ES2322305T3 - Procedimiento y aparato para la division de un flujo. - Google Patents
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Abstract
Instalación de recuperación (100) que recupera un componente gaseoso de un gas de proceso, que comprende: un absorbedor (110) configurado para utilizar un disolvente diluido y un disolvente semidiluido para absorber el componente gaseoso del gas de proceso y en el que el absorbedor (100) está configurado además para producir un disolvente rico, un disolvente semirrico y un gas de proceso diluido; un regenerador (120) acoplado fluidicamente al absorbedor (110) y configurado para producir tanto el disolvente diluido como el disolvente semidiluido; en el que el regenerador (120) está configurado además para recibir, como mínimo, una parte del disolvente rico y para extraer el componente gaseoso de dicho disolvente rico, regenerando de está manera el disolvente diluido y el disolvente semidiluido; un elemento de control de flujo del disolvente (170), acoplado fluidicamente al absorbedor (110) y configurado para combinar, como mínimo, una parte del disolvente semirrico con, como mínimo, una parte del disolvente semidiluido para formar un disolvente mixto; un refrigerador (112) acoplado fluidicamente al absorbedor (110), de manera que el refrigerador (112) está configurado para refrigerar el disolvente mixto; y un elemento de conexión (173) configurado para alimentar el disolvente mixto enfriado al absorbedor (110).
Description
Procedimiento y aparato para la división de un
flujo.
La presente solicitud reivindica los beneficios
de la solicitud provisional USA Nº 60/109.613 que se incorpora en
su totalidad a la actual a efectos de referencia.
El campo de la invención es la extracción de un
componente gaseoso de un gas de proceso.
En está técnica se conocen varios métodos para
eliminar un componente gaseoso de una corriente de un gas de
proceso, incluyendo una amplia gama de procesos de destilación,
adsorción y absorción y un proceso relativamente común comporta los
sistemas de regenerador-absorbedor.
En un sistema típico de
regenerador-adsorbedor, el gas es introducido en el
absorbedor en el que el gas establece contacto con un disolvente
diluido ("lean solvent") que se desplaza de manera descendente
en la columna. El componente gaseoso es absorbido, como mínimo
parcialmente, por el disolvente diluido y el gas de proceso
purificado abandona el absorbedor para ser proceso adicional o para
descarga. El disolvente diluido que contiene el componente gaseoso
(es decir, el disolvente concentrado o rico) fluye por un cambiador
de calor transversal, incrementando de esta manera su temperatura.
El disolvente rico y calentado es eliminado a baja presión en un
regenerador. El disolvente eliminado (es decir, el disolvente
diluido) es enviado nuevamente a través del cambiador de calor para
reducir la temperatura del disolvente diluido antes de completar el
bucle nuevamente hacia el absorbedor. El proceso del sistema
regenerador-absorbedor típicamente permite el
funcionamiento continuo de extracción de un compuesto gaseoso de un
gas de proceso con un coste relativamente bajo. No obstante, la
eficacia de la extracción del componente gaseoso no es siempre
satisfactoria y especialmente cuando el componente gaseoso es
dióxido de carbono, no se pueden conseguir estrictas normas sobre
emisiones con un sistema estándar de
regenerador-absorbedor. Para solucionar los
problemas que se presentan con el bajo rendimiento, se puede
incrementar la temperatura o la presión en el regenerador. No
obstante, el carácter corrosivo y la degradación del disolvente
limitan en general el grado de optimización para este proceso.
Grover da a conocer en la patente USA Nº
4.702.898 una configuración en la que gases de ácido son absorbidos
desde una mezcla gaseosa a presión, de manera que una parte de
disolvente rico del absorbedor es evaporado de manera rápida
("flashed") a través de dos etapas flash para formar un
disolvente evaporado que es calentado a continuación e introducido
en la sección media del absorbedor. Otra parte del disolvente rico
es regenerada en una sección de extracción por vapor que
proporciona un vapor en la parte alta de la torre que se utiliza
para calentar y extraer el disolvente rico en las etapas de
evaporación rápida.
Un sistema regenerador absorbedor mejorado es el
mostrado por Shoeld en la patente USA Nº 1.971.798, que comprende
un ciclo de absorción de bucle partido en el que la cantidad
principal del disolvente es eliminada de una etapa intermedia de la
columna regeneradora y reciclada a una etapa intermedia del
absorbedor. En esta disposición solamente una parte pequeña del
disolvente es eliminada hasta la concentración más baja y una
proporción elevada de vapor a líquido para la extracción se
consigue en las bandejas inferiores del absorbedor, con el resultado
de una utilización algo menor de energía en concentraciones bajas
de salida. No obstante, la reducción de utilización de energía es
relativamente baja debido a ineficacias termodinámicas en la
extracción, principalmente a causa de variaciones en la composición
del disolvente al circular este dentro del bucle partido.
