BR102016028677B1 - Processo para a obtenção de um produto de ar líquido e de um produto de ar sólido, rico em oxigênio, em uma instalação de decomposição de ar e instalação de decomposição de ar - Google Patents

Abstract

PROCESSO PARA A OBTENÇÃO DE UM PRODUTO DE AR LÍQUIDO E DE UM PRODUTO DE AR SÓLIDO, RICO EM OXIGÊNIO, EM UMA INSTALAÇÃO DE DECOMPOSIÇÃO DE AR E INSTALAÇÃO DE DECOMPOSIÇÃO DE AR, Processo para decomposição de ar a baixas temperaturas, no qual se emprega uma instalação de decomposição de ar (100) comum permutador de calor principal (3) e com um sistema de colunas de destilação (6, 7), o qual abrange coluna de alta pressão (61) operada em um primeiro nível de pressão, uma coluna de baixa pressão (62)operada em um segundo nível de pressão mais baixo e uma coluna mista (7). Na coluna mista (7), diretamente acima do depósito de decantação,é introduzida uma primeira corrente de ar comprimido (h) em forma gasosa e na coluna mista (7) é enviada contra uma corrente rica em oxigênio (n). A primeira corrente de ar comprimido (h) é formada mediante o emprego de ar, que é condensado em um nível de pressão de saída acima do primeiro nível de pressão e que, depois, é resfriado em um primeiro nível de temperatura e é expandido em uma primeira turbina (4). Na coluna de alta pressão (62) é introduzida uma segunda corrente de ar comprimido (g), que, também, é formada mediante o emprego do (...).

Description

[001] A presente invenção refere-se a um processo para a obtenção de um produto de ar líquido e de um produto de ar gasoso, ricos em oxigênio, em uma instalação de decomposição de ar e a uma instalação de decomposição de ar projetada para a execução de tal processo.

Estado da Técnica

[002] A produção de produtos de ar no estado líquido ou gasoso, através de decomposição de ar em baixa temperatura em instalações de decomposição de ar já é conhecida e é descrita, por exemplo, em H.-W. Haring (editor), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006, especialmente na seção 2.2.5, "Cryogenic Rectification".

[003] Para uma série de aplicações industriais não é requerido, pelo menos não exclusivamente, oxigênio puro. Isso abre a possibilidade de otimizar instalações de decomposição de ar quanto aos seus custos de fabricação e de operação, especialmente quanto ao seu consumo de energia. Para detalhes, cabe se remeter à bibliografia especializada, tal como, por exemplo, F. G. Kerry, Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification, CRC Press, 2006, capítulo 3.8, "Development of Low Oxygen-Purity Processes".

[004] Para a obtenção de oxigênio pressurizado em forma gasosa de menor pureza, poderiam ser empregadas, entre outras, as instalações de decomposição de ar com as assim chamadas colunas mistas, tal como são conhecidas há muito tempo e são descritas em uma série de documentos, tais como, por exemplo, o DE 2 204 376 A1 (corresponde ao US 4 022 030 A), o US 5 454 227 A, o US 5 490 391 A, o DE 198 03 437 A1, o DE 199 51 521 A1, o EP 1 139 046 B1 (US 2001/052244 A1), o EP 1 284 404 A1 (US 6 662 595 B2), o DE 102 09 421 A1, o DE 102 17 093 A1, o EP1 376 037 B1 (US 6 776 004 B2), o EP 1 387136 A1 e o EP 1 666 824 A1. Também no FR 2 895 068 A1 é revelada uma instalação de decomposição de ar com uma coluna mista.

[005] Em uma coluna mista, próximo ao topo, um líquido rico em oxigênio e, próximo ao depósito de decantação, um ar comprimido em forma gasosa, ou seja, um assim chamado ar de coluna mista, são introduzidos e enviados um contra o outro. Devido ao contato intensivo, uma certa fração do nitrogênio facilmente volátil passa do ar de coluna mista para o líquido rico em oxigênio. Nesse caso, o líquido rico em oxigênio é evaporado na coluna mista e pode ser removido no topo da coluna mista sob a forma de um assim chamado oxigênio "impuro". O oxigênio impuro pode ser extraído da instalação de decomposição de ar como sendo produto de gás. O ar de coluna mista, por sua vez, é liquefeito ao percorrer a coluna mista, em certa medida enriquecido com oxigênio, e pode ser removido do depósito de decantação da coluna mista. Essa corrente liquefeita pode ser introduzida, em seguida, no sistema empregado de colunas de destilação, em um ponto apropriado energeticamente e/ou do ponto de vista da técnica de separação. Através do emprego de uma coluna mista, é possível reduzir consideravelmente a energia necessária para a separação de materiais às custas da pureza do produto de oxigênio em forma gasosa.

[006] Desvantajoso nas conhecidas instalações de decomposição de ar, mesmo aquelas que trabalham com colunas mistas, é a flexibilidade limitada quando em operação. Nas instalações desse tipo, a necessidade de resfriamento é coberta, geralmente, pela expansão de ar em uma assim chamada turbina de insuflar. Uma turbina de insuflar desse tipo expande o ar desde um nível de pressão de, por exemplo, 500 a 600 kPa (5,0 a 6,0 bar) para um nível de pressão de, por exemplo, 120 a 160 kPa(1,2 a 1,6 bar) (trata-se, respectivamente de pressões absolutas; níveis de pressão especificamente empregados no âmbito da presente invenção são apresentados mais abaixo). Em instalações correspondentes é previsto um sistema de colunas de destilação com (pelo menos) uma coluna de alta pressão e uma coluna de baixa pressão. Nesse exemplo apresentado, a coluna de alta pressão é operada no nível mencionado de pressão de 500 a 600 kPa (5,0 a 6,0 bar); a coluna de baixa pressão, no nível mencionado de pressão de 120 a 160 kPa (1,2 a 1,6 bar). O ar expandido na turbina de insuflar é introduzido na coluna de baixa pressão. A expansão é possível devido à diferença de pressão indicada entre a coluna de alta pressão e a coluna de baixa pressão. No entanto, o ar expandido desse modo na coluna de baixa pressão prejudica a retificação, e por isso ficam bastante limitadas a quantidade do ar expandido na turbina de insuflar e, consequentemente, a capacidade de resfriamento da instalação em seu conjunto. Por isso, dessas instalações com tais esquemas de conexões não é possível retirar nenhuma quantidade considerável de produtos líquidos.

[007] Por isso, a quantidade de extração máxima de nitrogênio líquido e de oxigênio líquido nas instalações tradicionais com colunas mistas, assim como em outras instalações típicas de decomposição de ar, para a disponibilização de produtos de ar em forma gasosa (as assim chamadas instalações de gás) ficam limitadas ao máximo de cerca de 0,5% da quantidade de ar empregada.

