BR112015004726B1

BR112015004726B1 - process and installation for generating liquid and gaseous oxygen products by low temperature air separation

Info

Publication number: BR112015004726B1
Application number: BR112015004726-2A
Authority: BR
Inventors: Tobias Lautenschlager
Original assignee: Linde Aktiengesellschaft
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2021-07-06
Also published as: BR112015004726A2; EP2703757A1; EP2906889A2; DE102012017484A1; EP2906889B1; WO2014037091A2; CL2015000527A1; RU2015112309A; RU2647297C2; WO2014037091A3; ZA201501162B; PL2906889T3

Abstract

PROCESSO E INSTALAÇÃO PARA GERAÇÃO DE PRODUTOS DE OXIGÊNIO LÍQUIDOS E GASOSOS POR SEPARAÇÃO DE AR À BAIXA TEMPERATURA. A presente invenção refere-se a um processo para geração de pelo menos um produto de oxigênio líquido (LOX) e um produto de oxigênio gasoso (GOX) por separação à baixa temperatura de ar (AIR) em um sistema de colunas de destilação (S) de uma instalação de separação de ar, no qual para obtenção do produto de oxigênio líquido (LOX), uma fração de líquido com um primeiro teor de oxigênio mais alto é tomada de uma coluna de separação (S2) do sistema de colunas de destilação (S) e descarregada em estado líquido da instalação de separação de ar, e no qual para obtenção do produto de oxigênio gasoso (GOX), uma fração de líquido com um segundo teor de oxigênio menor é tomada da mesma coluna de separação (S2) do sistema de colunas de destilação (S), evaporada em pelo menos uma coluna mista (S3) contra ar de coluna mista, e descarregada em estado gasoso da instalação de separação de ar. Uma instalação de separação de ar correspondente também é objeto da invenção.PROCESS AND INSTALLATION FOR GENERATION OF LIQUID AND GASEOUS OXYGEN PRODUCTS BY SEPARATION OF LOW TEMPERATURE AIR. The present invention relates to a process for generating at least one liquid oxygen product (LOX) and a gaseous oxygen product (GOX) by low temperature separation of air (AIR) in a distillation column system (S ) of an air separation plant, in which to obtain the liquid oxygen product (LOX), a liquid fraction with a first higher oxygen content is taken from a separation column (S2) of the distillation column system (S) and discharged in a liquid state from the air separation plant, and in which to obtain the gaseous oxygen product (GOX), a liquid fraction with a second lower oxygen content is taken from the same separation column (S2) from the distillation column system (S), evaporated in at least one mixed column (S3) against mixed column air, and discharged in a gaseous state from the air separation plant. A corresponding air separation installation is also object of the invention.

Description

[0001] A presente invenção refere-se a um processo para geração de produtos de oxigênio líquidos e gasosos por separação e ar à baixa temperatura baixa, sob uso de uma coluna mista e uma instalação de separação de ar correspondente.[0001] The present invention relates to a process for generating liquid and gaseous oxygen products by separation and low low temperature air, using a mixed column and a corresponding air separation installation.

TECHNICAL STATUS

[0002] A produção de oxigênio ou mistas ricas em oxigênio, dora vante designadas como produtos de oxigênio, normalmente dá-se por separação à baixa temperatura de ar em instalação de separação de ar, com sistemas de colunas de destilação conhecidos. Os mesmos podem estar formados como sistemas de duas colunas, particularmente, como sistemas de colunas duplas, mas também como sistemas de três ou mais colunas. Além disso, podem estar previstos dispositivos para obtenção de outros componentes do ar, particularmente, dos gases nobres crípton, xênon e/ou argônio.[0002] The production of oxygen-rich or mixed oxygen, hereinafter referred to as oxygen products, normally takes place by low-temperature separation of air in an air separation plant with known distillation column systems. They can be formed as two-column systems, particularly as double-column systems, but also as three or more column systems. In addition, devices may be provided for obtaining other components from the air, particularly krypton, xenon and/or argon noble gases.

[0003] Para uma série de aplicações industriais não é necessário, pelo menos não exclusivamente, oxigênio puro. Isso cria a possibilidade de otimizar instalações de separação de ar, no que se refere aos seus custos de instalação e operação, particularmente, de seu consumo de energia (veja, por exemplo, capítulo 3.8 em Kerry, F.G.: Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification. Boca Raton: CRC Press, 2006).[0003] For a number of industrial applications it is not necessary, at least not exclusively, pure oxygen. This creates the possibility of optimizing air separation installations with regard to their installation and operating costs, particularly their energy consumption (see, for example, chapter 3.8 in Kerry, FG: Industrial Gas Handbook: Gas Separation and Purification. Boca Raton: CRC Press, 2006).

[0004] Por exemplo, para esse fim, podem ser usadas instalações de separação de ar com chamadas colunas mistas, tais como estão descritas nos documentos EP 0531 182 A1, EP 0697 576 A1, EP 0698 772 A1, EP 1 139 046 A1, DE 101 39 727 A1, DE 102 28 A111 A1, DE 199 51 521 A1, bem como US 5 490 391 A. Em uma coluna mista são alimentadas, na extremidade superior, uma corrente líquida, rica em oxigênio, e, na extremidade inferior, uma corrente de ar gasosa, uma em direção à outra. Pelo contato intensivo, uma determinada proporção do nitrogênio volátil, mais leve, da corrente de ar passa para a corrente rica em oxigênio. A corrente rica em oxigênio é evaporada na coluna de mista e, na extremidade superior da mesma, tomada como oxigênio gasoso, "impuro". O oxigênio impuro pode ser retirado da instalação de separação de ar como produto de oxigênio gasoso. A corrente de ar, por sua vez, é liquefeita, enriquecida em determinada medida com oxigênio, e tomada na extremidade inferior da coluna mista. A corrente de ar liquefeito pode ser subsequentemente alimentada em um ponto apropriado energeticamente ou em termos de técnica de separação, ao sistema de coluna de destilação usado. Pelo uso de uma coluna mista, a energia necessária para a separação de material à custa da pureza do produto de oxigênio pode ser consideravelmente reduzida.[0004] For example, for this purpose, air separation installations with so-called mixed columns can be used, such as are described in EP 0531 182 A1, EP 0697 576 A1, EP 0698 772 A1, EP 1 139 046 A1, DE 101 39 727 A1, DE 102 28 A111 A1, DE 199 51 521 A1 as well as US 5 490 391 A. In a mixed column, a liquid stream rich in oxygen is fed into the upper end and a liquid stream rich in oxygen is fed into the lower end. , a stream of gaseous air, one towards the other. Through intensive contact, a certain proportion of the lighter volatile nitrogen in the air stream passes into the oxygen-rich stream. The oxygen-rich stream is evaporated in the mixed column and, at the upper end of it, taken as gaseous, "impure" oxygen. Impure oxygen can be removed from the air separation plant as a product of gaseous oxygen. The air stream, in turn, is liquefied, enriched to a certain extent with oxygen, and taken at the lower end of the mixed column. The stream of liquefied air can subsequently be fed at an appropriate point energetically or in terms of separation technique, to the distillation column system used. By using a mixed column, the energy required for material separation at the expense of product oxygen purity can be considerably reduced.

