas evita cualquier posibilidad de mezclamiento, incluyendo a la pared.
Conviene señalar ahora dos puntos importantes cuando se habla de capas de materiales particulares:
• la disposición entre las partículas de una misma capa depende de la manera por la cual se ha llevado a cabo el llenado. El porcentaje de vacío del lecho así formado es variable, y para un lecho de bolas de tamaño uniforme podrá estar prácticamente, por ejemplo, de 0,34 a 0,39, mientras que en teoría el intervalo potencial es aún más importante entre los apilamientos extremos geométricamente posibles. En el caso de poblaciones de bolas que presentan una cierta dispersión sobre el diámetro, este porcentaje de vacío puede ser más bajo. Asimismo, una dispersión sobre el factor de esfericidad puede llevar a lechos más o menos compactos. Esto se traduce directamente sobre la densidad del lecho, y se habla de llenado denso o de llenado flojo o suelto en el caso inverso. Estos efectos son bien conocidos y permiten, en particular, determinar, para una población dada, la sección libre a través de la cual unas partículas de tamaño menor pueden colarse, y por lo tanto bajar progresivamente en el lecho. Este enfoque es más delicado en el caso de partículas de formas variadas, y pueden ser necesarios ensayos para determinar el porcentaje de vacío y el límite de interpenetración.
• la pared provoca una discontinuidad en la disposición de las partículas de un lecho. La superficie de la pared es generalmente plana, por lo tanto, el porcentaje de vacío local es diferente de aquel dentro del lecho. Este porcentaje de vacío es muy generalmente más importante en este sitio y repercuta sobre una distancia de varias partículas. Como antes, estos efectos se han estudiado y son conocidos por el Experto en la Técnica.
Así, para soportar un lecho de adsorbente constituido de bolas casi esféricas (coeficiente de esfericidad mayor que 0,95), de 3,0 mm de diámetro medio con menos de 1% de bolas de diámetro menor que 2,7 mm, se podrá implementar por encima de la reja de soporte sucesivamente 10 cm de bolas de cerámicas de 20 mm de diámetro, después 10 cm de bolas de 10 mm, y finalmente 10 cm de bolas de 5 mm. Se asegura así una buena distribución de los fluidos en circulación y un soporte sin riesgo de interpenetración, incluso a la pared.
En las aplicaciones industriales, no se encuentra desafortunadamente sólo este caso muy favorable, y es frecuentemente necesario prever un sistema para impedir el mezclamiento de dos poblaciones de partículas depositadas la una sobre la otra. La necesidad de instalar tal sistema puede estar relacionada a las características físicas respectivas de las dos capas en contacto y/o al uso de los materiales.
Entre las características físicas, se encuentran las dimensiones y las densidades respectivas de las partículas de las dos capas. Puede ser necesario, por ejemplo, usar una primera capa de adsorbente de dimensión relativamente importante, para limitar las pérdidas de carga, seguida de una capa delgada de pequeña dimensión en la zona frontal para mejorar los rendimientos del procedimiento. Más allá de un factor 2 a 2,5 sobre las dimensiones, existe un riesgo para que las pequeñas bolas bajen en la capa inferior, en particular a proximidad de la pared. Otro caso que presenta riesgos de mezclamiento corresponde a aquel en el que la capa superior está constituida de partículas de densidad más elevada que aquellas de la capa inferior. Debido a su peso superior, las partículas de la parte superior pueden separar localmente las partículas del lecho inferior y bajar progresivamente en esta capa aprovechando la movilidad relativa de los materiales. Existen también eventos que pueden llevar a un mezclamiento de capas aparentemente estables. Puede tratarse de choques o de vibraciones ocasionados durante un transporte, o por la proximidad de máquinas. Los fluidos en circulación a través de los diferentes lechos pueden también provocar mezclamientos, ya sea por su velocidad elevada o por cambios de régimen. Puede tratarse de eventos que aparecen en funcionamiento normal (a cada apertura de válvulas por ejemplo) o de manera accidental (apertura intempestiva de una válvula, etc.)
Cabe señalar que es posible, en ciertos casos, añadir entre dos capas sucesivas determinadas como óptimas con respecto al procedimiento, una capa intermedia cuyo papel será impedir cualquier migración de partículas. Esta capa podrá ser inerte con respecto al procedimiento o solamente no óptima. Por ejemplo, en un apilamiento que comprendía una capa de alúmina activada de 2 mm de diámetro normalmente coronada por una capa de zeolita de 0,6 mm de diámetro, se intercala, para evitar los riesgos de migración, una capa de zeolita de 1,2 mm de diámetro de algunos centímetros para hacer tampón. Además del efecto ligeramente desfavorable relacionado a una cinética más lenta, esto complica el llenado añadiendo un nuevo material del cual se tiene que cuidar la colocación debido a la altura mínima que se desea instalar.
A partir de allí, un problema que se plantea es proporcionar un medio mejorado que permite limitar o suprimir la migración de partículas entre al menos dos capas de materiales particulares diferentes. El documento FR-A-2676373 describe una corona destinada a ser usada en un reactor con lecho catalítico.