[008] Um método, como é descrito em WO 2014/037091 A2, permite na verdade um aumento da produção de liquido, mas faz com que segundo as razões abaixo descritas a flexibilidade necessária nem sempre seja alcançada com a flutuação da procura de produtos de ar ricos em oxigênio líquidos e gasosos

[009] Portanto, existe a necessidade de melhores possibilidades para a geração eficiente e flexível de produtos de ar líquidos e gasosos ricos em oxigênio em instalações de decomposição de ar com colunas mistas correspondentes.

Evidência da Invenção

[0010] Frente a esse plano de fundo, a presente invenção propõe um processo para a obtenção de um produto de ar líquido e um gasoso, ricos em oxigênio, em uma instalação de decomposição de ar e uma instalação de decomposição de ar projetada para a execução de tal processo, com as características das reivindicações independentes. Configurações preferenciais são objeto das reivindicações dependentes, bem como da descrição que se segue.

[0011] Em instalações de decomposição de ar, são empregados turbo condensadores para a condensação do ar. Isso se aplica, por exemplo, ao "condensador de ar principal", que se caracteriza pelo fato de que através dele é condensada toda a quantidade de ar introduzida no sistema de colunas de destilação, ou seja, todo o ar empregado. De modo correspondente, pode ser previsto um "recondensador", no qual uma parte da quantidade de ar condensada no condensador de ar principal é levada novamente para uma pressão mais elevada. Também este pode ser projetado como turbo condensador. Para a condensação de subquantidades de ar, são previstos, tipicamente, outros turbo condensadores que também podem ser chamados de booster, embora em comparação com o condensador de ar principal ou com o recondensador só executem uma condensação em um âmbito relativamente reduzido.

[0012] Além disso, em muitos pontos nas instalações de decomposição de ar pode ser efetuada uma expansão de ar, sendo que para isso podem ser empregados, entre outros, motores de expansão na forma de turbo-motores de expansão, também chamados aqui resumidamente de "turbinas". Turbo-motores de expansão também podem ser acoplados com turbo-condensadores e acionar estes. Se um ou mais turbo-condensadores forem acionados sem energia fornecida externamente, isto é, apenas através de um ou mais turbo-motores de expansão, então para tal disposição também será empregada a expressão "booster de turbina". Em um booster de turbina, o turbo-motor de expansão e o turbo-condensador encontram- se acoplados mecanicamente.

[0013] Para a caracterização de pressões e temperaturas, a presente invenção usa os termos "nível de pressão" e "nível de temperatura", sendo que isso quer dizer que pressões e temperaturas em uma instalação correspondente não precisam ser empregadas na forma exata de valores de pressão e de temperatura para concretizar o conceito da presente invenção. No entanto, tais pressões e temperaturas se movem, tipicamente, em determinadas faixas que se situam, por exemplo, em ± 1%, 5%, 10%, 20% ou mesmo 50% em torno de um valor médio. Geralmente, os valores dentro de um "nível" não se distanciam em mais do que 5% ou 10%. Nesse caso, níveis de pressão e níveis de temperatura correspondentes podem se situar em faixas disjuntivas ou em faixas que se sobreponham. Especialmente, por exemplo, níveis de pressão implicam perdas inevitáveis de pressão ou perdas de pressão a serem esperadas, como, por exemplo, devido a efeitos de resfriamento ou a perdas de potência. O mesmo se aplica aos níveis de temperatura. No caso dos níveis de pressão aqui indicados em kPa (bar), trata-se de pressões absolutas.

[0014] No âmbito deste pedido de patente, trata-se da obtenção de produtos de ar, especialmente de produtos de ar ricos em oxigênio e ricos em nitrogênio, respectivamente produtos de oxigênio e produtos de nitrogênio. Um "produto" sai da instalação apresentada e é armazenado, por exemplo, em um tanque ou é consumido. Ou seja, ele não participa mais somente exclusivamente nos circuitos internos da instalação, embora possa ser empregado adequadamente antes de sair da instalação, como, por exemplo, como portador de frio em um permutador de calor. O conceito "produto" não abrange, portanto, aquelas frações ou correntes que permanecem na instalação e são empregados exclusivamente lá, como, por exemplo, na forma de fluxo de retorno, agente de resfriamento ou gás de limpeza.

[0015] O conceito "produto" contém ainda uma indicação de quantidade. Um "produto" corresponde a no mínimo 1%, especialmente no mínimo 2%, por exemplo no mínimo 5% ou no mínimo 10% da quantidade de ar empregada na instalação correspondente. Consequentemente, quantidades menores, ocorridas também tradicionalmente, em instalações de gás mencionadas e frações líquidas que, eventualmente, podem ser extraídas de uma instalação desse tipo não representam um "produto" no sentido do presente pedido de patente. Por exemplo, em sistemas conhecidos de colunas de destilação, são extraídas da coluna de baixa pressão sempre quantidades pequenas de uma fração líquida depositada no depósito de decantação, para se evitar um enriquecimento de metais indesejáveis, como o metano. Nesse caso, no entanto, já devido à quantidade, não se trata de "produtos" no sentido do presente pedido de patente. Através da extração de produtos líquidos, "retira-se" de uma instalação de decomposição de ar uma quantidade considerável de frio, que, caso contrário, poderia ser recuperada parcialmente através de evaporação desses produtos líquidos. No entanto, tal extração só tem efeito a partir de determinada quantidade de extração, ou seja, só quando efetivamente for extraído um "produto" no sentido da definição acima mencionada.

[0016] Um "produto de ar rico em oxigênio" líquido ou gasoso, no vocabulário do presente pedido de patente é um fluido em estado agregado correspondente, que apresenta um teor de oxigênio de no mínimo 75%, especialmente no mínimo 80%, à base molar de peso ou de volume. Mesmo o "oxigênio impuro" que é extraído da coluna mista é, portanto, um produto de ar rico em oxigênio.

Vantagens da Invenção

[0017] A presente invenção propõe um processo para a decomposição de ar à baixa temperatura, no qual é empregada uma instalação de decomposição de ar com um permutador de calor principal e um sistema de colunas de destilação, o qual abrange uma coluna de alta pressão operada em um primeiro nível de pressão, uma coluna de baixa pressão operada em um segundo nível de pressão e uma coluna mista. O segundo nível de pressão é mais baixo que o primeiro.

[0018] Tal como já é conhecido, por exemplo, pelo WO 2014/037091 A2 mencionado no início, em um processo desse tipo, da coluna de baixa pressão pode ser extraída uma corrente rica em oxigênio em estado líquido com um primeiro teor de oxigênio, que não será conduzida para fora da instalação de decomposição de ar diretamente em estado líquido ou evaporado, mas sim, especialmente depois do aquecimento, será introduzida em estado líquido na coluna mista com o primeiro teor de oxigênio, especialmente na região superior, como, por exemplo, o topo. Além disso, na coluna mista é introduzida uma primeira corrente de ar comprimido em estado gasoso, a qual, na coluna mista, é enviada contra a corrente rica em oxigênio com o primeiro teor de oxigênio. De preferência, a introdução da primeira corrente de ar comprimido na coluna mista ocorre diretamente acima do depósito de decantação.

