ES2266381T3 - Procedimiento y dispositivo para obtener cripton y/o xenon por descomposicion criogena de aire. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para obtener cripton y/o xenon por descomposicion criogena de aire. Download PDF

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Abstract

Procedimiento para obtener criptón y/o xenón por descomposición criógena de aire, en el que - se introduce aire de carga comprimido y depurado (1) en un sistema rectificador de separación de nitrógeno-oxígeno que presenta al menos una columna de alta presión (2) y una columna de baja presión (3), en donde - se toma de la columna de alta presión (2) una fracción (13, 14, 15, 16, 416) que contiene criptón y xenón, - se introduce la fracción (13, 14, 15, 16, 416) que contiene criptón y xenón en el espacio de evaporación de un primer condensador-evaporador (17) y se evapora allí dicha fracción parcialmente, - se retira un líquido de barrido (26, 226) del espacio de evaporación del primer condensador-evaporador (17) y - se alimenta este líquido a una columna (24) de enriquecimiento en criptón-xenón y y - se toma un concentrado de criptón-xenón (30) de la columna (24) de enriquecimiento en criptón-xenón, , caracterizado porque - se introduce un líquido procedente de la zona inferior de la columna(24) de enriquecimiento en criptón-xenón en un segundo condensador-evaporador (27) que está separado del primer condensador-evaporador (17).

Description

Procedimiento y dispositivo para obtener criptón y/o xenón por descomposición criógena de aire.
La invención concierne a un procedimiento según el preámbulo de la reivindicación 1, que sirve para obtener criptón y/o xenón por descomposición criógena de aire.
Los fundamentos de la descomposición criógena del aire en general y la estructura de sistemas rectificadores para la separación de nitrógeno-oxígeno en especial se han descrito en la monografía "Tieftemperaturtechnik" de Hausen/Linde (2ª edición, 1985) y en un artículo de Latimer en Chemical Engineering Progress (volumen 63, Nº 2, 1967, página 35). La columna de alta presión es hecha funcionar a una presión más alta que la columna de baja presión; las dos columnas están preferiblemente en relación de intercambio de calor una con otra, por ejemplo a través de un condensador principal en el que se licúa gas de la cabeza de la columna de alta presión contra líquido que se evapora en el sumidero de la columna de baja presión. El sistema rectificador de la invención puede estar construido como un sistema clásico de doble columna, 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 de gases nobles, por ejemplo una obtención de argón.
Un procedimiento para obtener criptón y/o xenón por descomposición criógena del aire y un dispositivo correspondiente son conocidos por el documento DE 10000017 A1. Una fracción que contiene criptón y xenón, concretamente el líquido del sumidero, es conducida aquí de la columna de alta presión de la doble columna para la separación de nitrógeno-oxígeno, sin medidas de variación de concentración, a una columna adicional que sirve para obtener criptón-xenón.
El documento DE 2605305 A muestra un procedimiento y un dispositivo para obtener criptón y/o xenón por descomposición criógena de aire de la clase citada al principio. El primer condensador-evaporador se calienta aquí con gas de cabeza en fase de condensación de una columna de argón bruto y representa al mismo tiempo el sistema de calentamiento del sumidero de la columna de enriquecimiento en criptón-xenón. Todo el vapor que asciende en la columna de enriquecimiento en criptón-xenón es generado en el primer condensador-evaporador.
La invención se basa en el problema de mejorar aún más la obtención de criptón y xenón y, en particular, realizar esto de una manera especialmente económica.
El problema se resuelve por el hecho de que un líquido procedente de la zona inferior de la columna de enriquecimiento en criptón-xenón es introducido en un segundo condensador-evaporador que está separado del primer condensador-evaporador.
Por tanto, en la invención está previsto un intercambiador de calor separado, el "segundo condensador-evaporador", en el que, con independencia del primer condensador-evaporador, se genera vapor ascendente para la columna de enriquecimiento en criptón-xenón y, por tanto, se realiza una reconcentración adicional de volátiles más pesados. El segundo condensador-evaporador está construido preferiblemente como un sistema de calentamiento del sumidero de la columna de enriquecimiento en criptón-xenón. Puede estar dispuesto dentro de esta columna o en un recipiente separado.
