BR112020004022B1 - Sistema e método para recuperação de gás nobre - Google Patents

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Vijayaraghavan S. Chakravarthy
Hanfei Tuo
Maulik R. Shelat
James R. Dray
Nick J. Degenstein
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Praxair Technology, Inc
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Abstract

são fornecidos um sistema e um método para recuperação de gases não condensáveis como neônio, hélio, xenônio e criptônio a partir de uma unidade de separação de ar. o sistema de recuperação de gases nobres compreende uma coluna de esgotamento de não condensáveis ligada em uma relação de transferência de calor com uma coluna de xenônio-criptônio por meio de um refervedor condensador auxiliar. a coluna de esgotamento de não condensáveis produz um topo de coluna contendo gás nobre que é direcionado ao refervedor condensador auxiliar, onde a maior parte do neônio é capturada em uma corrente de exaustão de não condensáveis que é adicionalmente processada para produzir uma corrente de vapor de neônio bruto que contém mais que cerca de 50% de fração molar de neônio, com o total de recuperação de neônio excedendo 95%. a coluna de xenônio-criptônio recebe adicionalmente duas correntes de oxigênio líquido da coluna de pressão mais baixa e do topo de coluna contendo gás nobre proveniente da coluna de esgotamento de não condensáveis, e produz uma corrente líquida de xenônio e criptônio brutos e um topo de coluna rico em oxigênio.

Description

CAMPO TÉCNICO
[001] A presente invenção se refere a um sistema e um método para recuperação de gases nobres como neônio, hélio, xenônio e criptônio a partir de uma instalação de separação de ar e, mais particularmente, a um sistema e um método para recuperação de neônio e outros gases não condensáveis incluindo uma coluna de esgotamento de não condensáveis e uma coluna de xenônio-criptônio termicamente ligadas, dispostas em associação operacional com um refervedor condensador auxiliar e um segundo condensador de refluxo, todos os quais estão completamente integrados no interior de uma unidade de separação de ar. A corrente de vapor de neônio bruto recuperado contém mais que cerca de 50% de fração molar de neônio, com o total de recuperação de neônio sendo maior que cerca de 95%. Além disso, uma corrente líquida de xenônio e criptônio brutos é produzida na coluna de xenônio-criptônio.
ANTECEDENTES
[002] Uma unidade de separação de ar (ASU - “Air Separation Unit”) criogênica é tipicamente projetada, construída e operada de modo a atender às demandas/requisitos de carga base do programa de produtos para um ou mais clientes usuários finais e, opcionalmente, às demandas de mercado locais ou comerciais por produtos líquidos. Os requisitos de programa de produtos tipicamente incluem um volume-alvo de oxigênio gasoso sob alta pressão, bem como outros coprodutos primários como nitrogênio gasoso, oxigênio líquido, nitrogênio líquido e/ou argônio líquido. A unidade de separação de ar é tipicamente projetada e operada com base, em parte, nas condições de projeto selecionadas, inclusive as condições ambientes de um dia típico, bem como os custos e as condições de fornecimento de serviços públicos/energia disponíveis.
[003] Embora estejam presentes no ar em quantidades muito pequenas, os gases nobres como neônio, xenônio, criptônio e hélio podem ser extraídos a partir de uma unidade criogênica de separação de ar por meio de um sistema de recuperação de gás nobre que produz uma corrente em bruto contendo os gases nobres tidos como alvo. Devido à baixa concentração dos gases nobres no ar, a recuperação desses coprodutos de gás nobre tipicamente não é projetada nos requisitos do programa de produtos da unidade de separação de ar e, portanto, os sistemas de recuperação de gás nobre frequentemente não são completamente integrados à unidade de separação de ar.
[004] Por exemplo, o neônio pode ser recuperado durante a destilação criogênica do ar, mediante a passagem de uma corrente contendo neônio proveniente de uma unidade criogênica de separação de ar através de um trem de purificação de neônio independente, o qual pode incluir uma coluna de esgotamento de não condensáveis e um sistema não criogênico de adsorção por variação de pressão para produzir um produto de neônio bruto (consulte, por exemplo, a patente US n° 5.100.446). O produto de neônio bruto é então passado para uma refinaria de neônio, onde a corrente de neônio bruto é processada mediante a remoção de hélio e hidrogênio para produzir um produto de neônio refinado. Por exemplo, o sistema de recuperação de neônio revelado na patente US n° 5.100.446 tem uma recuperação de neônio apenas moderada, de cerca de 80%, pois a corrente contendo neônio que é alimentada à coluna de esgotamento de neônio a jusante vem da corrente de exaustão de não condensáveis proveniente do refervedor condensador principal.
[005] Além disso, onde os sistemas de recuperação de gás nobre são acoplados ou parcialmente integrados à unidade de separação de ar, conforme mostrado nas patentes US n° 5.167.125 e 7.299.656, os sistemas de recuperação de gás nobre frequentemente têm um impacto adverso sobre o projeto e a operação da unidade de separação de ar no que diz respeito à produção dos outros componentes do ar, pois precisa ser tomado um fluxo relativamente grande de nitrogênio proveniente da unidade de separação de ar, a fim de produzir uma corrente de vapor de neônio bruto. Por exemplo, o sistema de recuperação de neônio de baixa pressão (isto é, cerca de 20 psia) revelado na patente US n° 7.299.656 tem uma concentração muito baixa de neônio na corrente de vapor de neônio bruto, de apenas cerca de 1.300 ppm, e portanto o produto de neônio bruto extraído a partir da unidade de separação de ar tem um refluxo tão alto quanto quase 4% de nitrogênio líquido que é alimentado à coluna de pressão mais baixa. Essa significativa perda de fluxo de líquidos que seria de outro modo usado como refluxo líquido na coluna de pressão mais baixa tem impacto adverso sobre a separação e a recuperação de outros programas de produtos. Além disso, essa baixa concentração de produto bruto de neônio (isto é, 1.333 ppm) causará custos operacionais associados mais altos, em termos de potência de compressão e uso de nitrogênio líquido para produzir o produto final de neônio refinado. Consulte também a publicação de pedido de patente US n° 2010/0221168, que revela um sistema de recuperação de neônio. A concentração de neônio na corrente de vapor de neônio bruto é também relativamente baixa, de cerca de 5,8%, e o sistema de recuperação só é aplicável à unidade de separação de ar com remoção de líquido sujo do prato onde o refluxo líquido alimentado à coluna de pressão mais baixa é tomado do ponto intermediário da coluna de pressão mais alta.
[006] O que é necessário é um sistema de recuperação de gás nobre ou gás não condensável que possa produzir uma corrente de vapor de neônio bruto que contenha mais que cerca de 50% de fração molar de neônio e demonstre um total de recuperação de neônio maior que cerca de 95%, com mínimo consumo de nitrogênio líquido e mínimo impacto sobre a recuperação de argônio na unidade de separação de ar. Além disso, como nenhum dos sistemas de recuperação de neônio de técnica anterior acima descritos tem a capacidade para coproduzir xenônio e criptônio de maneira fácil e eficiente, as necessidades adicionais incluem um sistema de recuperação de gás nobre que tenha um total de recuperação de neônio maior que cerca de 95% e possa coproduzir uma corrente de vapor de neônio bruto que contenha mais que cerca de 50% de fração molar de neônio e mais que cerca de 50% de fração molar de hélio, bem como produzir quantidades comerciais de xenônio e criptônio.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[007] A presente invenção pode ser caracterizada como um sistema de recuperação de gás nobre para uma unidade de separação de ar com dupla coluna ou tripla coluna, compreendendo: (i) uma coluna de esgotamento de não condensáveis configurada para receber uma porção de uma corrente de condensado de nitrogênio líquido proveniente do refervedor condensador e uma corrente de vapor de prato rico em nitrogênio proveniente da coluna de pressão mais alta, estando a coluna de esgotamento de não condensáveis configurada para produzir um fundo de coluna de nitrogênio líquido e um topo de coluna contendo gás nobre; (ii) uma coluna de xenônio-criptônio ligada em uma relação de transferência de calor com a coluna de esgotamento de não condensáveis por meio de um refervedor condensador auxiliar, estando a coluna de xenônio-criptônio configurada para receber uma primeira corrente de oxigênio líquido bombeada a partir da coluna de pressão mais baixa da unidade de separação de ar e uma primeira corrente de evaporação de vapor rico em oxigênio proveniente do refervedor condensador auxiliar, estando a coluna de xenônio-criptônio configurada para produzir um fundo de coluna contendo xenônio e criptônio e um topo de coluna rico em oxigênio; (iii) estando o refervedor condensador auxiliar configurado para receber o topo de coluna contendo gás nobre proveniente da coluna de esgotamento de não condensáveis e uma segunda corrente de oxigênio líquido proveniente da coluna de pressão mais baixa da unidade de separação de ar como a fonte de refrigeração, sendo que o refervedor condensador auxiliar está adicionalmente configurado para produzir uma corrente de refluxo de condensado que é liberada na, ou direcionada à, coluna de esgotamento não condensável, a primeira corrente de evaporação de vapor rico em oxigênio que é liberada na coluna de xenônio-criptônio e uma corrente de exaustão contendo não condensáveis; (iv) um condensador de refluxo configurado para receber a corrente de exaustão contendo não condensáveis proveniente do refervedor condensador auxiliar e um meio de condensação, estando o condensador de refluxo adicionalmente configurado para produzir um condensado que é direcionado para a coluna de esgotamento de não condensáveis, uma corrente de vapor de neônio bruto que contém mais que cerca de 50% de fração molar de neônio. Uma porção do fundo de coluna contendo xenônio e criptônio é tomada como uma corrente líquida de xenônio e criptônio brutos. Além disso, a totalidade ou uma porção dos fundos de coluna de nitrogênio líquido é subresfriada a fim de produzir uma corrente de nitrogênio líquido subresfriado, e o meio de condensação para o condensador de refluxo é uma porção da corrente de nitrogênio líquido subresfriado.
