ES2230020T3 - Procedimiento y dispositivo para la produccion de nitrogeno muy puro mediante descomposicion de aire a muy baja temperatura. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para la produccion de nitrogeno muy puro mediante descomposicion de aire a muy baja temperatura.

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ES2230020T3
ES2230020T3 ES00124031T ES00124031T ES2230020T3 ES 2230020 T3 ES2230020 T3 ES 2230020T3 ES 00124031 T ES00124031 T ES 00124031T ES 00124031 T ES00124031 T ES 00124031T ES 2230020 T3 ES2230020 T3 ES 2230020T3
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Abstract

Procedimiento para la producción de nitrógeno muy puro mediante descomposición de aire a muy baja temperatura en un sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno, que tiene por lo menos una primera columna de rectificación (4), realizándose en el caso del procedimiento que a. se retira nitrógeno en circuito (24) en forma gaseosa desde la región superior de la primera columna de rectificación (4) y b. se comprime en un compresor de circuito (30), c. se licua una primera parte (35) del nitrógeno en circuito comprimido, d. se introduce por (52) una primera fracción de nitrógeno (52), procedente del sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno, en una columna para nitrógeno muy puro (39) que tiene un condensador de cabezas (54) y e. desde la región superior de la columna para nitrógeno muy puro (39) se retira nitrógeno muy puro (56), caracterizado porque f. el consumo de frío del condensador de cabezas (54) de la columna para nitrógeno muy puro (39) se cubre por lo menos parcialmente mediante nitrógeno en circuito licuado (38).

Description

Procedimiento y dispositivo para la producción de nitrógeno muy puro mediante descomposición de aire a muy baja temperatura.
El invento se refiere a un procedimiento para la producción de nitrógeno muy puro mediante descomposición de aire a muy baja temperatura, de acuerdo con el prefacio de la reivindicación 1 de esta patente. El invento se refiere también a un dispositivo de acuerdo con el prefacio de la reivindicación 13. Tal procedimiento y tal dispositivo se conocen a partir del documento de patente de los EE.UU. US-A-5.596.886. Este procedimiento, junto a un sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno, tiene una columna para nitrógeno muy puro, en la que a partir de una fracción de nitrógeno, que se había obtenido en el sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno, se produce el producto muy puro, siendo reducido el contenido de CO mediante rectificación.
El sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno puede estar estructurado como un sistema de una, dos o más columnas. Preferiblemente, pasa a emplearse un clásico procedimiento con doble columna de Linde. Los fundamentos de la descomposición de aire a muy baja temperatura en general, así como la estructura de instalaciones de doble columna en especial, se conocen a partir de la monografía "Tieftemperaturtechnik" [Técnica de muy bajas temperaturas] de Hausen/Linde (2ª edición, 1985) o a partir de un artículo de Latimer en Chemical Engineering Progress (volumen 63, n° 2, 1967, página 35). Adicionalmente al sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno, en el caso del procedimiento conforme al invento se pueden emplear otros dispositivos para la obtención de otros componentes del aire, en particular de un oxígeno muy puro o de gases nobles, tales como por ejemplo argón.
Un procedimiento para la obtención por rectificación de nitrógeno muy puro con un contenido disminuido de CO, es conocido a partir de la patente europea EP 299364 B1. La eliminación del CO, y eventualmente la eliminación del argón, tienen lugar en este caso en la región superior de la parte de alta presión de la doble columna para la separación entre nitrógeno y oxígeno. Una desventaja de este procedimiento consiste en que se puede obtener en forma muy pura solamente una pequeña parte del producto total de nitrógeno; la mayor parte se debe retirar como nitrógeno con una pureza habitual, en particular sin reducción del contenido de CO (y eventualmente del contenido de argón).
El invento se basa en la misión de presentar un procedimiento y un dispositivo en los que una proporción especialmente alta del producto de nitrógeno se pueda obtener en una forma muy pura, en particular con una concentración disminuida de CO.