Mediante el segundo condensador-evaporador se ajusta en el primer condensador-evaporador una concentración de oxígeno menos alta, de modo que, debido a la diferencia de temperatura correspondientemente reducida, se puede disminuir el tamaño de construcción del primer condensador-evaporador. Además, se presenta una reconcentración menos fuerte de volátiles más pesados en el primer condensador-evaporador, la cual, por motivos técnicos de funcionamiento, es poco deseable en este sitio. En el marco de la invención se tiene libertad en la elección del medio de calentamiento para el segundo condensador-evaporador. En principio, se puede utilizar cualquier fracción adecuada del proceso, por ejemplo nitrógeno, eventualmente procedente de la columna de alta presión, cualquier otra fracción procedente de la columna de alta presión, una corriente parcial del aire de carga o una fracción procedente de una columna de argón bruto unida con la columna de baja presión, especialmente argón bruto de la cabeza de una columna de argón bruto de esta clase.
El "líquido de barrido" del primer condensador-evaporador sirve como fracción de carga de la columna de enriquecimiento en criptón-xenón. Por "columna de enriquecimiento en criptón-xenón" se entiende aquí una columna de intercambio de materia en contracorriente, en la que se genera una fracción que presenta una concentración de criptón y/o xenón más alta que la de cada una de las fracciones de carga de esta columna. Por ejemplo, el concentrado de criptón-xenón presenta un contenido molar de criptón y/o xenón más alto que el del "líquido de barrido" que se alimenta a la columna de enriquecimiento en criptón-xenón. Esta columna puede estar materializada, por ejemplo, como una columna de intercambio al igual que en el documento DE 10000017 A1 y/o puede servir al mismo tiempo para la descarga de metano.
Preferiblemente, se introduce el líquido de barrido en la zona inferior, por ejemplo inmediatamente por encima del sumidero. En este caso, se aplica a la cabeza de la columna de enriquecimiento en criptón-xenón un líquido para que el criptón existente en el vapor ascendente sea impulsado hacia abajo y el metano hacia arriba. Este líquido puede ser tomado, por ejemplo, de la columna de alta presión, eventualmente de su sumidero o algunos platos por encima de éste. Una posible fuente alternativa o adicional es el espacio de evaporación del condensador de cabeza de una columna de argón puro. En el sumidero de la columna de enriquecimiento en criptón-xenón se puede hacer que hierva el líquido descendente por medio de un evaporador del sumidero. De este modo, se puede aumentar aún más el contenido de criptón y xenón del concentrado de criptón-xenón. El evaporador del sumidero puede ser hecho funcionar, por ejemplo, con aire comprimido o con nitrógeno comprimido procedente de la cabeza de la columna de alta presión.
En la invención se realiza entre la extracción de la fracción de la columna de alta presión que contiene criptón y xenón y la alimentación a la columna de enriquecimiento en criptón-xenón un paso intermedio en forma de una evaporación parcial en el primer condensador-evaporador. Este paso sirve para una concentración de criptón y/o xenón ya antes de la columna de enriquecimiento en criptón-xenón. Como efecto adicional, todos los demás componentes más difícilmente volátiles que el oxígeno son conducidos con el líquido de barrido de la zona de evaporación parcial a la columna de enriquecimiento en criptón-xenón y, por tanto, son mantenidos alejados de otras partes de la instalación, especialmente de la columna de baja presión.
El concentrado de criptón-xenón que se genera en la columna de enriquecimiento en criptón-xenón presenta un contenido de criptón de, por ejemplo, 600 a 5000 ppm, preferiblemente 1200 a 4000 ppm, y un contenido de xenón de, por ejemplo, 60 a 500 ppm, preferiblemente 120 a 400 ppm. Por lo demás, consiste principalmente en oxígeno y típicamente, hasta alrededor de un 10% en moles, en nitrógeno.
