ES2218062T3 - Sistema de destilacion criogenica para separacion de aire. - Google Patents

Sistema de destilacion criogenica para separacion de aire.

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ES2218062T3 ES00201765T ES00201765T ES2218062T3 ES 2218062 T3 ES2218062 T3 ES 2218062T3 ES 00201765 T ES00201765 T ES 00201765T ES 00201765 T ES00201765 T ES 00201765T ES 2218062 T3 ES2218062 T3 ES 2218062T3
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Abstract

Un procedimiento para separar aire mediante destilación criogénica, que comprende las etapas de: alimentar aire comprimido, enfriado y purificado, a una columna (101) de alta presión en la que es separado en una primera corriente enriquecida en nitrógeno en la parte superior y una primera corriente enriquecida en oxígeno en la parte inferior; alimentar al menos una porción de la primera corriente enriquecida en oxígeno a una columna (102) de presión intermedia, para producir una segunda corriente enriquecida en nitrógeno en la parte superior y una segunda corriente enriquecida en oxígeno en la parte inferior, enviar al menos una porción de la segunda corriente enriquecida en nitrógeno a una columna (103) de baja presión y/o a un condensador (27) de la parte superior de una columna (104) de argón, enviar al menos una porción de la segunda corriente enriquecida en oxígeno a una columna de baja presión, separar una tercera corriente enriquecida en oxígeno en la parte inferior, y una tercera corriente enriquecida en nitrógeno en la parte superior de la columna de baja presión, enviar un gas de calefacción a una caldera (8) de la parte inferior de la columna de baja presión, eliminar al menos una porción de la tercera corriente enriquecida en oxígeno en un punto de eliminación, eliminar una primera corriente enriquecida en argón que contiene entre 3 y 12% en moles de argón procedente de la columna de baja presión, enviar la primera corriente enriquecida en argón a la columna de argón, que tiene un condensador en la parte superior, recuperar una segunda corriente enriquecida en argón, más rica en argón que la primera corriente enriquecida en argón, en la parte superior de la columna de argón, y eliminar una cuarta corriente enriquecida en oxígeno en la parte inferior de la columna de argón en la que la columna de argón tiene una caldera (23) en la parte inferior calentado mediante una corriente de gas que contiene al menos 90% en moles de nitrógeno, caracterizado porque la corriente de gas que calienta a la caldera de la parte inferior de la columna de argón es al menos una porción de la tercera corriente enriquecida en nitrógeno.

Description

Sistema de destilación criogénica para separación de aire.
Esta invención se refiere en particular a la separación de aire mediante destilación criogénica. A lo largo de los años se han dedicado numerosos esfuerzos a la mejora de esta técnica de producción para reducir el coste del oxígeno, el cual comprende principalmente el consumo de energía y el coste del equipo.
Se ha sabido que un sistema de destilación a presión elevada es ventajoso para la reducción del coste y, cuando se puede utilizar el nitrógeno a presión, el consumo de energía del sistema también es muy competitivo. Es útil señalar que un sistema a presión elevada se caracteriza por el hecho de que la presión de la columna de presión más baja está por encima de 2 bares absolutos. El proceso convencional o a baja presión tiene una columna de presión más baja que opera a una presión ligeramente por encima de la atmosférica.
Cuanto mayor es la presión de la columna de presión más baja, mayor es la presión del aire que alimenta a la columna de presión elevada, y más compacto es el equipo para las partes tanto calientes como frías de la planta, dando como resultado una reducción significativa del coste. Sin embargo, cuanto mayor es la presión, más difícil es el proceso de destilación, puesto que las volatilidades de los componentes presentes en el aire (oxígeno, argón, nitrógeno, etc.) se aproximan entre sí, de forma que habría que consumir más energía para realizar la separación mediante destilación. Por lo tanto, el proceso a presión elevada es muy adecuado para la producción de oxígeno de baja pureza (pureza
< 98%), en el que la separación se realiza entre los componentes claves de oxígeno y nitrógeno, más fáciles, en lugar de los componentes claves de oxígeno y argón, mucho más difíciles. La volatilidad del oxígeno y del argón es tan próxima que, incluso a la presión atmosférica, requerirá un número elevado de etapas de destilación y velocidades elevadas de calentamiento y de reflujo para realizar tal separación. El proceso a presión elevada en la configuración actual de los ciclos del proceso del estado de la técnica de hoy no es ni adecuado ni económico para la producción de oxígeno de pureza elevada (pureza > 98%). Puesto que la impureza principal en el oxígeno es el argón, la producción de oxígeno de baja pureza implica la no producción de argón, puesto que alrededor del 50% del argón contenido en el aire alimentado se pierde en productos de oxígeno y de nitrógeno.
