ITFI20010088A1 - Apparato a membrane per la produzione di azoto gassoso - Google Patents

Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

"APPARATO A MEMBRANE PER LA PRODUZIONE DI AZOTO

GASSOSO”;

Settore dell’invenzione

La presente invenzione riguarda un apparato ed un metodo per la

separazione di aria in pressione ed in particolare per la produzione di

azoto gassoso ottenuto a partire da aria mediante moduli a membrane,

ad esempio del tipo a fibra cava.

Stato dell’arte

Allo stato attuale sono noti vari sistemi a membrana di varia natura

per l’ottenimento di azoto a partire da aria.

Come noto, i sistemi a membrana funzionano sulla base del principio

della permeazione selettiva dei gas costituenti l’aria.

In particolare, alimentando con aria in pressione un modulo a

membrana i gas “veloci” come l’ossigeno vengono separati dai gas

“lenti” come l'azoto, che può così essere raccolto o utilizzato

direttamente ottenendo concentrazioni dal 90% al 99,9% a seconda

della fibra utilizzata e delle condizioni di esercizio.

E’ da rilevare che rispetto ad altri sistemi di produzione dell’azoto (ad

es. i sistemi PSA) i sistemi a membrana permettono di ottenere azoto

:,v ì>3 ajwfcisao limsTKiA a pressioni relativamente elevate (fino a 15 barg), non molto inferiori rispetto alla pressione di alimentazione, il che favorisce notevolmente 10 stoccaggio e la distribuzione del gas ottenuto.

Nella generalità dei casi e nell’applicazione della presente invenzione i sistemi a membrana assumono la conformazione di uno scambiatore a fascio tubiera (v. fig.1 ) in cui:

- migliaia di fibre cave di natura polimerica a sezione praticamente circolare (hollow fibers), di diametro esterno delordine dei decimi di millimetro, spessore della parete dell'ordine di centinaia o migliaia di A° e disposte parallelamente lungo l’asse longitudinale, prendono il posto dei tubi;

- blocchi di resina che riuniscono e saldano individualmente e rigidamente insieme le fibre alle due estremità lasciandone libere le bocche di ingresso ed uscita costituiscono le piastre tubiere;

- l’involucro in materiale plastico o metallico del fascio di fibre ed i coperchi di collegamento delle due estremità, corrispondono rispettivamente al mantello ed alle testate dello scambiatore.

11 sistema di assemblaggio delle fibre descritto consente di alloggiare grandi superfici di membrana per unità di volume e quindi elevate produzioni orarie per unità di volume occupato dalle fibre.

Per il funzionamento, l’aria compressa, deumidificata, filtrata e privata di idrocarburi ed altre impurezze dannose se presenti, viene introdotta nella testata d'ingresso, fluisce all’interno delle cavità delle fibre ed esce dalla testata opposta come azoto depurato dai cosiddetti gas “veloci" come ossigeno, vapor d’acqua, idrogeno, anidride carbonica, ossidi di azoto e di zolfo, gas rari leggeri che passano all’esterno delle fibre attraversandone le pareti e si riuniscono nel mantello come aria arricchita in ossigeno o “permeato”.

La separazione deH’aria nei suoi componenti principali, azoto ed ossigeno, si basa sulla diversa permeabilità dei due gas (caratteristica che viene espressa in funzione della solubilità e diffusività nella membrana di ciascun componente e di valore sensibilmente inferiore per l’azoto) attraverso le pareti delle fibre (membrane), i cui micropori sono in grado di selezionare le molecole essenzialmente in base alle loro dimensioni e forma.

L’attitudine alla permeazione, a parità di condizioni di esercizio - in particolare pressione e temperatura, dipende dunque dalla natura della membrana e dalle caratteristiche delle molecole ed è espressa dal cosiddetto “coefficiente di permeabilità": è questo il parametro che consente di giudicare la bontà di una particolare membrana per un determinato processo di separazione.

Infatti la produttività di una membrana per azoto cresce col valore assoluto del coefficiente di permeabilità dell’ossigeno, mentre l’efficienza (rapporto tra azoto prodotto ed azoto o aria entrante) aumenta con la selettività, ovvero col rapporto tra i coefficienti di permeabilità di ossigeno ed azoto, che tipicamente oscilla tra 5 e 10.