La invención se puede materializar de manera especialmente ventajosa en el marco de una instalación de descomposición de aire con obtención de argón, en la que una fracción de la columna de baja presión que contiene argón es introducida en una zona de rectificación de argón bruto. La rectificación de argón bruto sirve especialmente para la separación de argón-oxígeno y puede realizarse en una o varias columnas (véase, por ejemplo, el documento EP 377117 B2 o el documento EP 628777 B1).
La refrigeración en todo caso necesaria de la zona de rectificación de argón bruto se lleva a cabo en el marco de la invención con la fracción que contiene criptón y xenón, a cuyo fin un vapor enriquecido en argón procedente de la rectificación del argón bruto en el primer condensador-evaporador entra en intercambio de calor indirecto con la fracción en fase de evaporación que contiene criptón y xenón. Por tanto, la evaporación parcial en el marco de la obtención de criptón-xenón sirve al mismo tiempo para generar un retorno y/o un producto líquido en la rectificación de argón bruto.
En muchos casos, está presente una corriente líquida de aire de carga, por ejemplo durante la compresión interior de uno o varios productos. Frecuentemente, se divide el aire licuado entre la columna de alta presión y la columna de baja presión, por ejemplo introduciéndolo en una taza que está dispuesta dentro de la columna de alta presión y extrayendo de esta taza nuevamente una parte del aire líquido y conduciéndola a la columna de baja presión. En el marco de la invención es favorable que, en vez de esto, se retire de la columna de alta presión un líquido que contiene oxígeno y se introduzca éste en la columna de baja presión, proviniendo dicho líquido de un segundo sitio intermedio que está dispuesto por encima del primer sitio intermedio en el que se introduce el aire de carga líquido en la columna de alta presión. Se asegura así que el criptón y xenón contenidos en el aire de carga líquido circulen en dirección al sumidero de la columna de alta presión y no sean conducidos a la columna de baja presión, en donde se perderían para la obtención de criptón-xenón. Además, otras impurezas más difícilmente volátiles se mantienen alejadas del condensador principal. Según este aspecto de la invención, el aire líquido (o un líquido de composición semejante que contenga oxígeno) está formado por líquido de retorno de la columna de alta presión que está en amplio grado exento de criptón y
xenón.
Este aspecto de la invención se puede aplicar ventajosamente a cualquier procedimiento en el que se alimente una fracción de la columna de alta presión a un sitio de obtención de criptón-xenón. Su aplicación no queda limitada a procedimientos y a dispositivos con evaporación parcial de la fracción que contiene criptón y xenón. Lo mismo rige también para las demás ejecuciones correspondientes.
Preferiblemente, entre el primer sitio intermedio y el segundo sitio intermedio no están dispuestos elementos de intercambio de materia, es decir que no están dispuestos platos ni un relleno. Por tanto, el líquido que contiene oxígeno tiene sustancialmente la misma composición que el aire - salvo los componentes no deseados que hierven con más dificultad que el oxígeno.
En la columna de presión pueden estar dispuestos platos de bloqueo, retirándose la fracción que contiene criptón y xenón por debajo de dichos platos de bloqueo y extrayéndose un líquido enriquecido en oxígeno por encima de los platos de bloqueo. El líquido enriquecido en oxígeno es así sensiblemente más pobre en criptón y xenón que la fracción que contiene criptón y xenón y puede ser conducido, por ejemplo, directamente a la columna de baja presión y/o empleado para refrigerar el condensador de cabeza de una columna de argón puro, sin que se pierdan así cantidades apreciables de criptón y xenón. El número de platos de bloqueo es, por ejemplo, de uno a nueve, preferiblemente dos a seis (platos teóricos).
Además del líquido de barrido, se puede retirar una corriente gaseosa del espacio de evaporación del primer condensador-evaporador y también se puede alimentar ésta a la columna de enriquecimiento en criptón-xenón, por ejemplo en el mismo sitio que el líquido de barrido. Por tanto, el criptón aún contenido en la parte evaporada de la fracción que contiene criptón y xenón es alimentado así al lugar de obtención de criptón-xenón.