[0019] Através de uma operação desse tipo da coluna mista, é possível extrair dela, pelo topo, uma corrente rica em oxigênio com um segundo teor de oxigênio abaixo do primeiro teor de oxigênio e conduzi-la como produto de ar gasoso rico em oxigênio para fora da instalação de decomposição de ar. No caso da corrente rica em oxigênio, com o segundo teor de oxigênio, trata-se do oxigênio "impuro", cujo (segundo) teor de oxigênio, no entanto, é suficiente para determinadas aplicações e possibilita a otimização energética mencionada.

[0020] Em uma instalação correspondente, é possível retirar da coluna de baixa pressão, especialmente de seu depósito de decantação, uma corrente de oxigênio puro no estado líquido e conduzi-la como produto de ar em estado líquido rico em oxigênio, com seu teor de oxigênio, para fora da instalação de decomposição de ar. Algo correspondente é mostrado no WO 2014/037091 A2. A corrente de oxigênio puro apresenta um teor de oxigênio acima do primeiro teor de oxigênio. Nesse caso, portanto, será disponibilizado um outro produto de ar em estado líquido rico em oxigênio, que apresenta um alto teor de oxigênio. A retirada assim efetuada de duas correntes ricas em oxigênio para fora da coluna de baixa pressão (a saber, a corrente rica em oxigênio com o primeiro teor de oxigênio e, adicionalmente, a corrente de oxigênio puro) é opção de técnica de processamento, caso, adicionalmente ao produto de ar em estado gasoso rico em oxigênio, seja requerido um produto de ar estado líquido rico em oxigênio, na forma de oxigênio líquido puro. Se não for requerido nenhum desses produtos de ar em estado líquido rico em oxigênio, na forma de oxigênio líquido puro, ou se a pureza requerida para um produto de ar em estado líquido rico em oxigênio se situar em cerca de um a dois pontos percentuais sobre a pureza desejada do produto de ar em forma gasosa rico em oxigênio, então, também só será possível extrair da coluna de baixa pressão uma corrente em estado líquido rica em oxigênio. Disso, uma parte, por exemplo, pode ser introduzida na coluna mista, conforme explicado anteriormente, e outra parte pode ser conduzida em estado líquido para fora da instalação de decomposição de ar, isto é, pode ser empregada como produto de ar em estado líquido rico em oxigênio.

[0021] Em qualquer caso, também na presente invenção, um produto de ar em estado líquido e rico em oxigênio é conduzido ao menos parcialmente em estado líquido para fora da instalação de decomposição de ar, tal como, por exemplo, um produto de ar correspondente em estado líquido e rico em oxigênio a partir da coluna de baixa pressão com o primeiro teor de oxigênio ou um correspondente oxigênio puro. Também outros produtos de ar ricos em oxigênio podem ser conduzidos em estado líquido para fora da instalação de decomposição de ar. Como produto, a quantidade do mesmo abrange pelo menos os valores apresentados acima no que se refere a "produtos". A quantidade com que um correspondente produto de ar em estado líquido e rico em oxigênio pode ser retirado em estado líquido da instalação de decomposição de ar é bastante flexível, devido às providências propostas de acordo com a invenção.

[0022] Na medida acima se fala em correntes ricas em oxigênio, a saber, especialmente a corrente rica em oxigênio com o primeiro teor de oxigênio e, eventualmente, a corrente de oxigênio puro com o teor mais elevado de oxigênio e outras correntes ricas em oxigênio, que são retiradas em estado líquido das colunas de baixa pressão, então se trata, neste caso, de correntes que são empregadas para a produção de produtos de ar correspondentes ricos em oxigênio. Portanto, conforme mencionado acima em relação ao conceito de "produtos", elas são retiradas das colunas de baixa pressão em uma quantidade que se diferencia nitidamente de correntes que não são disponibilizadas como produtos, como, por exemplo, correntes de lavagem que são empregadas apenas para a remoção de impurezas a partir, por exemplo, de um depósito de decantação da coluna de baixa pressão. A corrente rica em oxigênio, com o primeiro teor de oxigênio e, eventualmente, a corrente de oxigênio puro e outras correntes ricas em oxigênio são, portanto, retiradas da coluna de baixa pressão em uma quantidade que se situa na faixa mencionada acima em relação a um "produto".

[0023] No âmbito da presente invenção, a primeira corrente de ar comprimido, que é introduzida na coluna mista, é formada mediante o emprego de ar, que é condensado em um nível de pressão de saída acima do primeiro nível de pressão e que, em seguida, é resfriado em um primeiro nível de temperatura, especialmente no permutador de calor principal, e que é expandido em uma primeira turbina. Conforme explicado também a seguir, a presente invenção pode ser usada especialmente nos assim chamados processos HAP ("High Air Pressure"), ou seja, processos nos quais toda a quantidade de ar que é conduzida a um sistema de colunas de destilação é condensada em uma pressão que se situa nitidamente acima da pressão de operação máxima empregada no sistema de colunas de destilação. Por "nitidamente acima", no presente caso, deve-se entender uma diferença de pressão de no mínimo 100 kPa (1,0 bar), especialmente mais. Através do emprego de uma primeira turbina correspondente, é possível gerar um frio adicional que compense perdas de frio, especialmente devido à retirada de produtos de ar ricos em oxigênio em estado líquido da instalação de decomposição de ar. No âmbito da presente invenção, portanto, uma parte da demanda por frio é coberta pela expansão do ar empregado para a disponibilização da primeira corrente de ar comprimido, ar este que é expandido na primeira turbina.

[0024] A presente invenção propõe ainda que na coluna de alta pressão seja introduzida uma segunda corrente de ar comprimido, a qual também é formada mediante o emprego do ar que é condensado no nível de pressão de saída e, em seguida, é resfriado no primeiro nível de temperatura, especialmente no permutador de calor principal, e é expandido na primeira turbina. Portanto, uma parte do ar expandido na primeira turbina, depois de ser expandida na primeira turbina é introduzida na coluna mista e uma outra parte é introduzida na coluna de alta pressão.

[0025] Além disso, a presente invenção propõe introduzir na coluna de baixa pressão uma terceira corrente de ar comprimido, que é formada mediante o emprego de ar, que é condensado no nível de pressão de saída e que, em seguida, é resfriado em um segundo nível de temperatura, especialmente no permutador de calor principal, sendo, depois expandido em uma segunda turbina e resfriado ainda mais em um terceiro nível de temperatura no permutador de calor principal.

[0026] No âmbito da presente invenção, o ar é expandido na primeira turbina no primeiro nível de pressão, isto é, o nível de pressão da coluna de alta pressão, e na segunda turbina no segundo nível de pressão, isto é, o nível de pressão da coluna de baixa pressão. No âmbito da presente invenção, a coluna mista é operada no primeiro nível de pressão, isto é, o nível de pressão da coluna de alta pressão, ou em um terceiro nível de pressão que se diferencia do primeiro nível de pressão apenas em no máximo 100 kPa (1 bar).