El problema planteado por esta misión se resuelve mediante las características de la reivindicación 1 de esta patente. En este caso, se emplea una columna para nitrógeno muy puro, cuyo consumo de frío se cubre a partir del nitrógeno líquido, que se produce en un circuito de nitrógeno. Un circuito de este tipo sirve para la producción de grandes cantidades de un producto líquido, y es de por sí conocido. La idea esencial del invento es la ventajosa unión de este circuito de licuación con la columna para nitrógeno muy puro.
Para la transferencia del frío desde el nitrógeno en circuito licuado a la fracción de cabezas de la columna para nitrógeno muy puro, son posibles las siguientes variantes, que fundamentalmente se pueden realizar también en cualquier combinación:
i)
introducción inmediata del nitrógeno en circuito licuado dentro del espacio para evaporación del condensador de cabezas (de la parte superior) de la columna de nitrógeno muy puro
ii)
introducción del nitrógeno en circuito licuado dentro de la columna para nitrógeno muy puro (junto a la parte de cola (parte inferior de la columna) o algunos platos por encima de ella), retirada de un líquido desde la columna para nitrógeno muy puro (por ejemplo junto a la parte de cola) e introducción de este líquido (cuya composición es muy similar o igual a la del nitrógeno en circuito licuado) dentro del espacio para evaporación del condensador de cabezas de la columna para nitrógeno muy puro
iii)
introducción del nitrógeno en circuito licuado dentro de otro recipiente (por ejemplo la primera columna de rectificación), retirada de un líquido con una composición igual o similar desde este recipiente, e introducción de este líquido (cuya composición es muy similar o igual a la del nitrógeno en circuito licuado) dentro del espacio para evaporación del condensador de cabezas de la columna para nitrógeno muy puro
que está en comunicación con una primera columna de rectificación del sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno, no de manera directa, sino a través de un circuito de nitrógeno. Con esta finalidad, la columna para nitrógeno muy puro es alimentada a partir de la, o de una de las, turbina(s) de expansión del circuito de nitrógeno con nitrógeno en circuito gaseoso, que se introduce preferiblemente en la región inferior de la columna para nitrógeno muy puro. Dentro de la columna para nitrógeno para nitrógeno muy puro, el vapor ascendente se empobrece en cuanto a componentes más difícilmente volátiles, en particular CO y/o argón, mediante una rectificación en contracorriente. Desde la región superior de la columna para nitrógeno muy puro se retira el producto de nitrógeno correspondientemente muy puro. En virtud del circuito existente, una parte, o preferiblemente la totalidad, del producto de nitrógeno muy puro puede retirarse en forma líquida e introducirse por ejemplo en un depósito.
Por medio de la integración del circuito y de la columna para nitrógeno muy puro se puede conseguir, en el caso del procedimiento conforme al invento, prácticamente cualquier conversión en la columna para nitrógeno muy puro, estructurándose o bien haciéndose funcionar de manera correspondiente el circuito de nitrógeno. Esto hace posible una adaptación flexible del proceso a necesidades específicas de los clientes. Por ejemplo, es posible producir la totalidad del producto de nitrógeno aprovechable en una forma muy pura, sin que resulte nitrógeno con pureza convencional como producto secundario. Esto es favorable en particular en el caso de la introducción -que se presenta con frecuencia- de los productos del proceso en depósitos para líquido, puesto que en vez de los dos depósitos para nitrógeno, que son necesarios en el caso del estado de la técnica para las diferentes purezas, puede ser suficiente ahora un depósito para el nitrógeno muy puro. Además, con el procedimiento conforme al invento se puede hacer variar durante el funcionamiento la cantidad producida del nitrógeno muy puro.
De modo preferido, se conduce por lo menos una primera corriente parcial del nitrógeno en circuito licuado de retorno al sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno, en particular a la primera columna de rectificación. Con ello, el frío generado en el circuito se puede aprovechar para la obtención de productos líquidos directamente a partir del sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno. En este caso, se producen por ejemplo nitrógeno líquido de pureza convencional y/u oxígeno líquido.
La integración entre el sistema de circuito y la columna para nitrógeno muy puro se puede reforzar adicionalmente, retirando el material empleado gaseoso para la columna de nitrógeno muy puro, por lo menos parcialmente, desde el circuito de nitrógeno. Para esto, una segunda parte del nitrógeno en circuito comprimido se expande y se introduce en una columna para nitrógeno muy puro. La expansión de la segunda parte del nitrógeno en circuito comprimido se lleva a cabo preferiblemente con prestación de trabajo.