Para solucionar, como mínimo, algunos de los
problemas con el proceso de bucle partido se han llevado a cabo
varias mejoras. Por ejemplo, una mejora con respecto al proceso de
bucle partido es la de controlar más exactamente la concentración
de disolventes. Para controlar de manera más precisa las
concentraciones de disolvente son necesarias en general dos
modificaciones. La primera modificación comprende un ebullidor
("reboiler") intermedio, que es instalado en un regenerador
principal para eliminar por ebullición el agua de un disolvente
semidiluido para ajustar la concentración de la corriente de
disolvente semidiluido a la concentración del disolvente diluido.
La segunda modificación comprende un regenerador auxiliar para
regenerar condensado del regenerador principal. El condensado
procedente del regenerador principal es enviado a la sección
superior del regenerador principal en la que sufre extracción
parcial y a continuación es sometido a extracción hasta una
concentración muy baja de gas disuelto en el regenerador auxiliar
antes de ser devuelto al ebullidor de fondo del regenerador
principal.
Dado que solamente una parte relativamente
pequeña del disolvente total (de manera típica \sim20%) es
extraído hasta concentración ultrabaja, el proceso permite
conseguir concentraciones de salida relativamente bajas con
utilización comparablemente baja de energía. Además, cuando se
utiliza metil dietanolamina (MDEA) como disolvente en el proceso
mejorado de bucle partido, la circulación de líquido se puede
reducir aproximadamente en 20%. No obstante, las modificaciones
para modificar la utilización de la energía y bajar la circulación
de disolvente requieren en general una modificación sustancial en la
configuración del regenerador principal y la instalación de un
regenerador auxiliar resultando ambas cosas en costes sustanciales y
significativas pérdidas de tiempo de un sistema ya existente
absorbedor-regenerador.
Otra mejora con respecto al proceso de bucle
partido se describe en el trabajo de Shethna and Towler ["Gas
Sweetening to Ultra-low Concentrations using
Alkanolamines Absorption" (Suavización de gas hasta
concentraciones ultrabajas utilizando absorción de alcanolaminas)
Documento 46fAlChE Reunión de primavera, Nueva Orleans 1996], en el
que se utilizan dos columnas regeneradoras. Un regenerador primario
produce un disolvente semidiluido y un regenerador auxiliar produce
un disolvente ultradiluido. La pequeña parte del gas de proceso
purificado que abandona el absorbedor es expandida hasta un nivel
de presión inferior, produciendo por lo tanto un gas de proceso
purificado y enfriado. La corriente de disolvente ultradiluido y
calentado que abandona el regenerador auxiliar es enfriada por el
gas de proceso purificado y enfriado produciendo de esta manera un
gas de proceso purificado y caliente que es alimentado a
continuación al regenerador auxiliar. El gas reciclado es recuperado
a continuación del regenerador auxiliar y reintroducido en la
corriente de gas de alimentación en el absorbedor.
La utilización de un vapor sustitutivo en vez de
un disolvente de nueva ebullición en el regenerador auxiliar
disminuye de manera ventajosa la presión parcial del vapor
disolvente en el regenerador auxiliar y permite que el regenerador
auxiliar funcione a una temperatura más baja que la columna
regeneradora primaria. El funcionamiento del regenerador auxiliar a
una temperatura reducida tiene como resultado de manera típica un
carácter corrosivo más bajo del disolvente, lo que a su vez puede
permitir la utilización de materiales económicos, tales como un
acero al carbono en lugar del convencional acero inoxidable. Además,
un proceso de bucle partido utilizando sustitución de vapor puede
ser combinado con tecnología de absorción irreversible con lecho
fijo, por ejemplo para eliminar H_{2}S y/o COS del gas de
reciclado en un lecho de absorbente sólido, asegurando de esa manera
una vida relativamente larga del lecho del absorbedor. No obstante,
el proceso de bucle partido utilizando sustitución de vapor
requiere la utilización, como mínimo, de dos columnas regeneradoras
y puede ser necesario además colocar nuevas bandejas en las etapas
superiores de un absorbedor existente para adaptarse a las
necesidades de este proceso específico. Además, debido al gas de
reciclado y a la utilización de una columna regeneradora
secundaria, la readaptación de combinaciones ya existentes de
absorbedor-regenerador puede ser relativamente cara
requiriendo mucho tiempo.