[0027] No âmbito da presente invenção, o ar expandido na primeira turbina e na segunda turbina é conduzido à primeira turbina no primeiro nível de temperatura e à segunda turbina no segundo nível de temperatura, sendo que o primeiro nível de temperatura se situa no mínimo em 20 K, especialmente no mínimo em 30 K ou no mínimo em 40 K, abaixo do segundo nível de temperatura. Especialmente, o primeiro nível de temperatura pode se situar em 25 a 35 K ou em 28 a 32 K, especialmente em cerca de 30 K, abaixo do segundo nível de temperatura. Sobre os respectivos níveis de temperatura cabe se remeter também às explicações mais abaixo. Nesse caso, quanto à primeira turbina trata-se de uma turbina "fria", e quanto à segunda turbina trata-se de uma turbina "quente".

[0028] Caso se quisesse reduzir a produção de líquido, isto é, a quantidade em que produto de ar líquido é retirado da instalação de decomposição de ar, em processos tradicionais, respectivamente instalações convencionais, nas quais se realiza um processo HAP explicado anteriormente e nas quais se emprega uma coluna mista, então a pressão do condensador de ar principal teria que ser reduzida, com uma quantidade de ar constante fluindo através do condensador principal. No entanto, uma pressão assim reduzida, com uma quantidade de ar constante, aumenta o volume real do ar condensado. Por isso, nas instalações tradicionais, os aparatos dispostas na parte quente, especialmente as unidades de purificação de ar e de resfriamento prévio tinham que ser dimensionadas nitidamente maiores. Isso não é desejável por razões de economia. Além disso, tipicamente não é ideal uma redução de pressão com uma quantidade constante de ar, no que se refere à eficácia do condensador de ar principal empregado.

[0029] Para um processo em que a pressão de coluna mista, que se orienta segundo a pressão requerida do produto de oxigênio em estado gasoso, se situa nitidamente abaixo ou acima da pressão da coluna de alta pressão, faz sentido um processo tal como no WO 2014/037091 A2 que foi descrito anteriormente.

[0030] No entanto se, ao contrário, a pressão requerida do produto de pressão se situar no ou próximo ao nível de pressão da coluna de alta pressão de cerca de 500 kPa (5 bar), isto é, no primeiro nível de pressão ou no terceiro nível de pressão, que se diferencia do primeiro nível de pressão em no máximo 100 kPa (1 bar), tal como no âmbito da presente invenção, então um processo HAP, mediante o emprego de uma turbina de pressão média, bem como de uma turbina de insuflar, proporciona vantagens quanto à flexibilidade da instalação para a disponibilização do produto de oxigênio em estado líquido e quanto aos custos de operação, tal como foi reconhecido de acordo com a invenção.

[0031] No caso da "turbina de pressão média", trata-se da primeira turbina mencionada, e a "turbina de insuflar" é constituída, no âmbito da presente invenção, pela segunda turbina. Devido ao fato de que o processo de acordo com a invenção está configurado como processo HAP, só é necessário um único condensador de ar principal, o que reduz nitidamente os custos de investimento. De preferência, as pressões de entrada das duas turbinas se situam no mesmo nível, especialmente naquele da pressão de saída do condensador de ar principal.

[0032] Caso deva ser disponibilizada uma quantidade relativamente grande de produto de oxigênio em estado líquido ("maior produção de líquido"), então, no âmbito da presente invenção, é possível elevar o nível de pressão de saída (ou seja, o nível de pressão disponibilizado pelo condensador de ar principal) e, ao mesmo tempo, a quantidade de ar, que é introduzida na coluna de baixa pressão na forma da terceira corrente de ar comprimido (ou seja, o "o ar insuflado" que será expandido na segunda turbina, ou seja, a "turbina de insuflar"). A quantidade aumentada do ar expandido na segunda turbina aumenta, consequentemente, o assim chamado "fator ar", ou seja, a quantidade de ar requerida no total para a retificação.

[0033] O aumento simultâneo de pressão e de quantidade mencionado leva mais energia à instalação, o condensador de ar principal fornece mais potência e a produção de líquido pode ser aumentada. Ao mesmo tempo, no âmbito da presente invenção, o volume real do ar na parte quente permanece aproximadamente constante, pois tanto a pressão, como a quantidade, encontram-se aumentadas. Desse modo, no campo característico do condensador de ar principal foram aumentadas tanto a quantidade, como a pressão do ar condensado, o que, geralmente, tem efeito vantajoso sobre o desempenho do condensador de ar principal.

[0034] Se, ao contrário, se pretenda disponibilizar uma quantidade relativamente pequena do produto de oxigênio líquido ("produção mais reduzida de líquido"), então, ao contrário, serão reduzidos o nível de pressão de saída e, ao mesmo tempo, a quantidade de ar, que é introduzida na coluna de baixa pressão na forma de terceira corrente de ar comprimido. A quantidade reduzida do ar expandido na segunda turbina reduz o fator ar.

[0035] A redução simultânea de pressão e de quantidade leva à instalação, portanto, menos energia, o condensador de ar principal fornece menos potência e a produção de líquido cai. Ao mesmo tempo, também nesse caso, o volume real do ar na parte constante permanece aproximadamente constante. Desse modo, no campo característico do condensador de ar principal foram reduzidas tanto a quantidade, como a pressão do ar condensado, o que, geralmente, tem efeito mais vantajoso sobre o desempenho do condensador de ar principal do que uma pura redução de pressão.

[0036] No âmbito da presente invenção, emprega-se, vantajosamente, uma quarta corrente de ar comprimido, que é introduzida na coluna de alta pressão e é formada mediante o emprego de ar, que é condensado no nível de pressão de saída e, em seguida, é resfriado em um terceiro nível de temperatura e é expandido por meio de um estrangulamento. Uma quarta corrente de ar comprimido correspondente corresponde a uma corrente estrangulada de um processo tradicional de decomposição de ar.

[0037] Vantajosamente, o processo de acordo com a invenção abrange um primeiro modo de operar e um segundo modo de operar, sendo que no primeiro modo de operar o produto de ar rico em oxigênio e em estado líquido é conduzido para fora da instalação de decomposição de ar em uma quantidade maior do que no segundo modo de operar, e sendo que no primeiro modo de operar na segunda turbina é expandida uma quantidade de ar maior do que no segundo modo de operar e, devido a isso, ao mesmo tempo, a terceira corrente de ar comprimido no primeiro modo de operar abrange a mesma quantidade de ar maior do que no segundo modo de operar. Em outras palavras, no âmbito da presente invenção, para a retirada de uma quantidade maior de um produto de ar rico em oxigênio e no estado líquido aumenta-se a quantidade de ar insuflado que é expandido através da segunda turbina e é introduzido na coluna de baixa pressão. Desse modo, é possível cobrir uma demanda adicional por frio, que surge devido à retirada do produto de oxigênio no estado líquido.