En muchos casos se desea también una concentración especialmente baja de impurezas más fácilmente volátiles, tales como hidrógeno, neón y/o helio, en el producto de nitrógeno muy puro. Para esto es ventajoso que el nitrógeno en circuito sea retirado por lo menos de un plato teórico o respectivamente práctico por debajo de la parte de cabeza de la primera columna de rectificación y/o que el nitrógeno muy puro sea retirado por lo menos de un plato teórico o respectivamente práctico por debajo de la parte de cabeza de la columna para nitrógeno muy puro. Preferiblemente, junto a la parte de cabeza de la primera columna de rectificación o bien de la columna para nitrógeno muy puro se encuentra(n) en cada caso de uno a cinco, preferiblemente de dos a tres, platos denominados de bloqueo. Ambas medidas técnicas producen cada una de por sí una disminución del contenido en cuanto a componentes más fácilmente volátiles en el nitrógeno muy puro; ellas se pueden aplicar de manera individual o en combinación.
Es favorable además que el reflujo para la columna para nitrógeno muy puro se produzca en un condensador de cabezas, mediante el recurso de que una segunda corriente parcial del nitrógeno en circuito licuado se evapora en un condensador de cabezas de la columna para nitrógeno muy puro en contracorriente con un gas de cabezas, que se está condensando, de la columna para nitrógeno muy puro. El nitrógeno en circuito, evaporado en el condensador de cabezas de la columna para nitrógeno muy puro, se conduce preferiblemente de retorno al compresor de circuito, por ejemplo mezclándolo con el nitrógeno en circuito que procede de la primera columna de rectificación. Con una realización del procedimiento de esta índole, se suministra por el circuito de nitrógeno también el frío del procedimiento, que se necesita para el funcionamiento de la columna para nitrógeno muy puro. En el espacio para evaporación del condensador de cabezas debe reinar para esto una presión ligeramente más baja que en la parte de cabeza de la columna para nitrógeno muy puro, con el fin de que la correspondiente diferencia de temperaturas pueda impulsar la transferencia de calor al condensador de cabezas. La presión de funcionamiento junto a la parte de cabeza de la columna para nitrógeno muy puro es, por ejemplo, igual a la presión junto a la parte de cabeza de la primera columna de rectificación.
La segunda corriente parcial del nitrógeno en circuito licuado se puede conducir para esto directamente desde el circuito al espacio para evaporación del condensador de cabezas de la columna para nitrógeno muy puro. De modo preferido, ésta se introduce sin embargo en primer lugar en la columna para nitrógeno muy puro, se saca desde la región inferior de la columna para nitrógeno muy puro, y a continuación se aporta a la evaporación en el condensador de cabezas de la columna para nitrógeno muy puro.
También la primera corriente parcial del nitrógeno en circuito licuado se puede introducir dentro de la columna para nitrógeno muy puro - por ejemplo en común con la segunda corriente parcial. Ella se retira luego asimismo desde la región inferior de la columna para nitrógeno muy puro, y a continuación se conduce de retorno al sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno.
El nitrógeno en circuito licuado (primera parte del nitrógeno en circuito comprimido) se debe expandir corriente arriba de su subdivisión en las corrientes parciales primera y segunda, o bien de su introducción en la primera columna de rectificación. Esta etapa de expansión se puede llevar a cabo mediante una válvula de estrangulación. En el caso del procedimiento conforme al invento, es favorable que ésta se lleve a cabo con prestación de trabajo. Para esto, la correspondiente corriente parcial del nitrógeno en circuito entra por ejemplo en un estado hipercrítico dentro de una turbina y allí se expande, sin transición de fases, hasta una presión subcrítica, de manera tal que ella sale de la turbina en un estado totalmente líquido o en un estado líquido esencialmente por completo (la proporción de gas es por ejemplo hasta de aproximadamente 5%).
