La presente invención consiste en un dispositivo de recirculación que consta de un intercambiador de calor de cuatro pasos que es capaz de licuar dióxido de carbono y almacenarlo en el mismo dispositivo; que tiene acoplado a este intercambiador un subsistema de refrigeración operado con agua; donde el dióxido de carbono proveniente de cualquier proceso a condiciones conocidas de temperatura y presión ingresa al intercambiador especialmente diseñado que se encarga de retirar el calor para que el C02 a una presión constante pueda ser licuado y almacenado en estado líquido dentro del mismo dispositivo. De esta manera es posible recuperar el C02 gaseoso, para que este pueda volver a ser presurizado y usado nuevamente en la aplicación.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Se conoce de la invención, la solicitud de patente japonesa JP2004249175A con fecha de prioridad 2003-02-18 y fecha de Publicación 2004-09-09 titulada "IMPREGNATION TREATMENT METHOD FOR RECOVERING AND RECYCLING CARBON DIOXIDE AND PRODUCT WHICH IS SUBJECTED TO IMPREGNATION TREATMENT BY THE METHOD" del inventor Keiichi Kikuchi Mitsuhiro Ohashi Itsuro. Esta invención describe la impregnación de sustancias en un material; a diferencia de la invención que nos ocupa como nueva que está diseñada para diferentes procesos fisicoquímicos que involucran al dióxido de carbono como materia prima y específicamente para un proceso extractivo que se lleve a cabo en condiciones supercríticas, pero puede ser aplicado a otros procesos que requieran recircular CO2. Este antecedente comprime el dióxido de carbono licuado o supercrítico y lo almacena en un tanque, el dióxido de carbono puede ser licuado o supercrítico derivado de un calentamiento de los tanques de almacenamiento. El antecedente no contempla el enfriamiento del gas; mientras que en la nueva invención el dióxido de carbono proveniente del proceso supercrítico a condiciones conocidas de temperatura y presión, ingresa al intercambiador que se encarga de retirar el calor para que el CO2 a una presión constante pueda ser licuado y almacenado en estado líquido dentro del mismo equipo.

Además, el antecedente utiliza un aparato de separación de gas para la eliminación de los componentes sólidos; mientras que la nueva invención cuenta con una etapa de limpieza que consiste en hacer pasar el fluido por filtro de material poroso y por lechos de carbón activado y zeolita funcionalizada para que los residuos queden capturados en la superficie del material absorbente. La patente estadounidense US20030161780A1 con fecha de prioridad 2001 -10-17 denominada "RECYCLE FOR SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE" del Inventor Henry Howard John Billingham es un antecedente que está diseñado para que la etapa de purificación y recirculación funcione de manera continua, utilizando un bypass que devuelve la corriente de CO2 limpia y líquida nuevamente a las etapas de limpieza y compresión, gastando recursos energéticos aún cuando la aplicación no esté en operación. La presente invención no opera de manera continua sino que el fluido es almacenado en un tanque integrado de licuado. El suministro de CO2 en la invención se provee por demanda, solamente mientras la aplicación esté funcionando, lo que también proporciona libertad para escoger el flujo de operación de la aplicación. Este antecedente US20030161780A1 utiliza un complejo sistema de columnas de destilación, lecho de absorción y oxidante catalítico para purificar el CO2 que fluye con contaminantes; mientras que la nueva invención emplea un solo sistema de lecho empacado para realizar la función específica de separación de partículas y retención de impurezas. Además, el antecedente contempla el uso de un compresor y al menos dos bombas para preparar el fluido para la aplicación, a diferencia de la invención , que no contempla el uso de compresor, sino que el CO2 es licuado a una temperatura constante para ser succionado posteriormente por la misma bomba de la aplicación. La presión recomendada para operar el antecedente está a la mitad de la presión que funcionaría con la invención.