Nel complesso il flusso di un particolare gas che permea attraverso una data membrana è funzione crescente del coefficiente di permeabilità, della temperatura di esercizio, della differenza di pressione tra le pareti interne ed esterne delle fibre (cioè a cavallo della membrana) e della superficie complessiva della membrana, mentre è inversamente proporzionale allo spessore delle pareti della stessa: è evidente che la produzione oraria del gas meno permeabile (azoto) varia in sintonia e per effetto dagli stessi parametri di cui sopra e del grado di purezza richiesto.

Tipicamente si riscontra che innalzando la temperatura di esercizio il costo degli impianti a membrana diminuisce sensibilmente perché la produttività delle membrane ovvero la produzione oraria di azoto per unità di superficie di separazione può aumentare con un tasso fino al 3,3 % / °C all’interno del campo di temperature di funzionamento delle stesse.

Si riscontra altresì che i sistemi a membrana di tipo noto presentano produttività e rendimento energetico non sempre soddisfacenti, dovuto in particolare alla esigenza di elevare, anche fino a 60°C, e mantenere costante la temperatura dell aria di alimentazione prodotta da un gruppo di compressione-essiccamento a ciclo frigorifero, posto a monte della membrana.

Gli apparati di tipo noto per la compressione-essiccamento aria, di cui si forniscono schemi esemplificativi in fig. 2A e 2B , sono costituiti: -con riferimento alla fig. 2A, da qualsivoglia tipo di compressore C (a pistoni, a vite, a lobi, ad ingranaggi . ) con pressione di mandata compresa tra 7,5 e 15 barg, potenza fino a 300 KW e comandato da un pressostato sul serbatoio aria compressa essiccata SR, da un aftercooler AC raffreddato ad aria o acqua, da un essiccatore o deumidificatore D a ciclo frigorifero munito di pre-raffreddatore R ariaaria, da uno scambiatore S di raffreddamento olio ad aria , eventualmente congiunto con l'after-cooler AC; tipicamente in tali apparati a regime la temperatura dell aria compressa in mandata è intorno ad 80 °C, quella dell’olio caldo intorno a 90 °C, quella deH’aria raffreddata uscente da AC da 10 a 15 °C più elevata della temperatura deN’aria ambiente o dell’acqua ma con limite superiore generalmente intorno a 55 °C per evitare di sovraccaricare il ciclo frigorifero.

La temperatura deH’aria essiccata uscente da R è inferiore di circa 10 °C a quella deH’aria entrante e variabile in quanto legata, come quest’ultima, alla temperatura dell’aria ambiente o dell'acqua in AC. -con riferimento alla fig. 2B, da qualsivoglia tipo di compressore C (a pistoni, a vite, a lobi, ad ingranaggi . ) con pressione di mandata compresa tra 7,5 e 15 barg, potenza fino a 30 KW e comandato da un prelsostato sul serbatoio aria compressa satura di umidità SR che agisce anche da after-cooler per dispersione di calore nell’ambiente, da un essiccatore o deumidificatore D a ciclo frigorifero con preraffreddatore R, da uno scambiatore S di raffreddamento olio ad aria; tipicamente in tali apparati a regime la temperatura dell’ara compressa in mandata e quella dell’olio caldo sono intorno a 60°C rispetto alla temperatura ambiente e quella deH’aria raffreddata uscente dal serbatoio SR fino a 20°C più elevata della temperatura deN’aria ambiente.

La temperatura dell aria essiccata uscente da R è di circa 5 °C rispetto a quella deH’aria ambiente e varia con quest’ultima.

Scopo dell’invenzione

Scopo della presente invenzione è quello di ovviare agli inconvenienti degli apparati di tipo noto e di proporre un apparato ed un metodo per ottimizzare la produttività ed il rendimento energetico per la produzione di azoto gassoso a pressioni relativamente elevate, rispetto alle pressioni ottenibili con impianti PSA.

Scopo ulteriore è quello di proporre un apparato integrato di dimensioni e struttura compatta che mantenga la configurazione tipica degli impianti di compressione-essiccamento e che permetta da solo di fornire azoto oppure aria compressa entrambi nelle condizioni di purezza, pressione, temperatura, grado di umidità voluti oltreché aria arricchita in ossigeno.