[0038] O produto de ar rico em oxigênio e no estado líquido, que é respectivamente conduzido para fora da instalação de decomposição de ar, é retirado da coluna de baixa pressão. Nesse caso, pode-se empregar o oxigênio puro, conforme explicado acima, ou um produto de oxigênio no estado líquido com um teor de oxigênio mais baixo. Se um tal produto de ar rico em oxigênio e no estado líquido for "conduzido para fora em estado líquido", isso significa que nenhuma evaporação ocorre dentro da instalação de decomposição de ar. Tendo sido indicado acima que no primeiro modo de operar o produto de ar rico em oxigênio e em estado líquido é conduzido para fora da instalação de decomposição de ar em uma quantidade maior em estado líquido que no segundo modo de operar, então isso também pode significar que no segundo modo de operar nenhum produto de ar rico em oxigênio e no estado líquido é conduzido para fora. A quantidade do produto de ar rico em oxigênio e em estado líquido que é conduzida para fora da instalação de decomposição de ar em estado líquido no primeiro modo de operar pode abranger, por exemplo, 1,5 vezes, 2 vezes, 3 vezes, 4 vezes ou 5 vezes a quantidade correspondente no segundo modo de operar.

[0039] O aumento da quantidade de ar expandido na segunda turbina e, ao mesmo tempo, abrangida pela terceira corrente de ar comprimido ocorre, vantajosamente, levando em consideração um assim chamado equivalente de insuflar. O equivalente de insuflar abrange, inicialmente, a quantidade de ar expandido através da segunda turbina que, ao mesmo tempo, corresponde à quantidade de ar abrangida pela terceira corrente de ar comprimido, e, adicionalmente, a quantidade de correntes ricas em nitrogênio que também são extraídas da coluna de alta pressão. No caso dessas correntes ricas em nitrogênio, trata-se de nitrogênio líquido e nitrogênio pressurizado, que são disponibilizados como produtos de ar ricos em nitrogênio de uma correspondente instalação de decomposição de ar. Essas correntes ricas em nitrogênio não são empregadas como retorno líquido para a coluna de alta pressão e para a coluna de baixa pressão. Vantajosamente, a soma da quantidade de ar expandida na segunda turbina e, ao mesmo tempo, abrangida pela terceira corrente de ar e da quantidade dessas correntes ricas em nitrogênio no primeiro modo de operar abrange de 12 a 18% e no segundo modo de operar abrange de 0 a 8% da quantidade total de ar introduzida no sistema de colunas de destilação como um todo. Essa quantidade total de ar introduzida no sistema de colunas de destilação como um todo abrange também o ar expandido na segunda turbina.

[0040] Tal variabilidade deve ser efetuada particularmente na medida em que a primeira turbina seja projetada, respectivamente operada, como sendo variável em número de rotações, de tal modo que nos diferentes modos de operação seja possível obter uma carga de ar correspondentemente diferenciada. A expressão turbina "variável em número de rotações", no âmbito do presente pedido de patente, é empregada apenas como delimitação em relação a turbinas, cujos números de rotações sejam ajustados em um valor fixo de número de rotações, como, por exemplo, através de freios regulados de modo correspondente. O mesmo vale para a segunda turbina.

[0041] Como já foi mencionado, o processo de acordo com a invenção é empregado, vantajosamente, em conjunto com os assim chamados processos HAP, nos quais o ar total introduzido no sistema de colunas de destilação é condensado mediante o uso de um condensador de ar principal em um nível de pressão que se situa acima do nível de pressão da coluna de alta pressão. Portanto, todo o ar introduzido no sistema de colunas de destilação é levado, vantajosamente, para o nível de pressão de saída mediante o uso de um condensador de ar principal.

[0042] No âmbito da presente invenção, conforme explicado acima em outras palavras, no primeiro modo de operar o fator ar, isto é, a quantidade de ar empregada para a obtenção de uma quantidade fixa de produto, é nitidamente maior do que no segundo modo de operar, porque a quantidade de ar expandida na segunda turbina e, ao mesmo tempo, abrangida pela terceira corrente de ar comprimido e introduzida na coluna de baixa pressão é maior do que no segundo modo de operar. Conforme mencionado, no primeiro modo de operar é extraída uma quantidade de produto líquido maior do que no segundo modo de operar. Portanto, é preciso conduzir através do condensador de ar principal uma quantidade de ar maior do que no segundo modo de operar. Contudo, devido ao maior fator ar, nesse caso a pressão final do condensador de ar principal, ou seja, o nível de pressão aqui chamado de "nível de pressão de saída", permanece ainda sempre menor do que no caso do menor fator ar.

[0043] Ao contrário, no segundo modo de operar, o fator ar é nitidamente menor do que no primeiro modo de operar, porque a quantidade de ar expandida na segunda turbina e, ao mesmo tempo, abrangida pela terceira corrente de ar comprimido e introduzida na coluna de baixa pressão é menor do que no primeiro modo de operar. Conforme mencionado, no segundo modo de operar é retirada uma quantidade de produto líquido menor do que no primeiro modo de operar. Isso leva a uma diminuição da quantidade de ar conduzida através do condensador de ar principal, juntamente com uma simultânea pressão final menor (ou seja, o nível de pressão aqui chamado de "nível de pressão de saída") em relação ao primeiro modo de operar. Conforme mencionado, nos processos tradicionais, ao contrário, é a quantidade de ar conduzida através do condensador de ar principal tem que ser mantida uniforme, com pressão reduzida, o que leva a um volume real aumentado dessa quantidade de ar. Esse não é mais o caso no âmbito da invenção, ou seja, a inclinação de carga no segundo modo operacional não é mais determinante em termos de dimensão para a parte quente da instalação de decomposição de ar. Ao mesmo tempo, a diferença de pressão quanto à pressão final do condensador de ar principal (ou seja, o "nível de saída") no primeiro e no segundo modo de operar é menor do que seria o caso em processos tradicionais, porque, conforme mencionado, devido ao maior fator ar, a pressão final do condensador de ar principal no primeiro modo de operar permanece menor do que no caso de um fator ar menor. Já que tanto a quantidade de ar condensada no condensador de ar principal, como a pressão lá usada caem, então, geralmente, essa inclinação de carga se situa melhor no campo característico do que no caso de quantidade constante de ar condensada e de pressão mais intensamente reduzida.

[0044] Vantajosamente, o ar expandido na primeira turbina e na segunda turbina é conduzido à primeira turbina e à segunda turbina no mesmo nível de pressão, especialmente no nível de pressão de saída. Vantajosamente, no âmbito da presente invenção, o nível de pressão de saída no primeiro modo de operar se situa em 100 a 1000 kPa (1 a 10 bar) acima do nível de pressão de saída no segundo modo de operar. No conjunto, no âmbito do presente pedido de patente, o nível de pressão de saída pode se situar em 600 a 1500 kPa(6 a 15 bar), o primeiro nível de pressão em 430 a 690 kPa(4,3 a 6,9 bar), especialmente em cerca de 540 kPa (5,4 bar), e o segundo nível de pressão em 130 a 170 kPa (1,3 a 1,7 bar), especialmente em cerca de 140 kPa (1,4 bar). O terceiro nível de pressão, caso a coluna mista não seja operada no primeiro nível de pressão, diferencia-se, conforme mencionado, em no máximo 100 kPa(1 bar) em relação ao primeiro. De preferência, o primeiro nível de temperatura comporta 110 a 140°C, o segundo nível de temperatura 130 a 240 °C e o terceiro nível de temperatura 97 a 102 °C.

