ES2219942T3 - Procedimiento y dispositivo para obtener oxigeno a presion y cripton/xenon por descomposicion de aire a baja temperatura. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para obtener oxigeno a presion y cripton/xenon por descomposicion de aire a baja temperatura.Info
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Abstract
Procedimiento para obtener oxígeno a presión y criptón/xenón por descomposición de aire a baja temperatura en un sistema de rectificación que presenta una columna de baja presión (3) para la separación de nitrógeno-oxígeno y una columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15), en cuyo procedimiento ¿ se introduce aire de carga comprimido y previamente depurado (4, 21, 22, 23) en el sistema de rectificación y ¿ se extrae una primera fracción de oxígeno (11) de la columna de baja presión (3), se la lleva (12) en estado líquido a una presión elevada, se la evapora y se la evacúa como producto de oxígeno gaseoso a presión (24), en cuyo procedimiento, además, ¿ se extrae una segunda fracción de oxígeno (16) de la columna de baja presión (3), se la lleva (17) a una presión elevada y se la conduce (18) a la zona inferior o central de la columna de enriquecimiento de criptónxenón (15), ¿ se extrae la primera fracción de oxígeno (11) al menos un plato práctico o teórico por encima del sumidero de la columna de baja presión (3) y, después del aumento (12) de la presión, se introduce (14) dicha fracción en estado líquido en la zona superior de la columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15), ¿ se extrae de la zona inferior de la columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15) una fracción (19) enriquecida en criptón y/o xenón, ¿ se retira el producto de oxígeno a presión (24) en forma gaseosa de la zona superior de la columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15) y ¿ la columna de enriquecimiento de criptónxenón (15) presenta un evaporador de sumidero (20).
Description
Procedimiento y dispositivo para obtener oxígeno
a presión y criptón/xenón por descomposición de aire a baja
temperatura.
La invención parte de un procedimiento para
obtener oxígeno a presión, en el que se introduce aire de carga
comprimido y previamente depurado en el sistema de rectificación y
se extrae de la columna de baja presión una primera fracción de
oxígeno, se lleva ésta en forma líquida a una elevada presión y se
la evacúa como producto de oxígeno gaseoso a presión.
Tales procedimientos para generar oxígeno gaseoso
a presión son conocidos desde hace bastante tiempo (véase, por
ejemplo, el documento DE 880893). El aumento de la presión en el
producto líquido con evaporación subsiguiente se denomina
frecuentemente "compresión interior". Los documentos DE
19529681 A y EP 716280 A muestran ejemplos recientes para tales
procesos.
La invención se basa en el problema de obtener de
manera económicamente favorable en un procedimiento de esta clase y
en un dispositivo correspondiente, aparte del producto de oxígeno a
presión, un producto enriquecido en criptón y xenón.
Este problema se resuelve con las características
de la reivindicación 1 o de la reivindicación 5.
En los métodos conocidos hasta ahora para obtener
criptón/xenón se introduce la fracción del sumidero de la columna de
baja presión (la segunda fracción de oxígeno) en una columna de
enriquecimiento de criptón-xenón (columna de
descarga de metano), en cuya cabeza se carga oxígeno líquido pobre
en criptón/xenón. Por tanto, el metano que se acumula en el sumidero
de la columna de baja presión puede ser retirado del procedimiento a
través del producto de cabeza gaseoso de la columna de descarga de
metano. El producto del sumidero de la columna de descarga de metano
contiene aún solamente cantidades extraordinariamente pequeñas de
metano y está enriquecido en criptón y xenón. Puede ser retirado
directamente de la columna de descarga de metano como preconcentrado
de criptón/xenón o bien devuelto a la columna de baja presión y
retirado de allí como preconcentrado. Esta forma de proceder es en
sí conocida y se ha descrito, por ejemplo, en Hausen/Linde,
Tieftemperaturtechnik, segunda edición, 1985, páginas 337 y
siguientes y en el documento DE 4332870 A1.