Sommario dell’invenzione

Sono stati perseguiti gli scopi secondo l’invenzione realizzando un apparato come caratterizzato nelle rivendicazioni principali allegate. Ulteriori caratteristiche dell’apparato sono riportate nelle rivendicazioni dipendenti.

Lista dei disegni

I vantaggi ottenuti saranno evidenti dalla descrizione che segue e dagli annessi disegni, dati a titolo di esempio non limitativo, nei quali:

- la fig.1 mostra schematicamente un modulo a membrana utilizzabile nell’apparato dell’invenzione;

- la Fig.2A mostra un primo schema di funzionamento di un compressore di tipo tradizionale;

- la Fig.2B mostra un secondo schema di funzionamento di un compressore di tipo tradizionale;

- la fig.3 mostra uno schema di una prima forma realizzativa dell’apparato secondo l’invenzione con l’unità di pre-riscaldamento aria essiccata PR che utilizza il calore disperso neN’ambiente da AC (o S) raffreddati ad aria;

- la figura 4 mostra uno schema di una seconda forma realizzativa dell’apparato secondo l’invenzione con l’unità di pre-riscaldamento aria essiccata PR disposta utilmente sul circuito aria (oppure sul circuito olio);

- la fig.4bis mostra una realizzazione alternativa dell’apparato di fìg.4 - la figura 5 mostra uno schema di una terza forma realizzativa dell’apparato secondo l’invenzione con l’unità di separazione provvista di serpentina PR di preriscaldamento e disposta all’interno del serbatoio orizzontale SR di accumulo aria satura di umidità, utilizzato anche come dispersore di calore;

- la fig.5 bis è una vista di testa dell'apparato di fig.5;

- la figura 6 mostra uno schema di una quarta forma realizzativa dell’apparato secondo l’invenzione con l’unità di separazione provvista di serpentina PR di preriscaldamento e disposta all’interno del serbatoio verticale SR di accumulo aria satura di umidità, utilizzato anche come dispersore di calore;

- la fig.6 bis è una vista di testa dell’apparato di fig.6;

- le fig.7a-7c rappresentano rispettivamente un vista prospettica e frontale di una forma preferita di realizzazione dell’apparato integrato con la struttura di un gruppo compressore tradizionale illustrato in vista laterale in fig.7c.

- la Fig.8 mostra una ulteriore forma realizzativa dell’alparato.

Descrizione dettagliata

Con riferimento alle figure allegate, un apparato per la produzione di azoto gassoso comprende un gruppo di compressione-essiccamento dei tipi schematizzati nelle fig. 2A e 2B e precedentemente descritti, un elemento radiante di preriscaldamento PR dell aria essiccata ed un’unità di separazione dell aria del tipo a membrana M in modulo singolo o plurimo.

Secondo l’invenzione si è pensato di realizzare l’elemento radiante di preriscaldamento deH’aria essiccata, destinata al modulo a membrana per la separazione dell’azoto, in modo che l’aria prodotta dal compressore e fatta passare attraverso l’essiccatore a ciclo frigorifero D per l'ottenimento di aria secca, sia poi scaldata nuovamente dagli stessi elementi radianti di smaltimento di parte del calore di compressione, realizzando in tal modo un recupero di calore altrimenti disperso nell’ambiente.

Con riferimento alla fig. 2A e nell’esempio di fig. 3, un apparato secondo l’invenzione comprende un preriscaldatore PR, preferibilmente del tipo a tubi alettati o a nido d’ape, accorpato all'aftercooler AC di tipo similare in cui il raffreddamento dell’aria compressa proveniente da C si effettua con aria ambiente mossa da un ventilatore.

In questo caso in PR si utilizza, come mezzo riscaldante, l’aria ambiente sospinta dal ventilatore in uscita dall’after-cooler AC a temperatura fino a 60 °C, recuperando in tal modo parte del calore di compressione, altrimenti smaltito nell’ambiente, per preriscaldare l’aria fredda essiccata uscente da SR ed immetterla nell’unità di separazione M alle condizioni ottimali di temperatura e umidità.