[0045] As turbinas empregadas no âmbito da presente invenção podem ser freadas de diferentes modos. Especialmente, podem ser usados um gerador, um booster e/ou um freio a óleo.

[0046] O processo de acordo com a invenção é apropriado especialmente para casos em que o primeiro teor de oxigênio se situe abaixo de 99 mol por cento, por exemplo em 98 a 99 mol por cento, e o segundo teor de oxigênio em 80 a 98 mol por cento. O teor de oxigênio da corrente de oxigênio puro, caso seja formada, se situa, vantajosamente, em 99 a 100 mol por cento. Um processo que empregue uma coluna mista, nesses casos, revela-se como particularmente eficiente quanto à energia.

[0047] A presente invenção estende-se ainda a uma instalação de decomposição de ar com um permutador de calor principal e um sistema de colunas de destilação, que abrange uma coluna de alta pressão projetada para uma operação em um primeiro nível de pressão; uma coluna de baixa pressão projetada para uma operação em um segundo nível de pressão mais baixo, e uma coluna mista.

[0048] Em uma instalação correspondente são previstos meios que são projetados para retirar da coluna de baixa pressão uma corrente rica em oxigênio, em forma líquida, com um primeiro teor de oxigênio e introduzi-la em forma líquida, com o primeiro teor de oxigênio, na coluna mista, especialmente na região superior; além disso, introduzir uma primeira corrente de ar comprimido em forma gasosa na coluna mista, especialmente na proximidade do depósito de decantação, e enviá-la, na coluna mista, contra a corrente rica em oxigênio com o primeiro teor de oxigênio; retirar da coluna mista, pelo topo, uma corrente rica em oxigênio e com um segundo teor de oxigênio abaixo do primeiro teor de oxigênio e conduzi-la para fora da instalação de decomposição de ar; formar a primeira corrente de ar comprimido mediante o emprego de ar que é condensado em um nível de pressão de saída acima do primeiro nível de pressão e que, em seguida, é resfriado em um primeiro nível de temperatura e é expandido na primeira turbina.

[0049] Conforme mencionado, também uma corrente de oxigênio puro pode ser extraída em estado líquido da coluna de baixa pressão e ser conduzida em estado líquido para fora da instalação de decomposição de ar. Em um caso desse tipo estão presentes meios projetados para isso. Em qualquer caso estão disponíveis meios projetados para conduzir para fora da instalação de decomposição de ar, ao menos parcialmente, no estado líquido, um produto de ar em estado líquido e rico em oxigênio.

[0050] De acordo com a invenção, são previstos meios que estão projetados para introduzir na coluna de alta pressão uma segunda corrente de ar comprimido e para formar esta também mediante o emprego do ar que é condensado no nível de pressão de saída e que, depois, é resfriado no primeiro nível de temperatura e é expandido na primeira turbina; introduzir na coluna de baixa pressão uma terceira corrente de ar comprimido e formar esta mediante o emprego de ar que é condensado no nível de pressão de saída e que, depois, é resfriado em um segundo nível de temperatura e, em seguida, é resfriado em um segundo nível de temperatura e é expandido em uma segunda turbina e que continua a ser resfriado em um terceiro nível de temperatura no permutador de calor principal, e para expandir o ar na primeira turbina no primeiro nível de pressão e na segunda turbina no segundo nível de pressão e para operar a coluna mista no primeiro nível de pressão ou em um terceiro nível de pressão, o qual se diferencia do primeiro nível de pressão no máximo em 100 kPa (1 bar).

[0051] Esses meios são projetados, de acordo com a invenção, para conduzir o ar expandido na primeira turbina e na segunda turbina à primeira turbina no primeiro nível de temperatura e à segunda turbina no segundo nível de temperatura, sendo que o primeiro nível de temperatura se situa no mínimo em 20K abaixo do segundo nível de temperatura.

[0052] Especialmente, uma tal instalação de decomposição de ar é projetada para uma operação em um primeiro modo de operar e em um segundo modo de operar, onde são previstos meios que são projetados para, no primeiro modo de operar, conduzir para fora da instalação de decomposição de ar o produto de ar líquido rico em oxigênio em uma quantidade maior do que no segundo modo de operar, e, no primeiro modo de operar, expandir na segunda turbina uma quantidade de ar maior do que no segundo modo de operar, de tal modo que, desse modo, a terceira corrente de ar comprimido no primeiro modo de operar abranja a mesma maior quantidade de ar do que no segundo modo de operar.

[0053] A seguir, a invenção será explicada detalhadamente tomando como referência os desenhos correspondentes, que ilustram formas de execução preferenciais da presente invenção.

Breve Descrição do Desenho

[0054] A figura 1 mostra uma instalação de decomposição de ar segundo uma forma de execução da invenção na forma de um diagrama esquemático da instalação.

Descrição Detalhada do Desenho

[0055] Na figura 1 é mostrada uma instalação de decomposição de ar segundo uma forma de execução particularmente preferida da invenção, que é designada em seu conjunto pelo número de referência 100.

[0056] Uma corrente de ar empregado a é aspirada da instalação de decomposição de ar 100 por meio de um condensador de ar principal 2 através de um filtro 1 e é condensada, nesse exemplo, em um nível de pressão de 600 a 1500 kPa (6 a 15 bar) (abs.). À condensação podem se seguir etapas de secagem, de resfriamento e purificação de tipos conhecidos, que não são visíveis na figura 1 para facilitar a visão geral.

[0057] Uma corrente de ar b, correspondentemente condensada e purificada, é subdividida em duas subcorrentes c e d, que são conduzidas, no nível de pressão mencionado, a um permutador de calor principal 3 pelo lado aquecido, sendo neste resfriada e retirada em diferentes níveis de temperatura.

[0058] Da subcorrente c são formadas duas subcorrentes e e f em diferentes níveis de temperatura. A subcorrente e é expandida em um motor de expansão 4 e a subcorrente f é expandida em um motor de expansão 5. Já que a subcorrente e é resfriada em uma temperatura mais baixa do que a subcorrente f, então, o motor de expansão 4 também é chamado de motor de expansão "frio", enquanto que o motor de expansão 5 é chamado de motor de expansão "quente".

[0059] A expansão das duas subcorrentes e e f ocorre, respectivamente, a partir do primeiro nível de pressão mencionado de 500 a 1500 kPa (5 a 15 bar) (abs.). No exemplo apresentado, a subcorrente e é expandida em um nível de pressão de cerca de 540 kPa (5,4 bar) (abs.), enquanto que a subcorrente f é expandida em um nível de pressão de cerca de 140 kPa (1,4 bar) (abs.). Com os motores de expansão 4 e 5 estão acoplados, respectivamente, geradores 41 e 51.