Alternativamente, también es posible una alimentación de la turbina con nitrógeno ya líquido en circuito bajo una presión subcrítica. Preferiblemente, las corrientes parciales primera y segunda de la primera parte del nitrógeno en circuito se expanden en común con prestación de trabajo, a continuación se introducen en común en la columna para nitrógeno muy puro; corriente abajo de la columna para nitrógeno muy puro tiene lugar entonces la subdivisión en las corrientes parciales primera y segunda.
De modo preferido, se emplea un circuito con dos turbinas, en el que una tercera parte del nitrógeno en circuito comprimido se expande con prestación de trabajo y se conduce por lo menos parcialmente de retorno al compresor de circuito, realizándose que la temperatura de entrada en la expansión con prestación de trabajo de la tercera parte del nitrógeno en circuito comprimido es más alta que la temperatura de entrada en la expansión con prestación de trabajo de la segunda parte del nitrógeno en circuito comprimido. Aquella fracción, que se trata ulteriormente en la columna para nitrógeno muy puro, atraviesa también la turbina fría. La tercera corriente parcial, después de la expansión con prestación de trabajo, se conduce preferiblemente de retorno a la entrada en el compresor del circuito, por ejemplo en común con el nitrógeno en circuito procedente de la primera columna de rectificación.
Fundamentalmente, también es posible introducir el nitrógeno procedente de la turbina caliente, o de ambas turbinas, en la columna para nitrógeno muy puro.
En este contexto, es favorable que la presión de salida de la expansión con prestación de trabajo de la tercera parte del nitrógeno en circuito comprimido sea más baja que la presión de salida de la expansión con prestación de trabajo de la segunda parte del nitrógeno en circuito comprimido. Este modo de funcionamiento hace posible, por una parte, un funcionamiento especialmente eficiente de ambas turbinas, en las que se expande el nitrógeno en circuito gaseoso; por otra parte, la presión más alta de la segunda parte se aprovecha para el funcionamiento de la columna para nitrógeno muy puro.
En el caso del invento reinan en las diferentes etapas del procedimiento, por ejemplo, las siguientes presiones y temperaturas:
Presión de funcionamiento de la primera columna de rectificación (p.ej, parte a alta presión de una doble columna) junto a la parte de cabeza:
por ejemplo de 5 a 12 bares, preferiblemente de 6 a 8 bares
Presión de salida del compresor en circuito:
por ejemplo de 22 a 63 bares, preferiblemente de 28 a 37 bares
Presión de entrada en la turbina fría (segunda parte del nitrógeno en circuito comprimido):
por ejemplo de 50 a 70 bares, preferiblemente de 58 a 63 bares
Presión de salida de la turbina fría:
por ejemplo de 4 a 11 bares, preferiblemente de 6,5 a 8,5 bares
Temperatura de entrada en la turbina fría:
por ejemplo de 150 a 175 K, preferiblemente de 155 a 170 K,
Presión de entrada en la turbina caliente (tercera parte del nitrógeno en circuito comprimido):
por ejemplo de 22 a 63 bares, preferiblemente de 28 a 37 bares
Presión de salida de la turbina caliente:
por ejemplo de 5 a 12 bares, preferiblemente de 6 a 8 bares
Temperatura de entrada en la turbina caliente:
por ejemplo de 250 a 270 K
Presión del nitrógeno en circuito que se ha de licuar:
por ejemplo de 50 a 70 bares, preferiblemente de 35 a 68 bares
Presión de funcionamiento de la columna para nitrógeno muy puro junto a la parte de cabeza:
por ejemplo de 5 a 12 bares, preferiblemente de 6,5 a 8,5 bares
Presión en el espacio para evaporación del condensador de cabezas de la columna para nitrógeno muy puro:
por ejemplo de 4,5 a 11,5 bares, preferiblemente de 6 a 8 bares.
El invento se refiere además a un dispositivo para la producción de nitrógeno muy puro mediante descomposición de aire a muy baja temperatura, de acuerdo con la reivindicación 10 de esta patente.
El invento, así como otras particularidades del invento, se explican con mayor detalle a continuación con ayuda de un Ejemplo de realización representado en el dibujo.