Si bien se conocen en está técnica diferentes
mejoras en la disposición general de un proceso de
absorbedor-regenerador, todas o casi todas
presentan una o varias desventajas. Por lo tanto, existe la
necesidad de conseguir métodos y aparatos mejorados para la
extracción de un componente gaseoso de gases de proceso.
La presente invención está dirigida a una
Instalación de recuperación para recuperar un componente gaseoso de
un gas de proceso, disponiendo de un absorbedor que utiliza un
disolvente diluido y un disolvente semidiluido que absorbe el
componente gaseoso del gas de proceso, produciendo de esta manera un
disolvente rico, un disolvente semirrico y un gas de proceso
diluido. Un regenerador es acoplado al absorbedor, de manera que el
regenerador extrae el componente gaseoso del disolvente rico,
regenerando de esta manera el disolvente diluido y el disolvente
semidiluido. Un elemento de control del flujo de disolvente es
acoplado al absorbedor y combina, por lo menos, una parte del
disolvente semirrico con una parte, como mínimo, del disolvente
semidiluido para formar un disolvente mixto. Un refrigerador es
acoplado al absorbedor que enfría el disolvente mixto y el
disolvente mixto enfriado es alimentado a continuación al
absorbedor con intermedio de un elemento de conexión.
Según un aspecto de la materia inventiva, el gas
de proceso es un gas de escape procedente de una turbina de
combustión que tiene una presión menor de 138 KPa (20 psia) cuando
es alimentado al absorbedor y en el que el componente gaseoso es
dióxido de carbono. La concentración de dióxido de carbono es
preferentemente superior a 2% molar, más preferentemente superior a
5% molar y de manera más preferente superior a 10% molar.
En otro aspecto de la materia inventiva el
disolvente comprende un disolvente químico, preferentemente
seleccionado entre el grupo que consiste en monoetanolamina,
dietanolamina, diglicolamina y metildietanolamina. También es
preferible que los disolventes apropiados tengan una curva de
equilibrio cóncava.
Según otro aspecto de la materia de la
invención, se da a conocer un método para la extracción de un
componente gaseoso de un gas de proceso que tiene una primera etapa
en la que se facilita una corriente de disolvente diluido y una
corriente de disolvente semidiluido. En una segunda etapa el gas de
proceso establece contacto con el vapor del disolvente diluido y el
disolvente semidiluido en un absorbedor para producir una corriente
de disolvente semirrico y una corriente de disolvente rico. En otra
etapa, por lo menos una parte del disolvente semirrico y, como
mínimo, una parte del disolvente semidiluido son combinadas para
formar una corriente de disolvente de tipo mixto. En otra etapa
adicional la corriente de disolvente mixto es enfriada y la
corriente de disolvente mixto enfriada es introducida en el
absorbedor para absorber el componente gaseoso.
Diferentes objetivos, características, aspectos
y ventajas de la presente invención quedarán más aparentes de la
siguiente descripción detallada de realizaciones preferentes de la
invención, junto con los dibujos adjuntos en los que iguales
numerales representan iguales componentes.
La figura 1 es un esquema de una planta mejorada
para la extracción de CO_{2} de acuerdo con la materia de la
presente invención;
La figura 2 es un diagrama de flujo de un
proceso mejorado para la extracción de CO_{2} de un gas de escape
de acuerdo con la materia de la invención.
Tal como se utiliza en esta descripción, el
término "absorbedor" se refiere a un aparato en el que
cantidades significativas de, como mínimo, un compuesto gaseoso son
retiradas de una mezcla de compuestos gaseosos y que contiene,
cuando se encuentra en funcionamiento, un disolvente que es
sustancialmente selectivo con respecto al compuesto. El término
"sustancialmente selectivo" significa que el disolvente absorbe
el compuesto hasta un grado significativamente más elevado (es
decir >20%) que los otros compuestos presentes en la mezcla de
compuestos gaseosos. El disolvente con la concentración mayor de
compuesto gaseoso absorbido que abandona el absorbedor se designa
"disolvente rico", mientras que el disolvente que tiene la
concentración más baja del compuesto gaseoso absorbido que abandona
el regenerador se designa "disolvente diluido". El término
"disolvente semidiluido" se refiere al disolvente que abandona
el regenerador, que tiene una concentración más elevada del
compuesto gaseoso absorbido que el disolvente diluido. El disolvente
que abandona el absorbedor que tiene una concentración más baja del
compuesto absorbido que el disolvente rico se designa "disolvente
semirrico".
Tal como se utiliza en esta descripción, el
término "regenerador" se refiere a un aparato en el que el
compuesto gaseoso absorbido es eliminado por lo menos parcialmente
de un disolvente rico a temperatura elevada de unos 110ºC hasta
aproximadamente 130ºC.
