ES2243182T3 - PROCEDURE AND DEVICE TO DECOMPOSE AIR AT LOW TEMPERATURE. - Google Patents
PROCEDURE AND DEVICE TO DECOMPOSE AIR AT LOW TEMPERATURE.Info
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Abstract
Procedimiento para descomponer aire a baja temperatura, en el que se introduce aire de carga comprimido y predepurado (1) en un sistema de rectificación para la separación de nitrógeno-oxígeno, el cual presenta una columna de presión (2), una columna de baja presión (3) y un sistema de condensador-evaporador (101, 102, 103) para calentar la columna de baja presión (3), en donde el sistema de condensador-evaporador presenta un primer tramo (101) que está construido como un evaporador de película de caída, se introduce un primer líquido (6) rico en oxígeno proveniente de la columna de baja presión (3) en los pasajes de evaporación del evaporador de película de caída (101) y se le evapora allí en parte, formándose un vapor (11) rico en oxígeno y un primer líquido (12) rico en oxígeno, y en donde se reconduce el vapor (11) rico en oxígeno, al menos en parte, a la columna de baja presión (3).Procedure for decomposing air at low temperature, in which compressed and pre-purged loading air (1) is introduced into a rectification system for nitrogen-oxygen separation, which has a pressure column (2), a low column pressure (3) and a condenser-evaporator system (101, 102, 103) to heat the low pressure column (3), where the condenser-evaporator system has a first section (101) that is constructed as an evaporator of falling film, a first oxygen-rich liquid (6) from the low pressure column (3) is introduced into the evaporation passages of the falling film evaporator (101) and is partially evaporated there, forming a vapor (11) rich in oxygen and a first liquid (12) rich in oxygen, and where the vapor (11) rich in oxygen is redirected, at least in part, to the low pressure column (3).
Description
Procedimiento y dispositivo para descomponer aire a baja temperatura.Procedure and device for decomposing air at low temperature
La invención concierne a un procedimiento para descomponer aire a baja temperatura con las características del preámbulo de la reivindicación 1.The invention concerns a method for decompose air at low temperature with the characteristics of preamble of claim 1.
Los fundamentos de la descomposición de aire a baja temperatura en general y la estructura de un sistema rectificador para la separación de nitrógeno-oxígeno con dos o más columnas en especial son conocidos por la monografía "Tieftemperaturtechnik" de Hausen/Linde (segunda edición, 1985) o por un artículo de Latimer en Chemical Engineering Progress (Vol. 63, No. 2, 1967, página 35). La columna de presión y la columna de baja presión de un sistema de dos columnas están por regla general en relación de intercambio de calor a través de un sistema de condensador-evaporador (condensador principal) en el cual se licúa gas de cabeza de la columna de presión contra gas de sumidero en evaporación de la columna de presión media.The basics of air decomposition to low temperature in general and the structure of a system nitrogen-oxygen separation rectifier with two or more columns in particular they are known for the monograph "Tieftemperaturtechnik" by Hausen / Linde (second edition, 1985) or by an article by Latimer in Chemical Engineering Progress (Vol. 63, No. 2, 1967, page 35). The pressure column and the low pressure column of a two column system are by general rule in relation to heat exchange through a condenser-evaporator system (condenser main) in which head gas is liquefied from the column of pressure against evaporating sump gas from the column of medium pressure
El sistema rectificador de la invención puede estar construido como un sistema clásico de dos columnas, pero también como un sistema de tres o más columnas. Además de las columnas para la separación de nitrógeno-oxígeno, puede presentar otros dispositivos para la obtención de otros componentes del aire, especialmente gases nobles, por ejemplo para la obtención de argón.The rectifier system of the invention can be built as a classic two column system, but also as a system of three or more columns. In addition to the columns for nitrogen-oxygen separation, can present other devices to obtain others air components, especially noble gases, for example for obtaining argon.
Un intercambiador de calor construido como condensador-evaporador presenta pasajes de evaporación y licuación. En los pasajes de evaporación se evapora un líquido. Éstos están en contacto de intercambio de calor con los pasajes de licuación, en los cuales se condensa una fracción gaseosa en intercambio de calor indirecto con el líquido en evaporación. Detalles sobre procesos de evaporación pueden encontrarse, por ejemplo, en la monografía "Verdampfung und ihre technischen Anwendungen" de Billet (1981). Un condensador-evaporador puede estar constituido por uno o varios bloques intercambiadores de calor. Un sistema de condensador-evaporador presenta uno o varios condensadores-evaporadores.A heat exchanger built as condenser-evaporator presents passages of evaporation and liquefaction. In the evaporation passages it evaporates a liquid. These are in heat exchange contact with liquefaction passages, in which a fraction is condensed soda in indirect heat exchange with the liquid in evaporation. Details on evaporation processes can found, for example, in the monograph "Verdampfung und ihre technischen Anwendungen "by Billet (1981). A condenser-evaporator may consist of one or more heat exchanger blocks. A system of condenser-evaporator presents one or several condensers-evaporators.