[0005] É desvantajoso em instalações conhecidas, que trabalham com colunas mista, a possiblidade de tomada limitada de produtos líquidos, porque as mesmas estão formadas, tal como explicado abaixo, como instalações de gás puras. Assim, a quantidade de tomada máxima de nitrogênio líquido e oxigênio líquido em instalações com colunas mistas, está limitada, no máximo, a 0,5% da quantidade total de ar usada.[0005] It is disadvantageous in known installations, which work with mixed columns, the possibility of limited uptake of liquid products, because they are formed, as explained below, as pure gas installations. Thus, the maximum uptake amount of liquid nitrogen and liquid oxygen in installations with mixed columns is limited to a maximum of 0.5% of the total amount of air used.

[0006] Existe, portanto, a necessidade de um processo e dispositi vosaperfeiçoados para geração de produtos de oxigênio líquidos e gasosos por separação de ar à baixa temperatura.[0006] There is, therefore, a need for an improved process and devices for generating liquid and gaseous oxygen products by air separation at low temperature.

DESCRIPTION OF THE INVENTION

[0007] Diante desse quadro, são propostos um processo e um dis positivo para geração de produtos de oxigênio líquidos e gasosos por separação de ar à baixa temperatura, com as características das rei- vindicações independentes. Configurações preferidas são objeto das respectivas reivindicações de patente subordinadas, bem como da descrição abaixo.[0007] Given this framework, a process and a device for generating liquid and gaseous oxygen products by air separation at low temperature are proposed, with the characteristics of the independent claims. Preferred configurations are the subject of the respective subordinate patent claims as well as the description below.

ADVANTAGES OF THE INVENTION

[0008] Um processo de acordo com a invenção serve para gera ção de um produto de oxigênio líquido e de um produto de oxigênio gasoso por separação de ar à baixa temperatura. Para esse fim, é usado um sistema de coluna de destilação de uma instalação de separação de ar. Para obtenção do produto de oxigênio líquido, é tomada uma fração de líquido com um primeiro teor de oxigênio mais alto de uma coluna de separação do sistema de coluna de destilação e descarregada da instalação de separação de ar. Para obtenção do produto de oxigênio gasoso, uma fração de líquido com um segundo teor de oxigênio menor é tomada da mesma coluna de separação do sistema de coluna de destilação e evaporada em uma coluna mista, a uma pressão de coluna de mista contra ar de coluna mista, tal como explicado inicialmente. O produto de oxigênio gasoso também é descarregado, porém em estado gasoso, da instalação de separação de ar.[0008] A process according to the invention serves for generating a liquid oxygen product and a gaseous oxygen product by separating air at low temperature. To that end, a distillation column system from an air separation plant is used. To obtain the liquid oxygen product, a liquid fraction with a first higher oxygen content is taken from a separation column of the distillation column system and discharged from the air separation plant. To obtain the gaseous oxygen product, a liquid fraction with a second lower oxygen content is taken from the same separation column as the distillation column system and evaporated in a mixed column at a mixed column pressure against column air mixed, as explained initially. The gaseous oxygen product is also discharged, albeit in a gaseous state, from the air separation plant.

[0009] O produto de oxigênio líquido é subsequentemente desig nado também como oxigênio "puro", o produto de oxigênio gasoso, também como oxigênio "impuro", sendo que os possíveis teores de oxigênio estão indicados abaixo. A pureza do produto de oxigênio "puro" orienta-se de acordo com o tipo da instalação de separação de ar utilizada e pelas exigências do respectivo consumidor. A produção de produtos de oxigênio gasosos "impuros" pode realizar-se, tal como explicado, de modo energeticamente favorável com colunas mista. Os termos teor de oxigênio "mais alto" e "menor" referem-se um ao outro.[0009] The product of liquid oxygen is subsequently referred to also as "pure" oxygen, the product of gaseous oxygen, also as "impure" oxygen, the possible oxygen contents being indicated below. The purity of the "pure" oxygen product depends on the type of air separation system used and the requirements of the respective consumer. The production of "unclean" gaseous oxygen products can be carried out, as explained, energetically favorably with mixed columns. The terms "higher" and "lower" oxygen content refer to each other.

[0010] No contexto desse pedido trata-se da obtenção de produtos de oxigênio e nitrogênio. Um "produto" deixa a instalação citada e é armazenado, por exemplo, em um tanque ou consumido. Portanto, ele não participa mais exclusivamente das circulações internas da instalação, mas pode ser usado de modo correspondente, antes de deixar a instalação, por exemplo, como portador de frio em um trocador de calor. O termo "produto"não compreende, portanto, as frações ou correntes que permanecem na própria instalação e são usadas exclusivamente ali, por exemplo, como refluxo, agente refrigerante ou gás de lavagem.[0010] In the context of this application, it deals with obtaining oxygen and nitrogen products. A "product" leaves the aforementioned facility and is stored, for example, in a tank or consumed. Therefore, it no longer participates exclusively in the installation's internal circulations, but can be used accordingly, before leaving the installation, for example as a cold carrier in a heat exchanger. The term "product" therefore does not include the fractions or streams that remain in the installation itself and are used exclusively there, for example, as reflux, refrigerant or washing gas.

[0011] O termo "produto" compreende, ainda, uma indicação de quantidade. Um "produto" corresponde pelo menos a 1%, particularmente, pelo menos a 2%, por exemplo, pelo menos a 5% ou pelo menos a 10% da quantidade de ar usada em uma instalação correspondente. Quantidades menores, que também se formam convencionalmente em instalações de gás exclusivas e frações de líquido, que podem, opcionalmente, ser tomadas dessa instalação, não representam, portanto, "produtos", no sentido desse pedido. Tal como explicado abaixo, pela tomada de produtos líquidos de uma instalação de separação de ar, é "tomada" uma quantidade considerável de frio, que, de outro modo, poderia ser, em parte, recuperada por evaporação desses produtos líquidos. Uma tomada desse tipo, porém, só tem efeito a par-tir de uma determinada quantidade de tomada, portanto, só quando é efetivamente retirado um "produto", no sentido da definição apresentada acima.[0011] The term "product" also comprises an indication of quantity. A "product" corresponds to at least 1%, particularly at least 2%, for example at least 5% or at least 10% of the amount of air used in a corresponding installation. Smaller quantities, which are also conventionally formed in dedicated gas installations and liquid fractions, which can optionally be taken from that installation, do not therefore represent "products" in the sense of this order. As explained below, by taking liquid products from an air separation plant, a considerable amount of cold is "taken in", which otherwise could be partly recovered by evaporating these liquid products. A shot of this type, however, only takes effect after a certain amount of shot, therefore, only when a "product" is actually removed, in the sense of the definition presented above.

[0012] As exigências de consumidores industriais aos produtos de instalações de separação de ar e os princípios de construção determinados pelas mesmas diferenciam-se consideravelmente entre si. Assim, para determinados cenários de uso são conhecidas instalações de gás exclusivas, nas quase podem ser obtidos, de preferência ou exclusivamente, produtos gasosos, por exemplo, oxigênio e/ou nitrogênio. Outras aplicações, requerem, por outro lado, produtos líquidos e, portanto, instalações de líquido exclusivas.[0012] The requirements of industrial consumers on the products of air separation installations and the construction principles determined by them differ considerably from each other. Thus, for certain usage scenarios, exclusive gas installations are known, but gaseous products, for example oxygen and/or nitrogen, can almost be obtained, preferably or exclusively. Other applications, on the other hand, require liquid products and therefore exclusive liquid installations.