En la figura 1, una Instalación de recuperación
(100) tiene un absorbedor (110) y un regenerador (120). Una
corriente de gas de proceso (160) que comprende un compuesto gaseoso
entra en el absorbedor y una corriente de disolvente rico (117)
abandona el absorbedor con intermedio de la bomba de disolvente
(111). La corriente de disolvente rico es calentada en el cambiador
de calor (130) y entra en el regenerador (120). El componente
gaseoso es dióxido de carbono y es retirado del disolvente rico en
dos lugares diferentes de manera que se genera una corriente de
disolvente semidiluido (127) en una posición más alta que la
corriente de disolvente diluido o pobre (126). Parte de la
corriente (126) de disolvente diluido es dirigida nuevamente
mediante la bomba de disolvente diluido (121) hacia el reebullidor
de fondo (122) y entra nuevamente en el regenerador (120). El
compuesto gaseoso abandona el regenerador en una corriente de
compuesto gaseosa (150) mientras que el disolvente arrastrado es
recuperado y reciclado desde la corriente de compuesto gaseoso con
intermedio del condensador (123) y la bomba condensadora (125).
Tanto la corriente de disolvente diluido como la corriente de
disolvente semidiluido son enfriadas en el cambiador de calor
transversal (130) y la corriente de disolvente diluido (126) es
enfriada nuevamente con intermedio de un refrigerador adicional
(114) antes de entrar en el absorbedor (110). La corriente (127) de
disolvente semidiluido es mezclada en el elemento (170) de control
de flujo de disolvente con la corriente de disolvente semirrico
(118), que es suministrada desde el absorbedor (110) con intermedio
de la bomba (113) de corriente de disolvente semirrico. Una
corriente de disolvente mixto (171) es enfriada adicionalmente con
intermedio del refrigerador (112) y la corriente (172) de disolvente
mixto enfriado entra en el absorbedor con intermedio del elemento
de conexión (173) en una posición más baja que la corriente de
disolvente diluido. Una corriente de gas de proceso diluido (140)
abandona el absorbedor (110) con intermedio del condensador (116) y
una bomba de condensador (115) bombea el líquido concentrado
nuevamente hacia el absorbedor.
En una realización preferente, el absorbedor
(110) en la planta (100) de extracción del dióxido de carbono es un
absorbedor con lecho llenado al azar con un diámetro aproximado de 6
m (20 pies) y una altura aproximada de 21 m (70 pies) configurado
para procesar aproximadamente 849.500 m^{3}/h (30 millones de pies
cúbicos estándar de gas de proceso por hora). El regenerador (120)
es un regenerador estándar con un diámetro aproximado de 3 m (10
pies) y una altura aproximada de 15 m (50 pies) generando una
corriente de dióxido de carbono (150). El gas de proceso (160) es
gas de escape de una turbina de combustión con un contenido de
dióxido de carbono aproximado de 13% molar teniendo una presión
aproximada de 14 kPa (2 psig) cuando se alimenta al absorbedor y el
gas de proceso diluido (140) tiene un contenido de dióxido de
carbono aproximado de 3% molar. El disolvente en todas las
corrientes de disolvente es monoetanolamina que absorbe el dióxido
de carbono componente gaseoso. La corriente de disolvente diluido
(126) tiene una carga de dióxido de carbono menor de 0,25 mientras
que la carga de dióxido de carbono en la corriente de disolvente
diluido (127) es aproximadamente de 0,4. La corriente de disolvente
rico (117) tiene una carga de dióxido de carbono aproximada de 0,5 y
la corriente de disolvente semirrico (118) tiene una carga de
dióxido de carbono superior a 0,3. La corriente (117) de disolvente
rico es calentada en un cambiador de calor transversal estándar
(130) antes de entrar en el regenerador y tanto la corriente de
disolvente diluido como la corriente de disolvente semidiluido son
refrigeradas en el cambiador de calor transversal. El elemento de
control de flujo de disolvente (170) es un mezclador estático con
dos aberturas de entrada y una abertura de salida a través de la
cual la corriente de disolvente mixto (171) sale del elemento de
control de flujo de disolvente. Los refrigeradores (112) y (114) son
refrigeradores auxiliares estándar con agua o aire como
refrigerante. La corriente (172) de disolvente mixto enfriado se
encuentra aproximadamente 20ºC más fría que la corriente de
disolvente mixto (171) y es alimentada al absorbedor con intermedio
de la conducción (173). El reebullidor accionado por vapor (122)
recalienta una parte de la corriente de disolvente diluido (121)
antes de recircular la corriente de disolvente diluido hacia dentro
del regenerador. Las bombas (111), (113), (115), (121) y (125),
condensadores (116) y (123) y todas las conducciones son elementos
estándar en una planta de tratamientos de gases industriales y bien
conocidos en está técnica.