Por lo tanto, es ventajoso aportar un proceso a presión elevada capaz de producir oxígeno de elevada pureza y también, en ciertos casos, capaz de producir argón.
La nueva invención descrita a continuación utiliza el proceso básico de triple columna desarrollado para la producción de oxígeno de baja pureza, y añade una columna de argón para separar adicionalmente el oxígeno de baja pureza en oxígeno de mayor pureza junto con el subproducto de argón. Al añadir la columna de argón se puede producir oxígeno de elevada pureza (típicamente, una pureza de 99,5% en volumen) requerido para muchas aplicaciones de gas industrial, y al mismo tiempo se puede producir argón, que es un producto valioso de las plantas de separación de aire.
El proceso de doble columna a presión elevada se describe en el documento US-A-5224045.
El proceso de triple columna se describe en el documento US-A-5231837, y también en las siguientes publicaciones:
US-A-5257504, US-A-5438835, US-A-5341646, EP-A-636845, EP-A-684438, US-A-5513497, US-A-5692395, US-A-5682764, US-A-5678426, US-A-5666823, US-A-5675977, US-A-5868007, EP-A-833118.
El documento US-A-5245832 describe un proceso en el que se usa un sistema de doble columna a presión elevada, en combinación con una tercera columna, para producir oxígeno, nitrógeno y argón. A fin de realizar la destilación a presión elevada, se usa un ciclo de bomba de calor con nitrógeno para proporcionar el calor y el reflujo necesarios para el sistema. Además de la energía requerida para la separación de argón y de oxígeno en la tercera columna, el ciclo de la bomba de calor debe igualmente proporcionar también suficiente reflujo y calor a la segunda columna, de forma que el caudal reciclado resultante y el consumo de energía sean elevados.
El documento US-A-5331818 describe un proceso de triple columna, a presión elevada, en el que las columnas de presión más baja están dispuestas en cascada y reciben el reflujo de nitrógeno líquido en la parte superior. La segunda columna intercambia calor en la parte inferior con la parte superior de la columna de presión elevada. La tercera columna intercambia calor en la parte inferior con la parte superior de la segunda columna. Este proceso permite que se optimice la eficacia del ciclo en función de la relación producida de nitrógeno a baja presión a nitrógeno a alta presión.
Ninguno de los procedimientos anteriores se puede usar económicamente y de forma eficaz para producir oxígeno de elevada pureza o argón.
El documento EP-A-694745 describe un procedimiento y un aparato según el preámbulo de las reivindicaciones independientes.
El documento US-A-4433989 describe una unidad de separación de aire que usa una columna de presión elevada, una columna de presión intermedia y una columna de baja presión, siendo calentadas las calderas de la parte inferior, de las columnas de baja presión y de presión intermedia, por el gas procedente de la columna de presión elevada. El gas procedente de la columna de baja presión alimenta una columna de argón cuyo condensador en la parte superior es enfriado usando líquido procedente de la parte inferior de la columna de presión intermedia. En este caso, la columna de presión intermedia no tiene ningún condensador en la parte superior, y todo el nitrógeno procedente de esa columna se expande para producir la refrigeración.
El documento US-A-5868007 describe un sistema de triple columna que usa una columna de argón que funciona a aproximadamente la misma presión que la columna de baja presión. El gas procedente de la parte inferior de la columna de argón se usa para calentar la columna de presión intermedia.
Según la invención, se proporciona un procedimiento según la reivindicación 1.
Es útil señalar que cuando una corriente se define como una alimentación a una columna, su localización del punto de alimentación, si no se especifica, puede ser cualquiera en las zonas de transferencia de masa y de transferencia de calor de esta columna, siempre que exista un contacto directo entre esta corriente y una corriente de fluido interno de la columna. La caldera de la parte inferior, o el condensador de la parte superior, se consideran, por lo tanto, como parte de la columna. Como un ejemplo, un líquido alimentado a una caldera de la parte inferior de la columna se considera como una alimentación a esta columna.