Un aire 1, comprimido a una presión de 6,5 bares y purificado con respecto del vapor de agua y del dióxido de carbono, se enfría en un intercambiador de calor principal 2 aproximadamente hasta el punto de rocío (descongelación) y se aporta a través de una conducción 3 a una columna a alta presión 4, que constituye en el Ejemplo la "primera columna de rectificación". La columna a alta presión 4 constituye una parte del sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno, que aquí comprende además una columna a baja presión 5. Las dos columnas 4 y 5 se hacen funcionar en este caso bajo una presión de 6,2 bares y 1,3 bares respectivamente (en cada caso junto a la parte de cabeza). Ellas están en comunicación de intercambio de calor a través de un condensador principal 6. Allí el nitrógeno de cabezas 7 de la columna a alta presión 4 se condensa en contracorriente con el líquido de colas, que se está evaporando, de la columna a baja presión 5; el condensado 8 formado de este modo se alimenta a la columna a alta presión 4 como reflujo.
A través de la conducción 18 se retira nitrógeno líquido desde la columna a alta presión 4, y concretamente dos platos 76 por debajo de la parte de cabeza. (Estos platos de bloqueo sirven para la retención de impurezas más fácilmente volátiles, que se pueden sacar como un gas no condensable a través de una salida no representada, existente en el condensador principal). El nitrógeno líquido 18 es subenfriado en un intercambiador en contracorriente para subenfriamiento 10, es expandido mediante una válvula de estrangulación 19 hasta escasamente por encima de la presión de la columna a alta presión y se introduce en un dispositivo separador 20. Un gas de evaporación instantánea 21, procedente del dispositivo separador, es añadido al nitrógeno de cabezas 14. A través de la conducción 22 se aporta como reflujo un líquido procedente del dispositivo separador 20 de la columna a baja presión. Caso de que se desee, aquí también se puede sacar además un producto líquido (LIN) a través de una conducción 23.
El líquido de colas 9, enriquecido con oxígeno, es subenfriado en un intercambiador en contracorriente para subenfriamiento 10 e introducido en la columna a baja presión 5 a través de una válvula de estrangulación 11. Desde la parte de cola (parte inferior) de la columna a baja presión 5 se saca oxígeno líquido 12 y, eventualmente después de un subenfriamiento en un intercambiador en contracorriente para subenfriamiento 10, se saca a través de la conducción 13 como un producto líquido (LOX). (De manera alternativa o adicional, se puede retirar oxígeno gaseoso desde la región inferior de la columna a baja presión 5). Como producto de cabezas de la columna a baja presión 5 se retira nitrógeno gaseoso 14 de pureza convencional, que en el Ejemplo contiene todavía 150 ppm (partes por millón) de componentes más difícilmente volátiles, en particular argón y CO. A través de las conducciones 15, 16, 17 un nitrógeno impuro, procedente de la columna a baja presión 5, se calienta en el intercambiador en contracorriente para subenfriamiento 10 y en el intercambiador de calor principal 2, y se emplea eventualmente como gas de regeneración para un dispositivo, no representado, destinado a la purificación de aire.
La columna a alta presión 4 está comunicada con un circuito de nitrógeno. Para esto, un nitrógeno en circuito 24 se retira en forma gaseosa desde la región superior de la primera columna de rectificación (columna a alta presión) 4. (Su composición es prácticamente igual a la del nitrógeno de cabezas 14 de la columna a baja presión). La retirada se efectúa en este Ejemplo por el mismo sitio intermedio, por el que también se retira el nitrógeno líquido 18 para la columna a baja presión, a saber por debajo de los platos de bloqueo 76. (También se puede prescindir de los platos de bloqueo 76; en este caso, la retirada del nitrógeno en circuito se efectúa a partir de la primera columna de rectificación junto a su parte de cabeza). Por lo menos una parte 25 del nitrógeno en circuito gaseoso se calienta en el intercambiador de calor principal 2 hasta aproximadamente la temperatura ambiente, y a través de las conducciones 26, 27, 28 y 29 se aporta a la entrada de un compresor de circuito 30, donde se comprime a aproximadamente 30
bares.