Según aspectos alternativos de la materia de la
invención, el absorbedor no debe quedar limitado a un absorbedor de
lecho llenado al azar ("random packed-bed") con
un diámetro aproximado de 6 m (20 pies) una altura aproximada de
21 m (70 pies) configurado para procesar aproximadamente 849.500
m^{3}/h (30 millones de pies cúbicos estándar por hora) sino que
puede incluir varios tipos alternativos, tamaños y capacidades. Por
ejemplo, en el caso de que sea deseable un coste reducido de
materiales, los absorbedores contemplados pueden incluir
absorbedores de lecho llenados de forma estructurada mientras que en
aplicaciones que incluyen gases de proceso en crudo o gases con un
grado relativamente alto de impurezas, se puede utilizar un
absorbedor del tipo de bandejas. De manera similar, en el caso de
que se deban purificar cantidades relativamente grandes de gas de
proceso se pueden utilizar absorbedores múltiples con igual o
distinta capacidad. Las capacidades previstas de gas de proceso
incluyen caudales comprendidos entre 28,316
m^{3}/h-1,415,842 m^{3}/h (1-50
millones de pies cúbicos estándar por hora (MMSCF/hr)), no
obstante, se prevén también caudales mayores entre
1,415,842-2,831,685 m^{3}/h
(50-100 MMSCF/hr). En el caso de que se deban
purificar cantidades más reducidas de gas de proceso, se prevén
caudales comprendidos entre (2,831 m^{3}-1,415,842
m^{3}/h (0,1-50 MMSCF/hr)) y menores. Como
consecuencia, las dimensiones de los absorbedores apropiados pueden
variar desde 0,3 m-9,1 m (1 a 30 pies) en diámetro
y la altura puede variar entre 15,24-30,48 m (50 y
100 pies).
Con respecto al gas de proceso (160) se prevé
que son también apropiados varios gases distintos del gas de escape
procedentes de la turbina de combustión con contenido de dióxido de
carbono aproximadamente 13% molar. Por ejemplo, dependiendo de la
fuente de combustible y el proceso de combustión, el contenido de
dióxido de carbono puede variar entre menos de 3% molar y más de
20% molar. Por lo tanto, el contenido de dióxido de carbono puede
ser superior a 2% molar, superior a 5% molar y superior a 10% molar.
Además se debe apreciar que se prevén también gases distintos de
los gases procedentes de una turbina de combustión incluyendo gas
natural, diferentes gases de refinería o gases de reformador de
vapor, todos los cuales pueden ser pretratados o no. El
pretratamiento previsto puede incluir, por lo tanto,
fraccionamiento, filtrado, arrastre y combinación o dilución con
otros gases. Se prevé además que la presión del gas de proceso no es
necesario que esté limitada a 13,7 kPa (2 psig) cuando se alimenta
al absorbedor sino que pueden mostrar presiones más elevadas. Las
presiones más elevadas que se prevén incluyen presionen menores de
aproximadamente 138 kPa (20 psia), menores de 345 kPa (50 psia),
menores de 1034 kPa (150 psia) y menores de 2068 kPa (300 psia).
También se prevé que el disolvente en todas las
corrientes de disolvente no debe quedar limitado a monoetanolamina
(MEA) sino que puede comprender diferentes disolventes alternativos,
incluyendo disolventes físicos y químicos y cualquier combinación
razonable de los mismos. Por ejemplo, disolventes físicos que
incluyen Selexol y metanol, mientras que los disolventes químicos
comprenden aminas orgánicas y aminas mixtas. Los disolventes
químicos que se prevén de manera específica son MEA, dietanolamina
diglicolamina y metildietanolamina. Se deberá apreciar además que
son también apropiados codisolventes en combinación con el
disolvente previsto. Además, los disolventes previstos pueden
comprender aditivos incluyendo antioxidantes, inhibidores de la
corrosión y agentes antiespumantes. Con respecto a la carga de
dióxido de carbono de los diferentes disolventes se debe apreciar
que la carga de dióxido de carbono puede variar en los diferentes
disolventes dependiendo de manera predominante del contenido de
dióxido de carbono del gas de proceso. Por lo tanto, los datos
facilitados para la corriente de disolvente diluido, la corriente
de disolvente semidiluido, la corriente de disolvente semirrico y la
corriente de disolvente rico no deben ser limitadores.
Además, dependiendo de la naturaleza del gas de
proceso y de las características fisicoquímicos del disolvente, la
corriente del compuesto gaseoso (150) no está limitada a dióxido de
carbono, sino que puede comprender sulfuro de hidrógeno, nitrógeno,
oxígeno, hidrógeno, helio, etc.