[008] A presente invenção pode ser adicionalmente caracterizada como um método para recuperação de gases nobres a partir de uma unidade de separação de ar com dupla coluna ou tripla coluna, compreendendo as etapas de: (a) direcionar uma corrente de nitrogênio líquido proveniente do refervedor condensador principal e uma corrente de vapor de prato rico em nitrogênio proveniente da coluna de pressão mais alta para uma coluna de esgotamento de não condensáveis configurada para produzir um fundo de coluna de nitrogênio líquido e um topo de coluna contendo gás nobre; (b) subresfriar o fundo de coluna de nitrogênio líquido a fim de produzir uma corrente de nitrogênio líquido subresfriado; (c) condensar nitrogênio proveniente do topo de coluna contendo gás nobre em um refervedor condensador auxiliar contra uma primeira corrente de oxigênio líquido proveniente da coluna de pressão mais baixa da unidade de separação de ar a fim de produzir um condensado e uma corrente de exaustão contendo não condensáveis enquanto se vaporiza, ou se vaporiza parcialmente, o oxigênio líquido a fim de produzir uma primeira corrente de evaporação formada a partir da vaporização, ou da vaporização parcial, do oxigênio líquido; (d) bombear uma segunda corrente de oxigênio líquido da coluna de pressão mais baixa da unidade de separação de ar para uma coluna de xenônio-criptônio ligada em uma relação de transferência de calor com a coluna de esgotamento de não condensáveis por meio do refervedor condensador auxiliar; (e) liberar a primeira corrente de evaporação do refervedor condensador auxiliar para dentro da coluna de xenônio-criptônio; (f) direcionar a corrente de exaustão contendo não condensáveis e uma primeira porção da corrente de nitrogênio líquido subresfriado para um condensador de refluxo, estando o condensador de refluxo configurado para produzir uma corrente de condensado que é direcionada para a coluna de esgotamento de não condensáveis, uma segunda corrente de evaporação formada a partir da vaporização, ou da vaporização parcial, da corrente de nitrogênio líquido subresfriado, e uma corrente de vapor de neônio bruto que contém mais que cerca de 50% de fração molar de neônio; e (g) tomar uma porção do fundo de coluna contendo xenônio e criptônio como uma corrente líquida de xenônio e criptônio brutos. A corrente de vapor de neônio bruto pode também conter mais que cerca de 10% de fração molar de hélio.
[009] Nas modalidades que usam a coluna de xenônio-criptônio, a totalidade ou uma porção do topo de coluna rico em oxigênio pode ser direcionada de volta à coluna de pressão mais baixa da unidade de separação de ar, ou ao sistema trocador de calor principal da unidade de separação de ar, onde pode ser processada e tomada como um produto de oxigênio gasoso. Além disso, as correntes de refluxo de nitrogênio líquido subresfriado em algumas ou todas dentre as modalidades reveladas podem ser subresfriadas por meio de troca de calor indireta com um topo de coluna de nitrogênio da coluna de pressão mais baixa da unidade de separação de ar. Além de direcionar uma porção da corrente de refluxo de nitrogênio líquido subresfriado para o condensador de refluxo ou o aprimorador de neônio, outras porções da corrente de refluxo de nitrogênio líquido subresfriado podem ser direcionadas à coluna de pressão mais baixa como uma corrente de refluxo e/ou tomadas como um fluxo de produto de nitrogênio líquido.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[0010] Embora a presente invenção conclua com reivindicações que distintamente apontam o assunto que os requerentes consideram como sua invenção, acredita-se que a invenção será melhor compreendida quando tomada em conjunto com os desenhos em anexo, nos quais: a Figura 1 é uma representação esquemática parcial de uma unidade criogênica de separação de ar com uma modalidade do presente sistema de recuperação de gás não condensável; a Figura 2 é uma representação esquemática mais detalhada do sistema de recuperação de gás não condensável da Figura 1; a Figura 3 é uma representação esquemática parcial de uma unidade criogênica de separação de ar com modalidades alternativas do sistema de recuperação de gás não condensável; a Figura 4 é uma representação esquemática mais detalhada de uma modalidade do sistema de recuperação de gás não condensável da Figura 3; a Figura 5 é uma representação esquemática mais detalhada de uma outra modalidade do sistema de recuperação de gás não condensável da Figura 3; a Figura 6 é uma representação esquemática parcial de uma unidade criogênica de separação de ar com ainda outras modalidades do presente sistema de recuperação de gás não condensável; a Figura 7 é uma representação esquemática mais detalhada do sistema de recuperação de gás não condensável da Figura 6; a Figura 8 é uma representação esquemática mais detalhada do sistema de recuperação de gás não condensável da Figura 6; a Figura 9 é uma representação esquemática parcial de uma unidade criogênica de separação de ar com uma modalidade do sistema de recuperação de gás não condensável adequada à recuperação de gases nobres; a Figura 10 é uma representação esquemática mais detalhada do sistema de recuperação de gás não condensável da Figura 9; a Figura 11 é uma representação esquemática parcial de uma unidade criogênica de separação de ar com uma outra modalidade do sistema de recuperação de gás não condensável, adequada para recuperação de neônio, hélio, xenônio e criptônio; e a Figura 12 é uma representação esquemática mais detalhada do sistema de recuperação de gás não condensável da Figura 11.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0011] Agora com referência às Figuras 1, 3, 6, 9 e 11, são mostradas ilustrações simplificadas de uma instalação criogênica de separação de ar, também comumente chamada de unidade de separação de ar 10. Em um sentido amplo, as unidades de separação de ar representadas incluem um trem de compressão de ar de fluxo de alimentação principal 20, um circuito de ar de turbina 30, um circuito de ar de reforço 40, um sistema trocador de calor principal ou primário 50, um circuito de refrigeração baseado em turbina 60 e um sistema de coluna de destilação 70. Como usado aqui, o trem de compressão de ar de fluxo de alimentação principal, o circuito de ar de turbina opcional e o circuito de ar de reforço compreendem, coletivamente, o circuito de compressão de ar de ‘extremidade morna’. De modo similar, o sistema trocador de calor principal ou primário, porções do circuito de refrigeração baseado em turbina e porções do sistema de coluna de destilação são chamados de sistemas/equipamentos de ‘extremidade fria’, que são tipicamente alojados em uma ou mais caixas frias isoladas.
Circuito de compressão de ar de extremidade morna
[0012] No trem de compressão do fluxo de alimentação principal mostrado em 1, 3, 6, 9 e 11, o ar de fluxo de alimentação de entrada 22 é tipicamente aspirado através de um compartimento de filtro de sucção de ar (ASFH - “Air Suction Filter House”) e é comprimido em uma disposição de compressor de ar principal interresfriado multi-estágios 24, até uma pressão que pode estar entre cerca de 5 bar(a) e cerca de 15 bar(a). Essa disposição de compressor de ar principal 24 pode incluir estágios de compressor integralmente engrenados ou estágios de compressor com acionamento direto, dispostos em série ou em paralelo. O ar comprimido 26 saindo da disposição de compressor de ar principal 24 é alimentado a um pós-resfriador ou (não mostrado) com um eliminador de névoa integral para remover a umidade livre na corrente de ar do fluxo de alimentação. O calor de compressão dos estágios finais de compressão para a disposição de compressor de ar principal 24 é removido em pós-resfriadores mediante o resfriamento do ar do fluxo de alimentação comprimido com água da torre de resfriamento. O condensado proveniente desse pós-resfriador bem como de alguns dos interresfriadores na disposição de compressão de ar principal 24 é de preferência transportado por tubulações até um tanque de condensado e usado para fornecer água a outras porções da instalação de separação de ar.
[0013] O fluxo de alimentação de ar comprimido frio e seco 26 é, então, purificado em uma unidade de pré-purificação 28 para remover contaminantes com alto ponto de ebulição do fluxo de alimentação de ar comprimido frio e seco. Uma unidade de pré-purificação 28, conforme é bem conhecido na técnica, tipicamente contém dois leitos de alumina e/ou peneira molecular operando de acordo com um ciclo de adsorção por variação temperatura e/ou pressão, no qual a umidade e outras impurezas, como dióxido de carbono, vapor d’água e hidrocarbonetos, são absorvidas. Enquanto um dos leitos é usado para pré-purificação do fluxo de alimentação de ar comprimido frio e seco, o outro leito é regenerado, de preferência com uma porção do nitrogênio de descarte proveniente da unidade de separação de ar. Os dois leitos alternam periodicamente o serviço. Os particulados são removidos do ar comprimido e pré-purificado do fluxo de alimentação em um filtro para poeira disposto a jusante da unidade de pré- purificação 28, a fim de produzir a corrente de ar comprimido e purificado do fluxo de alimentação 29.