Preferibilmente è previsto l'inserimento di un dispositivo di controllo TC della temperatura dell'aria essiccata e preriscaldata di alimentazione della membrana M che agisce su un by-pass del preriscaldatore PR.

In una seconda forma il preriscaldatore PR, di tipo simile a quello descritto precedentemente, può essere accorpato anziché ad AC all’elemento radiante S di raffreddamento dell’olio con aria ambiente mossa da un ventilatore: anche in questo si utilizza come mezzo riscaldante l'aria ambiente sospinta da un ventilatore in uscita dal radiatore S a temperatura fino a 60 °C, recuperando in tal modo parte del calore di compressione, altrimenti smaltito nell’ambiente.

Vantaggiosamente, con questa soluzione l’aria di alimentazione si trova rapidamente nelle condizioni ottimali di funzionamento e si elimina la necessità di un dispositivo di riscaldamento dell’aria alimentato da fonte esterna di energia in aggiunta a quella richiesta dal gruppo di compressione-essiccamento.

Con riferimento alla fig. 2A e nell’esempio di fig. 4, un apparato secondo l’invenzione comprende un preriscaldatore PR, del tipo a fascio tubiera o a piastre o a doppio tubo, in cui si attua lo scambio termico in controcorrente tra fluido riscaldante ed il fluido da riscaldare. In questo caso in PR si utilizza, come mezzo riscaldante, l’aria compressa proveniente da C alla temperatura di ca. 80 °C, recuperando in tal modo parte del calore di compressione, altrimenti smaltito nell’ambiente dall’after-cooler AC, per preriscaldare l’aria fredda essiccata ed immetterla nell’unità di separazione M alle condizioni ottimali di temperatura e umidità.

Preferibilmente è previsto l’inserimento di un dispositivo di controllo TC della temperatura dell’aria essiccata e preriscaldata di alimentazione della membrana M che agisce su un by-pass del preriscaldatore PR. In una seconda forma il preriscaldatore PR, di tipo simile a quello descritto precedentemente, può utilizzare, come mezzo riscaldante, l’olio di lubrificazione del compressore C alla temperatura di ca. 80 °C, recuperando in tal modo parte del calore di compressione, altrimenti smaltito nell ambiente dal radiatore S, per preriscaldare l’aria fredda essiccata ed immetterla nell’unità di separazione M alle condizioni ottimali di temperatura e umidità.

Vantaggiosamente, con questa soluzione l’aria di alimentazione si trova rapidamente nelle condizioni ottimali di funzionamento e si elimina la necessità di un dispositivo di riscaldamento dell aria alimentato da fonte esterna di energia in aggiunta a quella richiesta dal gruppo di compressione-essiccamento: al contrario la soluzione suddetta riduce il fabbisogno di energia del sistema di essiccamento. Secondo un ulteriore aspetto dell'invenzione, relativo ai gruppi di compressione-essiccamento con schema di fig. 2B ed illustrato nella figura 5 , l'unità a membrana 2 è collocata direttamente all’interno del serbatoio orizzontale 1 , protetta da un guscio resistente a pressione (3) ed è provvista di una serpentina di preriscaldamento aria essiccata di alimentazione (4), preferibilmente in rame, che avvolge il guscio 3 con un numero appropriato di spire.

La serpentina (4) è posta nell’intercapedine tra il guscio (3) ed un elemento tubolare concentrico (5) eventualmente munito di setti trasversali (6), comunicante con l'interno del serbatoio (1) mediante la luce (7) ed atto a convogliare dall’ingresso (8) l’aria compressa calda in controcorrente aH’aria essiccata fredda immessa con la tubazione (9) nella spirale (4).

L’eventuale condensa di vapor d’acqua che si forma per raffreddamento deN’aria calda proveniente dal compressore viene scaricata nel serbatoio attraverso la luce (7) e dal serbatoio (1) attraverso la luce (17).

L’aria essiccata e preriscaldata esce dall’estremità (18) della serpentina ed entra nella membrana (2) attraverso il passaggio (10) , mentre l’azoto e l’aria ricca di ossigeno prodotti fuoriescono rispettivamente dai condotti (11) e (12).