Una solución de la presente invención es un dispositivo destinado a ser intercalado entre una capa inferior y una capa superior de partículas dispuestas en una envoltura cilíndrica, de manera a limitar o suprimir la migración de las partículas entre las capas, comprendiendo dicho dispositivo:
i) un disco de estanqueidad constituido de tela o de alambrado que presenta:
- un diámetro sustancialmente igual al diámetro interno de la envoltura cilíndrica, y
- mallas de diámetro equivalente inferior al diámetro equivalente de las partículas, y
ii) una corona de tela que presenta:
- mallas de diámetro equivalente inferior al diámetro equivalente de las partículas,
- una longitud igual al perímetro interno de la base de la envoltura cilíndrica,
- una parte superior que presenta un extremo superior destinado a estar fijado sobre toda su Longitud a la pared interna de la envoltura cilíndrica, y
- una parte inferior destinada a estar colocada sobre la capa inferior de partículas o sobre el disco de estanqueidad,
estando superpuestos el disco de estanqueidad y la parte inferior de la corona de tela, y siendo el recubrimiento del disco y de la corona de tela inferior a 150 milímetros, preferiblemente inferior a 100 milímetros.
El «diámetro equivalente» de una partícula es aquel de la esfera que tiene la misma superficie específica, siendo la superficie específica la superficie añadida al volumen de la partícula considerada.
Decir que la malla de la tela es inferior al diámetro equivalente de las partículas significa en realidad inferior al más pequeño de los diámetros equivalentes de las partículas de las capas inferiores y superior. En el caso de dispersión de tamaños de partículas, se puede incluso desear tener una malla no inferior al diámetro equivalente sino inferior a las partículas más pequeñas.
Se da aquí al término «tela» un sentido muy general, que define un material flexible constituido de hilos y que presenta pasos libres que permiten la circulación de un fluido, más particularmente de un gas. La tela estará preferiblemente formada a partir de un tejido. Se entiende aquí preferiblemente por «tejido» un elemento obtenido por entrelazamiento de hilos y que presenta aberturas regulares. La tela puede ser tejida y obtenida por entrelazamiento de hilos tendidos paralelos (hilos de cadena) y de hilos dispuestos perpendicularmente a estos (hilos de trama) por una herramienta adaptada (lanzadera, pinza, proyectil, etc.) Existe un gran número de posibilidad de tejido según los modos de entrecruzamiento de los hilos y las características de cadena y de trama (malla cuadrada uniforme, cuadrada cruzada, cruzada, ajustada, espigada, etc.)
Las telas cubren un campo bastante amplio con hilos cuyo diámetro puede estar del orden del milímetro hasta algunas decenas de micrómetros, estando la mayoría comprendido entre 0,5 mm y 40 micrómetros. La abertura (vacío) está generalmente comprendida entre varios milímetros y un centenar de micrómetros. El porcentaje de vacío está comprendido de 20 a 80%, más frecuentemente de 30 a 70%.
Una tela flexible puede tender en deformarse o en replegarse en sus extremos. Puede ser necesario añadir, una vez esté en su sitio, unos tensores para evitar estos inconvenientes. Podrá tratarse, por ejemplo, de varillas que la mantiene en posición plana. Estos dispositivos eventualmente presentes no modifican en nada el principio de la invención.
Puede ser adecuado usar, para el disco, un material más rígido, que se denominará aquí alambrado sin prejuicio de su modo de fabricación o de sus características mecánicas.
Generalmente, este disco estará entonces formado de varios sectores previamente recortados a fin de ser introducidos más fácilmente en la envoltura. Estos sectores, por ejemplo, dos semi secciones, podrán estar unidos entre sí (cosidos mediante, un hilo metálico por ejemplo) a fin de ofrecer el nivel de estanqueidad requerido una vez colocados en la envoltura.
Por «disco de diámetro sustancialmente igual al diámetro de la envoltura», significa que se debe tener en cuenta tolerancias de fabricación de la virola y del disco y de la colocación fácil de este último en la envoltura. Así, el diámetro del disco será, por ejemplo, de o - 10 mm con respecto al diámetro interno de la envoltura. En el caso de un disco relativamente rígido (de alambrado según nuestra denominación), se tratará de que su diámetro esté ligeramente inferior a aquel de la virola para facilitar una colocación correcta. Se tendrá entonces como objetivo más bien 0, -20 mm.
En el dispositivo según la invención, el material de la corona será una tela flexible, estando el material constitutivo seleccionado de entre los metales o los polímeros.
A título de ejemplo, la tela usada en el ámbito de la invención puede ser un tejido llevado a cabo con hilos de acero inoxidable entrecruzados de 0,2 mm de diámetro, con aberturas de 0,45 mm por 0,45 mm.