[0013] A tomada de produtos líquidos de instalações de gás, em geral, não é possível, mesmo quando esses produtos líquidos se formam ali como produtos intermediários, por exemplo, em uma coluna de separação. Portanto, os princípios de construção ali utilizados não podem, portanto, ser simplesmente transferidos a instalações de líquidos. Em instalações de gás, os líquidos criogênicos obtidos como produtosintermediários podem ser evaporados e usados para refrigeração, particularmente, do ar carregado. Quando, no entanto, devem ser retirados produtos líquidos de uma instalação de separação de ar, por exemplo, oxigênio e/ou nitrogênio líquido, com isso, essa quantidade de frio é tomada do sistema. O frio "ausente" em instalações de líquido precisa, portanto, ser gerado adicionalmente, mais precisamente na forma de efeito de compressão.[0013] The taking of liquid products from gas installations, in general, is not possible, even when these liquid products are formed there as intermediate products, for example, in a separation column. Therefore, the construction principles used there cannot, therefore, simply be transferred to liquid installations. In gas installations, cryogenic liquids obtained as intermediates can be evaporated and used for refrigeration, particularly of the charged air. When, however, liquid products must be removed from an air separation plant, eg oxygen and/or liquid nitrogen, this amount of cold is taken from the system. The "absent" cold in liquid installations therefore needs to be generated additionally, more precisely in the form of a compression effect.

[0014] A invenção desenvolve suas vantagens especiais em insta lações, que são usadas para produzir um produto de oxigênio gasoso, com, por exemplo, menos de 98% em mol (por cento em mol) de pureza e, ao mesmo tempo, produzir, para esse fim, quantidades maiores de um produto de oxigênio líquido "puro" no sentido aqui utilizado. O processo mostra-se, nesse caso, como altamente eficiente e permite a obtenção e 1% a 5% ou 1% a 10% do ar alimentado, no total, à instalação de separação de ar, em forma comprimida (no contexto desse pedido, designado como "ar total."). Embora esse pedido descreva, predominantemente, a tomada de oxigênio líquido, também pode ser obtido, de modo correspondente, nitrogênio líquido.[0014] The invention develops its special advantages in installations, which are used to produce a product of gaseous oxygen, with, for example, less than 98% in mol (percent in mol) purity and, at the same time, produce , for this purpose, larger quantities of a "pure" liquid oxygen product in the sense used here. The process is, in this case, highly efficient and allows obtaining 1% to 5% or 1% to 10% of the air fed, in total, to the air separation installation, in compressed form (in the context of this order , referred to as "full air."). Although this order predominantly describes the uptake of liquid oxygen, correspondingly liquid nitrogen can also be obtained.

[0015] Ao processo aqui apresentado pode servir de base, por exemplo, uma instalação de separação de ar com um sistema de colunas duplas. Esses sistemas de colunas duplas compreendem uma coluna de separação de alta pressão e uma coluna de separação de baixapressão, para separação de oxigênio e nitrogênio. A coluna de separação de alta pressão trabalha a uma pressão de serviço de, por exemplo, 500 a 750 KPa (5 a 7,5 bar), particularmente, de 550 a 600 KPa (5,5 a 6 bar); e a coluna de baixa pressão, a uma pressão de serviço de, por exemplo, 130 a 180 KPa (1,3 a 1,8 bar), particularmente, de 130 a 160 KPa (1,3 a 1,6 bar). Nesse caso, e nas pressões indicadas a seguir, trata-se de pressões absolutas. A coluna de separação de alta pressão e a coluna de separação de baixa pressão também podem estar construtivamente separadas, pelo menos parcialmente, uma da outra. Nesse caso, trata-se dos sistemas de duas colunas, citados inicialmente.[0015] The process presented here can serve as a basis, for example, an air separation installation with a system of double columns. These dual column systems comprise a high pressure separation column and a low pressure separation column for oxygen and nitrogen separation. The high pressure separation column works at an operating pressure of, for example, 500 to 750 KPa (5 to 7.5 bar), particularly 550 to 600 KPa (5.5 to 6 bar); and the low pressure column, at a working pressure of, for example, 130 to 180 kPa (1.3 to 1.8 bar), particularly 130 to 160 kPa (1.3 to 1.6 bar). In this case, and at the pressures indicated below, these are absolute pressures. The high pressure separation column and the low pressure separation column can also be constructively at least partially separated from each other. In this case, it is the two-column systems mentioned initially.

[0016] Mas a invenção também pode ser realizada com sistemas de três ou mais colunas, para separação de oxigênio e nitrogênio e/ou com sistemas de colunas de destilação, que estão configurados para obtenção e outros componentes. Nesse caso, no contexto desse pedido, a coluna de separação com a pressão de serviço mais alta é designada como "coluna de alta pressão". A coluna de separação, da qual, normalmente, é retirada oxigênio, por exemplo, uma corrente rica em oxigênio, com mais de 99% em mol, na linguagem desse pedido é então designada como "coluna de baixa pressão". Em determinados casos, a coluna mista também pode ser operada sob uma pressão mais alta do que a coluna de separação de alta pressão.[0016] But the invention can also be carried out with systems of three or more columns, for separation of oxygen and nitrogen and/or with distillation column systems, which are configured to obtain and other components. In this case, in the context of this order, the separation column with the highest working pressure is referred to as the "high pressure column". The separation column, from which oxygen is normally taken, eg an oxygen-rich stream of more than 99% by mol, in the language of this application is then referred to as a "low pressure column". In certain cases, the mixed column can also be operated at a higher pressure than the high pressure separation column.

[0017] Em um processo correspondente, a fração de líquidos, com o primeiro teor de oxigênio e a fração de líquido como segundo teor de oxigênio, são retirados em alturas diferentes da coluna de separação de baixa pressão. Por exemplo, as frações de líquido com o primeiro teor de oxigênio é tomada da base da coluna de separação de baixa pressão e a fração de líquido com o segundo teor de oxigênio, em uma altura corresponde ao segundo teor de oxigênio, lateralmente, da coluna de separação baixa pressão. A altura de tomada da coluna de baixa pressão está correlacionada, sabidamente, diretamente com o teor de oxigênio, nas condições de operação em cada caso usadas, de modo que o técnico pode estabelecer uma relação corresponde sem dificuldade. A tomada lateralmente da coluna de separação de baixa pressão mostra-se como particularmente favorável em termos energéticos. Dessa maneira pode ser evitado, particularmente consumir des-necessariamenteoxigênio "puro", valioso, para a produção do produto de oxigênio gasosos, impuro. O oxigênio "puro", tomado, por exemplo, da base da coluna de separação de baixa pressão, apresenta, por exemplo, 99,6% em mol de teor de oxigênio e, portanto, já foi quase completamente separado de argônio. Para esse fim, foi aplicado um trabalho de separação correspondente. A fração de líquido com o segundo teor de oxigênio, que pode ser tomada lateralmente da coluna de separação de baixa pressão, apresenta, por outro lado, por exemplo, 97% em mol de oxigênio e 3% em mol de argônio. O trabalho da separação de oxigênio e argônio pode, portanto, ser economizado. Em outras palavras, é energeticamente mais favorável usar uma fração inicial impura para um produto de oxigênio gasoso, necessário em forma "impura", do que contaminar uma fração "pura" em uma coluna mista.[0017] In a corresponding process, the liquid fraction, with the first oxygen content and the liquid fraction as the second oxygen content, are withdrawn at different heights from the low pressure separation column. For example, the liquid fraction with the first oxygen content is taken from the base of the low pressure separation column and the liquid fraction with the second oxygen content, at one height corresponds to the second oxygen content, laterally, of the column. low pressure separation. The intake height of the low-pressure column is known to be directly correlated with the oxygen content, under the operating conditions in each case used, so that the technician can establish a corresponding relationship without difficulty. The lateral tapping of the low pressure separation column is shown to be particularly favorable in terms of energy. In this way it can be avoided, particularly unnecessarily consuming valuable "pure" oxygen for the production of the impure, gaseous oxygen product. "Pure" oxygen, taken, for example, from the base of the low-pressure separation column, has, for example, 99.6% by mol of oxygen content and, therefore, has already been almost completely separated from argon. To this end, a corresponding separation work was applied. The liquid fraction with the second oxygen content, which can be taken from the side of the low-pressure separation column, on the other hand, has, on the other hand, for example, 97% by mole of oxygen and 3% by mole of argon. The work of separating oxygen and argon can therefore be saved. In other words, it is energetically more favorable to use an initial impure fraction for an oxygen gas product, required in "impure" form, than to contaminate a "pure" fraction in a mixed column.