Según aspectos opcionales adicionales de la invención:
-
el procedimiento comprende comprimir al menos una parte de la corriente de gas enriquecida en nitrógeno y enviarla como gas de calentamiento a la caldera de la parte inferior de la columna de argón,
-
el procedimiento comprende enviar la cuarta corriente enriquecida en oxígeno a la columna de baja presión,
-
el líquido enriquecido en argón se elimina en forma líquida de la columna de baja presión, y es enviado a la columna de argón con un contenido gaseoso máximo de 2%,
-
el procedimiento comprende eliminar la primera corriente enriquecida en argón al menos 20 platos teóricos por debajo del punto de concentración máxima de argón en la columna de baja presión,
-
el procedimiento comprende eliminar la primera corriente enriquecida en argón como máximo 30 platos teóricos por debajo del punto de concentración máxima de argón en la columna de baja presión,
-
el procedimiento comprende eliminar la primera corriente enriquecida en argón en la parte inferior de la columna de baja presión,
-
el procedimiento comprende eliminar la tercera corriente enriquecida en oxígeno y la segunda corriente enriquecida en argón como productos,
-
la tercera corriente enriquecida en oxígeno contiene al menos 95% en oxígeno, y la segunda corriente enriquecida en argón contiene al menos 95% de argón,
-
el procedimiento comprende eliminar la primera corriente enriquecida en argón como máximo 5 platos teóricos por encima de la parte inferior de la columna de baja presión, y eliminar la cuarta corriente enriquecida en oxígeno como un producto,
-
la cuarta corriente enriquecida en oxígeno contiene al menos 95% de oxígeno,
-
el procedimiento comprende enviar el líquido enriquecido en nitrógeno desde la parte superior de la columna de baja presión al condensador de la parte superior de la columna de argón,
-
el gas de calefacción para la caldera de la parte inferior de la columna de baja presión es un gas enriquecido en nitrógeno, procedente de la columna de presión elevada, o aire,
-
las corrientes enriquecidas en oxígeno de diferentes purezas se eliminan de la columna de baja presión,
-
la columna de baja presión funciona por encima de 2 bares, preferiblemente por encima de 3 bares y lo más preferible por encima de 4 bares,
-
las corrientes enriquecidas en oxígeno de purezas diferentes se eliminan de la columna de baja presión,
-
la columna de argón funciona a una presión de al menos 0,5 bares menor que la presión de la columna de baja presión,
-
la columna de presión intermedia tiene una caldera en la parte inferior,
-
el procedimiento comprende enviar un gas enriquecido en nitrógeno desde la columna de presión elevada hasta la caldera de la parte inferior,
-
el procedimiento comprende al menos vaporizar o subenfriar parcialmente al menos parte del segundo fluido enriquecido en nitrógeno antes de enviarlo a la columna de baja presión,
-
el procedimiento comprende al menos vaporizar o subenfriar parcialmente al menos parte del segundo fluido enriquecido en oxígeno antes de enviarlo a la columna de baja presión,
-
la columna de presión intermedia tiene un condensador en la parte superior, y el procedimiento comprende enviar al menos parte del segundo fluido enriquecido en oxígeno a este condensador de la parte superior,
-
se envía aire a la columna de presión intermedia.
Según un aspecto adicional de la invención, se proporciona un aparato según la reivindicación 24.
Según opciones adicionales:
-
hay un compresor para comprimir la tercera corriente enriquecida en nitrógeno antes de enviarla a la caldera de la parte inferior de la columna de argón,
-
existe un conducto para enviar un líquido enriquecido en nitrógeno desde la parte superior de la columna de baja presión hasta el condensador de la parte superior de la columna de argón,
-
el conducto para eliminar la primera corriente enriquecida en argón está conectado a la parte inferior de la columna de baja presión,
-
existe un conducto para enviar la cuarta corriente enriquecida en oxígeno hasta un punto intermedio de la columna de baja presión,
-
existen medios para someter a presión a al menos un líquido enriquecido en oxígeno extraído de la columna de argón o de la columna de baja presión,
-
existen conductos para extraer corrientes enriquecidas en oxígeno de purezas diferentes a partir de la columna de baja presión,
-
el conducto para eliminar la primera corriente enriquecida en argón se conecta a un nivel intermedio de la columna de baja presión,
-
existen medios para al menos vaporizar o subenfriar parcialmente el segundo líquido enriquecido en nitrógeno antes de enviarlo a la columna de baja presión,
-
existen medios para al menos vaporizar o subenfriar parcialmente el segundo líquido enriquecido en oxígeno antes de enviarlo a la columna de baja presión,
-
la columna de presión intermedia tiene una caldera en la parte inferior,
-
existen medios para enviar un gas enriquecido en nitrógeno desde la columna de presión elevada hasta la caldera de la parte inferior de la columna de presión intermedia,
-
la columna de presión intermedia tiene un condensador en la parte superior,
-
existen medios para enviar al menos parte del segundo fluido enriquecido en oxígeno al condensador de la parte superior de la columna de presión intermedia,
-
existen medios para enviar aire a la columna de presión intermedia,
-
existen medios para expandir la primera corriente enriquecida en argón enviada desde la columna de baja presión a la columna de argón, preferiblemente constituidos por una válvula.
La nueva invención apunta este aspecto añadiendo una columna de argón, que funciona a una presión relativamente menor, al proceso de triple columna a presión elevada, para realizar una separación eficaz de argón y oxígeno que es una necesidad para la producción de oxígeno de elevada pureza y/o para la producción de argón.