En la invención se hace funcionar la columna de
enriquecimiento de criptón-xenón (que actúa
eventualmente como columna de descarga de metano) a una presión
elevada que corresponde de preferencia a aproximadamente la presión
deseada del producto en el oxígeno a presión. La presión de
funcionamiento de la columna de enriquecimiento de
criptón-xenón es, por ejemplo, de 1,5 a 10 bares,
preferiblemente 2,5 a 7 bares. El oxígeno líquido a partir del cual
se forma el producto de oxígeno a presión (la primera fracción de
oxígeno), no se retira en su sumidero como es usual, sino por encima
de un segmento de intercambio de materias que retiene criptón y
xenón en el sumidero de la columna de baja presión. Dicho oxígeno
líquido forma el líquido de retorno pobre en criptón/xenón para la
columna de enriquecimiento de criptón-xenón. Con
miras a la obtención de oxígeno a presión se evapora dicho oxígeno
líquido - en lugar de la evaporación indirecta usual en
procedimientos de compresión interior - mediante intercambio de
calor directo con el vapor que asciende en la columna de
enriquecimiento de criptón-xenón. La primera
fracción de oxígeno evaporada es retirada como vapor de cabeza de la
columna de enriquecimiento de criptón-xenón,
calentada a la temperatura ambiente y evacuada como producto de
oxígeno a presión. El segmento de intercambio de materias por debajo
de la zona de retirada de la primera fracción de oxígeno es formado
por al menos uno, preferiblemente uno a cinco, a lo sumo
preferiblemente uno a tres platos de rectificación que están
dispuestos inmediatamente por encima del sumidero de la columna de
baja presión. Preferiblemente, en la invención se utiliza un sistema
de dos o más columnas para la separación de
nitrógeno-oxígeno que, aparte de la columna de baja
presión, presenta también una columna de alta presión que se hace
funcionar a presión más alta que la de la columna de baja
presión.
Preferiblemente, la columna de alta presión y la
columna de baja presión están térmicamente acopladas a través de un
condensador-evaporador común (condensador
principal) en el que se condensa vapor rico en nitrógeno de la
columna de alta presión contra un líquido en evaporación rico en
oxígeno procedente de la columna de baja presión. Sin embargo, la
invención se puede realizar también en un sistema de una sola
columna en el que la columna de baja presión esté formada por una
columna individual. El empleo del término "columna de baja
presión" no significa necesariamente que esta columna se haga
funcionar bajo aproximadamente la presión atmosférica. Tanto en
procedimientos de una sola columna como en procedimientos de dos y
más columnas la columna de baja presión puede hacerse funcionar
también bajo presión elevada. La presión de funcionamiento de la
columna de baja presión es, por ejemplo, de 1,1 a 4 bares,
preferiblemente 1,1 a 2,0 bares. La columna de enriquecimiento de
criptón-xenón se hace funcionar por debajo de la
presión crítica del oxígeno, según la presión del producto, por
ejemplo, a 2-10 bares, preferiblemente a
5-6 bares.
La primera fracción de oxígeno no se retira
directamente en el sumidero de la columna de baja presión, sino que
se retira al menos un plato práctico o teórico por encima del
sumidero o por encima de la zona de extracción de la segunda
fracción de oxígeno. (En caso de que en el segmento correspondiente
se empleen exclusivamente platos prácticos como elementos de
intercambio de materia, rigen los datos en números de platos
prácticos; en caso de que se utilicen un empaquetamiento, cuerpos de
relleno o combinaciones de diferentes tipos de elementos de
intercambio de materias, han de aplicarse los datos en números de
platos teóricos.) Para aumentar la presión en el estado líquido se
puede utilizar cualquier medio conocido o bien una combinación de
medios conocidos diferentes.
Frente a una combinación sencilla de
procedimientos de compresión interior conocidos, en los que la
primera fracción de oxígeno se retira del sumidero de la columna de
baja presión, con procedimientos conocidos para obtener
criptón/xenón con columna de enriquecimiento de
criptón-xenón (columna de descarga de metano) se
obtiene en el procedimiento según la invención un aumento del
rendimiento en criptón y/o xenón de 20 a 25%.
La segunda fracción de oxígeno tiene que ser
llevada a la presión de funcionamiento de la columna de
enriquecimiento de criptón-xenón antes de su
introducción en ésta. Sin embargo, preferiblemente, la segunda
fracción de oxígeno es llevada en estado líquido a una presión
elevada antes de su introducción en la columna de enriquecimiento de
criptón-xenón y seguidamente es introducida en
estado líquido en la columna de enriquecimiento de
criptón-xenón.
Es favorable que el evaporador del sumidero de la
columna de enriquecimiento de criptón-xenón sea
hecho funcionar por intercambio de calor indirecto con una corriente
parcial del aire de carga. Preferiblemente, el aire de carga se
condensa al menos parcialmente en el evaporador del sumidero. El
condensado generado durante el intercambio de calor indirecto es
introducido, por ejemplo, en una de las columnas del sistema de
rectificación, preferiblemente en la columna de baja presión.