En el procedimiento se puede generar frío por expansión productora de trabajo de aire - por ejemplo en una turbina de presión media - a aproximadamente la presión de funcionamiento de la columna de alta presión, presentándose regularmente una licuación parcial del aire. En el marco de la invención se puede alimentar este aire expansionado produciendo trabajo a un lugar de separación de fases, y al menos una parte de la porción líquida procedente de la separación de fases puede ser alimentada a la columna de enriquecimiento en criptón-xenón o al espacio de evaporación del primer condensador-evaporador.
Como alternativa o adicionalmente, se puede expansionar aire produciendo trabajo hasta aproximadamente la presión de la columna de baja presión, por ejemplo en una turbina de baja presión. Se pueden recuperar el criptón y el xenón contenidos en la corriente de aire de baja presión cuando esta corriente de aire se alimente a una columna de separación de volátiles y se alimente el líquido del sumidero de dicha columna de separación de volátiles a la columna de enriquecimiento en criptón-xenón, preferiblemente en la cabeza o en un sitio intermedio algunos platos por debajo. Además, en la columna de separación de volátiles se puede retener también otros componentes más difícilmente volátiles, como N_{2}O, los cuales son poco deseables en la columna de baja presión.
Las ventajas de los aspectos de la invención ligados a la expansión productora de trabajo del aire no quedan limitados a procedimientos y dispositivos con evaporación parcial de la fracción que contiene criptón y xenón. Por el contrario, estos pasos del procedimiento se pueden utilizar también en otros procedimientos para la obtención de criptón-xenón.
Además, la invención concierne a un dispositivo para obtener criptón y/o xenón por descomposición criógena de aire según las reivindicaciones 9 y 10.
En lo que sigue, se explican con más detenimiento la invención y otros detalles de la misma haciendo referencia a ejemplos de realización representados esquemáticamente en los dibujos. Muestran en éstos:
La figura 1, un primer ejemplo de realización de la invención,
La figura 2, una variante con platos de bloqueo en la columna de alta presión,
La figura 3, otro ejemplo de realización con turbina de presión media,
La figura 4, un cuarto ejemplo de realización con turbina de baja presión y
La figura 5, otra variante con una turbina entre la columna de alta presión y la columna de baja presión.
Aire depurado y enfriado hasta aproximadamente el punto de rocío entra en forma gaseosa, a través de una tubería 1 de la figura 1, en la columna de alta presión 2 de un sistema rectificador para la separación de nitrógeno-oxígeno, el cual presenta, además, una columna de baja presión 3 y un condensador principal 4 que está construido en el ejemplo como un evaporador de película en caída libre. Nitrógeno gaseoso 5 procedente de la cabeza de la columna de alta presión es alimentado en una primera parte 6 al espacio de condensación del condensador principal 4. El condensado 7 allí formado es aportado como retorno en una primera parte 8 a la columna de alta presión. Una segunda parte 9 es sobreenfriada en un circulador 10 a contracorriente para sobreenfriamiento y alimentada por la cabeza a la columna de baja presión 3 a través de una tubería 11 y una válvula de estrangulación 12. Una parte 92 de este líquido puede ser recogida como producto líquido de nitrógeno (LIN).
El líquido 13 del sumidero de la columna de alta presión 2 que está enriquecido en oxígeno es enfriado también en el circulador 10 a contracorriente para sobreenfriamiento. El líquido sobreenfriado 14 enriquecido en oxígeno es conducido más allá en dos corrientes parciales. La primera corriente parcial 15-16 es introducida como "fracción que contiene criptón y xenón" en el espacio de evaporación de un "primer condensador-evaporador" 17 que representa el condensador de cabeza de una zona de rectificación de argón bruto 18/19. Una segunda corriente parcial 15-20 es alimentada al espacio de evaporación de un condensador de cabeza 21 de una columna de argón puro 22.