Durante décadas, se han utilizado de forma prácticamente exclusiva en la descomposición de aire a baja temperatura evaporadores de circulación en calidad de condensadores-evaporadores. En este tipo está dispuesto un bloque intercambiador de calor en un baño del líquido que se ha de evaporar. Los pasajes de evaporación están abiertos por arriba y por abajo. Líquido del baño es arrastrado hacia arriba por el gas que se produce durante la evaporación (efecto de termosifón) y retorna al baño de líquido. Se proporciona así una circulación de líquido natural por efecto tan sólo del proceso de evaporación y sin aportación de energía mecánica.For decades, they have been used in a way virtually exclusive in low air decomposition temperature circulation evaporators as condensers-evaporators. In this type is arranged a heat exchanger block in a liquid bath It has to evaporate. The evaporation passages are open Above and below. Bath liquid is dragged up by the gas produced during evaporation (effect of thermosiphon) and returns to the liquid bath. This provides a natural fluid circulation due to the process of evaporation and no mechanical energy input.
Desde hace algún tiempo, se vienen utilizando también evaporadores de película de caída como condensadores- evaporadores en instalaciones de descomposición de aire, tal como se ha representado, por ejemplo, en los documentos EP 681153 A o EP 410832 A. En este tipo de evaporador el líquido a evaporar entra por arriba en los pasajes de evaporación y circula hacia abajo como una película relativamente delgada por las paredes, los pasajes de evaporación y los pasajes de licuación. Este tipo de evaporador presenta una pérdida de presión especialmente baja en los pasajes de evaporación y, por tanto, es en general energéticamente más favorable que un evaporador de circulación.For some time now, they have been used also drop film evaporators as condensers- evaporators in air decomposition facilities, such as It has been represented, for example, in EP 681153 A or EP 410832 A. In this type of evaporator the liquid to evaporate enters through up in the evaporation passages and circulate down like a relatively thin film on the walls, the passages of evaporation and liquefaction passages. This type of evaporator it presents an especially low pressure loss in the passages of evaporation and therefore it is generally energetically more favorable than a circulation evaporator.
No obstante, en la evaporación de un líquido rico en oxígeno se tiene que impedir una evaporación total, que tendría como consecuencia un funcionamiento en seco de los pasajes de evaporación. A este fin, se vuelve a alimentar en general líquido que sale de los pasajes de evaporación, por medio de una bomba, a la entrada de dichos pasajes de evaporación. Esta medida contrarresta, por un lado, la acción de ahorro de energía del evaporador de película de caída; por otro lado, se acumulan componentes no deseados difícilmente volátiles en el líquido.However, in the evaporation of a rich liquid in oxygen a total evaporation has to be prevented, which would have as a consequence a dry operation of the passages of evaporation. To this end, liquid is usually fed again coming out of the evaporation passages, by means of a pump, to the entry of said evaporation passages. This measure counteracts, on the one hand, the energy saving action of the drop film evaporator; on the other hand, they accumulate unwanted components hardly volatile in the liquid.
Por tanto, la invención se basa en el problema de indicar un procedimiento de la clase citada al principio y un dispositivo correspondiente que puedan explotarse de forma económica y especialmente favorable en cuanto a la técnica de funcionamiento y que presenten en particular un consumo de energía especialmente bajo.Therefore, the invention is based on the problem of indicate a class procedure cited at the beginning and a corresponding device that can be exploited in a way economical and especially favorable in terms of the technique of operation and that in particular have an energy consumption especially low.
Este problema se resuelve con las particularidades de la parte caracterizante de la reivindicación 1. El líquido (segundo líquido rico en oxígeno) no evaporado en el evaporador de película de caída (primer tramo del sistema de condensador-evaporador) es alimentado ciertamente a un conjunto de transporte, por ejemplo una bomba, como en la evaporación de película de caída usual; sin embargo, este conjunto de transporte no transporta el líquido devolviéndolo a la entrada de los pasajes de evaporación del mismo evaporador de película de caída, sino que lo lleva a un segundo tramo del sistema de condensador-evaporador. De este modo, el primer tramo necesita asumir tan sólo una parte relativamente pequeña, por ejemplo 30 a 50%, preferiblemente 38 a 42%, de la capacidad de evaporación total del sistema de condensador-evaporador. Correspondientemente grande es la porción líquida natural a la salida de los pasajes de evaporación del evaporador de película de caída. Por tanto, se puede prescindir por completo o en amplio grado de una circulación artificial de líquido. El conjunto de transporte deja que el líquido que de momento no ha sido evaporado continúe circulando hacia un segundo tramo del sistema de condensador-evaporador. Éste está construido total o parcialmente como un evaporador de circulación. Por tanto, no se plantea allí, o sólo se plantea en menor medida, el problema de la necesidad de una circulación artificial del líquido.This problem is solved with the particularities of the characterizing part of claim 1. The liquid (second oxygen-rich liquid) not evaporated in the drop film evaporator (first section of the system condenser-evaporator) is certainly fed to a transport assembly, for example a pump, as in the usual fall film evaporation; however this set of transport does not transport the liquid returning it to the entrance of the evaporation passages of the same film evaporator of fall, but it takes you to a second leg of the system condenser-evaporator Thus, the first section needs to assume only a relatively small part, for example 30 to 50%, preferably 38 to 42%, of the capacity of total evaporation of the system condenser-evaporator Correspondingly large it is the natural liquid portion at the exit of the passages of evaporation of the falling film evaporator. Therefore, it can dispense completely or to a large extent with a circulation artificial liquid. The transport set lets the liquid that has not been evaporated so far continue to circulate towards a second section of the system condenser-evaporator This one is built total or partially as a circulation evaporator. Therefore, I don't know there, or only to a lesser extent, the problem of need for artificial circulation of the liquid.