Por sus características, el dispositivo según la invención podrá ser considerado como un sistema flotante. En efecto, por «sistema flotante» se entiende un dispositivo que se queda al contacto de las capas inferior y superior incluso en caso de compactación de los lechos (por «lecho» se entiende «capa»), en particular del lecho inferior. Esta
compactación a lo largo del tiempo (transporte, funcionamiento, etc.) es más o menos importante según la calidad del llenado inicial de las partículas, pero sigue siendo generalmente débil. Podrá ser, por ejemplo, del orden de 1 a 5 centímetros máximo para un lecho de altura inicial de un metro. Además, esta compactación llega generalmente a toda la masa del material particular, lo que da como resultado que la interfaz superior de la capa sujeta a este fenómeno sigue siendo aproximadamente horizontal. El dispositivo escogido para realizar la separación, que acompaña la bajada de las partículas sobre las cuales descansa, sigue estando entonces en contacto con la capa inferior que sigue en su movimiento, y por supuesto con la capa superior que está todavía en apoyo sobre ella y facilita este contacto. Uno de los intereses del sistema flotante es que la capa de partículas superior ejerce una presión sobre la interfaz de la capa inferior limitando así las posibilidades de movimiento de las partículas. Se disminuyen así los riesgos de desgaste, y se puede usar generalmente velocidades más elevadas para los fluidos en circulación. Es frecuentemente el papel de la capa situada en la parte superior de la envoltura, para la cual se escoge entonces un material de densidad elevada (cerámica, metal, etc.).
Conviene señalar que, cuando se habla de compactación de la capa inferior, se entiende, en la práctica, la compactación de las eventuales diversas capas inferiores. En efecto, a partir del momento en el que las diferentes capas están en apoyo las unas sobre las otras, la compactación de la primera capa repercuta sobre todas las capas superiores.
Preferiblemente, la parte superior de la corona posee una elasticidad que le permite alargarse para compensar una compactación de la capa inferior de partículas que va hasta 25 mm. Esta elasticidad será intrínseca u obtenida por moldeo.
Según el caso, el dispositivo según la invención puede presentar una o varias de las características siguientes:
• el recubrimiento del disco y de la corona será como mínimo de 25 mm;
• la corona de tela comprende hilos metálicos o polímeros de diámetro inferior o igual a 200 micrómetros.
• el disco de estanqueidad comprende hilos metálicos o polímeros de diámetro superior o igual a 200 micrómetros.
El principio de la invención consiste en que la estanqueidad en la periferia esté realizada independientemente de la estanqueidad principal, realizada de manera clásica mediante un disco de estanqueidad constituido de tela o de alambrado. La estanqueidad en la periferia está por lo tanto realizada únicamente mediante el recubrimiento entre la corona de tela fijada a la pared de la virola y el disco de estanqueidad sin que haya ningún sistema para unir el uno al otro. Es únicamente el peso de la capa superior de partículas que asegura y mantiene el contacto entre las dos superficies. Si se coloca por encima, el disco de estanqueidad puede también favorecer este contacto mediante su propio peso.
El recubrimiento debe ser por supuesto suficiente para evitar la migración de partículas entre la corona y el disco de estanqueidad no solo durante el llenado sino también durante el funcionamiento de la unidad. Por lo tanto, es necesario toma en cuenta la compactación de la o de las capas inferiores.
Con respecto a la compactación, conviene recordar que los procedimientos de producción o de separación de gas a los que se destinan preferiblemente este sistema de separación necesitan tener densidades de llenado máximas para ser eficaces, y utilizan, para su carga en materiales particulares (catalizadores, adsorbentes, etc.) procedimientos y dispositivos adecuados que permiten un llenado en lluvia que permite obtener este resultado. La compactación residual que puede producirse es entonces baja, del orden por ejemplo de 0,5 a 2%. Así, una capa de 2 m de grosor se compactará solamente de 10 a 40 mm en general. Convendrá añadir esta longitud al recubrimiento mínimo que se desea. Cabe señalar que los movimientos del dispositivo según la invención serán generalmente muy lentos si la unidad se ha llenado correctamente y realizado según las reglas de la Técnica, sin embargo, conviene escoger para la corona de tela y el disco de estanqueidad unos materiales cuyo aspecto de superficie permite tal deslizamiento. Es generalmente el caso cuando se usan telas y alambrados estándares. Se comprende también que el material de la tela de estanqueidad debe ser suficientemente flexible para poder plegarse y seguir pegada a la pared de la virola durante la compactación.
Añadiendo a la compactación un recubrimiento mínimo residual de 25 mm o de 20 veces el diámetro de las más pequeñas partículas, se obtiene un primer enfoque del dimensionamiento de la anchura de la parte inferior de la corona de tela. Para un lecho de 2 metros de altura, constituido de bolas de absorbente de 2 mm de diámetro, se obtiene así una anchura útil mínima para la parte inferior de la corona de tela, que está destinada a estar colocada sobre la capa inferior de partículas o el disco de estanqueidad de 80 mm y más probablemente, debido a la cantidad habitual de los llenados, del orden de 50 a 60 mm. Se concibe que el recubrimiento necesario será especialmente más bajo porque la capa inferior estará bien compactada y de pequeño grosor. Se preverá entonces un recubrimiento de 25 a 40 mm, por ejemplo. Por debajo de 25 mm, la estanqueidad se vuelve incierta en la mayoría de los casos.