[0014] A corrente de ar comprimido e purificado 29 do fluxo de alimentação é separada em frações ricas em oxigênio, ricas em nitrogênio e ricas em argônio (ou correntes de produto de argônio 170) em uma pluralidade de colunas de destilação incluindo uma coluna de pressão mais alta 72, uma coluna de pressão mais baixa 74 e, opcionalmente, uma colunas de argônio 76. Antes dessa destilação, porém, a corrente de ar comprimido e pré-purificado 29 do fluxo de alimentação é tipicamente dividida em uma pluralidade de correntes de ar 42, 44 e 32 do fluxo de alimentação, as quais podem incluir uma corrente de ar do ebulidor 42 e uma corrente de ar da turbina 32. A corrente de ar do ebulidor 42 e a corrente de ar da turbina 32 podem ser adicionalmente comprimidas nos compressores 41, 34 e 36 e, subsequentemente, resfriadas nos pós-resfriadores 43, 39 e 37 para formar as correntes comprimidas 49 e 33, as quais são então adicionalmente resfriadas às temperaturas necessárias para retificação no trocador de calor principal 52. O resfriamento das correntes de ar 44, 45 e 35 no trocador de calor principal 52 é de preferência obtido por meio de troca de calor indireta com as correntes de aquecimento, as quais incluem as correntes de oxigênio 190 e as correntes de nitrogênio 193, 195 provenientes do sistema de coluna de destilação 70 para produzir as correntes de ar resfriado de fluxo de alimentação 47, 46 e 38.
[0015] Conforme explicado abaixo com mais detalhes, a corrente de ar resfriado do fluxo de alimentação 38 é expandida no circuito de refrigeração baseado em turbina 60 para produzir a corrente de ar do fluxo de alimentação 64 que é direcionada à coluna de pressão mais alta 72. A corrente de ar líquido 46 é subsequentemente dividida em correntes de ar líquido 46A, 46B, as quais são então parcialmente expandidas nas uma ou mais válvulas de expansão 48, 49 para introdução na coluna de pressão mais alta 72 e na coluna de pressão mais baixa 74, enquanto a corrente de ar resfriado do fluxo de alimentação 47 é direcionada à coluna de pressão mais alta 72. a refrigeração para a unidade de separação de ar 10 é também tipicamente gerada pelo circuito de corrente de ar da turbina 30 e outras disposições de turbina frias e/ou mornas associadas, como a turbine 62 disposta no interior do circuito de refrigeração baseado em turbina 60, ou quaisquer circuitos de refrigeração mornos em circuito fechado opcional, conforme é de conhecimento geral na técnica.
Sistemas/equipamento de extremidade fria
[0016] O trocador de calor principal ou primário 52 é, de preferência, um trocador de calor do tipo barbatana em placa de alumínio brasada. Esses trocadores de calor são vantajosos devido a seu design compacto, suas altas taxas de transferência de calor e sua capacidade para processar múltiplas correntes. Eles são fabricados como recipientes de pressão completamente brasados e soldados. Para unidades de separação de ar pequenas, um trocador de calor compreendendo um único núcleo pode ser suficiente. Para unidades de separação de ar maiores, lidando com fluxos mais altos, o trocador de calor pode ser construído a partir de vários núcleos, os quais precisam ser conectados em paralelo ou em série.
[0017] Os circuitos de refrigeração baseados em turbina são frequentemente chamados ou de uma disposição de turbina de coluna inferior (LCT - “Lower Column Turbine”) ou de uma disposição de turbina de coluna superior (UCT - “Upper Column Turbine”), as quais são usadas para fornecer refrigeração a sistemas de coluna de destilação criogênica de ar com duas colunas ou com três colunas. Na disposição de LCT mostrada na Figura 1, a corrente de ar de turbina comprimido e resfriado 35 está de preferência a uma pressão na faixa entre cerca de 20 bar(a) e cerca de 60 bar(a). A corrente de ar de turbina comprimido e resfriado 35 é direcionada ou introduzida no trocador de calor principal ou primário 52, no qual é parcialmente resfriada até uma temperatura na faixa entre cerca de 160 e cerca de 220 Kelvin, para formar uma corrente de ar de turbina comprimido e parcialmente resfriado 38 que é subsequentemente introduzida em um turboexpansor 62 para produzir uma corrente de exaustão fria 64 que é introduzida na coluna de pressão mais alta 72 do sistema de coluna de destilação 70. A refrigeração suplementar criada pela expansão da corrente é, portanto, diretamente transmitida à coluna de pressão mais alta 72, aliviando assim parte do trabalho de resfriamento do trocador de calor principal 52. Em algumas modalidades, o turboexpansor 62 pode ser acoplado com um compressor de reforço 36 usado para comprimir adicionalmente a corrente de ar de turbina 32, seja diretamente ou por engrenagem adequada.
[0018] Embora o circuito de refrigeração baseado em turbina ilustrado na Figura 1 seja mostrado como um circuito de turbina de coluna inferior (LCT), onde a corrente de exaustão expandida é alimentada à coluna de pressão mais alta 72 do sistema de coluna de destilação 70, é contemplado que o circuito de refrigeração baseado em turbina possa alternativamente ser um circuito de turbina de coluna superior (UCT), onde a corrente de exaustão de turbina é direcionada à coluna de pressão mais baixa. Ainda adicionalmente, o circuito de refrigeração baseado em turbina pode ser uma combinação de um circuito de LCT e um circuito de UCT.
[0019] De modo similar, em uma modalidade alternativa que emprega uma disposição UCT (não mostrada), uma porção do ar purificado e comprimido do fluxo de alimentação é parcialmente resfriada no trocador de calor primário e, então, a totalidade ou uma porção dessa corrente parcialmente resfriada é desviada para um turboexpansor morno. O fluxo de gás expandido, ou fluxo de exaustão, proveniente do turboexpansor morno é, então, direcionado à coluna de pressão mais baixa no sistema de coluna de destilação criogênica de ar com duas colunas ou com múltiplas colunas. O resfriamento, ou a refrigeração suplementar, criado pela expansão da corrente de exaustão é, portanto, diretamente transmitido à coluna de pressão mais baixa, aliviando assim parte do trabalho de resfriamento do trocador de calor principal.
[0020] Os componentes supracitados das correntes de ar do fluxo de alimentação, especificamente oxigênio, nitrogênio e argônio, são separados no interior do sistema de coluna de destilação 70, que inclui uma coluna de pressão mais alta 72 e uma coluna de pressão mais baixa 74. É entendido que, se o argônio fosse um produto necessário da unidade de separação de ar 10, uma coluna de argônio 76 e um condensador de argônio 78 poderiam ser incorporados ao sistema de coluna de destilação 70. A coluna de pressão mais alta 72 tipicamente opera na faixa entre cerca de 20 bar(a) e cerca de 60 bar(a), enquanto a coluna de pressão mais baixa 74 opera a pressões entre cerca de 1,1 bar(a) e cerca de 1,5 bar(a). A coluna de pressão mais alta 72 e a coluna de pressão mais baixa 74 são, de preferência, ligadas em uma relação de transferência de calor, de modo que o topo de coluna de vapor rico em nitrogênio, extraído de um ponto próximo ao topo da coluna de pressão mais alta como uma corrente 73, é condensado no interior de um refervedor condensador 75 situado na base da coluna de pressão mais baixa 74 contra a ebulição de um fundo de coluna de líquido rico em oxigênio 77. A ebulição do fundo de coluna de líquido rico em oxigênio 77 inicia a formação de uma fase de vapor ascendente no interior da coluna de pressão mais baixa. A condensação produz uma corrente 81 contendo nitrogênio líquido, que é dividida em uma corrente de refluxo 83 que reflui a coluna de pressão mais baixa para iniciar a formação da fase líquida descendente nessa coluna de pressão mais baixa, e uma corrente 80 de fonte de nitrogênio líquido que é alimentada ao sistema de recuperação de neônio 100.
[0021] A corrente de exaustão 64 proveniente do circuito de refrigeração de ar de turbina 60 é introduzida na coluna de pressão mais alta 72, juntamente com as correntes 46 e 47 para retificação mediante contato com uma fase de vapor ascendente dessa mistura no interior de uma pluralidade de elementos de contato de transferência de massa, ilustrados como as bandejas 71, com uma fase líquida descendente que é iniciada pela corrente de refluxo 83. Isso produz um fundo de coluna de oxigênio líquido bruto 86, também conhecido como líquido de caldeira, e o topo de coluna rico em nitrogênio 87.
[0022] A coluna de pressão mais baixa 74 é também dotada de uma pluralidade de elementos de contato de transferência de massa, que podem ser bandejas, ou empacotamento estruturado, ou empacotamento aleatório, ou outros elementos conhecidos na técnica de separação criogênica de ar. Os elementos de contato na coluna de pressão mais baixa 74 são ilustrados como empacotamento estruturado 79. Conforme afirmado anteriormente, a separação ocorrendo no interior da coluna de pressão mais baixa 74 produz um fundo de coluna de líquido rico em oxigênio 77 extraído como uma corrente líquida rica em oxigênio 90 e um topo de coluna com vapor rico em nitrogênio 91 que é extraído como uma corrente de produto de nitrogênio 95. Conforme mostrado nos desenhos, a corrente líquida rica em oxigênio 90 pode ser bombeada por meio da bomba 180 e tomada como um produto bombeado de oxigênio líquido 185, ou direcionada ao trocador de calor principal 52, onde é aquecida para produzir uma corrente de produto de oxigênio gasoso 190. Adicionalmente, uma corrente de descarte 93 é também extraída da coluna de pressão mais baixa 74 para controlar a pureza da corrente de produto de nitrogênio 95. Tanto a corrente de produto de nitrogênio 95 como a corrente de descarte 93 são passadas através de uma ou mais unidades de subresfriamento 99 projetadas para subresfriar a corrente da caldeira 88 e/ou a corrente de refluxo. Uma porção da corrente de refluxo resfriada 260 pode, opcionalmente, ser tomada como uma corrente de produto líquido 98 e a porção restante pode ser introduzida na coluna de pressão mais baixa 74 após passar através da válvula de expansão 96. Após a passagem através das unidades de subresfriamento 99, a corrente de produto de nitrogênio 95 e a corrente de descarte 93 são completamente aquecidas no interior do trocador de calor principal ou primário 52 para produzir uma corrente de produto de nitrogênio aquecido 195 e uma corrente de descarte aquecida 193. Embora não seja mostrada, a corrente de descarte aquecida 193 pode ser usada para regenerar os adsorventes no interior da unidade de pré- purificação 28.