Después de haber eliminado el calor de compresión en un refrigerante posterior 31, una primera parte del nitrógeno en circuito, comprimido en el compresor de circuito 30, se conduce a través de la conducción 43 consecutivamente a través de los compresores posteriores 44, 46 (seguidos en cada caso por un refrigerante posterior 45, 47), se lleva allí a una presión de 60 bares y se introduce a través de la conducción 33 en un primer intercambiador de calor en circuito 34a, que en común con un segundo intercambiador en circuito 34b, conectador parcialmente en paralelo, forma un sistema de intercambiadores de calor en circuito. Desde el extremo frío del primer intercambiador de calor en circuito 34a, la primera parte enfriada 35 del nitrógeno en circuito comprimido entra en un estado hipercrítico dentro de una turbina de líquido 36 y allí es expandida a 6,5 bares con prestación de trabajo. La turbina de líquido 36 está comunicada con un dispositivo de freno mecánico 37, por ejemplo con un generador o con un freno de aceite.
La primera parte expandida 38 del nitrógeno en circuito se encuentra entonces en el estado líquido y es alimentada a una columna para nitrógeno muy puro 39, y concretamente a uno o varios platos por encima de su parte de cola (o también inmediatamente por encima de la parte de cola de la columna para nitrógeno muy puro). Ésta se retira de nuevo inmediatamente a través de la conducción 40. Una primera corriente parcial 42 se alimenta de retorno nuevamente a la columna a alta presión 4, con lo que se cierra el circuito de nitrógeno. Caso de que sea necesario, se puede emplear una bomba 41 para el transporte de la primera parte licuada 40 del nitrógeno en circuito.
Una segunda parte del nitrógeno en circuito, comprimido en el compresor de circuito 30, se conduce a través de las conducciones 43 y 48, en común con la primera parte, a través de los compresores posteriores 44 y 46, y luego, en dos corrientes de derivación (a través de las conducciones 33-50a y respectivamente 49-50b) se enfría a aproximadamente 170 K en el sistema de intercambiadores de calor en circuito 34a, 34b. A esta temperatura intermedia, que está situada en un valor más alto que la temperatura del extremo frío, la segunda parte del nitrógeno en circuito se conduce a través de las conducciones 50a y 50b a una turbina fría 51, y allí se expande hasta aproximadamente 6,5 bares con prestación de trabajo. La segunda parte expandida 52 del nitrógeno en circuito sirve como material de partida gaseoso para la columna para nitrógeno muy puro 39 y se alimenta inmediatamente por encima de la parte de cola. Ella forma entonces el vapor que asciende en la columna para nitrógeno muy puro 39.
Por medio de la contracorriente dentro de la columna para nitrógeno muy puro 39, se separan por lavado a partir del nitrógeno gaseoso los componentes más difícilmente volátiles, tales como por ejemplo CO y/o argón. El gas de cabezas 53 de la columna para nitrógeno muy puro 39 se condensa prácticamente de modo total en un condensador de cabezas 54 (excepto una descarga no representada para componentes más fácilmente volátiles). El condensado 55 circula como reflujo de retorno a la columna para nitrógeno muy puro 39. El condensador de cabezas 54 se enfría a través de una corriente parcial 67 de la primera parte licuada 40 del nitrógeno en circuito. El vapor 68, formado de este modo, se calienta en el primer intercambiador de calor de circuito 34 y se conduce a través de las conducciones 69, 28 y 29 de retorno a la entrada en el compresor de circuito 30. Los dos intercambiadores de calor de circuito 34a, 34b podrían estar estructurados también como un bloque común (que no se representa).
A través de la conducción 56 se saca en forma líquida un nitrógeno muy puro. Para la retención de componentes más fácilmente volátiles sirven de dos a tres platos de bloqueo 57 situados por encima de la parte de retirada de productos. El nitrógeno líquido muy puro 56 continúa circulando a través de la conducción 57 hasta el intercambiador en contracorriente para subenfriamiento 10. El nitrógeno muy puro subenfriado 58 se expande en una válvula de estrangulación 59 hasta 1,4 bares y se introduce en un dispositivo separador 60. Un gas de evaporación instantánea 61, procedente del dispositivo separador 60, se añade al nitrógeno de cabezas 14 de la columna a baja presión 5. A través de la conducción 62 se saca el líquido procedente del dispositivo separador 60 como producto de nitrógeno muy puro (HLIN).