El dispositivo según la invención puede eventualmente presentar la característica siguiente:
La parte superior de la corona, es decir aquella fijada a la envoltura cilindrica, tiene la propiedad de poder alargarse para seguir al menos parcialmente el movimiento del disco de estanqueidad en caso de compactación de la o de las capas inferiores.
Esta elasticidad del material puede ser intrínseca (tela de polímero, por ejemplo) o creada por deformaciones locales aplicadas al menos localmente a dicha tela (tela metálica que presenta pequeños pliegues, por ejemplo). En los dos casos, esta elasticidad permitirá a la corona, bajo el efecto del peso de la capa superior de partículas, alargarse de algunos milímetros, incluso de algunos centímetros, para compensar al menos parcialmente la compactación. La parte inferior (horizontal) de la corona, puede entonces quedarse casi inmóvil con respecto al disco de estanqueidad, o, al menos, limitar su movimiento relativo con respecto al disco.
El material y el diámetro constitutivo de la corona de tela y del disco de estanqueidad, así como las dimensiones de las aberturas, determinan su aguante mecánico y su rigidez (o flexibilidad). Se usan preferiblemente hilos de acero inoxidable para esta aplicación. Unos hilos de diámetro igual o inferior a 200 micrómetros, preferiblemente del orden de 100 micrómetros garantizan una flexibilidad suficiente a la banda que sirve para la estanqueidad periférica. Unos hilos de diámetro superior o igual a 200 micrómetros, preferiblemente superior o igual a 250 micrómetros, procuran una cierta rigidez al disco de estanqueidad. Sin embargo, no tiene lugar el uso de hilos de diámetro superior a 1000 micrómetros. La elección del diámetro de los hilos constitutivos del disco de estanqueidad es generalmente el resultado de un compromiso entre flexibilidad y resistencia mecánica. En la práctica, se usarán unos hilos de diámetro más importante en el caso de grandes partículas, por ejemplo, de bolas de 10 mm de diámetro.
Es importante, como se mostrará ahora, minimizar la anchura de la parte inferior de la corona de estanqueidad.
Se toma como ejemplo para ello el caso de una virola de 2000 mm de diámetro interno. Como no se desea ningún corte en la tela que se colocará a la periferia, ésta estará constituida por una banda de 6280 mm de largo (a excepción del recubrimiento de la banda en los extremos).
Si se desea, por medida de seguridad, usar por ejemplo una corona que presenta una parte inferior de 500 mm de anchura, el diámetro interno (es decir el diámetro del círculo dejado libre en el centro de la corona) sería entonces de 1000 mm, y la circunferencia correspondiente sería solamente de 3140 mm. En la práctica, esto significa que la anda está localmente dos veces demasiado larga. Se colocará por lo tanto como puede en la capa inferior de bolas, haciendo pliegues de dimensiones y orientaciones aleatorias. Unos simples ensayos muestran que puede formarse entonces caminos que ofrecen pasos suficientes para las partículas. Si por el contrario se adopta un grosor de 60 mm para la parte inferior de la corona, la circunferencia interna será entonces igual a aproximadamente 5900 mm. Se pasa así de un excedente de longitud de más de 3 m a menos de 0,4 m, o más precisamente en porcentaje de la longitud de la banda de 50% a 6%. No existe entonces más el riesgo de grandes pliegues que se solapan y forman tantos caminos potenciales para las partículas.
Se observará que el sistema según la invención está particularmente bien adaptado a las envolturas de diámetro ancho. La colocación de la corona de estanqueidad se encuentra entonces facilitada. Esto puede permitir también usar anchuras de recubrimiento más importantes, sin la creación de pliegues susceptibles de crear corredores de recorrido para las partículas.
Cabe señalar también que es posible, en ciertos casos, mediante un moldeo previo, limitar, incluso suprimir, el excedente de longitud mencionado anteriormente. Algunas telas metálicas, por ejemplo, formadas inicialmente por entrelazamientos en cuadrado, puede ser estiradas localmente para formar rumbos. La parte así estirada ve su geometría modificada, pudiendo la anchura ser aumentada y la longitud simultáneamente reducida. Tal procedimiento se usa para dar formas variadas a telas metálicas. Aplicado aquí, permitiría dar a la tela las dimensiones geométricas de una corona perfecta.
La presente invención tiene también por objeto una unidad que comprende:
• una envoltura cilíndrica,
• una capa inferior y una capa superior de partículas superpuestas en dicha envoltura,
• un dispositivo tal como se define en la invención intercalado entre la capa inferior y la capa superior de partículas.
Según el caso, la unidad según la invención puede presentar una o varias de las características siguientes:
• dicho dispositivo recubre la totalidad de la sección de la envoltura cilíndrica.