Sistemas/equipamento para recuperação de neônio e hélio
[0023] As Figuras 2, 4, 5, 7 e 8 representam esquematicamente o sistema de recuperação de gás não condensável configurado para a recuperação aprimorada de uma corrente de gás não condensável bruto, como uma corrente de vapor contendo neônio bruto.
[0024] Conforme visto na Figura 2, uma modalidade do sistema de recuperação de gás não condensável 100 compreende uma coluna de esgotamento de não condensáveis (NSC - “Non-condensable Stripping Column”) 210; um condensador de coluna de esgotamento 220, um compressor a frio 230 e um aprimorador de neônio 240. A coluna de esgotamento de não condensáveis 210 é configurada para receber uma porção de vapor de prato de nitrogênio 215 proveniente da coluna de pressão mais alta 72 e uma porção reciclada do vapor de nitrogênio evaporado 225 proveniente do condensador da coluna de esgotamento 220. Essas duas correntes 215, 225 são combinadas e, então, adicionalmente comprimidas no compressor a frio 230 de nitrogênio. A corrente de nitrogênio 235 adicionalmente comprimido é introduzida em ponto próximo ao fundo da coluna de esgotamento de não condensáveis 210 como uma corrente de vapor ascendente, enquanto o refluxo líquido descendente para a coluna de esgotamento de não condensáveis 210 inclui: (i) uma corrente de nitrogênio líquido saindo do refervedor condensador principal 80; (i) uma corrente de condensado de nitrogênio líquido saindo do condensador da coluna de esgotamento 227; e (iii) uma corrente de condensado de nitrogênio líquido 245 saindo do aprimorador de neônio 240 (isto é, condensador de refluxo 242). A coluna de esgotamento de não condensáveis 210 produz um fundo de coluna de nitrogênio líquido 212 e um gás de topo de coluna 214 contendo concentrações mais altas de neônio, que é alimentado ao condensador da coluna de esgotamento 220.
[0025] Na modalidade ilustrada, a coluna de esgotamento de não condensáveis 210 opera a uma pressão mais alta do que aquela da coluna de pressão mais alta 72 da unidade de separação de ar 10, a fim de fornecer a diferença de temperatura para transferência de calor ao condensador da coluna de esgotamento 220. Como a coluna de esgotamento de não condensáveis 210 é operada a uma pressão mais alta do que a coluna de alta pressão 72, a coluna de esgotamento de não condensáveis 210 está, de preferência, posicionada em uma elevação menor do que a corrente de nitrogênio líquido saindo do refervedor condensador principal 80 (isto é, extração de líquido de prato proveniente da coluna de alta pressão) de modo que o refluxo líquido descendente seja alimentado à coluna de esgotamento de não condensáveis 210 mediante o ganho de potencial de gravidade. Conforme o vapor ascendente (isto é, o vapor de esgotamento) sobe ao longo da coluna de esgotamento de não condensáveis 210, a transferência de massa ocorrendo na coluna de esgotamento de não condensáveis 210 concentrará os componentes mais pesados, como oxigênio, argônio e nitrogênio, na fase líquida descendente, enquanto a fase de vapor ascendente é enriquecida de componentes leves, como neônio, hidrogênio e hélio. Conforme indicado acima, o vapor ascendente é introduzido ou alimentado ao condensador da coluna de esgotamento 220.
[0026] O condensador de coluna de esgotamento 220 é, de preferência, um trocador de calor em alumínio brasado, do tipo de refluxo ou do tipo de não refluxo, de preferência integrado com a coluna de esgotamento de não condensáveis 210. Uma pequena corrente ou porção do fundo de coluna líquido rico em nitrogênio 212 da coluna de esgotamento de não condensáveis 210 fornece o primeiro meio de condensação 216 para o condensador de coluna de esgotamento 220, enquanto a porção restante do fundo de coluna líquido rico em nitrogênio 212 é a corrente de refluxo de nitrogênio líquido 218 que é subresfriada em uma unidade de subresfriamento 99 contra uma corrente de nitrogênio de descarte 93 proveniente da unidade de separação de ar 10. As porções da corrente de refluxo de nitrogênio líquido subresfriado 218 podem opcionalmente ser tomadas como produto de nitrogênio líquido 217, desviadas para o aprimorador de neônio 240 ou expandidas na válvula 219 e retornada como uma corrente de refluxo 260 à coluna de pressão mais baixa 74 da unidade de separação de ar 10. A unidade subresfriadora 99 ilustrada pode ser um subresfriador existente na unidade de separação de ar 10, ou pode ser uma unidade subresfriadora independente que faz parte do sistema de recuperação de gás não condensável 100.
[0027] O vapor de nitrogênio 225 evaporado do condensador de coluna de esgotamento 220 é reciclado de volta à coluna de esgotamento de não condensáveis 210 por meio do compressor a frio de nitrogênio 230. No lado de condensação do condensador de coluna de esgotamento 220, os não condensáveis como hidrogênio, hélio, neônio são removidos da porta de exaustão de não condensáveis como uma corrente de exaustão 229 contendo não condensáveis, a qual é direcionada ou alimentada ao aprimorador de neônio 240. O aprimorador de neônio 240 compreende, de preferência, um condensador de refluxo de nitrogênio líquido 242, um separador de fases 244 e uma válvula de controle de fluxo de nitrogênio 246. O condensador de refluxo de nitrogênio líquido 242 é, de preferência, um trocador de calor em alumínio brasado do tipo de refluxo que condensa a corrente de exaustão 229 contendo não condensáveis contra um segundo meio de condensação 248, de preferência uma porção da corrente de refluxo de nitrogênio líquido subresfriado. A corrente de evaporação 249 é removida do sistema de recuperação de neônio 100 e alimentada à corrente de descarte 93. O vapor residual que não se condensa no interior do condensador de refluxo de nitrogênio líquido 242 é recolhido do topo do condensador de refluxo de nitrogênio líquido 242 como uma corrente de vapor de neônio bruto 250 que contém mais que cerca de 50% de fração molar de neônio. A corrente de vapor de neônio bruto de preferência contém adicionalmente mais que cerca de 10% de fração molar de hélio.
[0028] O total de recuperação de neônio para o sistema de recuperação de gás não condensável 100 ilustrado é acima de 95%. Um benefício adicional do sistema de recuperação de gás não condensável 100 representado é que há um mínimo consumo de nitrogênio líquido e, já que muito do nitrogênio líquido é alimentado à coluna de pressão mais baixa 74 da unidade de separação de ar 10, há um mínimo impacto sobre a separação e a recuperação de outros programas de produtos para a unidade de separação de ar 10. Isso se deve ao uso de um sistema de compressão a frio eficiente para reciclar o nitrogênio evaporado para a coluna de esgotamento de não condensáveis e ao uso do fundo de coluna rico em nitrogênio para fornecer trabalho de refrigeração ao condensador de coluna de esgotamento 220.
[0029] Em muitos aspectos, as modalidades da Figura 4 e da Figura 5 são bastante similares àquela mostrada na Figura 2 com os correspondentes elementos e correntes tendo os correspondentes números de referência, porém numerados na série de 300 na Figura 4 e na série de 400 na Figura 5. As principais diferenças entre a Figura 2 e as modalidades das Figuras 4 e 5 são: a disposição do condensador de coluna de esgotamento 320, 420 e os meios de condensação 322, 422; a eliminação do compressor a frio de nitrogênio 230; e a integração do condensador de coluna de esgotamento 320, 420 com o sistema de coluna de destilação 70 da unidade de separação de ar 10.
[0030] Na modalidade mostrada na Figura 4, o condensador de coluna de esgotamento 320 é um condensador do tipo termossifão que pode ser um condensador de casco e tubo ou um trocador de calor de alumínio brasado que libera a corrente de exaustão contendo não condensáveis 329 para dentro do condensador de refluxo 342 do aprimorador de neônio 340. Na modalidade mostrada na Figura 5, o condensador de coluna de esgotamento 420 é um condensador de tipo de ebulição de uma só passagem, que pode ser um trocador de calor de alumínio brasado com condensação do tipo de refluxo ou do tipo de não refluxo que libera a corrente de exaustão contendo não condensáveis 429 para dentro do condensador de refluxo 442 do aprimorador de neônio 440.
[0031] Em ambas as modalidades, o meio de condensação para o condensador de coluna de esgotamento 320, 420 é uma corrente de oxigênio líquido 322, 422 tomada da coluna de pressão mais baixa 72 da unidade de separação de ar 10 e o oxigênio em ebulição 324, 424 é retornado à coluna de pressão mais baixa 72 da unidade de separação de ar 10. Mais especificamente, o oxigênio líquido é, de preferência, removido do coletor da coluna de pressão mais baixa 74 da unidade de separação de ar 10 e alimentado por gravidade ao lado em ebulição do condensador de coluna de esgotamento 320, 420. O oxigênio líquido entra em ebulição no condensador de coluna de esgotamento 320, 420 para fornecer a refrigeração para condensação parcial de vapor. Como o condensador de coluna de esgotamento 320, 420 opera a uma pressão mais alta do que a coluna de pressão mais baixa 74 da unidade de separação de ar 10, o vapor de oxigênio evaporado 324, 424 é retornado de volta a um local próximo ao fundo da coluna de pressão mais baixa 74. De preferência, o condensador de coluna de esgotamento 320, 420 é posicionado abaixo do coletor da coluna de pressão mais baixa, para permitir que o fluxo de oxigênio seja conduzido pela gravidade nas modalidades mostradas na Figura 4 e na Figura 5. Vantajosamente, é o uso de oxigênio líquido para fornecer o trabalho de refrigeração ao condensador de coluna de esgotamento 320, 420 que elimina o uso de compressor a frio de nitrogênio, em comparação à modalidade mostrada na Figura 2.