[0018] A corrente líquida, rica em oxigênio, que é alimentada à co luna mista, portanto, aquela corrente rica em oxigênio, que correspondeà fração de líquido tomada de acordo com a invenção, com o segundo teor de oxigênio, menor, apresenta, vantajosamente, um teor de oxigênio de 70 a 99% em mol, particularmente 90 a 98% em mol. O primeiro teor de oxigênio, que se encontra no produto de oxigênio líquido, corresponde, vantajosamente, a pelo menos 99% em mol, particularmente, a pelo menos 99,5 em mol. O primeiro situa-se vantajosamente, sempre acima do segundo teor de oxigênio.[0018] The liquid stream, rich in oxygen, which is fed to the mixed column, therefore, that stream rich in oxygen, which corresponds to the fraction of liquid taken according to the invention, with the second, lower oxygen content, presents, advantageously an oxygen content of 70 to 99% by mol, particularly 90 to 98% by mol. The first oxygen content, which is found in the liquid oxygen product, advantageously corresponds to at least 99% by mol, particularly to at least 99.5 by mol. The first is advantageously located, always above the second oxygen content.

[0019] Vantajosamente, em um processo correspondente, a fração de líquido com o primeiro teor de oxigênio, depois da tomada da coluna de separação do sistema de colunas de destilação é refrigerada para abaixo do ponto de congelação em um trocador de calor. Isso possibilita transferir a fração de líquido, subsequentemente, com segurança, para um tanque, sem que perdas de calor, que nesse caso, ocorrem forçosamente, levem a uma evaporação excessiva.[0019] Advantageously, in a corresponding process, the liquid fraction with the first oxygen content, after taking the separation column from the distillation column system, is cooled to below freezing point in a heat exchanger. This makes it possible to transfer the liquid fraction subsequently safely to a tank, without heat losses, which in this case necessarily occur, leading to excessive evaporation.

[0020] A fração de líquido com o segundo teor de oxigênio, depois da tomada da coluna de separação do sistema de colunas de destilação e/ou depois da evaporação na coluna mista, é aquecida, por sua vez, em um trocador de calor. Para aquecimento da fração de liquido, depois da tomada do sistema de colunas de destilação, pode ser usado o mesmo trocador de calor que também serve para a refrigeração para abaixo do ponto de congelação da fração de líquido, com o primeiro teor de oxigênio, depois da tomada do sistema de colunas de destilação. Antes ou depois da evaporação na coluna mista, a fração de líquido com o segundo teor de oxigênio pode, no entanto, também ser guiada por um trocador de calor principal da instalação de separa-ção de ar e ali aquecida adicionalmente.[0020] The liquid fraction with the second oxygen content, after taking the separation column from the distillation column system and/or after evaporation in the mixed column, is heated, in turn, in a heat exchanger. For heating the liquid fraction, after taking the distillation column system, the same heat exchanger can be used that also serves for cooling to below the freezing point of the liquid fraction, with the first oxygen content, then the outlet of the distillation column system. Before or after evaporation in the mixed column, the liquid fraction with the second oxygen content can, however, also be guided by a main heat exchanger of the air separation plant and heated there additionally.

[0021] Vantajosamente fração de líquido com o segundo teor de oxigênio, depois da tomada da coluna de separação do sistema de colunas de destilação, é alimentada por meio de pelo menos uma bomba e pelo menos uma válvula de expansão, pelo lado da cabeça, à coluna mista. A pressão, nesse caso, é aumentada sobre a pressão da coluna mista, que se situa acimada pressão da coluna de separação de baixa pressão, da qual a fração de líquido com o segundo teor de oxigênio é vantajosamente tomada.[0021] Advantageously, the liquid fraction with the second oxygen content, after taking the separation column from the distillation column system, is fed by means of at least one pump and at least one expansion valve, on the head side, to the mixed column. The pressure in this case is increased over the pressure of the mixed column, which is above the pressure of the low-pressure separation column, from which the liquid fraction with the second oxygen content is advantageously taken.

[0022] O processo explicado é realizado, vantajosamente como chamado processo de HAP (HighAir Pressure). O ar total, alimentado, no total à instalação de separação de ar, é nesse caso, comprimido, vantajosamente em um compressor principal para uma pressão de alimentação de 600 a 3000 KPa (6 a 30 bar), particularmente, de 700 a 2000 KPa (7 a 20 bar), por exemplo, de 1000 a 1400 KPa (10 a 14 bar). De preferência, nesse caso, o compressor principal representa a única máquina acionada com energia externa para compressão de ar. Por uma "única máquina", é entendido aqui, por exemplo, um compressor de um estágio ou de estágios múltiplos, cujos estágios estão todos conectados com o mesmo acionamento, sendo que todos os estágios estão instalados na mesma carcaça ou conectados com a mesma engrenagem. Nesse compressor de ar, opcionalmente ar total é de preferência comprimido para uma pressão, que se situa, por exemplo, nitidamente acima da pressão de serviço da coluna como nível de pressão mais alto. Além dessa compressão, também podem ser igualmente "recomprimidas" correntes parciais, por exemplo, em bombas incrementadoras de pressão (boosters), que estão acopladas com turbinas de expansão, mas sendo que, para isso, nenhuma energia externa é alimentada.[0022] The explained process is carried out, advantageously as called HAP (HighAir Pressure) process. The total air fed in total to the air separation plant is in this case compressed, advantageously in a main compressor to a supply pressure of 600 to 3000 KPa (6 to 30 bar), particularly from 700 to 2000 KPa (7 to 20 bar), for example, from 1000 to 1400 KPa (10 to 14 bar). Preferably, in this case, the main compressor represents the only externally powered machine for air compression. By a "single machine" is meant here, for example, a one-stage or multi-stage compressor, whose stages are all connected with the same drive, with all stages being installed in the same housing or connected with the same gear . In such an air compressor, optionally total air is preferably compressed to a pressure which is, for example, clearly above the operating pressure of the column as the highest pressure level. In addition to this compression, partial currents can also be "recompressed" as well, for example, in pressure-increasing pumps (boosters), which are coupled with expansion turbines, but for this no external energy is supplied.