Il complesso è fissato sul serbatoio (1) mediante la flangia saldata (13) e la piastra a tenuta (14) che ne consente l'estrazione per svitamento dei prigionieri (15) e nella quale sono ricavati i vari passaggi e fissata la relativa raccorderia.

Preferibilmente è previsto l'inserimento di un dispositivo TC di controllo della temperatura deH'aria essiccata e preriscaldata di alimentazione della membrana M che agisce su un by-pass del preriscaldatore PR. Vantaggiosamente, con questa soluzione la membrana M (2) e l’aria essiccata di alimentazione si trovano rapidamente nelle condizioni ottimali di funzionamento e si elimina la necessità di un dispositivo di riscaldamento deN'aria alimentato da fonte esterna di energia in aggiunta a quella richiesta dal gruppo di compressione-essiccamento. Inoltre, la soluzione suddetta riduce il fabbisogno di energia del sistema di essiccamento D di Fig.2B che riceve da 1 in ingresso aria parzialmente raffreddata e deumidificata.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, relativo ai gruppi di compressione-essiccamento con schema di fig. 2B ed illustrato nella figure 6, l’unità a membrana (2) è collocata direttamente all'interno del serbatoio verticale (1), protetta da un guscio resistente a pressione (3) ed è provvista di una serpentina di preriscaldamento aria essiccata di alimentazione a doppio tubo (4), preferibilmente in rame, che avvolge il guscio con un numero appropriato di spire.

Nel tubo esterno (5) della serpentina, comunicante con l’interno del serbatoio (1) all’estremità (6), viene immessa attraverso il condotto (7) l’aria compressa calda in controcorrente all aria essiccata fredda alimentata dall’ingresso (17) con la tubazione (8) nel tubo interno (9) della spirale (4).

L’eventuale condensa di vapor d’acqua che si forma per raffreddamento dell aria calda proveniente dal compressore viene scaricata per gravità nel serbatoio attraverso la luce (6); detto serbatoio è provvisto a sua volta di opportuno scarico di condensa. L’aria essiccata e preriscaldata che esce dall’estremità (16) della serpentina (4) entra nella membrana (2) attraverso il passaggio (10) , mentre l’azoto e l’aria ricca di ossigeno prodotti fuoriescono rispettivamente dalle luci (11) e (12).

Il complesso è fissato sul serbatoio SR (1) mediante la flangia saldata (13) e la piastra a tenuta (14) che ne consente l’estrazione per svitamento dei prigionieri (15) e nella quale sono ricavati i vari passaggi e fissata la relativa raccorderia.

Preferibilmente è previsto l’inserimento di un dispositivodi controllo della temperatura deH’aria essiccata e preriscaldata di alimentatazione della membrana M che agisce su un by-pass del preriscaldatore PR. Vantaggiosamente, anche con questa soluzione la membrana M (2) e l’aria essiccata di alimentazione si trovano rapidamente nelle condizioni ottimali di funzionamento e si elimina la necessità di un dispositivo di riscaldamento dell aria alimentato da fonte esterna di energia in aggiunta a quella richiesta dal gruppo di compressioneessiccamento: al contrario la soluzione suddetta riduce il fabbisogno di energia del sistema di essiccamento D di fìg. 2B.

In Figura 8 è descritta una ulteriore forma realizzativa dell’apparato. In questo caso, il gruppo essiccatore raffreddatore R, D è collegato sia al serbatopio SR che, mediante una derivazione d 1 , al condotto di uscita che convoglia l’aria secca da SR al gruppo di preriscaldamernto PR, mentre il condotto di uscita deN’aria preriscaldata diretta da PR alle membrane è provvisto di una seconda derivazione d2 diretta al serbatoio SR.

Sono inoltre previsti un disco tarato 20 sulla linea che condice l'aria essiccata da R, D a SR, valvole motorizzate on/off V2, V3, V4 (V4 può essere costituita anche da una check valve) rispettivamente sulla derivazione d1 , subito a valle di SR sulla linea dell'aria secca uscente da SR verso PR, e sulla derivazione d2. Infine è prevista una valvola V5 di regolazione della temperatura dell’ara che alimenta le membrane di separazione.