En el ámbito de la invención se ha comprobado que el caudal de bombeo puede reducirse a aproximadamente un 30% con ayuda de las medidas preconizadas por la invención. El efecto energético de la capacidad de bombeo reducida no se limita aquí al ahorro de energía de accionamiento; por el contrario, la ventaja se deriva, en una mayor parte, de la reducida aportación de calor que resulta a consecuencia del menor caudal de transporte de un segundo líquido rico en oxígeno.Within the scope of the invention it has been proven that the pumping rate can be reduced to approximately 30% with aid of the measures recommended by the invention. The effect energy of reduced pumping capacity is not limited here to drive energy saving; on the contrary, the advantage is derives, for the most part, from the reduced heat input that results from the lower transport flow rate of a second oxygen-rich liquid
En el procedimiento según la invención el producto de oxígeno es retirado preferiblemente del segundo tramo del sistema de condensador-evaporador, bien como gas o bien como líquido. En el último caso, aparte de un producto de oxígeno líquido, se puede obtener eventualmente un producto de oxígeno a presión gaseoso, a cuyo fin se lleva el líquido rico en oxígeno, en estado líquido, a una elevada presión y se le evapora a continuación contra aire o nitrógeno (la llamada compresión interna).In the process according to the invention the oxygen product is preferably removed from the second section of the condenser-evaporator system, as well as gas or as a liquid. In the latter case, apart from a product of liquid oxygen, a product of oxygen under gas pressure, to which end the liquid rich in oxygen, in a liquid state, at a high pressure and evaporates at continuation against air or nitrogen (the so-called compression internal).
El primer tramo del sistema de condensador-evaporador de la invención puede estar dispuesto dentro de la columna de baja presión o en un recipiente separado.The first section of the system condenser-evaporator of the invention may be arranged inside the low pressure column or in a container separated.
El procedimiento según la invención y el dispositivo correspondiente pueden utilizarse con cualquier clase de separación de nitrógeno-oxígeno, especialmente con independencia de las purezas del producto en las cabezas y los sumideros de las columnas.The method according to the invention and the corresponding device can be used with any class nitrogen-oxygen separation, especially regardless of the purities of the product in the heads and sinks of the columns.
Preferiblemente, el vapor que se genera en los pasajes de evaporación del segundo tramo del sistema de condensador-evaporador no es retirado exclusiva o principalmente como producto de oxígeno gaseoso, sino que es introducido al menos hasta la mitad del mismo en la columna de baja presión y utilizado allí como vapor ascendente. En caso de que se obtenga en forma líquida y/o se comprima internamente todo el producto de oxígeno, la totalidad del gas generado en el segundo tramo del sistema de condensador-evaporador puede realimentarse también a la columna de baja presión.Preferably, the steam that is generated in the evaporation passages of the second section of the system condenser-evaporator is not removed exclusively or mainly as a product of gaseous oxygen, but it is entered at least half of it in the low column pressure and used there as rising steam. In case it is obtain in liquid form and / or compress all internally oxygen product, all of the gas generated in the second section of the condenser-evaporator system can also feed back to the low pressure column.
Un tercer líquido rico en oxígeno permanece en el segundo tramo del sistema de condensador-evaporador como parte no evaporada del segundo líquido rico en oxígeno. Éste se acumula preferiblemente en el baño de líquido del evaporador de circulación o de uno de éstos. En el procedimiento según la invención es reconducido preferiblemente al menos en parte hacia la columna de baja presión y/o hacia los pasajes de evaporación del primer tramo del sistema de condensador-evaporador. Esta reconducción puede realizarse de manera favorable conjuntamente con el retorno anteriormente mencionado de vapor a la columna de baja presión, a cuyo fin una tubería correspondiente está dispuesta a la altura del nivel del líquido del baño. Se regula así al mismo tiempo el nivel del líquido en el evaporador de circulación sin que sean necesarios conjuntos de ajuste o regulación adicionales.A third oxygen-rich liquid remains in the second section of the condenser-evaporator system as a non-evaporated part of the second oxygen-rich liquid. This preferably accumulates in the evaporator liquid bath of circulation or one of these. In the procedure according to invention is preferably redirected at least in part towards the low pressure column and / or towards the evaporation passages of the first section of the condenser-evaporator system. This reconduction can be carried out favorably in conjunction with the aforementioned return of steam to the low pressure column, to which end a corresponding pipe It is arranged at the level of the bath liquid level. Be regulates the level of the liquid in the evaporator at the same time circulation without adjustment sets or additional regulation.