El circuito de nitrógeno es alimentado además por el nitrógeno de cabezas 14 de la columna a baja presión 5, que, después de un calentamiento en el intercambiador en contracorriente para subenfriamiento 10 y en el intercambiador de calor principal 2, se aporta a través de la conducción 63 a un compresor 64 para gas de alimentación. Después de una compresión hasta aproximadamente la presión de entrada del compresor de circuito 30 y del enfriamiento posterior 65, éste circula a través de las conducciones 66 y 29 hasta el compresor de circuito.
Una tercera parte 70 del nitrógeno en circuito, comprimido en el compresor de circuito 30, se enfría a aproximadamente 260 K en dos ramales 71a-72a o respectivamente 71b-72b existentes en el sistema de intercambiadores de calor en circuito 34a, 34b. Por debajo de esta temperatura, ésta entra a través de la conducción 72 en una turbina caliente 73, y allí es expandida hasta aproximadamente 6 bares con prestación de trabajo. La tercera parte expandida del nitrógeno en circuito se conduce a través de las conducciones 74a y 74b de nuevo al sistema de intercambiadores de calor en circuito 34a, 34b, y después de su calentamiento inicial circula de retorno al compresor de circuito
30.
La energía mecánica, que se genera en las dos turbinas 51, 73 con admisión en forma gaseosa, sirve para la propulsión de los compresores posteriores 44, 46. Preferiblemente, las turbinas y los compresores posteriores están acoplados mecánicamente de un modo directo. Alternativamente, las turbinas 51, 73 se pueden frenar mediante generadores; en este caso, todo el nitrógeno en circuito es comprimido exclusivamente en el compresor de circuito 30 (que no se representa).
Las corrientes de compensación 76, 77 sirven para la optimización de la transferencia de calor en los tres bloques de intercambiadores de calor 34a, 34b.
El procedimiento conforme al invento se puede hacer variar de una manera múltiple y variada con respecto al Ejemplo de realización.
Así, es posible retirar el material de partida gaseoso para la columna para nitrógeno muy puro (conducción 52 en el dibujo) corriente arriba del compresor de circuito, por ejemplo por la salida del refrigerante posterior 65 del compresor 64 para gas de alimentación.
En vez de la introducción del líquido 38 desde el circuito dentro de la columna para nitrógeno muy puro 39, este líquido se puede introducir, por lo menos de manera parcial, directamente en el espacio para evaporación del condensador de cabezas 54 de la columna para nitrógeno muy puro, o en la columna a alta presión 4. En el último caso, el medio frigorífico para el condensador de cabezas 54 se debería retirar desde la columna a alta presión
4.
En particular en el caso de instalaciones, en las que no se debe obtener nada de oxígeno líquido, se puede prescindir de la aportación de nitrógeno 63 de las columnas a baja presión al circuito y con ello se puede prescindir del compresor 64 para gas de alimentación. En tales casos, puede ser conveniente hacer funcionar la doble columna 4/5 bajo una presión elevada y equipar a la columna a baja presión 5 con un condensador de cabezas, tal como se muestra por ejemplo en el documento de solicitud de patente alemana DE 3528374 A1.

Claims (13)

1. Procedimiento para la producción de nitrógeno muy puro mediante descomposición de aire a muy baja temperatura en un sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno, que tiene por lo menos una primera columna de rectificación (4), realizándose en el caso del procedimiento que
a.
se retira nitrógeno en circuito (24) en forma gaseosa desde la región superior de la primera columna de rectificación (4) y
b.
se comprime en un compresor de circuito (30),
c.
se licua una primera parte (35) del nitrógeno en circuito comprimido,
d.
se introduce por (52) una primera fracción de nitrógeno (52), procedente del sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno, en una columna para nitrógeno muy puro (39) que tiene un condensador de cabezas (54) y
e.
desde la región superior de la columna para nitrógeno muy puro (39) se retira nitrógeno muy puro (56), caracterizado porque
f.
el consumo de frío del condensador de cabezas (54) de la columna para nitrógeno muy puro (39) se cubre por lo menos parcialmente mediante nitrógeno en circuito licuado (38).