[0060] A subcorrente e, depois de sua expansão no motor de expansão 4, é novamente subdividida em duas subcorrentes g e h. A subcorrente g é conduzida, próximo ao depósito de decantação, a uma coluna de alta pressão 61, a qual está configurada como parte de uma coluna dupla 6. A subcorrente h é expandida em uma coluna mista 7, próximo ao depósito de decantação. A coluna de alta pressão 61 é operada no nível de pressão mencionado de cerca de 540 kPa (5,4 bar) (abs.), e a coluna mista 7 é operada em um nível de pressão um pouco menor de cerca de 500 kPa (5,0 bar) (abs.).

[0061] Depois de sua expansão no motor de expansão 5, a subcorrente f é conduzida de volta ao permutador de calor principal 3 em um nível de temperatura intermediário, e, em seguida, é retirada deste pelo lado frio e é introduzida em uma coluna de baixa pressão 62, que também é configurada como parte da coluna dupla 6. A coluna de baixa pressão 62 é operada no nível de pressão mencionado de cerca de 140 kPa (1,4 bar) (abs.).

[0062] A subcorrente d é retirada do permutador de calor principal 3 pelo lado frio e é expandida na coluna de alta pressão 61 a partir do nível de pressão mencionado de 600 a 1500 kPa (6 a 15 bar) (abs.).

[0063] Na coluna de alta pressão 61, uma fração líquida enriquecida com oxigênio é separada pelo lado do depósito de decantação e é retirada na forma da corrente i. A corrente i é conduzida através de um elemento de contracorrente de resfriamento 8 e, em seguida, é expandida na coluna de baixa pressão 62.

[0064] Um produto de topo rico em nitrogênio é retirado do topo da coluna de alta pressão 61 e é conduzido, em parte na forma da corrente k, através de um condensador principal 63 da coluna dupla 6 e lá ele é liquefeito ao menos parcialmente. Uma parte do produto de topo líquido e rico em nitrogênio da coluna de alta pressão 61 é conduzida (ver junção A) na forma da corrente I através do elemento de contracorrente de resfriamento e é depositada no limite da instalação sob a forma de produto de ar líquido e rico em nitrogênio. Outra parte do produto de topo, liquefeito e rico em nitrogênio, da coluna de alta pressão 61 é conduzida de volta como refluxo para a coluna de alta pressão 61.

[0065] De uma base intermediária da coluna de alta pressão 61 é retirada uma corrente m enriquecida de nitrogênio, também conduzida através do elemento de contracorrente de resfriamento 8 e expandida na coluna de baixa pressão 62 próximo ao topo.

[0066] No depósito de decantação da coluna de baixa pressão é formada uma fração líquida e rica em oxigênio, que é retirada (ver junção B) na forma da corrente n, sendo conduzida parcialmente através do elemento de contracorrente de resfriamento 8 e depositada no limite da instalação como produto de ar líquido e rico em oxigênio.

[0067] De uma base intermediária da coluna de baixa pressão 62 é retirada uma corrente o enriquecida com oxigênio, a qual é submetida à pressão no estado líquido por meio de uma bomba 9; é conduzida através do elemento de contracorrente de resfriamento 8; é aquecida no permutador de calor principal 3 e é introduzida na coluna mista 7 próximo ao topo. A coluna mista 7 é operada tal como já foi várias vezes explicado. Do topo da coluna mista 7 é retirada uma corrente p empobrecida em oxigênio em relação à corrente o, corrente p esta que é aquecida no permutador de calor principal 3 e é depositada no limite da instalação como produto de oxigênio em forma gasosa.

[0068] Do topo da coluna de baixa pressão 62 é retirada uma corrente de nitrogênio impura q, a qual é conduzida através do elemento de contracorrente de resfriamento 8 e é conduzida ao permutador de calor principal 3 e é empregada, por exemplo, em um dispositivo de purificação para a corrente a.

[0069] Uma corrente r rica em nitrogênio é formada como produto de topo enriquecido com nitrogênio e não conduzido através do condensador principal 63, da coluna de baixa pressão 61.

[0070] A instalação de decomposição de ar 100 visualizada na figura 1 está projetada para dois modos de operar, que já foram explicados anteriormente. Em um primeiro modo de operar, a quantidade do produto de ar líquido conduzido em estado líquido para fora da instalação de decomposição de ar 110 na forma da corrente n é maior do que no segundo modo de operar. Ao mesmo tempo, no primeiro modo de operar, através da turbina 5 expande-se uma quantidade de ar maior do que no segundo modo de operar, de tal modo que aumente o fator ar. No segundo modo de operar, devido ao fator ar reduzido, diminuem a pressão e a quantidade da corrente b, ou seja, a pressão final do condensador de ar principal 2 e a quantidade do ar conduzida através deste.

Claims (13)

1. Processo para a decomposição de ar a baixa temperatura, no qual é empregada uma instalação de decomposição de ar (100) com um permutador de calor principal (3) e com um sistema de colunas de destilação (6, 7), o qual abrange uma coluna de alta pressão (61) operada em um primeiro nível de pressão, uma coluna de baixa pressão (62) operada em um segundo nível de pressão mais baixo e uma coluna mista (7), e no qual - uma corrente (n) rica em oxigênio com um primeiro teor de oxigênio é retirada em forma líquida da coluna de baixa pressão (62) e é introduzida em forma líquida, com o primeiro teor de oxigênio, na coluna mista (7); - além disso, uma primeira corrente de ar comprimido (h) é introduzida em forma gasosa na coluna mista (7) e é enviada, na coluna mista (7), contra a corrente (n) rica em oxigênio com o primeiro teor de oxigênio; - uma corrente (o) rica em oxigênio com um segundo teor de oxigênio abaixo do primeiro teor de oxigênio é retirada da coluna mista (7) pelo lado do topo e é conduzida para fora da instalação de decomposição de ar (100); - a primeira corrente de ar comprimido (h) é formada mediante o emprego de ar, que é condensado em um nível de pressão de saída acima do primeiro nível de pressão e, em seguida, é resfriado em um primeiro nível de temperatura, sendo depois conduzido a uma primeira turbina (4) no primeiro nível de temperatura e é expandido na primeira turbina (4); e - a partir da qual um produto de ar líquido e rico em oxigênio é conduzido ao menos parcialmente em forma líquida para fora da instalação de decomposição de ar (100), caracterizado pelo fato de que - na coluna de alta pressão (61) é introduzida uma segunda corrente de ar comprimido (g), a qual também é formada mediante o emprego do ar que é condensado no nível de pressão de saída e que, em seguida, é resfriado no primeiro nível de temperatura e, depois, é expandido na primeira turbina (4); - na coluna de baixa pressão (62) é introduzida uma terceira corrente de ar comprimido (f), a qual é formada mediante o emprego de ar que é condensado no nível de pressão de saída e que, em seguida, é resfriado em um segundo nível de temperatura e, depois, é conduzido a uma segunda turbina (5) no segundo nível de temperatura, e é expandido na segunda turbina (5) e resfriado ainda mais no permutador de calor principal (3) em um terceiro nível de temperatura; - o ar na primeira turbina (4) é expandido ao primeiro nível de pressão e na segunda turbina (5) é expandido no segundo nível de pressão e a coluna mista (7) é operada no primeiro nível de pressão ou em um terceiro nível de pressão, o qual se diferencia do primeiro nível de pressão em no máximo 100 kPa (1 bar), e - em que o primeiro nível de temperatura se situa no mínimo 20 K abaixo do segundo nível de temperatura, e - o processo compreende um primeiro modo de operar e um segundo modo de operar, sendo que no primeiro modo de operar, o produto de ar em estado líquido, rico em oxigênio, é conduzido para fora da instalação de decomposição de ar (100) em uma quantidade maior do que no segundo modo de operar, e no primeiro modo de operar, na segunda turbina (5) é expandida uma quantidade de ar maior do que no segundo modo de operar e, desse modo, ao mesmo tempo, a terceira corrente de ar comprimido (f) no primeiro modo de operar abrange a mesma quantidade de ar maior do que no segundo modo de operar.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que na coluna de alta pressão (62) é introduzida uma quarta corrente de ar comprimido (f), a qual é formada mediante o emprego de ar que é condensado no nível de pressão de saída e, em seguida, é resfriado em um terceiro nível de temperatura e é expandido por meio de um estrangulamento.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma ou mais correntes (l, q) ricas em oxigênio são retiradas da coluna de alta pressão (61) e são conduzidas para fora da instalação de decomposição de ar (100), sendo que a quantidade de ar expandida na segunda turbina (4) e, ao mesmo tempo, abrangida pela terceira corrente de ar comprimido (f) é ajustada de tal modo que uma soma formada pelo total da quantidade de ar expandida através da segunda turbina (4) e, ao mesmo tempo, abrangida pela terceira corrente de ar comprimido (f), e pela quantidade abrangida pela ou pelas correntes (l, q) ricas em oxigênio, corresponde, no primeiro modo de operar, a 12 a 18 por cento e, no segundo modo de operar, a 0 a 8 por cento da quantidade total de ar introduzido no sistema de colunas de destilação (6, 7).