En otros aspectos alternativos de la materia de
la invención, el regenerador puede incluir varios regeneradores
distintos del regenerador estándar con un diámetro aproximado de 3 m
(10 pies) y una altura aproximado de 15 m (50 pies). Por ejemplo,
en el caso de que se purifiquen cantidades relativamente bajas de
gas de proceso pueden ser suficientes regeneradores más pequeños,
mientras que para la purificación de cantidades relativamente
grandes de gas de proceso se prevé un regenerador único más grande o
regeneradores múltiples. En general, el regenerador no está
limitado en sus dimensiones o número siempre que regeneradores
apropiados regeneren cantidades suficientes de corrientes de
disolvente diluido y semidiluido y liberen el compuesto gaseoso. De
manera similar, el reebullidor (122) no está limitado a un
reebullidor accionado por vapor sino que puede incluir también
reebullidores alternativos incluyendo reebullidores con
calentamiento por petróleo o calentados directamente por llama o
calentados eléctricamente.
Con respecto al calentamiento de la corriente
(117) de disolvente rico y el enfriamiento de la corriente de
disolvente diluido (126) y de la corriente (127) de disolvente
semidiluido se prevé que son también apropiados otros dispositivos
distintos al cambiador de calor transversal. Por ejemplo, la
corriente de disolvente rico (117) puede ser calentada utilizando
el calor residual procedente del reebullidor de vapor o a partir de
fuentes de calor distintas del cambiador de calor incluyendo
fluidos calientes, gases calientes y electricidad. Se prevé
especialmente que la corriente de disolvente rico y caliente sea
alimentada a la parte superior del regenerador en una corriente de
disolvente único, no obstante, se prevén también configuraciones
alternativas. Las configuraciones apropiadas incluyen la
alimentación del disolvente rico y caliente en uno o varios puntos
del lateral del regenerador.
De manera similar, el enfriamiento de la
corriente de disolvente diluido (126) y de la corriente de
disolvente semidiluido (127) se puede llevar a cabo con un único
dispositivo de refrigeración o dos dispositivos de refrigeración
independientes que utilizan como refrigerantes agua, aire u otros.
Los dispositivos de refrigeración pueden estar, por lo tanto,
acoplados desde el punto de vista energético o pueden ser
independientes del proceso de purificación del gas. Si bien los
dispositivos de refrigeración (112) y (114) son preferentemente
refrigeradores auxiliares acoplados al absorbedor, se prevén varias
configuraciones alternativas incluyendo refrigeradores auxiliares
múltiples o un único refrigerador auxiliar con dos canales
independientes para las dos corrientes de disolvente. En general,
las dimensiones, naturaleza del refrigerante y la capacidad de
refrigeración no son limitativas para los refrigeradores, siempre
que la corriente de disolvente mixto y enfriado se encuentre más
fría que la corriente de disolvente mixto y siempre que la corriente
de disolvente diluido y enfriado se encuentre más fría que la
corriente de disolvente diluido. Los refrigeradores previstos
reducen preferentemente la temperatura de la corriente de
disolvente diluido y la corriente de disolvente mixto en más de
10ºC, más preferentemente más de 25ºC y de modo más preferente más
de 50ºC. Se prevé además que el elemento de conexión (173) no debe
estar limitado a una conducción sino que puede tener diferentes
tamaños, formas o estructuras siempre que el elemento de conexión
alimente el disolvente mixto enfriado al absorbedor. Por ejemplo,
los elementos de conexión previstos incluyen una abertura única,
una conducción simple o múltiple o conducciones que pueden ser
flexibles o no o una valona u otros medios de montaje.
En otros aspectos alternativos de la invención,
la corriente de disolvente semirrico no es necesario que sea
limitada a una corriente de disolvente semirrico con una carga de
dióxido de carbono superior a 0,3 sino que puede incluir múltiples
corrientes de disolvente semirrico con idénticas o distintas cargas
de dióxido de carbono siempre que, como mínimo, una parte de la
corriente de disolvente semirrico se mezcle, como mínimo, con una
parte de la corriente de disolvente semidiluido. Por ejemplo, se
pueden retirar corrientes de disolvente semirrico apropiadas del
absorbedor en diferentes posiciones que pueden encontrarse o no a la
misma distancia vertical con respecto a la parte superior del
absorbedor.