En una realización (Figura 1), el proceso se puede describir según lo siguiente.
Se alimenta aire libre de impurezas, tales como humedad y CO_{2}, a una columna de presión elevada, en la que es separado en una corriente rica en nitrógeno en la parte superior y una corriente rica en oxígeno en la parte inferior.
Al menos una porción de la corriente rica en oxígeno se alimenta a una columna lateral para producir una segunda corriente rica en nitrógeno en la parte superior y una segunda corriente rica en oxígeno en la parte inferior. Esta columna lateral tiene preferiblemente una caldera que intercambia calor con el gas rico en nitrógeno, en la parte superior o próximo a ella de la columna de presión elevada.
Una porción de la segunda corriente rica en nitrógeno se recupera como reflujo líquido, y se alimenta a la columna de baja presión.
Al menos una porción de la segunda corriente rica en oxígeno se vaporiza al menos parcialmente en el condensador de cabeza de la columna lateral, y esta corriente vaporizada y la porción no vaporizada se alimentan a la columna de baja presión.
La columna de baja presión separa sus alimentaciones en una tercera corriente rica en oxígeno en la parte inferior y una tercera corriente rica en nitrógeno en la parte superior. La parte inferior de la columna de baja presión intercambia calor con la parte superior de la columna de presión elevada.
Al menos una porción de la tercera corriente rica en oxígeno es recuperada como producto de oxígeno.
Se extrae una corriente de oxígeno y argón por encima de la tercera corriente rica en oxígeno. Esta corriente de oxígeno y argón es alimentada a la columna de argón.
Se recupera una corriente de argón en la parte superior de la columna de argón, y una cuarta corriente rica en oxígeno en la parte inferior de la columna de argón.
Las Figuras 1 a 4 muestran diagramas de flujo para diferentes procedimientos de separación de aire según la invención, todos los cuales se pueden usar para producir oxígeno que contiene al menos 98% de oxígeno y preferiblemente más de 99% de oxígeno.
En la realización de la Figura 1, el aire 1 alimentado, sustancialmente libre de humedad y de CO_{2}, se divide en tres corrientes 3, 17, 50, cada una de las cuales es enfriada en el intercambiador 100 principal. La corriente 3 de aire se comprime en un compresor 5 antes del enfriamiento, atraviesa el intercambiador de calor 100, se expande en una válvula (o una turbina de líquidos) y se alimenta en forma líquida a una columna 101 de presión elevada. La corriente 17 se enfría en el intercambiador de calor 100, y se alimenta en forma gaseosa a la columna 101 a presión elevada. La corriente 50 se comprime en un compresor 6, y se enfría parcialmente en el intercambiador de calor 100 antes de ser expandida en la turbina 7 y enviada a la columna 103 de baja presión. Por supuesto, también se podría proporcionar alternativa o adicionalmente una refrigeración mediante una turbina de Claude, enviando aire a la columna de presión elevada, o un gas de expansión de turbina desde una o varias de las columnas 101, 102, 103. La primera corriente 10 enriquecida en oxígeno, extraída de la columna 101, se subenfría en un subrefrigerador 83, se expande y se envía a un nivel intermedio de la columna 102 de presión intermedia en la que es separada en una segunda corriente 20 enriquecida en oxígeno y una segunda corriente enriquecida en nitrógeno en la parte superior. Una porción de la segunda corriente enriquecida en nitrógeno se extrae como reflujo 25 líquido y se envía a la parte superior de la columna de baja presión. Como alternativa, toda o parte de esta corriente se puede enviar al condensador 27 de la parte superior de la columna 104 de argón, como se muestra en la línea discontinua 25A.
Una porción 9 del primer gas enriquecido en nitrógeno, procedente de la columna 101 de presión elevada, es enviada a la caldera 11 de la parte inferior de la columna 102 de presión intermedia, se condensa y se envía nuevamente a la columna de presión elevada como reflujo. También se podrían contemplar otros fluidos calefactores, tales como un gas procedente de la parte más baja de la columna de presión elevada.
Parte del primer gas enriquecido en nitrógeno, procedente de la columna 101 de presión elevada, se usa para calentar la caldera 8 de la parte inferior de la columna de baja presión.
Parte de la segunda corriente 20 enriquecida en oxígeno se envía a la columna de baja presión tras la expansión, y el resto se envía al condensador 13 de la parte superior de la columna 102 de presión intermedia en la que se vaporiza al menos parcialmente y se envía a la columna 103 de baja presión unos pocos platos por debajo de la otra parte de la corriente 20.