Cuando el segundo tramo está construido en parte como un segundo evaporador de película de caída, el conjunto de transporte de todos modos existente entre los tramos primero y segundo puede utilizarse, además, para la generación de una circulación de líquido en el segundo evaporador de película de caída.When the second section is partly built as a second drop film evaporator, the set of transport anyway existing between the first and second can also be used to generate a liquid circulation in the second film evaporator of drop.
Los pasajes de licuación del sistema de condensador-evaporador están unidos con las dos columnas preferiblemente del modo que se describe en la reivindicación 4. Se puede prescindir así de bombas en estos sitios, concretamente aunque la columna de presión y la columna de baja presión estén dispuestas una al lado de otra. (En este caso, es favorable que el primer tramo del sistema de condensador-evaporador esté dispuesto por debajo del plato más inferior de la columna de baja presión y que el segundo tramo del sistema de condensador-evaporador esté dispuesto por encima del plato más superior de la columna de presión).The liquefaction passages of the system condenser-evaporator are linked with the two columns preferably in the manner described in the claim 4. It is thus possible to dispense with pumps in these sites, specifically although the pressure column and the column of Low pressure be arranged next to each other. (In this case, it is favorable that the first section of the system condenser-evaporator be arranged below of the lowermost plate of the low pressure column and that the second section of the condenser-evaporator system be arranged above the uppermost plate of the column of Pressure).
El primer tramo construido como evaporador de película de caída se dimensiona aquí preferiblemente de modo que se genere en él, por condensación de una fracción de gas rica en nitrógeno procedente de la columna de presión, la cantidad de líquido rico en nitrógeno que se necesite como retorno en la columna de baja presión (más, eventualmente, la cantidad retirada como producto líquido sin presión). Esto representa, por ejemplo, una proporción de 30 a 50%, preferiblemente 38 a 42% de toda la capacidad de transmisión de calor del sistema de condensador-evaporador. El resto de la transmisión de calor (50 a 70%, preferiblemente 58 a 62%) se realiza en el segundo tramo del sistema de condensador-evaporador, concretamente de tal manera que se genere allí al menos la cantidad de líquido necesaria como retorno en la columna de presión.The first section built as an evaporator for drop film is preferably sized here so that it generate in it, by condensation of a fraction of gas rich in nitrogen from the pressure column, the amount of nitrogen-rich liquid that is needed as a return in the low pressure column (plus, eventually, the amount withdrawn as a liquid product without pressure). This represents, for example, a proportion of 30 to 50%, preferably 38 to 42% of the entire heat transfer capacity of the system condenser-evaporator The rest of the transmission of heat (50 to 70%, preferably 58 to 62%) is performed in the second section of the condenser-evaporator system, specifically in such a way that at least the amount is generated there of liquid needed as a return in the pressure column.
Por motivos de distribución espacial de la superficie de calentamiento, puede ser favorable en algunos casos condensar en el primer tramo como antes se ha descrito una proporción mayor de la fracción rica en nitrógeno para trasladar correspondientemente superficie de calentamiento del segundo tramo (en general, en la cabeza de la columna de presión) al primer tramo (en general, en el sumidero de la columna de baja presión). En este caso, una parte del primer líquido rico en nitrógeno que se forma en el primer tramo se carga como retorno en la columna de presión. Es necesaria para esto eventualmente la utilización de una bomba de líquido.For reasons of spatial distribution of the heating surface, may be favorable in some cases condense in the first section as described above a greater proportion of the fraction rich in nitrogen to move correspondingly heating surface of the second section (in general, at the head of the pressure column) to the first section (in general, in the sump of the low pressure column). In this case, a part of the first nitrogen-rich liquid that forms in the first section it is loaded as a return in the pressure column. It is necessary for this to eventually use a pump liquid.
La fracción de gas rica en nitrógeno está formada en general por nitrógeno de la cabeza de la columna de presión.The nitrogen rich gas fraction is formed in general by nitrogen from the head of the pressure column.
El primer tramo del sistema de condensador-evaporador está construido de preferencia exclusivamente como un evaporador de película de caída. Con ayuda del dimensionamiento anteriormente descrito se puede materializar éste de manera especialmente favorable como un bloque individual relativamente compacto o bien en forma de varios (por ejemplo, cuatro) bloques especialmente bajos que se disponen uno al lado de otro. Una disposición directamente en el sumidero de la columna de baja presión es favorable también para una pequeña altura de construcción de la instalación y de su aislamiento (nevera).The first section of the system condenser-evaporator is constructed of preference exclusively as a drop film evaporator. With the help of the sizing described above you can materialize this in a particularly favorable way as a block relatively compact individual or in the form of several (for example, four) especially low blocks that are arranged one by one side of another. A provision directly in the sump of the low pressure column is also favorable for a small construction height of the installation and its insulation (fridge).