Preferiblemente, el aire de carga utilizado como
medio de calentamiento es llevado aguas arriba del evaporador del
sumidero a una presión que es más alta que la máxima presión de
funcionamiento de las columnas del sistema de rectificación. Esta
presión se elige de modo que la temperatura de condensación del aire
de carga en el evaporador del sumidero esté, por ejemplo,
aproximadamente 1 a 2 K por encima de la temperatura de evaporación
del líquido del sumidero de la columna de enriquecimiento de
criptón-xenón. Esto puede materializarse, por
ejemplo, comprimiendo todo el aire de carga hasta una presión muy
alta (por ejemplo hasta un valor superior a la presión de la columna
de alta presión en el caso de un sistema de dos columnas) o bien
recomprimiendo la corriente parcial empleada como medio de
calentamiento desde un nivel más bajo (por ejemplo, la presión de la
columna de alta presión) hasta esta alta presión.
Ejecuciones ventajosas del dispositivo para
obtener oxígeno a presión y criptón/xenón pueden deducirse de las
reivindicaciones 6 y 7.
La invención y otros detalles de la misma se
explican seguidamente en forma más pormenorizada haciendo referencia
a un ejemplo de ejecución representado en el dibujo.
Una primera corriente de aire de carga, que se ha
comprimido a 6 bares y seguidamente se ha depurado y enfriado hasta
aproximadamente el punto de rocío, entra en la columna de alta
presión 2 de una columna doble 1 a través de una tubería 4. Después
de subenfriamiento en un primer aparato 5 de circulación a
contracorriente se alimentan, al menos en parte, nitrógeno 6 y
oxígeno bruto 7 a la columna de baja presión 3 (presión de
funcionamiento 1,2 a 1,7 bares, preferiblemente 1,2 a 1,4 bares).
Las columnas de alta presión y de baja presión están en relación de
intercambio de calor a través de un
condensador-evaporador 10. En la zona superior de la
columna de baja presión 3 se extrae nitrógeno puro e impuro 8, 9
como productos y se calientan éstos en el aparato 5 de circulación a
contracorriente y en el intercambiador de calor principal no
representado. (Otras acometidas posibles, por ejemplo para la
alimentación directa de aire a la columna de baja presión o para la
conexión de una columna de argón bruto, no están representadas en el
dibujo.) Las presiones de funcionamiento de la columna de alta
presión y la columna de baja presión eran en el ejemplo de 5,5
bares y 1,3 bares, respectivamente, en la cabeza.
Una primera fracción de oxígeno 11 es extraída en
forma líquida tres platos por encima del sumidero de la columna de
baja presión, llevada por medio de una bomba 12 a una presión de 9
bares, subenfriada en un segundo aparato de circulación a
contracorriente y entregada, a través de una tubería 14, a la cabeza
de una columna de enriquecimiento de criptón-xenón
15. Líquido del sumidero de la columna de baja presión (segunda
fracción de oxígeno) es extraído a través de una tubería 16, llevado
en otra bomba 17 a una presión de 9 bares, enfriado también en el
segundo aparato 13 de circulación a contracorriente y alimentado a
la columna de enriquecimiento de criptón-xenón 15 en
un punto intermedio (tubería 18). El punto de alimentación está en
el ejemplo tres platos por encima del sumidero de la columna de
enriquecimiento de criptón-xenón 15.
Se retira del sumidero de la columna de
enriquecimiento de criptón-xenón 15 un
preconcentrado de criptón-xenón 19 como fracción
enriquecida en criptón y/o xenón. Este puede acumularse en un
depósito o alimentarse directamente a otros pasos del procedimiento
para obtener criptón y/o xenón. El gas de cabeza 24 de la columna de
enriquecimiento de criptón-xenón 15 forma el
producto de oxígeno a presión y es calentado en el intercambiador de
calor principal contra aire de carga (no representado).
La columna de enriquecimiento de
criptón-xenón 15 es calentada por intercambio de
calor indirecto 20 con una segunda corriente de aire de carga
depurada y enfriada 21 que está a una presión de 22 bares. El
condensado 22 que entonces se produce es calentado en el segundo
aparato 13 de circulación a contracorriente y conducido (23) a la
columna de alta presión 2 algunos platos por encima del punto de
alimentación de la primera corriente de aire de carga 4.
En caso de que deba obtenerse nitrógeno como
producto de alta presión, una parte 25 del nitrógeno de cabeza de la
columna de alta presión 2 puede ser puesto a presión en estado
líquido en una bomba 26 y conducido a través del segundo aparato 13
de circulación a contracorriente.