Una corriente 15 enriquecida en nitrógeno se elimina por debajo de la corriente 9 o procedente del mismo nivel que la corriente 9, se expande y se envía a la columna de baja presión. En este caso no se envía ningún líquido enriquecido en nitrógeno desde la columna de presión elevada hasta la columna de presión intermedia.
La columna 103 de baja presión separa sus alimentaciones en una tercera corriente 31 rica en oxígeno, que contiene al menos 95% de oxígeno en la parte inferior, y una tercera corriente rica en nitrógeno en la parte superior. La corriente 31 líquida es bombeada en la bomba 19 y es enviada al intercambiador de calor 100 en el que se vaporiza para formar un producto de oxígeno gaseoso.
El oxígeno líquido, por supuesto, se puede vaporizar en un evaporador de producto distinto mediante intercambio de calor con aire o nitrógeno sólo.
También es posible producir nitrógeno líquido a presión eliminando nitrógeno líquido de una de las columnas, bombeándolo y vaporizándolo en el intercambiador de calor 100 o en cualquier otra parte.
La columna de presión intermedia funciona a una presión menor que la presión de la columna de presión elevada, pero mayor que la presión de la columna de baja presión.
Una primera corriente 33 líquida enriquecida en argón, que contiene entre 3 y 12% en moles de argón, se extrae por encima de la corriente 31 de la parte inferior. La corriente 33, que comprende principalmente oxígeno y argón, se expande en una válvula y se alimenta en forma líquida hasta un nivel intermedio de la columna 104 de argón, en la que se separa en una corriente 80 de argón en la parte superior y una cuarta corriente 36 enriquecida en oxígeno en la parte inferior. De este modo, la columna de argón es alimentada sólo mediante una corriente de líquido con un contenido gaseoso de como máximo 2%. La corriente 36 de líquido se bombea a la presión de la corriente 31 y se mezcla con ella. En esta realización, la columna de argón funciona a una presión menor que la de la columna de baja presión, y se calienta mediante una corriente 70 rica en nitrógeno, que contiene al menos 95% en moles de nitrógeno, y preferiblemente al menos 98% en moles de nitrógeno, procedente de la parte superior de la columna de baja presión, que se envía a la caldera 23 de la parte inferior y después se devuelve a la parte superior de la columna 103 de baja presión.
Si es necesario, se podrían usar platos adicionales en la columna de argón, para producir argón de pureza elevada (99,9999%).
El condensador 27 de la parte superior de la columna de argón es refrigerado usando líquido 81 enriquecido en nitrógeno expandido, procedente de la parte superior de la columna 103 de baja presión, y que contiene al menos 95% de nitrógeno y preferiblemente al menos 98% en moles de nitrógeno. Este líquido se puede suplementar o sustituir por una corriente 25A que contiene al menos 95% en moles de nitrógeno y preferiblemente 98% de nitrógeno, procedente de la columna 102 de presión intermedia.
El gas enriquecido en nitrógeno procedente de la parte superior de la columna de baja presión se envía a la caldera de la parte inferior de la columna de argón, en el que se condensa para formar un líquido enriquecido en nitrógeno. Al menos una porción de este líquido enriquecido en nitrógeno se puede enviar al condensador de la columna de argón, en el que se vaporiza por intercambio de calor con el gas de la parte superior de la columna, para proporcionar la acción de reflujo necesaria.
El líquido vaporizado se calienta en un subrefrigerador 83 y después en el intercambiador de calor 100 para formar nitrógeno 85 a baja presión.
El gas enriquecido en nitrógeno, procedente de la parte superior de la columna de baja presión, también se calienta en los intercambiadores 83, 100 para formar nitrógeno 72 a presión media.
El nitrógeno 93 a presión elevada se elimina de la columna de presión elevada, y se envía al intercambiador de calor 100.
Adicional o alternativamente, el nitrógeno líquido se puede eliminar de una de las columnas, se puede bombear y se puede vaporizar en el intercambiador de calor 100. El argón líquido se puede eliminar de la columna 104 de argón.
Los líquidos también se pueden producir como productos finales.
Ejemplo
Para ilustrar el procedimiento de la Figura 1, se realizó una simulación para mostrar las corrientes claves de la nueva invención:
1
La realización de la Figura 2 difiere de la de la Figura 1 en que el calentamiento de la columna 104 de argón se logra comprimiendo adicionalmente una parte de la corriente 85 (o nitrógeno gaseoso procedente de la columna de baja presión) en un compresor 81 a temperatura ambiente, enfriando la corriente comprimida en el intercambiador 100, y condensando esta corriente de reciclaje en la caldera 23 de la parte inferior de la columna de argón. La corriente 85 contiene al menos 90% de nitrógeno. El líquido condensado se alimenta a la parte superior de la columna 103 de baja presión. Esta situación se aplica cuando la presión del aire alimentado es baja, dando como resultado una menor presión en la columna de baja presión de forma que ya no es posible calentar la columna de argón con el gas rico en nitrógeno en la parte superior de la columna de baja presión.