• la envoltura cilíndrica comprende una entrada, una salida, medios de tuberías de entrada de fluidos conectados a la entrada; y medios de tuberías de salida de fluidos conectados a la salida.
• las partículas se seleccionan de entre las partículas adsorbentes, las partículas catalíticas y las partículas inertes que sirven de soporte, de distribución de los fluidos o de llenado de los volúmenes muertos.
• dicha unidad es un reactor catalítico o un adsorbedor.
Preferiblemente, la parte superior de la corona de tela estará pegada contra la pared interna de la envoltura cilíndrica. La presente invención tiene también por objeto un procedimiento de fabricación de un dispositivo según la invención, que comprende las etapas siguientes:
a) preparar una banda de tela que presenta mallas de diámetro equivalente inferior al diámetro equivalente de las partículas, y una longitud igual al perímetro interno de la base de la envoltura cilíndrica,
b) formar una corona de tela mediante la banda de tela uniendo las dos anchuras de la banda de tela, c) definir la parte superior y la parte inferior de la corona de tela,
d) preparar un disco de estanqueidad constituido de tela o de alambrado que presenta un diámetro sustancialmente igual al diámetro interno de la envoltura cilíndrica, y mallas de diámetro equivalente inferior al diámetro equivalente de las partículas,
e) superponer la parte inferior de la tela y del disco de estanqueidad,
estando las etapas a) y c) tales que, después de la etapa e), se observa un recubrimiento del disco y de la corona de tela inferior a 150 milímetros, preferiblemente inferior a 100 milímetros.
La banda de tela escogida en la etapa a) será preferible y esencialmente rectangular. Por esencialmente, se significa aquí aproximadamente, a saber, por ejemplo, en lo que se refiere a la forma de la banda de tela, que ésta no tiene que ser absolutamente rectangular en el sentido geométrico estricto, sino que puede presentar pequeñas separaciones de algunos porcentajes sobre esta geometría ideal, ya sea en las dimensiones o en los ángulos. En cuanto a la longitud, según el modo de fijación de la tela a la virola, puede ser oportuno dejar un recubrimiento de algunos centímetros en los extremos.
Finalmente, la presente invención tiene también por objeto un procedimiento de fabricación de una unidad según la invención, que comprende las etapas siguientes:
a) fabricar el dispositivo tal como se define en la invención, compuesto de una corona de tela y de un disco de estanquidad,
b) fijar el extremo superior de la parte superior de la corona de tela obtenida en la etapa a) sobre toda su longitud a la pared interna de la envoltura cilíndrica,
c) subir la parte inferior de la corona de tela obtenida en la etapa a), y mantener dicha parte inferior pegada sobre la pared interna de la envoltura cilíndrica,
d) introducir partículas en la envoltura cilíndrica de manera a formar una capa inferior de partículas por debajo de la corona de tela obtenida en la etapa a),
e) suprimir el pegado de la parte inferior de la corona de tela obtenida en la etapa
a) sobre la parte interna de la envoltura cilíndrica, de manera que la parte inferior se coloca sobre la capa inferior de las partículas,
f) posicionar el disco de estanqueidad obtenido en la etapa a) sobre la parte inferior de la corona de tela, y g) introducir partículas en la envoltura cilíndrica de manera a formar una capa superior de partículas por encima del disco de estanqueidad.
Según una segunda alternativa, el procedimiento de fabricación de la unidad según la invención comprende las etapas siguientes:
a) fabricar el dispositivo tal como se define en la invención, compuesto de una corona de tela y de un disco de estanquidad,
b) fijar el extremo superior de la parte superior de la corona de tela obtenida en la etapa a) sobre toda su longitud a la pared interna de la envoltura cilíndrica,
c) subir la parte inferior de la corona de tela obtenida en la etapa a), y mantener dicha parte inferior pegada sobre la pared interna de la envoltura cilíndrica,
d) introducir partículas en la envoltura cilíndrica de manera a formar una capa inferior de partículas por debajo de la corona de tela obtenida en la etapa a),
e) posicionar el disco de estanqueidad obtenido en la etapa a) sobre la capa inferior de partículas,
f) suprimir el pegado de la parte inferior de la corona de tela obtenida en la etapa a) sobre la pared interna de la envoltura cilíndrica de manera que la parte inferior se deposite sobre el disco de estanqueidad, y
g) introducir partículas en la envoltura cilíndrica, de manera a formar una capa superior de partículas por encima de la parte inferior de la corona de tela colocada sobre el disco de estanqueidad.
Según el caso, el procedimiento de fabricación de la unidad según una u otra de estas alternativas, puede presentar una o varias de las características siguientes:
• en la etapa c), la sujeción de dicha parte inferior pegada sobre la pared interna de la envoltura cilíndrica se lleva a cabo mediante fijaciones temporales seleccionadas preferiblemente entre los imanes y los adhesivos.