El segundo tramo del sistema de condensador-evaporador puede estar formado por al menos dos tramos parciales unidos en serie por el lado de la evaporación, de los que el primero está construido como un evaporador de película de caída y el segundo como un evaporador de circulación. El líquido que sale de los pasajes de evaporación del tramo parcial realizado como evaporador de película de caída es introducido aquí, por ejemplo, en el baño de líquido del tramo parcial o de un tramo parcial materializado como evaporador de circulación. La combinación de evaporador de película de caída-evaporador de circulación puede estar equipada, por ejemplo, con 1 pasajes de licuación continuos, tal como se describe con detalle en el documento EP 795349 A. En este caso, el líquido puede ser realimentado desde el baño del evaporador de circulación hasta la columna de baja presión o hasta la salida de los pasajes de evaporación del primer tramo del sistema de condensador-evaporador y puede ser utilizado para aumentar la cantidad de líquido en el tramo parcial del segundo tramo construido como evaporador de película de caída.The second section of the system condenser-evaporator can be formed by minus two partial sections joined in series by the side of the evaporation, of which the first is built as a drop film evaporator and the second as an evaporator of circulation. The liquid that leaves the evaporation passages of the partial stretch made as a fall film evaporator is introduced here, for example, in the liquid bath of the section partial or of a partial section materialized as evaporator of circulation. The film evaporator combination of circulation evaporator can be equipped, for example, with 1 continuous liquefaction passages, such as described in detail in EP 795349 A. In this case, the liquid can be fed back from the bath of the circulation evaporator to the low pressure column or up to the exit of the evaporation passages of the first section of the system of condenser-evaporator and can be used to increase the amount of liquid in the partial section of the second section built as a fall film evaporator.
La invención concierne, además, a un dispositivo para descomponer aire a baja temperatura según la reivindicación 9. En las reivindicaciones 10 a 13 se describen ejecuciones especialmente ventajosas del dispositivo.The invention also concerns a device to decompose low temperature air according to claim 9. Claims 10 to 13 describe executions. Especially advantageous of the device.
La invención y otros detalles de la misma se explican seguidamente con más detalle haciendo referencia a dos ejemplos de ejecución para la obtención de oxígeno a presión gaseoso que se han representado esquemáticamente en los dibujos.The invention and other details thereof are explained below in more detail by referring to two Execution examples for obtaining pressurized oxygen gas that have been schematically represented in the drawings.
Según la figura 1, se alimenta aire de carga gaseoso 1, que previamente ha sido comprimido, depurado y enfriado hasta aproximadamente el punto de rocío (no representado), a la columna de presión 2 inmediatamente por encima del sumidero. La columna de presión 2 es parte de un sistema rectificador que presenta, además, una columna de baja presión 3 y un condensador principal en forma de un sistema de condensador-evaporador 101, 102, 103. El aire es descompuesto en la columna de presión 2 en nitrógeno de cabeza y en un líquido enriquecido en oxígeno. En el ejemplo de ejecución especial este último no es retirado por el sumidero como es usual en otros casos, sino algunos platos teóricos o prácticos más arriba a través de una tubería 5. (Detalles sobre este modo de procedimiento, que sirve para retener componentes difícilmente volátiles, pueden encontrarse en la solicitud de patente alemana anterior 19835474 o en las solicitudes correspondientes a esta solicitud depositadas en otros países.) El líquido 5 enriquecido en oxígeno es inyectado en la columna de baja presión 3 en un sitio intermedio a través de una tubería no representada.According to figure 1, charging air is fed gas 1, which has previously been compressed, purified and cooled up to about the dew point (not shown), at pressure column 2 immediately above the sump. The pressure column 2 is part of a rectifier system that it also has a low pressure column 3 and a condenser main in the form of a system of condenser-evaporator 101, 102, 103. The air is decomposed in pressure column 2 in head nitrogen and in a liquid enriched in oxygen. In the execution example special the latter is not removed by the sump as usual in other cases, but some theoretical or practical dishes above through a pipe 5. (Details on this mode of procedure, which serves to retain components hardly volatile, can be found in the German patent application previous 19835474 or in the applications corresponding to this application deposited in other countries.) Liquid 5 enriched in oxygen is injected into low pressure column 3 in one place intermediate through a pipe not shown.