[0032] Como ocorre com a modalidade da Figura 2, o vapor de prato 315, 415 proveniente do topo da coluna de alta pressão 72 é alimentado ao fundo da coluna de esgotamento de não condensáveis 320 como o vapor ascendente, enquanto o refluxo líquido descendente para a coluna de esgotamento de não condensáveis inclui: (i) uma corrente de nitrogênio líquido saindo do refervedor condensador principal 80; (ii) uma corrente de condensado de nitrogênio líquido saindo do condensador da coluna de esgotamento 327, 427; e (iii) uma corrente de condensado de nitrogênio líquido 345, 445 saindo do aprimorador de neônio 340, 440 (isto é, condensador de refluxo 342, 442). No interior da coluna de esgotamento de não condensáveis 320, 420, os componentes mais pesados como oxigênio, argônio e nitrogênio ficam concentrados na fase líquida descendente, enquanto a fase de vapor ascendente é enriquecida em componentes leves como neônio, hidrogênio e hélio.
[0033] Nas modalidades da Figura 4 e da Figura 5, todos os fundos de coluna de nitrogênio líquido 312, 412 provenientes da coluna de esgotamento de não condensáveis 310, 410 fornecem a corrente de refluxo de nitrogênio líquido 318, 418 que é subresfriada em uma unidade de subresfriamento 99 contra uma corrente de nitrogênio de descarte 93 proveniente da unidade de separação de ar 10. Conforme descrito acima, as porções da corrente de refluxo de nitrogênio líquido subresfriado podem ser opcionalmente tomadas como um produto de nitrogênio líquido 317, 417, desviado como a corrente 348, 448 para o condensador de refluxo de nitrogênio líquido 342, 442 ou expandido na válvula 319, 419 e retornado como uma corrente de refluxo 360, 460 à coluna de pressão mais baixa 74 da unidade de separação de ar 10.
[0034] Similar ao aprimorador de neônio da Figura 2, o aprimorador de neônio 340, 440 das Figuras 4 e 5 compreende, de preferência, um condensador de refluxo de nitrogênio líquido 342, 442; um separador de fases 344, 444; e uma válvula de controle de fluxo de nitrogênio 346, 446. O condensador de refluxo de nitrogênio líquido 342, 442 condensa a corrente de exaustão 329, 429 contendo não condensáveis contra um segundo meio de condensação 348, 448, de preferência uma porção da corrente de refluxo de nitrogênio líquido subresfriado. A corrente de evaporação 349, 449 é removida do sistema de recuperação de neônio 100 e alimentada à corrente de descarte 93. O vapor residual que não se condensa no interior do condensador de refluxo de nitrogênio líquido 342, 442 é retirado do topo do condensador de refluxo de nitrogênio líquido 342, 442 como uma corrente de vapor de neônio bruto 350, 450.
[0035] Agora com referência à Figura 7 e à Figura 8, são mostradas modalidades adicionais do sistema de recuperação de gás não condensável 100 que compreendem uma coluna de esgotamento de não condensáveis (NSC) 510, 610 e um refervedor condensador 520, 620. As colunas de esgotamento de não condensáveis 510, 610 ilustradas nas Figuras 7 e 8 são configuradas para receber uma porção de vapor de prato de nitrogênio 515, 615 proveniente da coluna de pressão mais alta 72, a qual é introduzida em ponto próximo ao fundo da coluna de esgotamento de não condensáveis 510, 610 como uma corrente de vapor ascendente. O refluxo líquido descendente para a coluna de esgotamento de não condensáveis 510, 610 inclui: (i) uma corrente de nitrogênio líquido 80 saindo do refervedor condensador principal 75; e (ii) uma corrente de condensado de nitrogênio líquido 545, 645 saindo do refervedor condensador 520, 620. Conforme o vapor ascendente (isto é, o vapor de esgotamento) sobe no interior da coluna de esgotamento de não condensáveis 510, 610, a transferência de massa ocorrendo na coluna de esgotamento de não condensáveis 510, 610 concentrará os componentes mais pesados, como oxigênio, argônio e nitrogênio, na fase líquida descendente, enquanto a fase de vapor ascendente é enriquecida de componentes mais leves, como neônio, hidrogênio e hélio. Como um resultado da transferência de massa, a coluna de esgotamento de não condensáveis 510, 610 produz um fundo de coluna de nitrogênio líquido 512, 612 e um gás 529, 629 no topo de coluna contendo concentrações mais altas de não condensáveis que é alimentado ao refervedor condensador 520, 620.
[0036] Os fundos de coluna de nitrogênio líquido 512, 612 provenientes da coluna de esgotamento de não condensáveis 510, 610 formam uma corrente de refluxo de nitrogênio líquido 518, 618 e são de preferência subresfriados em uma unidade de subresfriamento 99 contra uma corrente de nitrogênio de descarte 93 proveniente da unidade de separação de ar 10. As porções da corrente de refluxo de nitrogênio líquido subresfriado podem opcionalmente ser tomadas como um produto de nitrogênio líquido 517, 617; desviadas para o refervedor condensador 520, 620; ou expandidas na válvula 519, 619 e retornadas como uma corrente de refluxo 560, 660 à coluna de pressão mais baixa 74 da unidade de separação de ar 10. Similar às modalidades anteriormente descritas, a unidade subresfriadora 99 ilustrada pode ser um subresfriador existente na unidade de separação de ar 10, ou pode ser uma unidade independente que faz parte do sistema de recuperação de gás não condensável 100.
[0037] Nas modalidades da Figura 7 e da Figura 8, o refervedor condensador 520, 620 é, de preferência, um refervedor condensador em dois estágios que fornece dois níveis de refrigeração para condensar parcialmente a maior parte do vapor de topo de coluna 529, 629 proveniente da coluna de esgotamento de não condensáveis 510, 610. O refervedor condensador de refluxo 520 da Figura 7 está configurado para receber o gás de topo de coluna 529 contendo neônio e outros não condensáveis provenientes da coluna de esgotamento de não condensáveis 510, um primeiro meio de condensação 522 que compreende uma corrente de ebulição de caldeira desviada de um subresfriador de nitrogênio da unidade de separação de ar 10, e um segundo meio de condensação 548 que compreende uma porção regulada por meio da válvula 546 da corrente de refluxo de nitrogênio líquido subresfriado. O refervedor condensador de refluxo em dois estágios 520 é configurado para produzir uma corrente de condensado de nitrogênio líquido 545 que é retornada como refluxo à coluna de esgotamento de não condensáveis 510, uma corrente de evaporação em duas fases 525 que é direcionada ao condensador de argônio 78 da unidade de separação de ar 10, e uma corrente de vapor de neônio bruto 550 que é recolhida do topo do refervedor condensador 520 e que contém mais que cerca de 50% de fração molar de neônio. A corrente de vapor de neônio bruto pode conter adicionalmente mais que cerca de 10% de fração molar de hélio. A corrente de evaporação 549 é removida do separador de fase 544 e alimentada à corrente de descarte 93. Conforme ocorre com as outras modalidades acima descritas, o total de recuperação de neônio para o sistema de recuperação de gás não condensável ilustrado está acima de 95%. Um benefício adicional do sistema de recuperação de gás não condensável representado é que há um mínimo consumo de nitrogênio líquido e, já que muito do nitrogênio líquido é reciclado de volta à coluna de pressão mais baixa, há um mínimo impacto sobre a separação e a recuperação de outros programas de produtos na unidade de separação de ar 10.
[0038] Em muitos aspectos, a modalidade da Figura 8 é bastante similar àquela mostrada na Figura 7 com os correspondentes elementos e correntes tendo os correspondentes números de referência, porém numerados na série de 600 na Figura 8 e na série de 500 na Figura 7. Por exemplo, os itens designados pelos números de referência 522, 525, 544, 545, 546, 548, 549 e 550 na Figura 7 são iguais ou similares aos itens designados pelos números de referência 622, 625, 644, 645, 646, 648, 649 e 650 na Figura 8, respectivamente. As principais diferenças entre a modalidade da Figura 7 e a modalidade da Figura 8 são que a corrente de ebulição da caldeira proveniente de um subresfriador de nitrogênio da unidade de separação de ar é substituída por uma corrente de ebulição da caldeira 622 proveniente do condensador de argônio 78 da unidade de separação de ar 10. Além disso, a corrente de ebulição 625 produzida pelo refervedor condensador de refluxo em dois estágios 620 é direcionada para um separador de fase 670 com as resultantes corrente de vapor 671 e corrente líquida 672 sendo retornadas aos locais intermediários da coluna de pressão mais baixa 74 da unidade de separação de ar 10.