• en la etapa b), la fijación del extremo superior de la parte superior de la corona de tela obtenida en la etapa a) sobre toda su longitud a la parte interna de la envoltura cilíndrica se lleva a cabo con la ayuda de chapas de sujeción ajustadas;
• las chapas de sujeción ajustadas son soldadas, atornillas vía tacos fijados a la virola y/o pegados a la envoltura cilíndrica. Si es necesario, se puede llevar a cabo una estanqueidad complementaria mediante una junta.
Cabe señalar que las «chapas de sujeción» pueden también denominarse «hierros planos». Se organizarán preferiblemente en sectores.
El dispositivo según la invención es preferiblemente de acero inoxidable, pero puede ser de otros materiales metálicos (acero carbono, aluminio, etc.) y/o polímeros, la fijación definitiva de la parte superior de la corona de tela a la envoltura cilíndrica se efectuará preferiblemente por soldadura, atornillado y/o pegamiento, y las fijaciones temporales de la parte inferior de la corona de tela a la envoltura cilíndrica se llevaran a cabo preferiblemente usando imanes, cintas o dispositivos adhesivos.
Preferiblemente, se usarán chapas de sujeción previamente fijadas a ambos lados del borde de la corona de tela para soldarla a la envoltura cilíndrica a la que se habrá soldado también previamente un refuerzo a la altura adecuada.
Esta necesitad de intervenir al interior de la envoltura cilíndrica para efectuar fijaciones va también en el sentido de reservar este dispositivo preferiblemente a las envolturas de diámetro suficientemente importante. Un valor mínimo de 750 mm parece una elección acertada.
Subiendo la parte inferior de la corona de tela y pegándola a la pared mediante un dispositivo temporal, la sección de la envoltura cilíndrica está esencialmente libre y permitirá efectuar un llenado muy eficaz, no encontrando las partículas, que caen en lluvia gracias a un procedimiento de llenado adecuado, no encuentran ningún obstáculo en su caída..
La figura 1 ilustra el primer procedimiento de fabricación de la unidad según la invención.
El esquema 1.a corresponde a la fijación de la parte superior de la corona de tela en la envoltura cilíndrica. El esquema 1.b ilustra la posición de la parte inferior de la corona de tela durante el llenado, y el esquema 1.c ilustra la posición de la tela después del llenado. Se trata de vistas en corte de la envoltura cilíndrica limitada al sitio de la fijación de la corona de tela. El punto de referencia 1 corresponde a la envoltura cilíndrica, el punto de referencia 2 corresponde al refuerzo soldado a la envoltura cilíndrica a lo largo de una circunferencia. La parte superior de la corona de tela 3 está fijada a este refuerzo vía sus chapas de sujeción 4 y 5 ajustadas a las dimensiones de la envoltura. En la práctica, estarán cortados en sectores para facilitar las manipulaciones. El esquema 1.b muestra la misma corona de tela cuya parte inferior está levantada y pegada a la pared por un sistema de imán 6. En esta posición, se puede entonces proceder al llenado de la envoltura por las partículas 7 hasta el nivel deseado. El esquema 1.c corresponde al llenado de la envoltura por la capa superior de partículas (9). Cabe señalar que mientras, el disco de estanqueidad se ha superpuesto a la parte inferior de la corona de tela 3. El recubrimiento entre la parte inferior de la corona de tela 3 y el disco de estanqueidad 8, cuyo diámetro es aquel de la envoltura cilíndrica, se representa por «a». En el caso de un absorbedor usado sobre una unidad de producción de oxígeno a partir de aire atmosférica, se espera, para tal sistema
dispuesto entre 2 capas sucesivas de adsorbente, una compactación del orden de 10 mm, y el recubrimiento será tal que será del orden de 40 a 50 mm. Esto es suficiente para evitar cualquier interpenetración de las partículas a la pared.
La invención se refiere más particularmente a los procedimientos de producción o de depuración de gases que usan envolturas cilíndricas, siendo estas envolturas esencialmente reactores catalíticos o adsorbedores.
Por adsorbedores, se entienden dispositivos que realizan procedimientos de adsorción. Se distinguen los adsorbedores TSA de los adsorbedores PSA.