Con respecto al elemento (170) del control de
flujo del disolvente se prevé que son también apropiados diferentes
dispositivos alternativos distintos a un mezclador estático con dos
aberturas de entrada y una abertura de salida, siempre que, como
mínimo, una parte de la corriente de disolvente semidiluido se
mezcle, como mínimo, con una parte de la corriente de disolvente
semirrico. Por ejemplo, pueden ser suficientes uno o más de un
conector de tuberías de forma simple en T o en Y, especialmente en
el caso en que las partes del refrigerador (112) pueden ayudar en
la mezcla de las dos corrientes de disolvente. En el caso en que sea
deseable controlar la proporción de mezcla de las dos corrientes de
disolvente, se prevén elementos adicionales incluyendo una válvula
de control de flujo. Se debe apreciar especialmente que una
configuración en la que una corriente de disolvente semidiluido se
mezcla con una corriente de disolvente semirrico para formar una
corriente de disolvente mixto y en el que la corriente de
disolvente mixto es enfriada antes de entrar en el absorbedor
reduce la energía térmica requerida para eliminar el dióxido de
carbono de un gas de escape. Otras ventajas de este diseño
comprenden el incremento de capacidad de disolvente y la reducción
de la velocidad de circulación del disolvente.
En la figura 2, un diagrama de flujo (200)
muestra un método de extracción de un componente gaseoso de un gas
de proceso, en el que en la primera etapa (210) se facilita una
corriente de disolvente diluido y una corriente de disolvente
semidiluido. En una segunda etapa (220) el gas de proceso establece
contacto en un absorbedor con la corriente de disolvente diluido y
la corriente de disolvente semidiluido para producir una corriente
de disolvente semirrico y una corriente de disolvente rico y una
etapa subsiguiente (230) en la que, como mínimo, una parte de la
corriente de disolvente semirrico y, como mínimo, una parte de la
corriente de disolvente semidiluido son combinadas para formar una
corriente de disolvente mixto. En otra etapa adicional (240) la
corriente de disolvente mixto es enfriada y la corriente de
disolvente mixto enfriada es introducida en el absorbedor para
absorber el componente gaseoso.
En una realización preferente, la corriente de
disolvente diluido y la corriente de disolvente semidiluido
comprenden MEA como disolvente y ambas son producidas mediante un
regenerador. El gas de proceso es un gas de escape a baja presión
procedente de una turbina de combustión con una presión menor de 138
kPa (20 psia) cuando es alimentado al absorbedor y el componente
gaseoso del gas de escape es dióxido de carbono con una
concentración que de manera típica es menor de 20% molar y
típicamente menor de 10% molar. El gas de escape a baja presión (es
decir, menos de 680 kPa (120 psia) cuando es alimentado al
absorbedor) recibe contacto en el absorbedor con una
contracorriente de disolvente diluido que tiene una carga de dióxido
de carbono aproximada de 0,2 y una corriente de disolvente
semidiluido con una carga de dióxido de carbono aproximada de 0,4,
para producir una corriente de disolvente semirrico que tiene una
carga de dióxido de carbono superior a 0,3 y una corriente de
disolvente rico que tiene una carga de dióxido de carbono de 0,5
aproximadamente. A continuación, la corriente de disolvente
semirrico y la corriente de disolvente semidiluido son combinadas en
un mezclador estático para formar una corriente de disolvente
mixto. A continuación, la corriente de disolvente mixto es enfriada
mediante un refrigerador auxiliar para formar una corriente de
disolvente mixto enfriada y la corriente de disolvente mixto
enfriada es alimentada al absorbedor.
Con respecto a componentes idénticos entre el
método preferente de la figura 2 y los componentes preferentes de
la figura 1 son aplicables iguales consideraciones que en lo
anterior.
Por lo tanto, se han dado a conocer
realizaciones específicas y aplicaciones de métodos y aparatos
mejorados para la extracción de un componente gaseoso de un gas de
proceso. No obstante, quedará evidente para los técnicos en la
materia que se puede introducir muchas otras modificaciones además
de las ya descritas sin salir de los conceptos inventivos que se
han expuesto. La materia inventiva, por lo tanto, no debe quedar
restringida excepto en el espíritu de las reivindicaciones
adjuntas. Además, al interpretar tanto la descripción como las
reivindicaciones, todos los términos deben ser interpretados de la
manera más amplia posible que es compatible con el contexto. En
particular, los términos "comprende" y "comprendiendo" se
deben interpretar que hacen referencia a elementos, componentes o
fases de manera no exclusiva, indicando que los elementos
referenciados, componentes o etapas pueden encontrarse presentes o
pueden ser utilizados o se pueden combinar con otros elementos,
componentes o fases que no se explican de manera expresa.