Otro antecedente es la patente US6960242B2 con fecha de prioridad 2002-10-02 denominada "CO2 RECOVE RY PROCESS FOR SUPERCRITICAL EXTRACTION" del inventor Kelly Leitch Gavin Hartigan Robert D'Orazio donde el dióxido de carbono recirculado no se almacena en estado líquido como en la nueva invención. La refrigeración del antecedente no opera con agua y en el antecedente, el proceso de reciclo está compuesto por dos etapas: una de alta y otra de baja presión; a diferencia de la invención que integra en una etapa la licuefacción y almacenamiento del fluido. REVELACIONES DE LA INVENCIÓN

Si bien existen en el estado de la técnica otros aparatos con una funcionalidad similar, no existe ninguna solución tecnológica que integre en un dispositivo los dos procesos de licuado y almacenamiento en una sola etapa de recirculación con las características de la presente invención. En el sistema están presentes todos los detalles de recirculación de CO2 tales como limpieza del solvente, licuado y almacenamiento, pero de forma integrada. De esta manera se supera el prejuicio de separar las etapas de licuado y almacenamiento porque la invención es un dispositivo que permite realizar estas dos etapas en una sola. El resultado de aplicar este desarrollo no altera las características del producto de la aplicación, así que las ventajas de la técnica se mantienen.

Adicionalmente, la invención proporciona libertad para escoger el flujo de operación en la aplicación, pues, el suministro de CO2 se provee por demanda solamente mientras la aplicación está funcionando.

El nuevo desarrollo soluciona el problema técnico de la recirculación del dióxido de carbono. Adicionalmente, no se han observado dispositivos que puedan enfriar y contener el fluido en el mismo equipo. Este desarrollo permite realizar en una etapa integrada lo que se llevaría a cabo convencionalmente en dos, licuefacción y almacenamiento. Esto reduce el número de partes de equipo que deben ser construidas lo cual influye en ahorros al momento de su fabricación y operación.

La solución provista a dicho problema técnico no podría ser obvia para un técnico versado en la materia ya que ninguno de los documentos relacionados en el estado de la técnica permiten derivar de su contenido la solución propuesta por la invención objeto de análisis, ni siquiera el antecedente más cercano a la invención, patente US6960242B2, permite inferir el nuevo procedimiento utilizado.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS A continuación, se presenta una breve descripción de figuras y la manera de ejecutar la invención con la relación de cada uno de los componentes en la descripción asociados en cada figura: La figura 1 muestra el esquema con los Componentes del sistema de recirculación de dióxido de carbono que usa un dispositivo integrado de licuado y almacenamiento del fluido.

La figura 2 muestra el condensador de CO2.

La figura 3 muestra el cabezal frontal tipo C de manera detallada.

La figura 4 muestra el casco del condensador.

MEJOR MANERA DE EJECUTAR LA INVENCIÓN

En este nuevo sistema de recirculación de dióxido de carbono que usa un dispositivo integrado de licuado y almacenamiento del fluido, el CO2 en estado gaseoso (18) proveniente de un proceso entre 45 bar - 55 bar y 20°C - 40°C pasa por dos filtros de limpieza, un primer filtro de limpieza (10) con carbón activado y un segundo filtro de limpieza (1 1 ) con zeolita funcionalizada ubicados en línea. Posteriormente el CO2 en estado gaseoso (18) pasa por una válvula de bola (17) que controla el paso a un condensador (12). El CO2 en estado gaseoso (18) tiene contacto con la superficie externa de los tubos (13) por los cuales circula en su interior agua refrigerada (14) a una temperatura de entre 9 °C - 1 1 °C; lo que hace, a la presión de operación, que el CO2 se condense.

El CO2 líquido (19) para recirculación sale por la salida de CO2 líquido del condensador (12) y pasa por una válvula de bola (20) manteniendo el CO2 en estado líquido; mientras tanto el CO2 gaseoso es condensado, almacenado en el mismo intercambiador (12). Este tipo de disposición implica la fabricación de un sólo elemento condensador (12) que a su vez almacena fluido. El nuevo sistema de recirculación tiene una unidad condensadora (16) y tiene adaptada una bomba centrifuga (21 ) para circulación de agua (14) que pasa del reservorio de agua refrigerada (15) al condensador (12).

El Condensador de CO2 (12) es el componente donde se realiza la recuperación, condensación y almacenamiento del CO2, este condensador (12) está sometido a una presión que varía entre 45 bar a 55 bar dependiendo del proceso, esto hace que la temperatura de su interior se deba mantener entre los 12°C y 18°C para que la condensación se realice de manera eficiente. El condensador (12) tiene una capacidad de almacenamiento de 25 kilogramos de CO2 líquido para garantizar el correcto funcionamiento. Consta de tubos (13), porta- tubos (23), brida ciega (24), pernos de brida ciega (25), pernos de base del porta- tubos (26), casco (27), y copa de casco (28). De esta manera el fluido es apto para ser succionado por bombas de desplazamiento positivo con una densidad mínima de 850 kg/m ³ . El condensador (12) tiene acoplada una válvula de seguridad para evitar el incremento de la presión en caso de que se interrumpa el flujo eléctrico que mantiene el subsistema de enfriamiento de agua.