Vantaggiosamente, con questa soluzione è possibile ottimizzare la produzione di aria secca e/o azoto sempre ottenendo il vantaggio energetico nel ciclo di essiccazione e raffreddamento già descritto in precedenza.

In particolare, nel funzionamento, per la produzione di aria secca si verificano le seguenti condizioni:

Valvola V2 aperta

Valvola V3 chiusa

Valvola V4 aperta

Valvola V5 chiusa

e nel funzionamento, per la produzione di azoto si verificano le seguenti condizioni:

Valvola V2 chiusa

Valvola V 3 aperta

Valvola V4 chiusa

Valvola V5 in regolazione.

Con le soluzioni tecniche precedentemente descritte, gli apparati di preriscaldamento PR deH’aria destinata ad essere immessa nelle unità di separazione a membrana e le unità a membrana stesse M possono essere accorpati ed integrati nei gruppi di compressione-essiccamento che funzionano con lo schema di fig. 2A o 2B con i seguenti criteri: -conservazione dei limiti di batteria ed utilizzazione della struttura portante, in molti casi costituita dal serbatoio dell aria compressa , dei suddetti gruppi di compressione -essiccamento;

-posizionamento delle unità a membrana M a stretto contatto con i corpi riscaldanti AC o S o del serbatoio aria compressa calda (1), ovvero convogliamento sulle stesse di aria calda proveniente da detti corpi, così da creare un ambiente comune a temperatura ottimale ai fini del funzionamento ed allo scopo di evitare o eliminare eventuali e dannosi fenomeni di condensazione di vapor d’acqua nelle membrane. A titolo di esempio tale ambiente può essere costituito da una carenatura 100 che racchiude sia le membrane che gli elementi del gruppo compressore;

-conservare inalterata l’architettura dei citati gruppi di compressioneessiccamento;

-evitare del tutto , così come nei casi in cui le unità a membrana (2) sono inserite all’interno del serbatoio aria compressa (1), incrementi degli ingombri dei sistemi di compressione-essiccamento, oppure ridurne l’entità valori marginali.

A titolo di esempio e con riferimento alla fig. 7a-b-c, con i suddetti criteri è possibile realizzare un apparato integrato di dimensioni e struttura compatta (7a-b) che conserva inalterata la configurazione architettonica del gruppo di compressione-essiccamento (7c) ed in grado di fornire da solo azoto oppure aria compressa entrambi nelle condizioni di purezza, pressione, grado di umidità oltreché aria arricchita in ossigeno.

Per il funzionamento, a titolo di esempio, in questa forma realizzativa un apparato comprendente, oltre al gruppo di compressioneessiccamento già presente nel gruppo compressore di fig.7c, una unità di preriscaldamento PR integrata nel suddetto gruppo ed una o più unità mono o pluri-modulare M a membrana, esterna o interna al serbatoio aria compressa SR, è dotato di una strumentazione di controllo, non illustrata in figura, costituita preferibilmente da un analizzatore di purezza dell’azoto prodotto, un indicatore- controllore della temperatura dell aria in ingresso a M che agisce su valvola automatica di by-pass degli elementi riscaldanti PR, un indicatore della pressione deH’aria in ingresso a M o dell’azoto in uscita da M, un flussimetro per la lettura del flusso di azoto erogato da M, una valvola di regolazione manuale o automatica con valori presettati di qualità e quantità del flusso di azoto da M.

Con riferimento alle diverse forme realizzative descritte, è evidente che è sempre possibile dotarle di un collegamento a flangia del tipo descritto nella figura 5, in modo da consentire una disposizione modulare adattabile alle diverse esigenze.

In una realizzazione particolarmente vantaggiosa, l’apparato è provvisto di valvole motorizzate asservite ad un controllo elettronico di regolazione, che permette di pre-definire i parametri di funzionamento dell'apparato a seconda di diverse esigenze .

A titolo di esempio possono essere previsti cinque o più regolazioni, selezionabili a comando, opportunamente predefinite per applicazioni che richiedono alta purezza oppure alta produzione di azoto.