[0023] No processo, a pressão de alimentação pode ser indicada alternativamente ou adicionalmente, também em relação à pressão de serviço da coluna de separação de alta pressão. Isso significa, aqui, que a diferença de pressão entre a pressão de alimentação e a pressão de serviço da coluna de separação de alta pressão não só correspondeà queda de pressão natural por linhas, trocadores de calor e outros aparelhos, mas perfaz pelo menos 100 KPa (1 bar), especialmente, pelo menos 300 KPa (3 bar), de preferência, pelo menos 500 KPa (5 bar). A diferença de pressão entre a pressão de alimentação e a pressão de serviço da coluna de separação de alta pressão perfaz, por exemplo, 500 a 2500 KPa (5 a 25 bar), especialmente, 700 a 1500 KPa (7 a 15 bar).[0023] In the process, the supply pressure can be indicated alternatively or additionally, also in relation to the working pressure of the high pressure separation column. This means here that the pressure difference between the supply pressure and the working pressure of the high-pressure separation column not only corresponds to the natural pressure drop by lines, heat exchangers and other apparatus, but amounts to at least 100 KPa (1 bar), especially at least 300 KPa (3 bar), preferably at least 500 KPa (5 bar). The pressure difference between the supply pressure and the working pressure of the high pressure separation column is, for example, 500 to 2500 KPa (5 to 25 bar), especially 700 to 1500 KPa (7 to 15 bar).

[0024] Vantajosamente, uma primeira corrente parcial do ar total é expandida em uma primeira máquina de expansão para a pressão de serviço da coluna de separação de alta pressão e alimentada à coluna de separação de alta pressão. Desse modo, pode ser obtido frio adicional.[0024] Advantageously, a first partial stream of total air is expanded in a first expansion machine to the working pressure of the high pressure separation column and fed to the high pressure separation column. Thereby, additional cold can be obtained.

[0025] A primeira corrente parcial, antes da expansão, pode ser comprimida com a bomba incrementadora de pressão (booster) acoplada com a primeira máquina de expansão e/ou, depois da expansão na primeira máquina de expansão, ser refrigerada. Por uma refrigeração depois da compressão, por exemplo, por refrigeração com água e/ou por uma refrigeração para uma temperatura intermediária em um trocador de calor principal, o calor de compressão formado pode ser descarregado. Quando depois da expansão, o gás frio é guiado pela extremidade fria do trocador de calor principal, pode ser causada uma refrigeração adicional.[0025] The first partial stream, before expansion, can be compressed with the pressure-increasing pump (booster) coupled with the first expansion machine and/or, after expansion in the first expansion machine, be cooled. By cooling after compression, for example by cooling with water and/or cooling to an intermediate temperature in a main heat exchanger, the heat of compression formed can be discharged. When after expansion, the cold gas is guided by the cold end of the main heat exchanger, additional cooling may be caused.

[0026] Como ar de coluna mista, é usada, vantajosamente, uma segunda corrente parcial do ar total, que é expandida em uma segun-damáquina de expansão para a pressão da coluna mista e é alimentada em uma região inferior à coluna mista. Também isso contribui para cobrir a necessidade de frio da instalação. As duas máquinas de expansão apresentam temperaturas de entrada diferentes, isto é, a temperatura de entrada da segunda máquina de expansão é, particularmente, pelo menos 5 K mais alta ou mais baixa do que a da primeira máquina de expansão.[0026] As mixed column air, a second partial stream of the total air is advantageously used, which is expanded in a second expansion machine to the pressure of the mixed column and is fed into a region below the mixed column. This also helps to cover the installation's need for cooling. The two expansion machines have different inlet temperatures, i.e. the inlet temperature of the second expansion machine is particularly at least 5 K higher or lower than that of the first expansion machine.

[0027] Dependendo de considerações construtivas ou energéticas, a primeira e/ou a segunda corrente parcial podem ser refrigeradas de maneira diferente, de modo que o processo pode ser otimizado, por exemplo, no que ser refere a volumes menores para o trocador de calor principal, por um lado, ou no que se refere a uma economia de energia máxima.[0027] Depending on constructive or energy considerations, the first and/or second partial stream can be cooled differently so that the process can be optimized, for example, with regard to smaller volumes for the heat exchanger main, on the one hand, or with regard to maximum energy savings.

[0028] Também a segunda corrente parcial pode ser refrigerada antes e/ou depois da expansão na segunda máquina de expansão, de modo que as temperaturas em cada caso desejadas podem ser obtidas.[0028] Also the second partial stream can be cooled before and/or after expansion in the second expansion machine, so that the temperatures in each case desired can be obtained.

[0029] Uma das duas máquinas de expansão está acoplada, de preferência, com uma bomba incrementadora de pressão (booster). Por esse acoplamento, o trabalho de expansão pode ser usado apro-priadamente. Vantajosamente, nesse caso, exatamente a quantidade de ar, que é introduzida na máquina de expansão acoplada com a bomba incrementadora de pressão (booster), é previamente guiada pela bomba incrementadora de pressão (booster), que, vantajosamente,está formado como compressor de ar quente.[0029] One of the two expansion machines is coupled, preferably, with a pressure-increasing pump (booster). By this coupling, the expansion work can be used appropriately. Advantageously, in this case, exactly the amount of air, which is introduced into the expansion machine coupled with the pressure increase pump (booster), is previously guided by the pressure increase pump (booster), which, advantageously, is formed as a compressor hot air.

[0030] A outra das duas máquinas de expansão, está vantajosa mente acoplada mecanicamente com um gerador e/ou freio a óleo, no qual pode ser realizado de modo correspondente o trabalho de expansão liberado.[0030] The other of the two expansion machines is advantageously mechanically coupled with a generator and/or oil brake, on which the released expansion work can be carried out correspondingly.

[0031] No processo explicado, é usada como pressão de coluna mista, vantajosamente, uma pressão de 200 a 600 KPa (2 a 6 bar). A pressão de coluna mista orienta-se, por exemplo, de acordo com a pressão de fornecimento necessária, externa, para o produto de oxigênio gasoso ou também pode ser otimizada de acordo com considerações energéticas. Nesse último caso, é de vantagem uma pressão de ou perto de 200 KPa (2 bar).[0031] In the explained process, a pressure of 200 to 600 KPa (2 to 6 bar) is advantageously used as mixed column pressure. The mixed column pressure is oriented, for example, according to the required external supply pressure for the gaseous oxygen product, or it can also be optimized according to energy considerations. In the latter case, a pressure of or close to 200 KPa (2 bar) is advantageous.

[0032] Uma instalação de separação de ar de acordo com a inven ção está configurada para realização de um processo de acordo com uma das reivindicações precedentes. Ela apresenta meios que estão configurados para tomar uma fração de líquido com um primeiro teor de oxigênio mais alto, para obtenção de um produto de oxigênio de uma coluna de separação de um sistema de colunas de destilação da instalação de separação de ar, e meios, que estão configurados para tomar da mesma coluna de separação do sistema de colunas de destilação uma fração de líquido com um segundo teor de oxigênio, menor, e evaporar a mesma em uma coluna mista, a uma pressão de coluna mista contra ar de coluna mista. A instalação de separação de ar aproveita do mesmo modo as vantagens explicadas previamente, de modo que faz-se referência expressa às mesmas.[0032] An air separation plant according to the invention is configured to carry out a process according to one of the preceding claims. It features means that are configured to take a fraction of liquid with a higher first oxygen content, for obtaining an oxygen product from a separation column of a distillation column system of the air separation plant, and means, which are configured to take a fraction of liquid with a second, lower oxygen content from the same separation column of the distillation column system and evaporate it in a mixed column at mixed column pressure against mixed column air. The air separation installation likewise takes advantage of the advantages explained previously, so that express reference is made to them.

[0033] Modalidades preferidas da invenção são explicadas adicio nalmente sob referência aos desenhos anexos.[0033] Preferred embodiments of the invention are further explained with reference to the accompanying drawings.

Brief Description of Drawings

[0034] Figura 1 mostra uma instalação de separação de ar de acordo com uma modalidade da invenção. Figura 2 mostra uma instalação de separação de ar de acordo com uma modalidade da invenção.[0034] Figure 1 shows an air separation installation according to an embodiment of the invention. Figure 2 shows an air separation installation according to an embodiment of the invention.