En la columna de baja presión 3 se retiran uno o varios productos de nitrógeno en la zona superior (no representado). Por debajo del tramo de rectificación más inferior se obtiene oxígeno con la pureza necesaria para el producto. Éste sale del plato más inferior o tramo de relleno de la columna de baja presión 3 como un primer líquido rico en oxígeno y se acumula en un conjunto colector 7. El primer líquido rico en oxígeno continúa hacia el extremo superior del primer tramo 101 del sistema de condensador-evaporador y se introduce en los pasajes de evaporación de este último. El primer tramo 101 está configurado como un evaporador de película de caída. Allí se evapora aproximadamente 28 a 30% del primer líquido 7 rico en oxígeno en intercambio de calor indirecto con una primera parte 8 de la fracción de gas 4 rica en nitrógeno proveniente de la cabeza de la columna de presión 2. El gas 8 rico en nitrógeno se condensa aquí para dar un primer líquido 9 rico en nitrógeno. Éste se expansiona en una válvula de estrangulación 10 y se entrega completamente como retorno a la cabeza de la columna de baja presión 3. Dado que en el ejemplo no se genera producto de nitrógeno líquido, el evaporador de película de caída 101 está dimensionado de modo que en él se condense exactamente la cantidad de gas 8 rico en nitrógeno que sea necesaria como líquido de retorno para la columna de baja presión.In the low pressure column 3 one or several nitrogen products in the upper zone (no represented). Below the lowest rectification section oxygen is obtained with the purity necessary for the product. This comes out of the lowermost plate or fill section of the column low pressure 3 as a first oxygen-rich liquid and builds up in a manifold assembly 7. The first oxygen-rich liquid continue to the upper end of the first section 101 of the system of condenser-evaporator and is introduced into evaporation passages of the latter. The first section 101 is configured as a fall film evaporator. There it evaporates approximately 28 to 30% of the first liquid 7 rich in oxygen in indirect heat exchange with a first part 8 of the fraction of gas 4 rich in nitrogen from the head of the pressure column 2. Nitrogen-rich gas 8 condenses here to give a first liquid 9 rich in nitrogen. This is expands on a throttle valve 10 and is delivered completely as a return to the head of the low column pressure 3. Since the example does not generate product from liquid nitrogen, the fall film evaporator 101 is dimensioned so that exactly the amount is condensed in it of nitrogen-rich gas 8 that is necessary as a liquid return for the low pressure column.
El vapor 11 que se genera en el primer tramo 101 del sistema de condensador-evaporador vuelve al tramo de rectificación más inferior de la columna de baja presión y participa en el intercambio de materias en contracorriente dentro de esta columna. La porción 12, que se mantiene líquida, forma un segundo líquido rico en oxígeno. Éste es extraído por la tubería 13 y conducido por medio de una bomba 14 al segundo tramo del condensador-evaporador, que está formado por una combinación de un evaporador de película de caída adicional 102 y un evaporador de circulación 103, tal como la que se ha descrito con detalle en el documento EP 795349 A.The steam 11 that is generated in the first section 101 from the condenser-evaporator system returns to the lower rectification section of the low pressure column and participates in the exchange of countercurrent materials within of this column. Portion 12, which remains liquid, forms a second oxygen rich liquid. This is extracted by pipe 13 and conducted by means of a pump 14 to the second section of the condenser-evaporator, which is formed by a combination of an additional drop film evaporator 102 and a circulation evaporator 103, such as the one described in detail in EP 795349 A.
El segundo líquido rico en oxígeno circula hacia abajo en los pasajes de evaporación del evaporador de película de caída adicional 102 y se evapora allí hasta aproximadamente un 40%. El vapor obtenido 15 es reconducido completamente por la tubería 16 hasta la columna de baja presión 3, dado que en el ejemplo no se evacua directamente oxígeno como producto gaseoso desde el sistema de rectificación. La tubería 16 sirve al mismo tiempo para mantener constante el nivel del líquido en el baño de líquido 18, a cuyo fin se conduce líquido sobrante junto con el vapor generado en el segundo tramo 102, 103 hasta la columna de baja presión 3. (Esta función se explica de forma pormenorizada más abajo haciendo referencia al dibujo de detalle de la figura 2.) El líquido restante 17 proveniente del tramo parcial 102 entra en el baño de líquido 18 del evaporador de circulación 103 y forma, junto con el líquido 19 descargado en el evaporador de circulación, un tercer líquido rico en oxígeno. Este se obtiene como producto de oxígeno, para lo cual éste es retirado en parte por una tubería 20, comprimido internamente por medio de una bomba 21, evaporado de la manera conocida a presión elevada y, finalmente, conducido al exterior como producto a presión gaseoso. En caso de que se utilice una parte del aire de carga como portador de calor para la evaporación del producto de oxígeno, la corriente de aire 24 entonces licuada puede ser introducida en la columna de presión 2 por un sitio intermedio. Como alternativa o adicionalmente, es posible condensar una corriente de nitrógeno llevada a una presión superior a la de la columna de presión contra el oxígeno producto en evaporación (circuito de circulación de nitrógeno, no representado).The second oxygen-rich liquid circulates towards down in the evaporation passages of the film evaporator of additional drop 102 and evaporates there to about 40%. The steam obtained 15 is completely redirected by the pipe 16 to the low pressure column 3, since in the example it is not Directly evacuate oxygen as a gaseous product from the system of rectification. The pipe 16 serves at the same time to maintain constant the level of the liquid in the liquid bath 18, to which end excess liquid is conducted along with the steam generated in the second section 102, 103 to the low pressure column 3. (This function is explained in detail below by doing reference to the detail drawing of figure 2.) The liquid remaining 17 from partial section 102 enters the bathroom liquid 18 of the circulation evaporator 103 and forms, together with the liquid 19 discharged into the circulation evaporator, a third oxygen-rich liquid This is obtained as an oxygen product, for which this is partly removed by a pipe 20, compressed internally by means of a pump 21, evaporated from the known way at elevated pressure and finally led to exterior as a product under gas pressure. In case it is used a part of the cargo air as a heat carrier for the evaporation of oxygen product, air stream 24 then liquefied can be introduced in the pressure column 2 through an intermediate site. Alternatively or additionally, it is possible to condense a stream of nitrogen brought to a pressure higher than that of the product oxygen pressure column in evaporation (nitrogen circulation circuit, no represented).