Un metodo per la produzione di azoto a partire da aria compressa, secondo l'invenzione comprende le fasi di:

- compressione - essiccamento aria con gruppi del tipo di fig. 2A o 2B;

- separazione dall’aria compressa e produzione di azoto mediante fibre cave (hollow fibres);

- pre-riscaldamento dell’ l’aria compressa destinata alla separazione mediante scambio termico con calore generato in detta fase di compressione;

- raffreddamento dell’aria compressa destinata a (PR);

-separazione dall’aria compressa pre-riscaldata e produzione di azoto mediante membrane ;

- e comprendente una fase di controllo della temperatura deH'aria compressa a monte di (PR) mediante scambio termico con aria ambiente.

La presente invenzione è stata descritta con riferimento a forme preferite di realizzazione ma si intende che modifiche equivalenti potranno essere apportate senza comunque uscire dall’ambito della tutela accordata dalla presente privativa industriale.

Claims (1)

1. Rivendicazioni 1. Apparato a membrane per la produzione di azoto gassoso, comprendente: un compressore aria (C), mezzi di raffreddamento dell aria compressa, mezzi di scambio termico (PR) per pre-riscaldare l’aria compressa raffreddata destinata ad alimentare una o più membrane di separazione (M, 2), caratterizzato dal fatto che detti mezzi (PR) sono mezzi di scambio termico ad aria e dal fatto di comprendere a monte di (PR) mezzi per controllare in modo regolabile la temperatura deH’aria compressa mediante scambio termico con aria ambiente. 2: Apparato secondo la rivendicazione 1 , in cui detti mezzi di controllo comprendono un ventilatore (AC) che sospinge direttamente su detti mezzi (PR) aria ambiente riscaldata in scambio termico con i condotti di aria compressa calda prodotta da (C). 3: Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui detto compressore (C) è provvisto di un raffreddamento ad olio (S) e detti mezzi di controllo comprendono un ventilatore (AC) che sospinge direttamente su detti mezzi (PR) aria ambiente riscaldata in scambio termico con l’olio di raffreddamento di (S). 4: Apparato secondo la rivendicazione 1 , in cui detti mezzi di controllo comprendono un raffreddatore deN’aria compressa prodotta da (C) e detto preriscaldatore (PR) è uno scambiatore di calore in cui fluiscono l’aria raffreddata diretta all’unità (M o 2) e l’aria compressa a temperatura regolata proveniente da (AC). 5. Apparato secondo la rivendicazione 1, in cui detto preriscaldatore (PR) è uno scambiatore del tipo a doppio corpo a tubi alettati o a nido d’ape, o a fascio tubiera o a piastre o a tubi concentrici. 6: Apparato secondo una o più delle rivendicazioni 1-5, in cui detti mezzi di raffreddamento comprendono un essiccatore a dico frigorifero (R, D) di aria compressa secca destinata a (PR). 7. Apparato secondo la rivendicazione 6, comprendente un serbatoio (SR, 1) di accumulo di aria compressa secca prodotta da (R,D) e destinata a (PR) e ad una eventuale utenza. 8. Apparato secondo la rivendicazione 7, in cui detto gruppo essiccatore raffreddatore (R, D) è collegato sia al serbatopio (SR) che, mediante una derivazione (d1) , a un condotto di uscita (c1) che convoglia l’aria secca da SR al gruppo di preriscaldamernto (PR) , ed è previsto un condotto di uscita (c2) dell aria preriscaldata diretta da (PR) alle membrane (M) provvisto di una seconda derivazione (d2) diretta al serbatoio (SR). 9. Apparato secondo la rivendicazione 8, in cui sono inoltre previsti: un disco tarato (20) sulla linea che conduce l'aria essiccata da (R,D) a (SR); valvole motorizzate on/off (V2, V3, V4) rispettivamente sulla derivazione (d1), a valle di (SR) sulla linea dell’aria secca da (SR) verso (PR), e sulla derivazione (d2); una valvola (V5) di regolazione della temperatura deH’aria diretta alle membrane di separazione. 10. Apparato secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detta unità (2) è contenuta all’interno di un serbatoio (1) dal quale fuoriescono un ingresso (10) dell’aria compressa pre riscaldata per l’alimentazione dell’unità (2), un’uscita (11) dell’azoto prodotto e un'uscita (12) dei gas permeati, un ingresso di aria calda dalla mandata compressore (7 o 8) ed un’uscita (16) di aria raffreddata e satura di umidità di alimentazione dell’essiccatore (R,D). 