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque por lo menos una primera corriente parcial (42) del nitrógeno en circuito licuado (38, 40) se conduce de retorno al sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno, en particular a la primera columna de rectificación (4).
3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque una segunda parte del nitrógeno en circuito comprimido se expande (en 51) y se introduce (por 52) dentro de la columna para nitrógeno muy puro (39).
4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la expansión (en 51) de la segunda parte del nitrógeno en circuito comprimido se lleva a cabo con prestación de trabajo.
5. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que
-
el nitrógeno en circuito (24) se retira por lo menos de un plato teórico o respectivamente práctico (76) por debajo de la parte de cabeza de la primera columna de rectificación,
y/o
-
el nitrógeno muy puro (56) se retira por lo menos de un plato teórico o respectivamente práctico (78) situado por debajo de la parte de cabeza de la columna para nitrógeno muy puro (39).
6. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que una segunda corriente parcial (67) del nitrógeno en circuito licuado (38, 40) se evapora en un condensador de cabezas (54) de la columna para nitrógeno muy puro (39) en contracorriente con un gas de cabezas (53), que se está condensando, de la columna para nitrógeno muy puro (39).
7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el nitrógeno en circuito (68), evaporado en el condensador de cabezas (54) de la columna para nitrógeno muy puro (39), se conduce de retorno al compresor de circuito (30).
8. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 6 ó 7, en el que la segunda corriente parcial del nitrógeno en circuito licuado se introduce (por 38) en la columna para nitrógeno muy puro (39), se saca (por 40) desde la región inferior de la columna para nitrógeno muy puro, y a continuación se aporta (por 67) a la evaporación en el condensador de cabezas (54) de la columna para nitrógeno muy puro.
9. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 a 8, en el que la primera corriente parcial del nitrógeno en circuito licuado se introduce (por 38) en la columna para nitrógeno muy puro (39), se retira (por 40) desde la región inferior de la columna para nitrógeno muy puro, y a continuación se conduce de retorno (por 42) al sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno.
10. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 3, 4, 5 -siempre que se subordine a la reivindicación 3 ó 4- o 6 a 9, en el que la primera parte (35) del nitrógeno en circuito se expande (por 36) con prestación de trabajo, corriente arriba de su subdivisión en las corrientes parciales primera y segunda.
11. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones, 4, 5 -siempre que se subordine a la reivindicación 4- o 6 a 10, en el que una tercera parte del nitrógeno en circuito comprimido (72a, 72b) se expande con prestación de trabajo (en 73) y se conduce por lo menos parcialmente de retorno al compresor de circuito (30), siendo la temperatura de entrada de la expansión con prestación de trabajo (73) de la tercera parte del nitrógeno en circuito comprimido más alta que la temperatura de entrada de la expansión con prestación de trabajo (51) de la segunda parte del nitrógeno en circuito comprimido.
12. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que la presión de salida de la expansión con prestación de trabajo (72) de la tercera parte del nitrógeno en circuito comprimido es más baja que la presión de salida de la expansión con prestación de trabajo (51) de la segunda parte del nitrógeno en circuito comprimido.
13. Dispositivo para la producción de nitrógeno muy puro mediante descomposición de aire a muy baja temperatura con un sistema de rectificación para la separación entre nitrógeno y oxígeno, que tiene por lo menos una primera columna de rectificación (4),
-
con una conducción en circuito (24, 25, 26, 27, 28, 29) para la aportación de nitrógeno en circuito gaseoso desde la región inferior de la primera columna de rectificación (4) a un compresor de circuito (30),
-
con medios (34a, 36) para la licuación de una primera parte (35) del nitrógeno en circuito comprimido,
-
con medios (52) para la introducción de una fracción de nitrógeno dentro de la columna para nitrógeno muy puro (39), teniendo la columna para nitrógeno muy puro un condensador de cabezas (54), y
-
con una conducción para productos, destinada a la retirada de nitrógeno muy puro (56) desde la región superior de la columna para nitrógeno muy puro (39), caracterizado por
-
medios para la introducción directa o indirecta de por lo menos una corriente parcial del nitrógeno en circuito licuado, dentro del espacio para evaporación del condensador de cabezas (54) de la columna para nitrógeno muy puro.
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