Los pasajes de licuación del evaporador de película de caída adicional 102 y del evaporador de circulación 103 son de construcción continua. Son solicitados por una segunda parte 22 de la fracción de gas 4 rica en nitrógeno proveniente de la columna de presión 2. El nitrógeno circula primero por el evaporador de película de caída 102 y a continuación por el evaporador de circulación 103 y se condensa al menos en parte, de preferencia en forma prácticamente completa. El segundo líquido 23 rico en nitrógeno entonces obtenido es cargado completamente como retorno en la columna de presión 2.The evaporator liquefaction passages of additional fall film 102 and circulation evaporator 103 They are of continuous construction. They are requested by a second part 22 of the fraction of gas 4 rich in nitrogen from pressure column 2. Nitrogen circulates first through the drop film evaporator 102 and then by the circulation evaporator 103 and condenses at least in part from Preference almost completely. The second liquid 23 rich in nitrogen then obtained is fully charged as return in the pressure column 2.
La figura 2 muestra en detalle la unión entre la tubería 16 y el espacio exterior alrededor de los dos condensadores-evaporadores 102, 103 que forman el segundo tramo del sistema de condensador-evaporador. Las dimensiones de la tubería se diseñan sustancialmente de conformidad con la cantidad de gas que se ha de transportar. Ésta se dispone de modo que pueda rebosar líquido del baño de líquido del evaporador de circulación 103 y refluir como película 26 en el lado inferior de la tubería 16 hacia la columna de baja presión 3 o hacia el sumidero de líquido por debajo del primer evaporador de película de caída 101. De este modo, el nivel de líquido del baño de líquido del evaporador de circulación 103 es mantenido a una altura constante sin medidas de regulación especiales.Figure 2 shows in detail the union between the pipe 16 and outer space around the two condensers-evaporators 102, 103 that form the second tranche of the system condenser-evaporator The dimensions of the pipe are designed substantially in accordance with the quantity of gas to be transported. This is arranged so that you can overflow liquid from the circulating evaporator liquid bath 103 and reflux as film 26 on the bottom side of the pipe 16 towards the low pressure column 3 or towards the liquid sump below the first drop film evaporator 101. From this mode, the liquid level of the evaporator liquid bath of circulation 103 is maintained at a constant height without measures of special regulation.
La figura 3 se diferencia de la figura 1 por una tubería adicional 301 a través de la cual una parte del primer líquido 9 rico en nitrógeno puede ser entregada como retorno a la columna de presión 2. En la disposición representada de columnas y condensadores es necesaria una bomba de líquido 302 para superar la altura estática entre el primer tramo 101 del sistema de condensador-evaporador y la zona superior de la columna de presión 2. Con ayuda de una transferencia de líquido a la columna de presión se puede tender, en la variante de la figura 3, más superficie de calentamiento, en comparación con la figura 1, en el primer tramo 101, el cual está construido aquí como un evaporador de sumidero de la columna de baja presión 3. Se necesita correspondientemente menos superficie de calentamiento (y, por tanto, menos volumen) para el segundo tramo 102, 103, en el ejemplo en la cabeza de la columna de presión 2. De este modo, se puede optimizar la distribución en el espacio del sistema de condensador-evaporador. La ventaja de esta optimización es en muchos casos más alta que el coste para la tubería adicional 301 y la bomba de líquido 302.Figure 3 differs from Figure 1 by a additional pipe 301 through which a part of the first liquid 9 rich in nitrogen can be delivered as a return to the pressure column 2. In the represented arrangement of columns and condensers a liquid pump 302 is necessary to overcome the static height between the first section 101 of the system condenser-evaporator and the upper area of the pressure column 2. With the help of a liquid transfer to the pressure column can be laid, in the variant of the figure 3, more heating surface, compared to figure 1, in the first section 101, which is built here as a low pressure column sump evaporator 3. Needed correspondingly less heating surface (and, for so much less volume) for the second section 102, 103, in the example at the head of the pressure column 2. In this way, you can optimize the distribution in the system space of condenser-evaporator The advantage of this optimization is in many cases higher than the cost for the additional pipe 301 and liquid pump 302.