Modalities of the Invention

[0035] Na Figura 1 está representada esquematicamente uma ins talação de separação de ar de acordo com uma modalidade da invenção. A instalação de separação de ar apresenta, entre outras coisas, um trocador de calor principal E1, um sistema de colunas de destilação S com uma coluna de separação de alta pressão S1 e uma coluna de separação de baixa pressão S2, uma coluna mista S3, um dispositivo para refrigeração para abaixo do ponto de congelação E3 e duas máquinas de expansão X1 e X2, formadas como turbinas de expansão. Os parâmetros de serviço indicado a seguir, tais como, por exemplo, as respectivas pressões de serviço, representam exemplos para as regiões citadas acima.[0035] In Figure 1 an air separation installation according to an embodiment of the invention is schematically represented. The air separation plant features, among other things, an E1 main heat exchanger, an S distillation column system with an S1 high pressure separation column and an S2 low pressure separation column, a mixed column S3, a device for cooling to below freezing point E3 and two expansion machines X1 and X2, formed as expansion turbines. The service parameters given below, such as, for example, the respective service pressures, represent examples for the regions mentioned above.

[0036] Através de uma linha a, ar AIR comprimido para uma pres são de, por exemplo, 1000 a 1400 KPa (10 a 14 bar), previamente purificado, pode ser alimentado à instalação 100. Para compressão do ar AIR, é usado um compressor principal, não representado, o ar alimentado no total é designado como "ar total".[0036] Via a line a, compressed AIR air to a pressure of, for example, 1000 to 1400 KPa (10 to 14 bar), previously purified, can be fed to plant 100. For compression of AIR air, it is used a main compressor, not shown, the air supplied in total is referred to as "total air".

[0037] Uma parte do ar total da linha a, no contexto desse pedido designada como "primeira corrente parcial", pode ser alienada através de uma linha b a uma bomba incrementadora de pressão (booster) C1. A bomba incrementadora de pressão (booster) C1 pode estar acoplada com uma primeira turbina de expansão X1. O ar comprimido adicionalmente na bomba incrementadora de pressão (booster) C1 pode ser subsequentemente refrigerado em um refrigerador complementar E2 e alimentado ao trocador de calor principal E1, na extremidade quente do mesmo. Através de uma linha c, essa primeira corrente parcialé tomada do trocador de calor principal E1, a uma temperatura intermediária, expandida para fornecer frio e trabalho na primeira turbina de expansão X1, e, subsequentemente ser novamente guiada na extremidade fria pelo trocador de calor principal E1.[0037] A part of the total air of line a, in the context of this order designated as "first partial stream", can be disposed through a line b to a pressure increaser pump (booster) C1. The pressure increase pump (booster) C1 can be coupled with a first expansion turbine X1. The additionally compressed air in the booster pump C1 can be subsequently cooled in a supplementary cooler E2 and fed to the main heat exchanger E1 at the hot end thereof. Through a line c, this first partial current is taken from the main heat exchanger E1, at an intermediate temperature, expanded to provide cold and work in the first expansion turbine X1, and subsequently again guided at the cold end by the main heat exchanger E1.

[0038] Ar adicional da linha a pode ser alimentado através de uma linha d ao trocador de calor principal, na extremidade quente do mesmo. Uma parte do mesmo pode ser expandida, também, opcionalmente,só quando necessário, através de uma válvula de expansão V1. Uma segunda parte do ar da linha d, e, com a mesma, uma parte do ar total, designada no contexto desse pedido, como "segunda corrente parcial", pode ser tomada do trocador de calor principal E1, a uma temperatura intermediária, através de uma linha s. O ar na linha s é alimentada, tal como explicado abaixo, à coluna mista S3. A quantidade do ar alimentado à coluna mista S3 também pode ser ajustada através da válvula de expansão V1.[0038] Additional air from line a can be fed through line d to the main heat exchanger at the hot end thereof. A part of it can also be expanded, optionally, only when necessary, through an expansion valve V1. A second part of the air from the d line, and with it a part of the total air, designated in the context of this application as "partial second current", can be taken from the main heat exchanger E1, at an intermediate temperature, through of a line s. The air in line s is fed, as explained below, to mixed column S3. The amount of air fed to the mixed column S3 can also be adjusted via expansion valve V1.

[0039] A primeira corrente parcial do ar da linha a e, opcionalmen te, o ar expandido através da válvula de expansão V1, depois de deixar o trocador de calor principal E1, está presente na extremidade fria do mesmo, em cada caso, a uma temperatura próxima à temperatura de condensação do ar. Uma corrente de ar correspondente pode ser alimentada através de uma linha e à coluna de separação de alta pressão S1. A pressão de serviço da coluna de separação de alta pressão S1 e, com a mesma, a pressão na linha e, situa-se nos valores apresentados. A turbina de expansão X1 ou a válvula V1 estão ajustadas de modo correspondente.[0039] The first partial stream of air from line a and, optionally, the air expanded through expansion valve V1, after leaving the main heat exchanger E1, is present at the cold end of the same, in each case at a temperature close to the condensing temperature of air. A corresponding air stream can be fed through a line and to the high pressure separation column S1. The working pressure of the high-pressure separation column S1 and, with it, the pressure in line e, are at the values shown. Expansion turbine X1 or valve V1 are adjusted accordingly.

[0040] Na coluna de separação de alta pressão S1 ocorre uma se paração preliminar do ar. Da coluna de separação de alta pressão S1, em uma região inferior ou da base, pode ser tomada através de uma linha f uma fração da base líquida, enriquecida com oxigênio, refrigerada em um dispositivo de refrigeração para abaixo do ponto de congelação E3 e, depois da expansão para a pressão de serviço da coluna de separação de baixa pressão S2 através de uma válvula de expansão V2, alimentada através de uma linha g na coluna de separação de baixa pressão S2.[0040] In the high pressure separation column S1 a preliminary separation of the air takes place. From the high pressure separation column S1, in a lower region or at the base, a fraction of the liquid base, enriched with oxygen, cooled in a refrigeration device to below freezing point E3 can be taken through a line f, after expansion to the working pressure of the low pressure separation column S2 via an expansion valve V2, fed via a line g into the low pressure separation column S2.

[0041] No lado da cabeça pode ser tomada da coluna de separa ção de alta pressão S1 uma fração de cabeça gasosa, rica em nitrogênio. Pelo menos uma corrente parcial da mesma pode ser condensadaatravés de uma linha h e um condensador E4, que em operação está coberta por uma fração de base rica em oxigênio da coluna de separação de baixa pressão S2. Pelo menos uma parte do condensado pode ser alimentada como refluxo líquido através de uma linha i na cabeça da coluna de separação de alta pressão S1. Uma outra parte do condensado pode ser alienada através de uma linha k ao dispositivo de refrigeração para abaixo de um ponto de congelação E3 (não representado) e alienada através de uma linha m como produto de nitrogênio líquido LIN, por exemplo, a um tanque.[0041] At the head side, a nitrogen-rich, gaseous head fraction can be taken from the S1 high pressure separation column. At least a partial stream thereof can be condensed through an h line and an E4 condenser, which in operation is covered by an oxygen-rich base fraction from the low pressure separation column S2. At least a part of the condensate can be fed as liquid reflux through a line i at the head of the high pressure separation column S1. Another part of the condensate can be disposed of via a k-line to the refrigeration device to below freezing point E3 (not shown) and disposed of via an m-line as liquid nitrogen product LIN, for example, to a tank.