Los ciclos de adsorción difieren en primer lugar por la manera cuyo adsorbente está regenerado. Si la regeneración se lleva a cabo esencialmente por subida de la temperatura, se trata de un procedimiento TSA (Température Swing Adsorption = adsorción con variación de temperatura). Si por el contrario, la regeneración se lleva a cabo por disminución de la presión, se trata de un procedimiento PSA (Pressure Swing Adsorption = adsorción a presión modulada); de manera general, se designa mediante los términos PSA cualquier procedimiento de depuración o de separación de gases que usan una variación cíclica de la presión que observa el adsorbente entre una presión alta, denominada presión de adsorción, y una presión baja, denominada presión de regeneración. Así, esta denominación genérica de PSA se usa indiferentemente para designar los procedimientos cíclicos siguientes, a los que es también habitual dar nombres más específicos en función de los niveles de presión usados o del tiempo necesario a un adsorbente para volver a su punto inicial (tiempo de ciclo): - los procedimientos VSA, en los que la adsorción se lleva a cabo sustancialmente a la presión atmosférica, preferiblemente entre 0,95 y 1,25 bares abs, y la presión de desorción es menor que la presión atmosférica, típicamente de 50 a 400 mbares abs; - los procedimientos MPSA o VPSA en los que la adsorción se lleva a cabo a una presión alta, superior a la presión atmosférica, típicamente entre 1,35 y 6 bares abs, y la desorción a una presión baja menor que la presión atmosférica, generalmente comprendida entre 200 y 650 mbares abs; - los procedimientos PSA propiamente dichos, en los que la presión alta es sustancialmente mayor que la presión atmosférica, típicamente entre 3 y 50 bares abs, y la presión baja es sustancialmente igual o mayor que la presión atmosférica, generalmente entre 1 y 9 bares abs; - los procedimientos RPSA (Rapid PSA) para los cuales la duración del ciclo de presión es típicamente menor que el minuto; - los procedimientos URPSA (UltraRapid PSA) para los cuales la duración del ciclo de presión es del orden de algunos segundos máximo. Conviene señalar que estas diversas denominaciones no están estandarizadas, y que, en particular, los límites indicados están sujetos a variación según los autores. La gran mayoría de los procedimientos por adsorción usan varios lechos de partículas, ya sean partículas inertes (soporte, etc.) o adsorbedores, y se necesita generalmente separar mediante un sistema adecuado al menos dos capas sucesivas.
Más particularmente, se aplicará la invención al procedimiento de producción de oxígeno a partir de aire atmosférico por adsorción a modulación de presión que comprende una pluralidad N de adsorbedores (N> o = 1) cilíndricos a eje vertical que usan en cada uno de sus adsorbedores al menos un dispositivo según la invención, encontrándose este dispositivo entre un lecho de soporte inerte y la primera capa adsorbente destinada esencialmente a detener la humedad atmosférica (gel de sílice, alúmina activada, zeolita de tipo X, etc.) y/o entre dos capas sucesivas de adsorbentes (por ejemplo alúmina activada y LiLSX, etc.) y/o entre la capa superior de adsorbente y un material de llenado del fondo superior (por ejemplo entre LILSX y bolas de cerámicas).
La humedad y el CO2 contenidos en el aire atmosférico son venenos para las zeolitas usadas en esta aplicación, aún más que esta zeolita es eficaz para la separación O2/N2. Conviene implementar las cargas adsorbentes rápidamente a fin de minimizar su contacto con la atmósfera. El dispositivo según la invención responde perfectamente a esta obligación.
De manera general, en este tipo de unidad, los adsorbedores son de diámetro relativamente importante, frecuentemente superiores a 1500 mm, de altura relativamente baja, frecuentemente inferior a 1500 mm, y están llenos de diferentes capas de adsorbentes con un dispositivo que permite un llenado denso, tantos criterios que empujar al uso de un sistema según la invención.
Se limita el alcance de la invención a las envolturas cilíndricas que constituyen la mayoría de las envolturas usadas, en particular en los procedimientos químicos o petroquímicos. Si es necesario, se podría adaptar esta invención a otras geometrías, conservando el hecho de que la estanqueidad en la periferia esté realizada independientemente de la estanqueidad principal -que se refiere a lo esencial de la envoltura- y que no haya sistema para unir una a la otra.
Claims (15)
1. Dispositivo susceptible de ser usado en procedimientos industriales
destinado a ser intercalado entre una capa inferior y una capa superior de partículas dispuestas en una envoltura cilíndrica, de manera a limitar o suprimir la migración de las partículas entre las capas, comprendiendo dicho dispositivo: i) un disco de estanqueidad constituido de tela o de alambrado que presenta:
- un diámetro sustancialmente igual al diámetro interno de la envoltura cilíndrica, y
- mallas de diámetro equivalente inferior al diámetro equivalente de las partículas, y
ii) una corona de tela que presenta:
- mallas de diámetro equivalente inferior al diámetro equivalente de las partículas,
- una longitud igual al perímetro interno de la base de la envoltura cilíndrica,
- una parte superior que presenta un extremo superior destinado a estar fijado sobre toda su longitud a la pared interna de la envoltura cilíndrica, y
- una parte inferior destinada a estar colocada sobre la capa inferior de partículas o sobre el disco de estanqueidad, estando superpuestos el disco de estanqueidad y la parte inferior de la corona de tela, y siendo el recubrimiento del disco y de la corona de tela inferior a 150 milímetros.
2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que el recubrimiento del disco y de la corona será como mínimo de 25 mm.
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que la corona de tela comprende hilos metálicos o polímeros de diámetro inferior o igual a 200 micrómetros.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el disco de estanqueidad comprende hilos metálicos o polímeros de diámetro superior o igual a 200 micrómetros.