Sistemas/equipamento para recuperação de xenônio e criptônio
[0039] As Figuras 10 e 12 representam esquematicamente o sistema de recuperação de gás não condensável configurado para a recuperação aprimorada de uma corrente de vapor de neônio bruto e uma corrente líquida de xenônio e criptônio brutos. Conforme visto na Figura 10, uma modalidade do sistema de recuperação de gás não condensável 100 compreende uma coluna de esgotamento de não condensáveis 710; uma coluna de xenônio- criptônio 770; um refervedor condensador 720 disposto na coluna de xenônio- criptônio 770, e um aprimorador de neônio 740.
[0040] A coluna de esgotamento de não condensáveis 710 é configurada para receber uma porção de vapor de prato de nitrogênio 715 proveniente da coluna de pressão mais alta 72 e introduzida em ponto próximo ao fundo da coluna de esgotamento de não condensáveis 710 como uma corrente de vapor ascendente, enquanto o refluxo líquido descendente para a coluna de esgotamento de não condensáveis 710 inclui: (i) uma corrente de nitrogênio líquido saindo do refervedor condensador principal 80; (ii) uma corrente de condensado de nitrogênio líquido 727 saindo do refervedor condensador 720; e (iii) uma corrente de condensado de nitrogênio líquido 745 saindo do aprimorador de neônio 740 (isto é, condensador de refluxo 742). O uso do condensado 727 proveniente do refervedor condensador 720 disposto na coluna de xenônio-criptônio 770 como uma porção do refluxo para a coluna de esgotamento de não condensáveis 710 liga termicamente a coluna de esgotamento de não condensáveis 710 à coluna de xenônio-criptônio 770.
[0041] Conforme o vapor ascendente (isto é, o vapor de esgotamento) sobe ao longo da coluna de esgotamento de não condensáveis 710, a transferência de massa ocorrendo na coluna de esgotamento de não condensáveis 710 concentrará os componentes mais pesados, como nitrogênio, na fase líquida descendente, enquanto a fase de vapor ascendente é enriquecida de componentes leves, como neônio, hidrogênio e hélio. Conforme indicado acima, o vapor ascendente é introduzido ou alimentado ao refervedor condensador 720. A coluna de esgotamento de não condensáveis 710 produz um fundo de coluna de nitrogênio líquido 712 e um gás de topo de coluna 714 contendo concentrações mais altas de gases nobres, que são alimentados ao refervedor condensador 720 na coluna de xenônio- criptônio 770.
[0042] O fundo de coluna líquido rico em nitrogênio 712 é extraído da coluna de esgotamento de não condensáveis 710 como uma corrente de refluxo de nitrogênio líquido 718. A corrente de refluxo de nitrogênio líquido 718 é subresfriada em uma unidade de subresfriamento 99 contra uma corrente de nitrogênio de descarte 93 proveniente da unidade de separação de ar 10. As porções da corrente de refluxo de nitrogênio líquido subresfriado 218 podem opcionalmente ser tomadas como produto de nitrogênio líquido 717, desviadas para o aprimorador de neônio 740 ou expandidas na válvula 719 e retornada como uma corrente de refluxo 760 à coluna de pressão mais baixa 74 da unidade de separação de ar 10. Como ocorre com as modalidades anteriormente descritas, a unidade subresfriadora 99 pode ser um subresfriador existente na unidade de separação de ar 10, ou pode ser uma unidade subresfriadora independente que faz parte do sistema de recuperação de gás não condensável 100.
[0043] A coluna de xenônio-criptônio 770 recebe correntes de oxigênio líquido provenientes da coluna de pressão mais baixa 74 da unidade de separação de ar. Especificamente, uma corrente de oxigênio líquido 90 é recolhida do coletor da coluna de pressão mais baixa 74, bombeada por meio da bomba 180 com a resultante corrente de oxigênio líquido 775 bombeada sendo alimentada a dois locais na coluna de xenônio-criptônio 770. O principal fluxo de alimentação de oxigênio líquido fica próximo ao topo da coluna de xenônio-criptônio 770, servindo como refluxo para a coluna de xenônio-criptônio 770. O fluxo de alimentação de oxigênio líquido secundário é liberado na coluna de xenônio-criptônio 770 em uma seção intermediária ou mais baixa, próxima do coletor da coluna para propósitos de controle de contaminantes, ao mesmo tempo em que se mantém a recuperação de xenônio e criptônio.
[0044] O líquido no coletor da coluna de xenônio-criptônio 770 é refervido pelo refervedor condensador 720 contra o vapor de topo de coluna em condensação proveniente da coluna de esgotamento de não condensáveis 710. O vapor de oxigênio evaporado sobe através da coluna de xenônio- criptônio 770, enriquecendo em oxigênio e argônio, enquanto o líquido se concentra em componentes mais pesados como criptônio e xenônio. O líquido de oxigênio enriquecido com criptônio/xenônio é recolhido do coletor da coluna de xenônio-criptônio 770 como um outro produto líquido de xenônio e criptônio brutos 780.
[0045] O refervedor condensador 720 é um condensador do tipo de ebulição de uma só passagem que pode ser um trocador de calor de alumínio brasado com condensação do tipo de refluxo ou do tipo de não refluxo, ou um condensador do tipo termossifão que pode ser um condensador de casco e tubo ou um trocador de calor de alumínio brasado. No lado de condensação do refervedor condensador 720, os não condensáveis como hidrogênio, hélio, neônio são removidos da porta de exaustão de não condensáveis como uma corrente de exaustão 729 contendo não condensáveis, a qual é direcionada ou alimentada ao aprimorador de neônio 740.
[0046] Como ocorre com as modalidades anteriormente descritas, o aprimorador de neônio 740 compreende, de preferência, um condensador de refluxo de nitrogênio líquido 742, um separador de fases 744 e uma válvula de controle de fluxo de nitrogênio 746. O condensador de refluxo de nitrogênio líquido 742 de preferência condensa a corrente de exaustão 729 contendo não condensáveis contra um segundo meio de condensação 748, de preferência uma porção da corrente de refluxo de nitrogênio líquido subresfriado. A corrente de evaporação 749 proveniente do condensador de refluxo de nitrogênio líquido 742 é separada em fases com o vapor sendo removido do sistema de recuperação de gás nobre 100 e alimentado à corrente de descarte 93. O vapor residual que não se condensa no interior do condensador de refluxo de nitrogênio líquido 742 é recolhido do topo do condensador de refluxo de nitrogênio líquido 742 como uma corrente de vapor de neônio bruto 750 que contém mais que cerca de 50% de fração molar de neônio. A corrente de vapor de neônio bruto de preferência contém, adicionalmente, mais que cerca de 10% de fração molar de hélio.
[0047] Em muitos aspectos, a modalidade da Figura 12 é bastante similar àquela mostrada na Figura 10 com os correspondentes elementos e correntes tendo os correspondentes números de referência, porém numerados na série de 700 na Figura 10 e na série de 800 na Figura 12. A principal diferença entre a modalidade da Figura 10 e a modalidade da Figura 12 é a produção de produtos de oxigênio provenientes da unidade de separação de ar 10. Na Figura 10, a corrente de oxigênio líquido 90 é recolhida da coluna de pressão mais baixa 74 e pressurizada na bomba de LOX 180. O oxigênio líquido bombeado é divido em duas ou mais correntes incluindo: uma corrente de oxigênio líquido 775 a ser introduzida na coluna de xenônio- criptônio 770; uma corrente de produto de oxigênio líquido 185; e/ou uma corrente de produto de oxigênio 186 que é vaporizada no trocador de calor principal ou primário 52 para produzir um produto de oxigênio gasoso pressurizado. O topo de coluna rico em oxigênio 785 proveniente da coluna de xenônio-criptônio 770 é retornado à coluna de pressão mais baixa 74. Por outro lado, na Figura 12, a corrente de oxigênio líquido 90 é recolhida da coluna de pressão mais baixa 74 e pressurizada na bomba de LOX 180. O oxigênio líquido 875 bombeado é direcionado ao sistema de recuperação de gás não condensável 100, com o topo de coluna rico em oxigênio 885 proveniente da coluna de xenônio-criptônio 870 sendo direcionado como a corrente 890 ao trocador de calor principal ou primário 52, onde pode ser vaporizado para produzir um produto de oxigênio gasoso.
[0048] Uma outra diferença é que na Figura 10, nenhum oxigênio gasoso é tomado da coluna de pressão mais baixa 74 para a coluna de xenônio-criptônio 770, enquanto na Figura 12 a corrente de oxigênio gasoso 91 é extraída da coluna de pressão mais baixa 74 e direcionada à coluna de xenônio-criptônio 770.
[0049] Similar ao aprimorador de neônio 740 da Figura 10, o aprimorador de neônio 840 da Figura 12 compreende, de preferência, um condensador de refluxo de nitrogênio líquido 842; um separador de fases 844; e uma válvula de controle de fluxo de nitrogênio 846. O condensador de refluxo de nitrogênio líquido 842 condensa a corrente de exaustão 829 contendo não condensáveis contra um segundo meio de condensação 848, de preferência uma porção da corrente de refluxo de nitrogênio líquido subresfriado. A corrente de evaporação 849 é removida do sistema de recuperação de gases nobres 100 e alimentada à corrente de descarte 93. O vapor residual que não se condensa no interior do condensador de refluxo de nitrogênio líquido 842 é retirado do topo do condensador de refluxo de nitrogênio líquido 842 como uma corrente de vapor de neônio bruto 850.