11. Apparato secondo la rivendicazione 10, in cui detti mezzi di riscaldamento deH’aria di alimentazione della membrana (2) comprendono una serpentina (4) avvolta intorno a detta unità (2) installata all’interno di un serbatoio a pressione (1), in modo tale che detto gruppo compressore (C) invia l’aria pre riscaldata all’ingresso (7) della serpentina esterna (5) che scalda la serpentina interna (9) che esce dal serbatoio e tramite un raccordo esterno alimenta l’ingresso aria (10) dell’unità (2) con aria compressa pre-riscaldata. 12. Apparato secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detta serpentina si sviluppa all’esterno del guscio (3) dell’unità (2). 13. Apparato secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detta serpentina (4) riceve l’aria compressa in uscita dall’essiccatore, e detti mezzi di riscaldamento della membrana (2) comprendono il serbatoio (1) all’interno del quale è inserita detta unità a membrana (2) e che agisce da scambiatore di calore per lo smaltimento del calore prodotto dalla compressione. 14. Apparato secondo la rivendicazione 10, caratterizzato dal fatto che detta unità (2) è disposta all’interno di un serbatoio (1) mediante un collegamento amovibile a flangia (14). 15. Apparato secondo una o più delle rivendicazioni 7-14 in cui la/le unità di separazione aria a membrana (M) e detti mezzi di preriscaldamento aria essiccata (PR), sono integrati in un apparato di compressione-essiccamento aria comprendente un serbatoio portante di aria compressa secca (110) e una carenatura comune (100) al fine di delimitare un ambiente comune a temperatura ottimale ai fini del funzionamento ed evitare o eliminare eventuali e dannosi fenomeni di condensazione di vapor d’acqua nelle membrane. 16. Apparato secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detti mezzi di pre-riscaldamento (PR) comprendono un ventilatore che smaltisce il calore prodotto dalla compressione e spinge l'aria calda verso detta unità a membrana (M) al fine di portare le membrane alla temperatura deH’aria di alimentazione e di evitare la formazione di condensa interna. 17. Apparato secondo almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette membrane operano ad una pressione tra 7 e 15 bar ed una temperatura tra 24°C e 60°C, preferibilmente intorno a 54 °C. 18. Apparato secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, che può produrre aria compressa secca e/o azoto in condizioni di purezza, pressione, temperatura, grado di umidità controllati. 19. Apparato a membrane per la produzione di azoto gassoso, comprendente: un compressore aria (C), mezzi di scambio termico (PR) per pre-riscaldare l’aria compressa destinata ad alimentare una o più membrane di separazione (M, 2), mezzi di raffreddamento dell’aria compressa da preriscaldare, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di raffreddamento comprendono un essiccatore a ciclo frigorifero (R, D) di aria compressa secca destinata a (PR) e dal fatto di comprendere un serbatoio (SR, 1 ) di accumulo di aria compressa secca prodotta da (R,D) e destinata a (PR) e ad una eventuale utenza. 20. Metodo per la produzione di azoto a partire da aria compressa, comprendente le fasi di: -compressione deH’aria; - pre-riscaldamento dell’aria compressa destinata alla separazione mediante scambio termico con calore generato in detta fase di compressione; - raffreddamento dell’aria compressa destinata a (PR); -separazione dall’aria compressa pre-riscaldata e produzione di azoto mediante membrane ; caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di controllo della temperatura dell’ana compressa a monte di (PR) mediante scambio termico con aria ambiente. 21. Metodo secondo la rivendicazione 20, in cui detto scambio termico avviene tra l’aria compressa calda prodotta da (C) e aria ambiente. 22. Metodo secondo la rivendicazione 20, in cui detto scambio termico avviene tra aria ambiente e un fluido di smaltimento del calore generato in detta fase di compressione. 23. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni 20-22, comprendente una fase di essiccazione (R, D) dell’aria compressa destinata a (PR). 24. Metodo secondo una o più delle rivendicazioni 20-23, comprendente una fase di di accumulo di aria compressa secca prodotta da (R,D) destinata a (PR) e messa a disposizione ad una utenza.