Claims (7)
1. Procedimiento para obtener oxígeno a presión y
criptón/xenón por descomposición de aire a baja temperatura en un
sistema de rectificación que presenta una columna de baja presión
(3) para la separación de nitrógeno-oxígeno y una
columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15), en
cuyo procedimiento
- \bullet
- se introduce aire de carga comprimido y previamente depurado (4, 21, 22, 23) en el sistema de rectificación y
- \bullet
- se extrae una primera fracción de oxígeno (11) de la columna de baja presión (3), se la lleva (12) en estado líquido a una presión elevada, se la evapora y se la evacúa como producto de oxígeno gaseoso a presión (24),
en cuyo procedimiento,
además,
- \bullet
- se extrae una segunda fracción de oxígeno (16) de la columna de baja presión (3), se la lleva (17) a una presión elevada y se la conduce (18) a la zona inferior o central de la columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15),
- \bullet
- se extrae la primera fracción de oxígeno (11) al menos un plato práctico o teórico por encima del sumidero de la columna de baja presión (3) y, después del aumento (12) de la presión, se introduce (14) dicha fracción en estado líquido en la zona superior de la columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15),
- \bullet
- se extrae de la zona inferior de la columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15) una fracción (19) enriquecida en criptón y/o xenón,
- \bullet
- se retira el producto de oxígeno a presión (24) en forma gaseosa de la zona superior de la columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15) y
- \bullet
- la columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15) presenta un evaporador de sumidero (20).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que la segunda fracción de oxígeno (11) es llevada (17) en estado
líquido a una presión elevada antes de su introducción (18) en la
columna de enriquecimiento de criptón-xenón
(15).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en la que se emplea aire de carga (21) como medio de calentamiento
para el evaporador (20) del sumidero de la columna de
enriquecimiento de criptón-xenón (15).
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el
que el aire de carga (21) empleado como medio de calentamiento es
llevado aguas arriba del evaporador (20) del sumidero a una presión
que es más alta que la máxima presión de funcionamiento de las
columnas (2, 3, 15) del sistema de rectificación.
5. Dispositivo para obtener oxígeno a presión y
criptón/xenón por descomposición de aire a baja temperatura con un
sistema de rectificación que presenta una columna de baja presión
(3) para la separación de nitrógeno-oxígeno y una
columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15), y
con
- \bullet
- una tubería de aire de carga (4) para introducir aire de carga comprimido y previamente depurado en el sistema de rectificación,
- \bullet
- una primera tubería de oxígeno (11, 14) para extraer una primera fracción de oxígeno como líquido de la columna de baja presión (3), que presenta un medio (12) para aumentar la presión de la primera fracción de oxígeno en estado líquido y que está unida aguas abajo del medio para aumentar la presión con un medio para evaporar la primera fracción de oxígeno puesta a presión en estado líquido, y
- \bullet
- una tubería de producto a presión (24) que está unida con el medio de evaporación,
comprendiendo
también
- \bullet
- una segunda tubería de oxígeno (16, 18) para extraer una segunda fracción de oxígeno de la columna de baja presión (3), que presenta un medio (17) para aumentar la presión de la segunda fracción de oxígeno y está unida con la zona inferior o central de la columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15),
- \bullet
- en la columna de baja presión (3) está dispuesto entre la primera tubería de oxígeno (11) y el sumidero un segmento de intercambio de materias que comprende al menos un plato práctico o teórico,
- \bullet
- el medio de evaporación está formado por la columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15), estando unida la primera tubería de oxígeno (11, 14) con la zona superior de la columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15),
- \bullet
- una tubería de preconcentrado (19) para extraer una fracción enriquecida en criptón y/o xenón está unida con la zona inferior de la columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15), y
- \bullet
- la tubería de producto a presión (24) está unida con la zona superior de la columna de enriquecimiento de criptón-xenón (15),
- \bullet
- presentando la columna de enriquecimiento de criptón-xenón un condensador-evaporador como evaporador del sumidero.
6. Dispositivo según la reivindicación 5, en el
que la segunda tubería de oxígeno presenta aguas arriba de la
columna de enriquecimiento de criptón-xenón un medio
para aumentar la presión de la segunda fracción de oxígeno en
estado líquido.
7. Dispositivo según la reivindicación 5 ó 6, en
el que el recinto de condensación del evaporador del sumidero de la
columna de enriquecimiento de criptón-xenón está
unido con una tubería para introducir un medio de calentamiento,
especialmente aire de carga.
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