[0050] O total de recuperação de neônio para o sistema de recuperação de gás não condensável 100 ilustrado é acima de 95%. Um benefício adicional do sistema de recuperação de gás não condensável 100 representado é que, como o refervedor condensador 720, 820 liga termicamente tanto a coluna de esgotamento de não condensáveis 710, 810 como a coluna de xenônio-criptônio 770, 870 (isto é, gás não condensável enriquecido com neônio no lado de condensação e líquido enriquecido com criptônio/xenônio proveniente do lado de ebulição do refervedor condensador 720, 820, a disposição tem a capacidade de co-produzir gases nobres. E como a maior parte do nitrogênio usado no sistema de recuperação de gases nobre é retornada ao sistema de coluna de destilação da unidade de separação de ar 10, há um mínimo impacto sobre a separação e a recuperação de outros programas de produtos pela unidade de separação de ar 10.
Exemplos
[0051] Para várias modalidades dos presentes sistema e método para recuperar neônio, várias simulações de processo foram executadas com o uso de vários modelos operacionais de unidade de separação de ar para caracterizar: (i) a recuperação de neônio e outros gases nobres; (ii) a composição da corrente de vapor de neônio bruto; e (iii) a perda líquida de nitrogênio a partir do sistema de coluna de destilação; durante a operação da unidade de separação de ar com o uso dos sistemas de recuperação de neônio ou de gás nobre e os métodos associados descritos acima e mostrados nos desenhos.
[0052] A Tabela 1 mostra os resultados da simulação de processo baseada em computador para o sistema de recuperação e os métodos associados, descritos com referência à Figura 2. Conforme visto na Tabela 1, a unidade de separação de ar é operada com alimentação de corrente de ar de entrada de 4.757,56 kcfh e 37,86 kcfh de corrente de ar líquido para a coluna de pressão mais alta a aproximadamente 97 psia. Aproximadamente 45,00 kcfh de vapor de nitrogênio do prato a 92 psia são desviados da coluna de pressão mais alta para o sistema de recuperação, enquanto aproximadamente 2.174,74 kcfh de nitrogênio líquido a 92 psia são desviados do refervedor condensador principal do sistema de coluna de destilação para o sistema de recuperação. Excluindo-se qualquer produto de nitrogênio líquido tomado diretamente do sistema de recuperação, o sistema de recuperação é capaz de retornar cerca de 99,31% das correntes desviadas de volta ao sistema de coluna de destilação sob a forma de nitrogênio líquido subresfriado à coluna de pressão mais baixa (isto é, 2.219,58 kcfh de refluxo líquido proveniente da coluna de esgotamento de não condensáveis menos 15,31 kcfh de nitrogênio líquido subresfriado para o aprimorador de neônio é igual a 2.204,27 kcfh de nitrogênio líquido subresfriado retornados à coluna de pressão mais baixa). A recuperação de neônio e outros gases nobres inclui cerca de 96,85% de recuperação de neônio. A recuperação de neônio é calculada tomando-se a vazão da corrente de neônio bruto (0,16 kcfh) multiplicada pelo teor de neônio na corrente de neônio bruto (51,89%) e dividindo-se esse número (0,083024 kcfh) pelo neônio contido tanto na corrente de ar principal (4.757,56 kcfh * 0,00182%) como na corrente de ar líquido (37,86 kcfh * 0,00182%) no sistema de coluna de destilação. Conforme visto na Tabela 1, a composição da corrente de vapor de neônio bruto inclui 51,89% de neônio e 15,25% de hélio.Tabela 1 (Simulação de processo do sistema de recuperação de neônio da figura 2 e métodos associados)
[0053] A Tabela 2 mostra os resultados da simulação de processo baseada em computador para o sistema de recuperação de neônio e métodos associados, descritos com referência à Figura 4. Conforme visto na Tabela 2, a unidade de separação de ar é operada com alimentação de corrente de ar de entrada de 4.757,56 kcfh e 37,86 kcfh de corrente de ar líquido para a coluna de pressão mais alta a aproximadamente 97 psia. Cerca de 270,00 kcfh de vapor de nitrogênio do prato a aproximadamente 92 psia são desviados da coluna de pressão mais alta para o sistema de recuperação de neônio, enquanto aproximadamente 1.949,88 kcfh de nitrogênio líquido a aproximadamente 92 psia são desviados do refervedor condensador principal do sistema de coluna de destilação para o sistema de recuperação de neônio. Excluindo-se qualquer produto de nitrogênio líquido tomado diretamente do sistema de recuperação de neônio, o sistema de recuperação de neônio é capaz de retornar mais de 99% das correntes desviadas de volta ao sistema de coluna de destilação sob a forma de nitrogênio líquido subresfriado à coluna de pressão mais baixa (isto é, 2.219,74 kcfh de refluxo líquido proveniente da coluna de esgotamento de não condensáveis menos 15,74 kcfh de nitrogênio líquido subresfriado para o aprimorador de neônio é igual a 2.204,00 kcfh de nitrogênio líquido subresfriado retornados à coluna de pressão mais baixa). A recuperação de neônio e de outros gases nobres inclui cerca de 96,44% de recuperação de neônio, enquanto a composição da corrente de vapor de neônio bruto inclui 51,89% de neônio e 15,25% de hélio.Tabela 2 (Simulação de processo do sistema de recuperação de neônio da figura 4 e métodos associados)
[0054] A Tabela 3 mostra os resultados da simulação de processo baseada em computador para o sistema de recuperação de neônio e métodos associados, descritos com referência à Figura 7. Conforme visto na Tabela 3, a unidade de separação de ar é operada com alimentação de corrente de ar de entrada de 4.757,56 kcfh e 37,86 kcfh de corrente de ar líquido para a coluna de pressão mais alta a aproximadamente 97 psia. Cerca de 140,00 kcfh de vapor de nitrogênio do prato a aproximadamente 92 psia são desviados da coluna de pressão mais alta para o sistema de recuperação de neônio, enquanto aproximadamente 2.079,82 kcfh de nitrogênio líquido a aproximadamente 92 psia são desviados do refervedor condensador principal do sistema de coluna de destilação para o sistema de recuperação de neônio. Excluindo-se qualquer produto de nitrogênio líquido tomado diretamente do sistema de recuperação de neônio, o sistema de recuperação de neônio é capaz de retornar mais de 99% das correntes desviadas de volta ao sistema de coluna de destilação sob a forma de nitrogênio líquido subresfriado à coluna de pressão mais baixa (isto é, 2.219,67 kcfh de refluxo líquido proveniente da coluna de esgotamento de não condensáveis menos 15,74 kcfh de nitrogênio líquido subresfriado para o aprimorador de neônio é igual a 2.203,93 kcfh de nitrogênio líquido subresfriado retornados à coluna de pressão mais baixa). A recuperação de neônio e de outros gases nobres inclui mais de 95,16% de recuperação de neônio, enquanto a composição da corrente de vapor de neônio bruto inclui 51,74% de neônio e 15,41% de hélio. Tabela 3 (Simulação de processo do sistema de recuperação de neônio da figura 7 e métodos associados)
[0055] A Tabela 4 mostra os resultados da simulação de processo baseada em computador para o sistema de recuperação de gás nobre e métodos associados, descritos com referência à Figura 10. Conforme visto na Tabela 4, a unidade de separação de ar é operada com alimentação de corrente de ar de entrada de 4.757,56 kcfh e 37,86 kcfh de corrente de ar líquido para a coluna de pressão mais alta a aproximadamente 97 psia. Cerca de 804,53 kcfh de vapor de nitrogênio do prato a aproximadamente 92 psia são desviados da coluna de pressão mais alta para o sistema de recuperação de gás nobre, enquanto aproximadamente 1.415,27 kcfh de nitrogênio líquido a aproximadamente 92 psia são desviados do refervedor condensador principal do sistema de coluna de destilação para o sistema de recuperação de gás nobre. Excluindo-se qualquer produto de nitrogênio líquido tomado diretamente do sistema de recuperação de gás nobre, o sistema de recuperação de gás nobre é capaz de retornar mais de 99% das correntes desviadas de volta ao sistema de coluna de destilação sob a forma de nitrogênio líquido subresfriado à coluna de pressão mais baixa (isto é, 2.219,71 kcfh de refluxo líquido proveniente da coluna de esgotamento de não condensáveis menos 15,74 kcfh de nitrogênio líquido subresfriado para o aprimorador de neônio é igual a 2.203,97 kcfh de nitrogênio líquido subresfriado retornados à coluna de pressão mais baixa). A recuperação de neônio é maior que 96,57% de recuperação de neônio, enquanto a composição da corrente de vapor de neônio bruto inclui 51,91% de neônio e 15,24% de hélio. Também é executada uma recuperação significativa de xenônio e criptônio, conforme mostrado a partir dos dados de simulação na Tabela 4.Tabela 4 (Simulação de processo do sistema de recuperação de gás nobre da figura 10 e métodos associados)
[0056] A Tabela 5 mostra os resultados da simulação de processo baseada em computador para o sistema de recuperação de gás nobre e métodos associados, descritos com referência à Figura 12. Conforme visto na Tabela 5, a unidade de separação de ar é operada com alimentação de corrente de ar de entrada de 4.757,56 kcfh e 37,86 kcfh de corrente de ar líquido para a coluna de pressão mais alta a aproximadamente 97 psia. Cerca de 804,53 kcfh de vapor de nitrogênio do prato a aproximadamente 92 psia são desviados da coluna de pressão mais alta para o sistema de recuperação de gás nobre, enquanto aproximadamente 1.415,27 kcfh de nitrogênio líquido a aproximadamente 92 psia são desviados do refervedor condensador principal do sistema de coluna de destilação para o sistema de recuperação de gás nobre. Excluindo-se qualquer produto de nitrogênio líquido tomado diretamente do sistema de recuperação de gás nobre, o sistema de recuperação de gás nobre é capaz de retornar mais de 99% das correntes desviadas de volta ao sistema de coluna de destilação sob a forma de nitrogênio líquido subresfriado à coluna de pressão mais baixa (isto é, 2.219,71 kcfh de refluxo líquido proveniente da coluna de esgotamento de não condensáveis menos 15,74 kcfh de nitrogênio líquido subresfriado para o aprimorador de neônio é igual a 2.203,97 kcfh de nitrogênio líquido subresfriado retornados à coluna de pressão mais baixa). A recuperação de neônio é maior que 96,57% de recuperação de neônio, enquanto a composição da corrente de vapor de neônio bruto inclui 51,91% de neônio e 15,24% de hélio. Também é executada uma recuperação significativa de xenônio e criptônio, conforme mostrado a partir dos dados de simulação na Tabela 5. Tabela 5 (Simulação de processo do sistema de recuperação de gás nobre da figura 12 e métodos associados)
[0057] Embora o presente sistema para recuperação de gases nobres e não condensáveis a partir de uma unidade de separação de ar tenha sido discutido com referência a uma ou mais modalidades preferenciais e métodos associados às mesmas, ocorreria aos versados na técnica que numerosas alterações e omissões podem ser feitas sem que se afaste do espírito e escopo das presentes invenções conforme apresentadas nas reivindicações em anexo.