5. Unidad que comprende:
- una envoltura cilíndrica,
- una capa inferior y una capa superior de partículas superpuestas en dicha envoltura,
- un dispositivo tal como se define en una de las reivindicaciones 1 a 4, intercalado entre la capa inferior y la capa superior de partículas.
6. Unidad según la reivindicación 5, caracterizada por que dicho dispositivo definido en una de las reivindicaciones 1 a 4, recubre la totalidad de la envoltura cilíndrica.
7. Unidad según una de las reivindicaciones 5 a 6, caracterizada por que la envoltura cilíndrica comprende:
- una entrada,
- una salida,
- medios de tuberías de entrada de fluidos conectados a la entrada; y
- medios de tuberías de salida de fluidos conectados a la salida.
8. Unidad según una de las reivindicaciones 5 a 7, caracterizada por que las partículas se seleccionan de entre las partículas adsorbentes, las partículas catalíticas y las partículas inertes que sirven de soporte, de distribución de los fluidos o de llenado de los volúmenes muertos.
9. Unidad según una de las reivindicaciones 5 a 8, caracterizada por que es un reactor catalítico o un adsorbedor.
10. Procedimiento para fabricar un dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende las etapas siguientes:
a) preparar una banda de tela que presenta mallas de diámetro equivalente inferior al diámetro equivalente de las partículas, y una longitud igual al perímetro interno de la base de la envoltura cilíndrica,
b) formar una corona de tela mediante la banda de tela uniendo las dos anchuras de la banda de tela,
c) definir la parte superior y la parte inferior de la corona de tela,
d) preparar un disco de estanqueidad constituido de tela o de alambrado que presenta un diámetro sustancialmente igual al diámetro interno de la envoltura cilíndrica, y mallas de diámetro equivalente inferior al diámetro equivalente de las partículas,
e) superponer la parte inferior de la tela y del disco de estanqueidad,
estando las etapas a) y c) tales que, después de la etapa e), se observa un recubrimiento del disco y de la corona de tela inferior a 150 milímetros, preferiblemente inferior a 100 milímetros.
11. Procedimiento para fabricar un dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 9, que comprende las etapas siguientes:
a) fabricar el dispositivo tal como se define en una de las reivindicaciones 1 a 4, compuesto de una corona de tela y de un disco de estanquidad,
b) fijar el extremo superior de la parte superior de la corona de tela obtenida en la etapa a) sobre toda su longitud a la pared interna de la envoltura cilíndrica,
c) subir la parte inferior de la corona de tela obtenida en la etapa a), y mantener dicha parte inferior pegada sobre la pared interna de la envoltura cilíndrica,
d) introducir partículas en la envoltura cilíndrica de manera a formar una capa inferior de partículas por debajo de la corona de tela obtenida en la etapa a),
e) suprimir el pegado de la parte inferior de la corona de tela obtenida en la etapa
a) sobre la parte interna de la envoltura cilíndrica, de manera que la parte inferior se coloca sobre la capa inferior de las partículas,
f) posicionar el disco de estanqueidad obtenido en la etapa a) sobre la parte inferior de la corona de tela, y g) introducir partículas en la envoltura cilíndrica de manera a formar una capa superior de partículas por encima del disco de estanqueidad.
12. Procedimiento para fabricar un dispositivo según una de las reivindicaciones 5 a 9, que comprende las etapas siguientes:
a) fabricar el dispositivo tal como se define en una de las reivindicaciones 1 a 4, compuesto de una corona de tela y de un disco de estanquidad,
b) fijar el extremo superior de la parte superior de la corona de tela obtenida en la etapa a) sobre toda su longitud a la pared interna de la envoltura cilíndrica,
c) subir la parte inferior de la corona de tela obtenida en la etapa a), y mantener dicha parte inferior pegada sobre la pared interna de la envoltura cilíndrica,
d) introducir partículas en la envoltura cilíndrica de manera a formar una capa inferior de partículas por debajo de la corona de tela obtenida en la etapa a),
e) posicionar el disco de estanqueidad obtenido en la etapa a) sobre la capa inferior de partículas,
f) suprimir el pegado de la parte inferior de la corona de tela obtenida en la etapa a) sobre la pared interna de la envoltura cilíndrica de manera que la parte inferior se deposite sobre el disco de estanqueidad, y
g) introducir partículas en la envoltura cilíndrica, de manera a formar una capa superior de partículas por encima de la parte inferior de la corona de tela colocada sobre el disco de estanqueidad.
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado por que en la etapa c), la sujeción de dicha parte inferior pegada sobre la pared interna de la envoltura cilíndrica se lleva a cabo mediante fijaciones temporales seleccionadas preferiblemente entre los imanes y los adhesivos.
14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado por que en la etapa b), la fijación del extremo superior de la parte superior de la corona de tela obtenida en la etapa a) sobre toda su longitud a la parte interna de la envoltura cilíndrica se lleva a cabo con la ayuda de chapas de sujeción ajustadas.
15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado por que las chapas de sujeción ajustadas están soldadas, atornillas y/o pegadas a la envoltura cilíndrica.
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