La realización de la Figura 3 difiere de la de la Figura 2 en que, en lugar de recuperar la cuarta corriente 36 rica en oxígeno como producto, esta corriente es bombeada y reciclada nuevamente a la columna de baja presión para una destilación posterior al mismo nivel que el punto de retirada de la corriente 33. La primera corriente 33 enriquecida en argón es enviada a la parte inferior de la columna 104 de argón.
En la realización de la Figura 4 se usa nitrógeno reciclado para calentar la columna 104 de argón. La cuarta corriente 36 enriquecida en oxígeno es bombeada y vaporizada en el intercambiador de calor sin ser mezclada con otra corriente. En lugar de producir el producto de oxígeno de elevada pureza procedente de la columna de baja presión, la corriente 41 de oxígeno y argón es extraída de la parte inferior de la columna de baja presión y es enviada a un nivel intermedio de la columna de argón en la que es destilada en oxígeno 36 de elevada pureza en la parte inferior y en una corriente 80 de argón en la parte superior.
En lugar de producir todo el oxígeno con una pureza elevada, es posible concebir un esquema en el que sólo se proporcione una porción 31 con pureza elevada (es decir, alrededor de 98% de oxígeno), y se produzca otra porción con una pureza menor (por ejemplo, 95% de oxígeno o menos). En esta situación (refiérase a la Figura 1), la corriente de oxígeno de baja pureza se puede extraer directamente de la corriente 33 o en la columna 103 de baja presión en la vecindad del plato en el que se extrae la corriente 33. Esta configuración permite optimizar el consumo de energía en función de la cantidad de oxígeno puro producido.
Si el argón no es necesario, se puede reducir el número de platos teóricos de la columna de argón por encima del punto de alimentación de la corriente 33. En esta situación, la corriente de argón aún contiene una concentración significativa de oxígeno (por ejemplo, 50% de argón y 50% de oxígeno), y se puede desechar, se puede usar para enfriar el aire alimentado, o se puede enviar nuevamente a la columna de baja presión.
El número de platos en la columna de baja presión se puede disponer para proporcionar una corriente alimentada de oxígeno y argón a la columna de argón que contiene menos de 3 ppm, preferiblemente menos de 1 ppm, de nitrógeno. Por lo tanto, el producto de argón no contendrá nitrógeno (intervalo de ppm), y no se necesita otra columna para la eliminación del nitrógeno. Si se instala un número suficiente de platos en la columna de argón, la corriente de argón se puede destilar hasta niveles de ppm de contenido de oxígeno, de forma que el producto final de argón se puede producir directamente a partir de la columna de argón. Esta columna puede ser de una única sección o de múltiples secciones, con bombas de transferencia de líquidos entre las secciones.
En las Figuras, las columnas de presión elevada, de baja presión y de argón, forman una única estructura, con la columna de presión intermedia como una columna lateral. Se apreciará que las columnas se podrían disponer de forma diferente, por ejemplo las columnas de presión elevada y de baja presión se pueden colocar lado con lado, la columna de presión intermedia podría formar una estructura única con la columna de presión elevada y/o baja, etc. Por la misma razón, la columna de argón se puede colocar lado con lado con la columna de baja presión, en vez de encima de ella.
El nitrógeno líquido condensador, procedente de la caldera de la parte inferior de la columna de argón, se puede transferir nuevamente a la columna de baja presión mediante bombeo, por ejemplo, o al condensador de la columna de argón sin bombeo.
Las versiones ilustradas muestran el uso de gas enriquecido en nitrógeno procedente de la columna de presión elevada para calentar la columna de baja presión. Por supuesto, se podría usar aire o cualquier otro gas de una de las columnas para calentar la columna de baja presión, si se proporciona otra caldera para condensar el gas enriquecido en nitrógeno frente a un líquido procedente más allá de la columna de baja presión.
La columna de presión elevada puede funcionar entre 10 y 20 bares, la columna de presión intermedia entre 6 y 13 bares, la columna de baja presión entre 3 y 7 bares, y la columna de argón entre 1,1 y 2,5 bares.
Todas o algunas de las columnas pueden contener empaquetamientos estructurados del tipo corrugado cruzado o del tipo Werlen/Lehman descrito en el documento EP-A-0845293.
Se puede suministrar aire a la columna de presión elevada o a otra columna del aparato procedente del compresor de una turbina de gas, posiblemente después de una etapa adicional de compresión.