Claims (14)

1. Sistema de recuperação de gás nobre para uma unidade de separação de ar, a unidade de separação de ar compreendendo um sistema de compressão de ar principal, um sistema de pré-purificação, um sistema trocador de calor e um sistema de coluna de retificação tendo uma coluna de pressão mais alta e uma coluna de pressão mais baixa ligadas em uma relação de transferência de calor por meio de um refervedor condensador principal, caracterizado pelo fato de que compreende: uma coluna de esgotamento de não condensáveis configurada para receber uma porção de uma corrente de condensado de nitrogênio líquido proveniente do refervedor condensador principal e uma corrente de vapor de prato rico em nitrogênio proveniente da coluna de pressão mais alta, a coluna de esgotamento de não condensáveis configurada para produzir um fundo de coluna de nitrogênio líquido e um topo de coluna contendo gás nobre; uma coluna de xenônio-criptônio ligada em uma relação de transferência de calor com a coluna de esgotamento de não condensáveis por meio de um refervedor condensador auxiliar, a coluna de xenônio-criptônio configurada para receber uma primeira corrente de oxigênio líquido bombeada a partir da coluna de pressão mais baixa da unidade de separação de ar e uma primeira corrente de evaporação de vapor rico em oxigênio proveniente do refervedor condensador auxiliar, a coluna de xenônio- criptônio configurada para produzir um fundo de coluna contendo xenônio e criptônio e um topo de coluna rico em oxigênio; o refervedor condensador auxiliar configurado para receber o topo de coluna contendo gás nobre proveniente da coluna de esgotamento de não condensáveis e uma segunda corrente de oxigênio líquido proveniente da coluna de pressão mais baixa da unidade de separação de ar como a fonte de refrigeração, o refervedor condensador auxiliar está adicionalmente configurado para produzir uma corrente de refluxo de condensado que é liberada na, ou direcionada à, coluna de esgotamento de não condensáveis, a primeira corrente de evaporação de vapor rico em oxigênio que é liberada na coluna de xenônio-criptônio e uma corrente de exaustão contendo não condensáveis; um condensador de refluxo configurado para receber a corrente de exaustão contendo não condensáveis proveniente do refervedor condensador auxiliar e um meio de condensação, o condensador de refluxo adicionalmente configurado para produzir um condensado que é direcionado para a coluna de esgotamento de não condensáveis, uma corrente de vapor de neônio bruto que contém mais que 50% de fração molar de neônio; e um subresfriador configurado para subresfriar a totalidade ou uma porção dos fundos de coluna de nitrogênio líquido a fim de produzir uma corrente de nitrogênio líquido subresfriado; em que o meio de condensação para o condensador de refluxo é uma porção da corrente de nitrogênio líquido subresfriado; e em que uma porção do fundo de coluna contendo xenônio e criptônio é tomada como uma corrente líquida de xenônio e criptônio brutos.
2. Sistema de recuperação de gás nobre de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o condensador de refluxo é adicionalmente configurado para produzir a corrente de vapor de neônio bruto tendo mais que 10% de fração molar de hélio.
3. Sistema de recuperação de gás nobre de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a coluna de xenônio-criptônio é adicionalmente configurada para direcionar a totalidade ou uma porção do topo de coluna rico em oxigênio de volta à coluna de pressão mais baixa.
4. Sistema de recuperação de gás nobre de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a coluna de xenônio-criptônio é adicionalmente configurada para tomar a totalidade ou uma porção do topo de coluna rico em oxigênio como um produto de oxigênio gasoso.
5. Sistema de recuperação de gás nobre de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o subresfriador é adicionalmente configurado para subresfriar os fundos de coluna de nitrogênio líquido por meio de troca de calor indireta com um topo de coluna de nitrogênio da coluna de pressão mais baixa.
6. Sistema de recuperação de gás nobre de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o subresfriador é adicionalmente configurado para direcionar uma primeira porção da corrente de nitrogênio líquido subresfriado para o condensador de refluxo como o meio de condensação, e uma segunda porção da corrente de nitrogênio líquido subresfriado para a coluna de pressão mais baixa como uma corrente de refluxo.
7. Sistema de recuperação de gás nobre de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o subresfriador é adicionalmente configurado para direcionar uma primeira porção da corrente de nitrogênio líquido subresfriado para o condensador de refluxo como o meio de condensação; uma segunda porção da corrente de nitrogênio líquido subresfriado para a coluna de pressão mais baixa como uma corrente de refluxo; e uma terceira porção como uma corrente de produto de nitrogênio líquido.
8. Método para recuperação de gases nobres em uma unidade de separação de ar, a unidade de separação de ar compreendendo um sistema de compressão de ar principal, um sistema de pré-purificação, um sistema trocador de calor e um sistema de coluna de retificação tendo uma coluna de pressão mais alta e uma coluna de pressão mais baixa ligadas em uma relação de transferência de calor por meio de um refervedor condensador principal, o método, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: direcionar uma corrente de nitrogênio líquido proveniente do refervedor condensador principal e uma corrente de vapor de prato rico em nitrogênio proveniente da coluna de pressão mais alta para uma coluna de esgotamento de não condensáveis configurada para produzir um fundo de coluna de nitrogênio líquido e um topo de coluna contendo gás nobre; subresfriar a totalidade ou uma porção do fundo de coluna de nitrogênio líquido a fim de produzir uma corrente de nitrogênio líquido subresfriado; condensar nitrogênio proveniente do topo de coluna contendo gás nobre em um refervedor condensador auxiliar contra uma primeira corrente de oxigênio líquido proveniente da coluna de pressão mais baixa da unidade de separação de ar a fim de produzir um condensado e uma corrente de exaustão contendo não condensáveis enquanto se vaporiza, ou se vaporiza parcialmente, o oxigênio líquido a fim de produzir uma primeira corrente de evaporação formada a partir da vaporização, ou da vaporização parcial, do oxigênio líquido; bombear uma segunda corrente de oxigênio líquido da coluna de pressão mais baixa da unidade de separação de ar para uma coluna de xenônio-criptônio ligada em uma relação de transferência de calor com a coluna de esgotamento de não condensáveis por meio do refervedor condensador auxiliar; liberar a primeira corrente de evaporação do refervedor condensador auxiliar para dentro da coluna de xenônio-criptônio; direcionar a corrente de exaustão contendo não condensáveis e uma primeira porção da corrente de nitrogênio líquido subresfriado para um condensador de refluxo, o condensador de refluxo configurado para produzir uma corrente de condensado que é direcionada para a coluna de esgotamento de não condensáveis, uma segunda corrente de evaporação formada a partir da vaporização, ou da vaporização parcial, da porção da corrente de nitrogênio líquido subresfriado, e uma corrente de vapor de neônio bruto que contém mais que 50% de fração molar de neônio; e tomar uma porção do fundo de coluna contendo xenônio e criptônio como uma corrente líquida de xenônio e criptônio brutos.
9. Método para recuperação de gás nobre de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a corrente de vapor de neônio bruto contém adicionalmente mais que 10% de fração molar de hélio.
10. Método para recuperação de gás nobre de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de direcionar a totalidade ou uma porção do topo de coluna rico em oxigênio de volta à coluna de pressão mais baixa da unidade de separação de ar.
11. Método para recuperação de gás nobre de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de tomar a totalidade ou uma porção do topo de coluna rico em oxigênio como um produto de oxigênio gasoso.
12. Método para recuperação de gás nobre de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a etapa de subresfriar a totalidade ou uma porção do fundo de coluna de nitrogênio líquido a fim de produzir uma corrente de nitrogênio líquido subresfriado compreende adicionalmente subresfriar a totalidade ou uma porção do fundo de coluna de nitrogênio líquido por meio de troca de calor indireta com um topo de coluna de nitrogênio da coluna de pressão mais baixa da unidade de separação de ar, a fim de produzir a corrente de nitrogênio líquido subresfriado.
13. Método para recuperação de gás nobre de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de direcionar uma segunda porção da corrente de nitrogênio líquido subresfriado para a coluna de pressão mais baixa da unidade de separação de ar como uma corrente de refluxo.
14. Método para recuperação de gás nobre de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a etapa de tomar uma terceira porção da corrente de nitrogênio líquido subresfriado como uma corrente de produto de nitrogênio líquido.
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