En un ejemplo extremo (no representado en el dibujo) la superficie de calentamiento completa del tramo parcial 102 puede estar integrada en el primer tramo 101, de modo que el segundo tramo del sistema de condensador-evaporador consiste tan sólo todavía en un evaporador de circulación 103.In an extreme example (not represented in the drawing) the entire heating surface of the partial section 102 may be integrated in the first section 101, so that the second section of the condenser-evaporator system it consists only of a circulation evaporator 103.
Claims (13)
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- una columna de presión (2),a pressure column (2),
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- una columna de baja presión (3) ya low pressure column (3) and
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- un sistema de condensador-evaporador (101, 102, 103) para calentar la columna de baja presión (3), en dondea condenser-evaporator system (101, 102, 103) to heat the low pressure column (3), where
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- el sistema de condensador-evaporador presenta un primer tramo (101) que está construido como un evaporador de película de caída,he condenser-evaporator system presents a first section (101) that is built as an evaporator of fall movie,
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- se introduce un primer líquido (6) rico en oxígeno proveniente de la columna de baja presión (3) en los pasajes de evaporación del evaporador de película de caída (101) y se le evapora allí en parte, formándose un vapor (11) rico en oxígeno y un primer líquido (12) rico en oxígeno, y en dondebe introduces a first liquid (6) rich in oxygen from the low pressure column (3) in the evaporation passages of the drop film evaporator (101) and it evaporates there in part, forming a vapor (11) rich in oxygen and a first liquid (12) rich in oxygen, and where
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- se reconduce el vapor (11) rico en oxígeno, al menos en parte, a la columna de baja presión (3),be redirects oxygen-rich vapor (11), at least in part, to the low pressure column (3),
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- se genera un fracción de gas (4) rica en nitrógeno en la zona superior de la columna de presión (2),be generates a fraction of nitrogen-rich gas (4) in the upper zone of the pressure column (2),
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- se introduce una primera parte (8) de la fracción de gas (4) rica en nitrógeno en los pasajes de licuación del primer tramo (101) del sistema de condensador-evaporador y se condensa allí está fracción al menos en parte, formándose un primer líquido (9) rico en nitrógeno,be introduce a first part (8) of the gas fraction (4) rich in nitrogen in the liquefaction passages of the first tranche (101) of the condenser-evaporator system and condenses there is fraction at least in part, forming a first liquid (9) rich in nitrogen,
- --
- se introduce una segunda parte (22) de la fracción de gas (4) rica en nitrógeno en los pasajes de licuación del segundo tramo (102, 103) del sistema de condensador-evaporador y se la condensa allí al menos en parte, formándose un segundo líquido (23) rico en nitrógeno,be introduce a second part (22) of the gas fraction (4) rich in nitrogen in the liquefaction passages of the second tranche (102, 103) of the condenser-evaporator system and the condenses there at least in part, forming a second liquid (23) rich in nitrogen,
- --
- se expansiona (10) al menos en parte el primer líquido (9) rico en nitrógeno y se le entrega como retorno a la columna de baja presión (3), ybe expands (10) at least in part the first liquid (9) rich in nitrogen and is delivered as a return to the low pressure column (3), and
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- se entrega el segundo líquido (23) rico en nitrógeno, al menos en parte, como retorno a la columna de presión (2).be delivers the second liquid (23) rich in nitrogen, at least in part, as a return to the pressure column (2).
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- una columna de presión (2),a pressure column (2),
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- una columna de baja presión (3) ya low pressure column (3) and
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- un sistema de condensador-evaporador (101, 102, 103) para calentar la columna de baja presión (3),a condenser-evaporator system (101, 102, 103) to heat the low pressure column (3),
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- en donde el sistema de condensador-evaporador presenta un primer tramo (101) que está construido como un evaporador de película de caída,in where the condenser-evaporator system presents a first section (101) that is built as an evaporator of fall movie,
- y conand with
- --
- una tubería de aire de carga (1) para introducir aire de carga comprimido y predepurado (1) en la columna de presión (2),a load air line (1) to introduce load air compressed and pre-cleaned (1) in the pressure column (2),
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- unos medios para alimentar un primer líquido (6) rico en oxígeno proveniente de la columna de baja presión (3) a los pasajes de evaporación del evaporador de película de caída (101) ysome means for feeding a first liquid (6) rich in oxygen from the low pressure column (3) to the passages of evaporation of the falling film evaporator (101) and
- --
- unos medios para hacer retornar vapor (11) rico en oxígeno proveniente de los pasajes de evaporación del evaporador de película de caída (101) a la columna de baja presión (3),some means for returning steam (11) rich in oxygen from of evaporation passages of the falling film evaporator (101) to the low pressure column (3),
(14). characterized in that the condenser-evaporator system has a second section (102, 103) that is at least partly constructed as a circulation evaporator (103) and the device has means for introducing a second liquid (12, 13) rich in oxygen from the evaporation passages of the falling film evaporator (101) in the evaporation passages of the second section (102, 103) of the condenser-evaporator system, comprising a transport assembly
(14).
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