Claims (40)

1. Un procedimiento para separar aire mediante destilación criogénica, que comprende las etapas de:
alimentar aire comprimido, enfriado y purificado, a una columna (101) de alta presión en la que es separado en una primera corriente enriquecida en nitrógeno en la parte superior y una primera corriente enriquecida en oxígeno en la parte inferior;
alimentar al menos una porción de la primera corriente enriquecida en oxígeno a una columna (102) de presión intermedia, para producir una segunda corriente enriquecida en nitrógeno en la parte superior y una segunda corriente enriquecida en oxígeno en la parte inferior, enviar al menos una porción de la segunda corriente enriquecida en nitrógeno a una columna (103) de baja presión y/o a un condensador (27) de la parte superior de una columna (104) de argón, enviar al menos una porción de la segunda corriente enriquecida en oxígeno a una columna de baja presión,
separar una tercera corriente enriquecida en oxígeno en la parte inferior, y una tercera corriente enriquecida en nitrógeno en la parte superior de la columna de baja presión,
enviar un gas de calefacción a una caldera (8) de la parte inferior de la columna de baja presión,
eliminar al menos una porción de la tercera corriente enriquecida en oxígeno en un punto de eliminación,
eliminar una primera corriente enriquecida en argón que contiene entre 3 y 12% en moles de argón procedente de la columna de baja presión,
enviar la primera corriente enriquecida en argón a la columna de argón, que tiene un condensador en la parte superior, recuperar una segunda corriente enriquecida en argón, más rica en argón que la primera corriente enriquecida en argón, en la parte superior de la columna de argón, y eliminar una cuarta corriente enriquecida en oxígeno en la parte inferior de la columna de argón en la que la columna de argón tiene una caldera (23) en la parte inferior calentado mediante una corriente de gas que contiene al menos 90% en moles de nitrógeno, caracterizado porque la corriente de gas que calienta a la caldera de la parte inferior de la columna de argón es al menos una porción de la tercera corriente enriquecida en nitrógeno.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende comprimir al menos una porción de la tercera corriente de gas enriquecido en nitrógeno, y enviarla como gas de calentamiento a la caldera de la parte inferior de la columna de argón.
3. El procedimiento de las reivindicaciones 1 ó 2, que comprende enviar la cuarta corriente enriquecida en oxígeno a la columna de baja presión.
4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende eliminar en forma líquida la primera corriente enriquecida en argón (33, 41) procedente de la columna de baja presión.
5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la columna de baja presión funciona entre 3 y 7 bares.
6. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que comprende eliminar la primera corriente (41) enriquecida en argón en la parte inferior de la columna de baja presión.
7. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende eliminar la tercera corriente enriquecida en oxígeno y/o la segunda corriente enriquecida en argón y/o la cuarta corriente enriquecida en oxígeno, como productos.
8. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que la tercera y/o cuarta corriente enriquecida en oxígeno contiene al menos 95% en moles de oxígeno, y/o la segunda corriente enriquecida en argón contiene al menos 95% de argón.
9. El procedimiento de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende eliminar la primera corriente (33, 41) enriquecida en argón como máximo 5 platos teóricos por encima de la parte inferior de la columna de baja presión, y eliminar como producto la cuarta corriente enriquecida en oxígeno.
10. El procedimiento de la reivindicación 9, en el que la cuarta corriente enriquecida en oxígeno contiene al menos 95% en moles de oxígeno.
11. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende enviar el líquido enriquecido en nitrógeno desde la parte superior de la columna de baja presión al condensador de la parte superior de la columna de argón.
12. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende enviar el líquido enriquecido en nitrógeno desde la parte superior de la columna de presión elevada al condensador de la parte superior de la columna de argón.
13. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el gas calefactor para la caldera de la parte inferior de la columna de baja presión es gas enriquecido en nitrógeno procedente de la columna de presión elevada, o es aire.
14. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que las corrientes enriquecidas en oxígeno de diferentes purezas se eliminan de la columna de baja presión.
15. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en el que la columna de baja presión funciona por encima de 2 bares.
16. El procedimiento de la reivindicación 15, en el que la columna de baja presión funciona por encima de 4 bares.
17. El procedimiento de la reivindicación 15, en el que la columna de argón funciona a una presión menor que la columna de baja presión, preferiblemente al menos 0,5 bares menor que la columna de baja presión.
18. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18, en el que la columna de presión intermedia tiene una caldera en la parte inferior.
19. El procedimiento de la reivindicación 18, que comprende enviar un gas enriquecido en nitrógeno desde la columna de presión elevada hasta la caldera de la parte inferior.
20. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, que comprende al menos vaporizar o subenfriar parcialmente al menos parte del segundo fluido enriquecido en nitrógeno antes de enviarlo a la columna de baja presión.
21. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, que comprende al menos vaporizar o subenfriar parcialmente al menos parte del segundo fluido enriquecido en oxígeno antes de enviarlo a la columna de baja presión.
22. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 21, en el que la columna de presión intermedia tiene un condensador en la parte superior, y comprende enviar al menos parte del segundo fluido enriquecido en oxígeno al condensador de la parte superior.
23. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22, que comprende enviar aire a la columna de presión intermedia.
24. Un aparato para separar aire mediante destilación criogénica, que comprende una columna (101) de presión elevada, una columna (102) de presión intermedia, y una columna (103) de presión baja que tiene una caldera (8) en la parte inferior, y una columna (104) de argón que tiene un condensador (27) en la parte superior y una caldera (23) en la parte inferior, un conducto para enviar aire a la columna de presión elevada, un conducto para enviar al menos parte de un primer líquido enriquecido en oxígeno desde la columna de presión elevada a la columna de presión intermedia, un producto para enviar un segundo fluido enriquecido en oxígeno desde la parte inferior de la columna de presión intermedia a la columna de presión baja, un conducto para enviar un segundo fluido enriquecido en nitrógeno desde la parte superior de la columna de presión intermedia a la columna de baja presión o al condensador de la parte superior de la columna de argón, un conducto para enviar un gas calefactor hasta la caldera de la parte inferior de la columna de baja presión, un conducto para eliminar un tercer fluido enriquecido en oxígeno procedente de la columna de baja presión, un conducto para enviar un líquido enriquecido en nitrógeno desde la columna de presión elevada a la columna de baja presión, un conducto para enviar una primera corriente enriquecida en argón desde la columna de baja presión a la columna de argón, un conducto para retirar de la columna de argón una segunda corriente enriquecida en argón, y un conducto para retirar de la columna de argón una cuarta corriente enriquecida en oxígeno, caracterizado porque incluye un conducto para enviar una tercera corriente enriquecida en nitrógeno desde la columna (103) de baja presión a la caldera (23) de la parte inferior de la columna de argón.
25. El aparato de la reivindicación 24, que incluye un compresor (81) para comprimir la tercera corriente enriquecida en nitrógeno antes de enviarla a la caldera de la parte inferior de la columna de argón.
26. El aparato de la reivindicación 24, que comprende un conducto para enviar un líquido enriquecido en nitrógeno desde la parte superior de la columna de baja presión hasta el condensador de la parte superior de la columna de argón.
27. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 24 a 26, en el que el conducto para eliminar la primera corriente enriquecida en argón está conectado a la parte inferior de la columna de baja presión.
28. El aparato de las reivindicaciones 24 a 27, que comprende un conducto para enviar la cuarta corriente enriquecida en oxígeno hasta un punto intermedio de la columna de baja presión.
\newpage
29. El aparato de las reivindicaciones 24 a 28, que comprende medios para presurizar al menos un líquido enriquecido en oxígeno retirado de la columna de argón o de la columna de baja presión.
30. El aparato de las reivindicaciones 24 a 29, que comprende conductos para retirar corrientes enriquecidas en oxígeno, de diferentes purezas, de la columna a baja presión.
31. El aparato de las reivindicaciones 24 a 30, en el que el conducto para eliminar la primera corriente (41) enriquecida en argón está conectado a un nivel intermedio de la columna de baja presión.
32. El aparato de las reivindicaciones 24 a 31, que comprende un medio (83) para al menos vaporizar o subenfriar parcialmente el segundo líquido enriquecido en nitrógeno antes de enviarlo a la columna de baja presión.
33. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 24 a 32, que comprende un medio (83) para al menos vaporizar o subenfriar parcialmente el segundo líquido enriquecido en oxígeno antes de enviarlo a la columna de baja presión.
34. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 24 a 33, en el que la columna de presión intermedia tiene una caldera en la parte inferior.
35. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 24 a 34, que comprende medios para enviar un gas enriquecido en nitrógeno desde la columna de presión elevada hasta la caldera de la parte inferior de la columna de presión intermedia.
36. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 24 a 35, en el que la columna de presión intermedia tiene un condensador en la parte superior.
37. El aparato de la reivindicación 36, que comprende medios para enviar al menos parte del segundo fluido enriquecido en oxígeno al condensador de la parte superior de la columna de presión intermedia.
38. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 24 a 37, que comprende medios para enviar aire a la columna de presión intermedia y/o a la columna de baja presión.
39. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones 24 a 38, que comprende medios para expandir la primera corriente enriquecida en argón enviada desde la columna de baja presión a la columna de argón.
40. El aparato de la reivindicación 39, en el que el medio de expansión es una válvula.
ES00201765T 1999-05-25 2000-05-19 Sistema de destilacion criogenica para separacion de aire. Expired - Lifetime ES2218062T3 (es)

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