[0042] Uma outra corrente parcial da fração de cabeça gasosa, rica em nitrogênio, tomada no lado da cabeça da coluna de separação de alta pressão S1, pode ser alimentada através de um linha l ao trocador de calor principal E1, aquecida no mesmo e expandida através de uma válvula de expansão V3. Uma fração gasosa, rica em nitrogênio, obtida de modo correspondente, pode ser usada, por exemplo, como gás de compressão nos compressores usados.[0042] Another partial stream of the gaseous head fraction, rich in nitrogen, taken on the head side of the high pressure separation column S1, can be fed through a line l to the main heat exchanger E1, heated in it and expanded through an expansion valve V3. A correspondingly obtained nitrogen-rich gaseous fraction can be used, for example, as a compression gas in used compressors.

[0043] Da coluna de separação de alta pressão S1 pode ser toma da em uma altura definida, através de uma linha n, uma fração enriquecida com nitrogênio, refrigerada no dispositivo de refrigeração para abaixo do ponto de congelação E3, e, depois da expansão através de uma válvula de expansão V4 alimentada no lado da cabeça, através de uma linha o como corrente líquida, rica em nitrogênio, à coluna de separação de baixa pressão S2.[0043] From the high pressure separation column S1 can be taken at a defined height, through a line n, a fraction enriched with nitrogen, cooled in the refrigeration device to below freezing point E3, and, after expansion through an expansion valve V4 fed on the head side, through a line o as a liquid nitrogen-rich stream, to the low pressure separation column S2.

[0044] Da base pode ser tomada da coluna de separação de baixa pressão S2, através de uma linha p, pelo menos uma parte da fração de base rica em oxigênio, e através de uma conexão p’ ser alimentada ao dispositivo de refrigeração para abaixo de um ponto de congelação E3. Essa fração de líquido apresenta um alto teor de oxigênio, que no contexto desse pedido é designado como "primeiro" teor de oxigênio. Depois da refrigeração, essa fração pode entregar através de uma linha q e uma válvula V5, uma fração líquida, rica em oxigênio, como produto de oxigênio líquido LOX, portanto, ser descarregada em forma líquida da instalação de separação de ar.[0044] From the base can be taken from the low pressure separation column S2, through a line p, at least a part of the base fraction rich in oxygen, and through a connection p' be fed to the cooling device down from a freezing point E3. This liquid fraction has a high oxygen content, which in the context of this order is referred to as the "first" oxygen content. After refrigeration, this fraction can deliver through a q line and a V5 valve, a liquid fraction, rich in oxygen, as LOX liquid oxygen product, therefore, be discharged in liquid form from the air separation plant.

[0045] No lado da cabeça, pode ser tomada da coluna de separa ção de baixa pressão S2, através de uma linha r, uma fração de cabeça gasosa, aquecida no trocador de calor principal E1 e entregue através de uma válvula V6. Essa fração pode ser usada, por exemplo, para regeneração de dispositivos de adsorção para purificação do ar AIR a ser alimentado.[0045] On the head side, from the low pressure separation column S2, a gaseous head fraction can be taken from the r line, heated in the main heat exchanger E1 and delivered through a valve V6. This fraction can be used, for example, for regeneration of adsorption devices for purifying the AIR air to be fed.

[0046] A instalação de separação de ar está formada como insta lação de coluna mista. Para esse fim, pelo menos uma parte do ar da linha d (a "segunda corrente parcial") pode ser tomada do trocador de calor principal E1, a um temperatura intermediária e alimentada através da linha s a uma segunda turbina de expansão X2. Na segunda turbina de expansão X2, que está conectada a uma unidade de transformador de energia G, por exemplo um gerador ou um freio de óleo, o ar pode ser expandido para uma pressão de, por exemplo, 200 a 400, particularmente 300 KPa (2 a 4, particularmente 3 bar). O ar é depois alimentado em forma gasosa na parte inferior de uma coluna mista S3, que é operada a uma pressão correspondente.[0046] The air separation installation is formed as a mixed column installation. To this end, at least some of the air from line d (the "second partial current") may be taken from the main heat exchanger E1 at an intermediate temperature and fed via line s to a second expansion turbine X2. In the second expansion turbine X2, which is connected to a power transformer unit G, for example a generator or an oil brake, the air can be expanded to a pressure of, for example, 200 to 400, particularly 300 KPa ( 2 to 4, particularly 3 bar). Air is then fed in gaseous form at the bottom of a mixed column S3, which is operated at a corresponding pressure.

[0047] No lado da cabeça da coluna mista S3, à mesma é alimen tadaatravés de uma linha t uma fração enriquecida com oxigênio, que é tomada em uma altura definida da coluna de separação de baixa pressão S2, através de uma linha u, líquida e com um teor de oxigênio designado no contexto desse pedido como "segundo teor de oxigênio". A fração tomada através da linha u é bombeada através de uma bomba P1 para uma pressão acima da pressão da coluna mista S3, aquecidaatravés das linhas v e w no dispositivo de refrigeração para abaixo do ponto de congelação e, depois, no trocador de calor principal E1, em cada caso, para uma temperatura intermediária, e através de uma válvula V7 e a linha t, alimentada à coluna mista S3.[0047] On the head side of the mixed column S3, it is fed through a line t a fraction enriched with oxygen, which is taken at a defined height of the low pressure separation column S2, through a line u, liquid and with an oxygen content designated in the context of that application as "second oxygen content". The fraction taken up through the u line is pumped through a P1 pump to a pressure above the pressure of the S3 mixed column, heated through the vew lines in the refrigeration device to below freezing point and then in the main heat exchanger E1. in each case, to an intermediate temperature, and through valve V7 and the t-line, fed to the mixed column S3.

[0048] Pelo contato intensivo e, portanto, troca de calor direta com a fração enriquecida com oxigênio da linha t, o ar alimentado em forma gasosa na parte inferior da coluna mista S3 é liquefeito. O ar liquefeito pode ser tomado em uma região inferior da coluna mista S3 através de uma linha x, refrigerada no dispositivo de refrigeração para abaixo do ponto de congelação E3 para uma temperatura intermediária e alimentada (insuflada) através de uma linha y e uma válvula de expansão V8 à coluna de separação de baixa pressão S2.[0048] By the intensive contact and therefore direct heat exchange with the oxygen-enriched fraction of the t line, the air fed in gaseous form at the bottom of the S3 mixed column is liquefied. Liquefied air can be taken in a lower region of the mixed column S3 through an x line, cooled in the refrigeration device to below freezing point E3 to an intermediate temperature and fed (inflated) through a y line and an expansion valve V8 to the S2 low pressure separation column.

[0049] Da cabeça da coluna mista S3 pode ser tomada através de uma linha z uma fração gasosa, rica em oxigênio, aquecida no trocador de calor principal E1 entregue através de uma válvula V9 como produto de oxigênio gasoso.[0049] From the head of the mixed column S3 a gaseous fraction, rich in oxygen, heated in the main heat exchanger E1 can be taken through a z-line, delivered through a valve V9 as product of oxygen gas.

[0050] Na Figura 2 está representada esquematicamente uma ins talação de separação de ar de acordo com uma modalidade da invenção. A mesma apresenta os componentes essenciais da das explicada previamente com relação à Figura 1 e é operada de modo correspondente.É dispensada uma explicação repetida.[0050] In Figure 2 an air separation installation according to an embodiment of the invention is schematically represented. It presents the essential components of the das explained previously with respect to Figure 1 and is operated accordingly. A repeated explanation is dispensed with.