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 3, caracterizado pelo fato de que todo o ar introduzido no sistema de colunas de destilação (6, 7) é levado ao nível de pressão de saída mediante o emprego de um condensador de ar principal (2).

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que no primeiro modo de operar uma quantidade de ar maior do que no segundo modo de operar é conduzida com alta pressão através do condensador de ar principal (2).

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o ar expandido na primeira turbina (4) e na segunda turbina (5) é conduzido à primeira turbina (4) e à segunda turbina (5) com o mesmo nível de pressão.

7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a pressão de saída no primeiro modo de operar se situa em 100 a 1000 kPa (1 a 10 bar) acima da pressão de saída no segundo modo de operar.

8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o nível de pressão de saída se situa em 600 a 1500 kPa (6 a 15 bar) (abs.); o primeiro nível de pressão se situa em 430 a 690 kPa (4,3 a 6,9 bar) (abs.) e o segundo nível de pressão se situa em 130 a 170 kPa (1,3 a 1,7 bar) (abs.).

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o primeiro nível de temperatura se situa em 110 a 140 °C; o segundo nível de temperatura em 130 a 240 °C e o terceiro nível de temperatura em 97 a 102 °C.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a primeira turbina (4) e/ou a segunda turbina (5) são freadas mediante o emprego de um gerador, um booster e/ou um freio a óleo.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o primeiro teor de oxigênio comporta de 99 a 100 mol por cento e o segundo teor de oxigênio comporta de 80 a 98 mol por cento.

12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a primeira turbina (4) e a segunda turbina (5) são turbinas com número variável de rotações.

13. Instalação de decomposição de ar (100) com um permutador de calor (3) e com um sistema de colunas de destilação (6, 7), o qual abrange uma coluna de alta pressão (61) projetada para uma operação em um primeiro nível de pressão, uma coluna de baixa pressão (62) projetada para uma operação em um segundo nível de pressão menor e uma coluna mista (7), e na qual são previstos meios que são projetados para - retirar da coluna de baixa pressão (62) uma corrente (n) rica em oxigênio, em forma líquida, com um primeiro teor de oxigênio e introduzi-la em forma líquida, com o primeiro teor de oxigênio, na coluna mista (7); - além disso, introduzir uma primeira corrente de ar comprimido (h) em forma gasosa na coluna mista (7) e enviá-la, na coluna mista (7), contra a corrente (n) rica em oxigênio com o primeiro teor de oxigênio; - retirar da coluna mista (7), pelo topo, uma corrente (o) rica em oxigênio e com um segundo teor de oxigênio abaixo do primeiro teor de oxigênio e conduzi-la para fora da instalação de decomposição de ar (100); - formar a primeira corrente de ar comprimido (h) mediante o emprego de ar que é condensado em um nível de pressão de saída acima do primeiro nível de pressão e que, em seguida, é resfriado em um primeiro nível de temperatura e é enviado, no primeiro nível de temperatura, a uma primeira turbina (4) e é expandido na primeira turbina (4), e - para conduzir para fora da instalação de decomposição de ar (100), ao menos parcialmente, um produto de ar em estado líquido e rico em oxigênio, caracterizada pelo fato de que os meios são projetados para - introduzir na coluna de alta pressão (62) uma segunda corrente de ar comprimido (g) e para formar esta também mediante o emprego do ar que é condensado no nível de pressão de saída e que, depois, é resfriado no primeiro nível de temperatura e é expandido na primeira turbina (4); - introduzir na coluna de baixa pressão (62) uma terceira corrente de ar comprimido (f) e formar esta mediante o emprego de ar que é condensado no nível de pressão de saída e que, depois, é resfriado em um segundo nível de temperatura e, em seguida, no segundo nível de temperatura, é conduzido a uma segunda turbina (5) e é expandido na segunda turbina (4) e que continua a ser resfriado em um terceiro nível de temperatura no permutador de calor principal (3); - expandir o ar na primeira turbina (4) no primeiro nível de pressão e na segunda turbina (5) no segundo nível de pressão e para operar a coluna mista (7) no primeiro nível de pressão ou em um terceiro nível de pressão, o qual se diferencia do primeiro nível de pressão no máximo em 100 kPa (1 bar), e - em que o primeiro nível de temperatura se situa no mínimo em 20 K abaixo do segundo nível de temperatura, sendo que a - instalação de decomposição de ar está projetada para uma operação em um primeiro modo de operar e em um segundo modo de operar, na qual em que são previstos meios que são projetados para - no primeiro modo de operar, conduzir o produto de ar líquido e rico em oxigênio para fora da instalação de decomposição de ar (100) em uma quantidade maior do que no segundo modo de operar, e - no primeiro modo de operar, expandir na segunda turbina (5) uma quantidade de ar maior do que no segundo modo de operar, de tal modo que, assim, a terceira corrente de ar comprimido (f) no primeiro modo de operar abranja a mesma maior quantidade de ar que no segundo modo de operar.

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