Este condensador (12) permite cumplir tanto con los requerimientos de transferencia de calor así como con los requerimientos de almacenamiento de CO2. Este condensador (12) tiene un cabezal frontal tipo C (29), casco tipo E (30) y cabezal posterior tipo U (37); que corresponden a la descripción a continuación:

El cabezal frontal tipo C (29) tiene pernos (26), brida ciega (24) y placa porta-tubos (23), que permite realizar las labores de limpieza al casco (30) sin tener que desmontar el haz de tubos (13). Se compone de un tubo de acero de 10" (31 ) con una longitud de 0,2 metros soldado a una brida ciega (24) rating 300 que hace la función de la placa porta tubos; chapa de acero en forma de T (32), niple (33) y niple (34) con sus respectivas tuercas. En su extremo opuesto tiene una brida Slip-On rating 150 que permite el acceso al haz de tubos (13) como se muestra en la figura 3.

El casco tipo E (30) de la figura 4 se configura en el condensador (12) con una entrada superior y una salida inferior. Se compone de un tubo de acero de 10" (35) con una longitud de 1 ,1 metros soldado a un cabezal posterior tipo U (37) con copa de acero de 10" en la parte superior y una brida Slip-On (36) en la parte inferior. La figura 4 muestra el casco (30) junto con la brida ciega (24) que lo compone.

El cabezal posterior tipo U (37) del condensador (12) tiene una configuración permite realizar los cuatro pasos por los tubos (13) de manera independiente sin tener que involucrar el casco (30), facilitando el retiro del mismo para las labores de mantenimiento. Se compone de los tubos (30) de circulación de agua (14) refrigerante doblados en forma de U de tal manera que le permita al agua refrigerante pasar cuatro veces por el casco (30) antes de abandonar el condensador (12)

El sistema de recirculación de dióxido de carbono que usa un dispositivo integrado de licuado y almacenamiento del fluido tiene los siguientes paramentos en su condensador (12): 124 tubos (13), paso transversal de 17 mm, paso longitudinal de 14,7 mm, diámetro de los tubos de 1/2", material de tubos cobre tipo m, longitud de tubos de 1 m, cuatro pasos por tubo, temperatura entre 9°C-1 1 °C, presión en los tubos entre 1 bar - 2 bar y flujo másico de agua refrigerante de 80 g/min - 120 g/min, flujo de CO2 con cuatro bafles, separación entre bafles de 20 cm, temperatura entrada de 20°C - 35°C, temperatura salida de 12°C - 13°C, densidad mínima de salida 850 kg/m ³ , presión en el casco de 55 bar, flujo másico de CO2 menor de 100 g/min y diámetro de casco 10".

El condensador (12) se caracteriza por un casco con espesor entre 3,45 mm - 9,27 mm, tubos con espesor entre 0,0396 mm - 0,635 mm, placa porta tubos con espesor entre 16,1 mm - 54 mm, 16 pernos con diámetro entre 3/4" - 1 ", torque de apriete requerido de 1670 Lbf-in, espesor requerido de la brida para el casco entre 53,6 mm - 54 mm.

El subsistema de refrigeración se compone de un reservorio de agua (15), una bomba (21 ) para desplazarla, un evaporador y una unidad condensadora (16) que emplea como líquido refrigerante R-22 (38) para enfriar el agua (14). Este subsistema se encarga de hacer circular el agua refrigerante por los tubos (13) de cobre que conforman el condensador (12) y almacenador de CO2. La temperatura del refrigerante dentro de los tubos (13) de cobre deberá ser inferior a los 12°C de tal forma que la temperatura superficial de los mismos sea menor de 12,9°C para obtener CO2 subenfriado con una densidad mínima de 850 kg/m ³ . La cantidad de calor que se requiere extraer al CO2 el cual se calcula que ingresa a un flujo de 100 g/min a una temperatura de 35°C y a unas condiciones de presión de 55 bar es de 360 Watts equivalentes a 1230 BTU/h ó 310 kcal/h, esto a una temperatura del agua refrigerante de 1 1 °C ya que el proceso de condensación del CO2 a 55 bar se inicia a los 18,27°C.