Claims (15)
1. Instalación de recuperación (100) que
recupera un componente gaseoso de un gas de proceso, que
comprende:
un absorbedor (110) configurado para utilizar un
disolvente diluido y un disolvente semidiluido para absorber el
componente gaseoso del gas de proceso y en el que el absorbedor
(100) está configurado además para producir un disolvente rico, un
disolvente semirrico y un gas de proceso diluido;
un regenerador (120) acoplado fluidicamente al
absorbedor (110) y configurado para producir tanto el disolvente
diluido como el disolvente semidiluido;
en el que el regenerador (120) está configurado
además para recibir, como mínimo, una parte del disolvente rico y
para extraer el componente gaseoso de dicho disolvente rico,
regenerando de está manera el disolvente diluido y el disolvente
semidiluido;
un elemento de control de flujo del disolvente
(170), acoplado fluidicamente al absorbedor (110) y configurado
para combinar, como mínimo, una parte del disolvente semirrico con,
como mínimo, una parte del disolvente semidiluido para formar un
disolvente mixto;
un refrigerador (112) acoplado fluidicamente al
absorbedor (110), de manera que el refrigerador (112) está
configurado para refrigerar el disolvente mixto; y
un elemento de conexión (173) configurado para
alimentar el disolvente mixto enfriado al absorbedor (110).
2. Instalación de recuperación (100) según la
reivindicación 1, que comprende además una turbina de combustión
acoplada fluidicamente al absorbedor (110) de manera tal que la
turbina de combustión proporcionan un gas de escape al absorbedor
(110) como gas de proceso.
3. Instalación de recuperación (100) según la
reivindicación 2, en la que la turbina de combustión está
configurada de manera tal que produce un gas de proceso que tiene
una concentración de dióxido de carbono superior a 10% molar.
4. Instalación de recuperación (100) según la
reivindicación 2, en la que la turbina de combustión está
configurada de manera tal que produce un gas de proceso que tiene
una concentración de dióxido de carbono superior a 5% molar.
5. Instalación de recuperación (100) según la
reivindicación 2, en la que la turbina de combustión está
configurada de manera tal que produce un gas de proceso que tiene
una concentración de dióxido de carbono superior a 2% molar.
6. Instalación de recuperación (100) según la
reivindicación 1, en la que el absorbedor (110) está configurado
para permitir el funcionamiento a una presión menor de 1,37895 bar
(20 psia) y en el que el regenerador (120) está configurado para
permitir el funcionamiento a una presión por encima de la presión
del absorbedor.
7. Instalación de recuperación (100) según la
reivindicación 1, en la que el regenerador (120) está configurado
para recibir el disolvente rico a la parte superior del regenerador
(120) en una única corriente de disolvente rico.
8. Instalación de recuperación (100) según la
reivindicación 1, en la que el refrigerador (112) está configurado
para tener una capacidad suficiente para reducir la temperatura del
disolvente mixto en más de 50ºC.
9. Instalación de recuperación (100) según la
reivindicación 1, en la que el refrigerador (112) está configurado
de manera que tenga capacidad suficiente para reducir la temperatura
del disolvente mixto en más de 10ºC.
10. Método para la extracción de un componente
gaseoso de un gas de proceso, que comprende:
proporcionar una corriente de disolvente diluido
(126) y una corriente de disolvente semidiluido (127);
alimentar el gas de proceso en un absorbedor
(110) con la corriente (126) de disolvente diluido y la corriente
(127) de disolvente semidiluido para producir una corriente (118) de
disolvente semirrico y una corriente (117) de disolvente rico, de
manera que el absorbedor (110) funciona a una presión menor de
1,37895 bar (20 psia);
produciendo, como mínimo, una parte del
disolvente diluido y, como mínimo, una parte del disolvente
semidiluido en un regenerador (120), de manera que el regenerador
funciona a una presión por encima de la presión del absorbedor;
combinando, como mínimo, una parte de la
corriente (118) de disolvente semirrico, como mínimo, una parte de
la corriente (127) de disolvente semidiluido para formar una
corriente (171) de disolvente mixto; y
refrigerar la corriente de disolvente mixto
(171) e introducir la corriente (171) de disolvente mixto y enfriado
en el absorbedor (110) para absorber el componente gaseoso.
11. Método según la reivindicación 10, en el que
el gas de proceso comprende gases de escape.
12. Método según la reivindicación 10, en el que
el gas de proceso comprende dióxido de carbono.
13. Método según la reivindicación 12, en el que
el dióxido de carbono se encuentra presente en el gas de proceso en
una concentración menor de 10% molar.
14. Método según la reivindicación 12, en el que
el dióxido de carbono se encuentra presente en el gas de proceso en
una concentración menor de 20% molar.
15. Método según la reivindicación 10, en el que
el disolvente diluido comprende monoetanolamina.
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