[0051] Divergindo da disposição encontrada na Figura 1, aqui, no entanto, a segunda corrente parcial do ar é guiada, depois da expan- são na turbina de expansão X2, pela extremidade fria do trocador de calor principal E1, por outro lado, não a primeira corrente parcial. Disposições alternativas, porém, também podem prever uma refrigeração correspondente das duas correntes parciais no trocador de calor principal E1.[0051] Diverging from the arrangement found in Figure 1, here, however, the second partial air stream is guided, after expansion in expansion turbine X2, by the cold end of the main heat exchanger E1, on the other hand, not the first partial stream. Alternative arrangements, however, can also provide for a corresponding cooling of the two partial currents in the main heat exchanger E1.

[0052] As disposições mostradas nas Figuras1 e 2 estão otimiza dos visando objetivos diferentes. A disposição da Figura 1 permite, nesse caso, um volume menor para o trocador de calor principal, mas não está completamente otimizada energeticamente para esse fim. A disposição mostrada na Figura 1 está otimizada ou pode ser otimizada de modo energeticamente aperfeiçoado, mas necessita de um trocador de calor principal.[0052] The arrangements shown in Figures 1 and 2 are optimized for different goals. The arrangement in Figure 1 allows, in this case, a smaller volume for the main heat exchanger, but it is not completely energy-optimized for this purpose. The arrangement shown in Figure 1 is optimized or can be optimized in an energy-optimized way, but it requires a main heat exchanger.

Claims

1. Process for generating a liquid oxygen product (LOX) and a gaseous oxygen product (GOX) by low temperature separation of air (AIR) in a distillation column (S) system of a separation plant. air, which has a high pressure separation column (S1) and a low pressure separation column (S2), in which to obtain the liquid oxygen product (LOX) a liquid fraction, with a first oxygen content plus high, is taken from the low pressure separation column (S2) of the distillation column system (S) and discharged in a liquid state from the air separation plant, and in which to obtain the product of gaseous oxygen (GOX) , a liquid fraction with a second lower oxygen content is taken from the same low pressure separation column (S2) of the distillation column system (S), evaporated in a mixed column (S3) against mixed column air, heated in a main heat exchanger (E1) against air fed to be cooled and, subsequently discharged in a gaseous state from the air separation plant, characterized in that - the low pressure separation column (S2) comprises a single condenser (E4) to produce rising gas in the low pressure separation column (S2) , - a first partial stream of total air is expanded in a first expansion machine (X1) to the working pressure of the high pressure separation column (S1), and fed to the high pressure separation column (S1), - a second partial full air stream is used as mixed column air, - the second partial full air stream is expanded in a second expansion machine (X2) to the mixed column pressure, and fed into a region below the mixed column (S3), - the two expansion machines have different inlet temperatures, - one (X1, X2) of the two expansion machines is coupled with a pressure-increasing pump (C1), in which the air stream, which subsequently is introduced n the expansion machine coupled with the pressure-increasing pump is pre-compressed, - the other (X1, X2) of the two expansion machines is mechanically coupled with a generator and/or an oil brake (G), and - the first partial stream or mixed column air is cooled downstream of the expansion (X1, X2), active in the main heat exchanger (E1), in indirect heat exchange with a nitrogen-rich fraction (r) of the separation column. low pressure (S2).

2. Process according to claim 1, characterized in that the liquid fraction with the first oxygen content and the liquid fraction with the second oxygen content are taken at different heights of the low pressure separation column (S2 ).

3. Process according to claim 1 or 2, characterized in that as the first oxygen content an oxygen content of at least 99 mole percent is used, particularly at least 99.5 mole percent, and as the second oxygen content, an oxygen content of 70 to 99 mole percent is used, particularly 90 to 98 mole percent.

4. Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that a total air fed in total to the air separation plant is compressed in a main compressor to a supply pressure of 600 to 3000 KPa (6 to 30 bar), particularly from 700 to 2000 KPa (7 to 20 bar), for example from 1000 to 1400 KPa (10 to 14 bar).

5. Process according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the first partial stream is cooled upstream of the expansion in the first expansion machine (X1) and/or the second partial stream is cooled upstream of expansion on the second expansion machine (X2).

6. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the liquid fraction as the second oxygen content, after removal of the separation column (S2) from the distillation column system (S), is fed by the head side in the mixed column (S3) by means of at least one pump (P1) and at least one expansion valve (V7).

7. Process according to one of the preceding claims, characterized in that the mixed column is operated under a mixed column pressure with a pressure of 200 to 600 KPa (2 to 6 bar).

8. Process according to any of the preceding claims, characterized in that the first expansion machine (X1), in which the first partial current is expanded in activity, is coupled with the pressure-increasing pump (C1), and the second expansion machine (X2), in which the first partial current is expanded in activity, is coupled with a generator and/or an oil brake (G).

9. Process according to claim 8, characterized in that the air in the mixed column is cooled downstream of the expansion (X2) in activity in the main heat exchanger (E1) in indirect heat exchange with the fraction (r) nitrogen-rich low pressure separation column (S2).

10. Process according to claim 9, characterized in that the partial current, which is cooled downstream of the expansion (X1, X2) in activity in the main heat exchanger (E1), in indirect heat exchange with a fraction (r) rich in nitrogen from the low pressure separation column (S2), is introduced at a first intermediate temperature into the main heat exchanger (E1) and the fraction (z) evaporated in the mixed column (S3) is introduced into the heat exchanger. main heat at a second intermediate temperature, again taken at the hot end of the main heat exchanger (E1) and subsequently discharged as gas from the air separation installation, the second intermediate temperature being greater than or equal to the first temperature intermediate.

11. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the condenser (E4) is disposed at the base of the low pressure separation column (S2).

12. Process according to claim 11, characterized by the fact that the E4 condenser is disposed at the base of the low pressure column.

13. Air separation plant that is configured to carry out a process, as defined in the preceding claims, with means that for obtaining a liquid oxygen product (LOX) are configured to take a fraction of liquid with a first content of higher oxygen from a separation column (S2) of a distillation column system (S) of the air separation plant, and means, which are configured to take a fraction of liquid with a second lower oxygen content thereof separation column (S2) of the column system and distillation (S) and evaporate it in a mixed column (S3) at a mixed column pressure against mixed column air, with a main heat exchanger (E1) for heating the fraction (z) evaporated in the mixed column against charged air to be cooled and with - a first expansion machine (X1) for the active expansion of a first partial stream of total air to the working pressure of the high-pressure separation column. are (S1), - means for introducing the active expanded stream into the high pressure separation column (S1), - a second expansion machine (X2) for the active expansion of a second partial stream of total air under pressure of mixed column, - means for introducing the active expanded partial current in an interior region in the mixed column (S3), and - means for making available the two partial currents for the two expansion machines, under different inlet temperatures, characterized by the fact that - the low pressure separation column (S2) comprises a single condenser (E4) to produce rising gas in the low pressure separation column (S2), - one (X1, X2) of the two expansion machines is coupled with a booster (C1) for compression of the air stream, upstream of one (X1, X2) expansion machine coupled with the pressure increase pump, and - the other (X2, X1) of the two expansion machines is mechanically coupled with a generator and /or an oil brake (G), and with - means for cooling the first partial stream or the second partial stream downstream of the expansion (X1, X2) operating in the main heat exchanger (E1), in indirect heat exchange with a fraction (r) rich in nitrogen from the low pressure separation column (S2).