El primer condensador-evaporador 17 está construido como un evaporador de circulación, es decir que el espacio de evaporación contiene un líquido en el que está sumergido, por ejemplo parcialmente, un bloque intercambiador de calor. (Preferiblemente, el bloque intercambiador de calor - a diferencia de la representación del dibujo - está completamente sumergido en el baño de líquido.) Se aspira líquido por el efecto de termosifón en el extremo inferior de los pasajes de evaporación. En su extremo superior sale una mezcla de vapor y líquido no evaporado, retornando este último al baño de líquido. En el primer condensador-evaporador 17 se evapora parcialmente la fracción 16 que contiene criptón y xenón; por ejemplo, 0,5 a 10% en moles, preferiblemente 1 a 5% en moles del líquido introducido 16 son retirados en forma líquida, como líquido de barrido 26, del espacio de evaporación del primer condensador-evaporador 17. Debido a esta evaporación parcial se incrementa la concentración de componentes más difícilmente volátiles, especialmente de criptón y xenón, en el líquido y se reduce esta concentración en el vapor (en cada caso en comparación con la composición de la fracción 16 que contiene criptón y xenón). El vapor generado durante la evaporación parcial es retirado, como una corriente gaseosa 25, del espacio de evaporación del primer condensador-evaporador 17. El líquido restante es evacuado, como "líquido de barrido" 26, del baño de líquido y alimentado a la columna 24 de enriquecimiento en criptón-xenón inmediatamente por encima del sumidero.
La columna 24 de enriquecimiento en criptón-xenón presenta un evaporador de sumidero ("segundo condensador-evaporador") 27 que se puede calentar con cualquier fracción adecuada. En el ejemplo de realización se emplea como medio de calentamiento nitrógeno comprimido 28 procedente de la cabeza de la columna de alta presión 2. (Como alternativa a esto, se podría utilizar cualquier otra fracción procedente de la columna de alta presión, una corriente parcial del aire de carga o una parte del argón bruto 50 procedente de la segunda columna de argón bruto 19.) El nitrógeno 29 licuado en el evaporador 27 del sumidero es mezclado con el líquido 7 procedente del condensador principal 4. Como líquido de retorno se aplica a la cabeza de la columna 24 de enriquecimiento en criptón-xenón una corriente parcial 23 del líquido de barrido procedente del evaporador del condensador de cabeza 21 de la columna de argón puro 22. En la columna de enriquecimiento en criptón-xenón el vapor ascendente desde el evaporador de sumidero 27 entra en intercambio de materia a contracorriente con el líquido 23, el cual es más pobre en criptón y xenón. Estos componentes son arrastrados así hacia el sumidero, mientras que se descarga metano en su mayor parte con el gas de cabeza 30. Este último es alimentado en el ejemplo de realización a la columna de baja presión 3 en un sitio intermedio adecuado. Se toma del sumidero de la columna 24 de enriquecimiento en criptón-xenón un concentrado de criptón-xenón 30 en forma líquida (LOX/Kr/Xe) que tiene, por ejemplo, un contenido de criptón de aproximadamente 2400 ppm y un contenido de xenón de aproximadamente 200 ppm: Por lo demás, el concentrado 30 consiste principalmente en oxígeno y contiene aún aproximadamente 10% en moles de nitrógeno. El concentrado 30 puede ser almacenado en un depósito de líquido o alimentado directamente a un lugar de elaboración ulterior para obtener criptón y/o xenón puros.
Aparte del nitrógeno líquido 92, se retiran de la columna de baja presión 3, al menos parcialmente como productos, nitrógeno gaseoso puro 32 en la cabeza, nitrógeno impuro 33 también en forma líquida y oxígeno 34 en forma líquida. Los productos gaseosos 32, 33 son calentados en el circulador 10 a contracorriente para sobreenfriamiento y, además, en un intercambiador de calor principal no representado. El oxígeno líquido 34 es dividido en un total de tres partes. Una primera y una segunda partes son transportadas primero conjuntamente a través de una tubería 35 y una bomba 36. La primera parte 37 pasa al espacio de evaporación del condensador principal 4 y es evaporada allí parcialmente. La mezcla de vapor-líquido 38 que entonces se forma retorna al sumidero de la columna de baja presión 3. La segunda parte es retirada como producto líquido (LOX) a través de las tuberías 39 y 40, eventualmente después de ser sobreenfriada en el circulador 10 a contracorriente para sobreenfriamiento.
La tercera parte 41 del oxígeno líquido 34 procedente del sumidero de la columna de baja presión 3 es sometida a una compresión interna, para lo cual es llevada en una bomba 42 a la presión deseada del producto y alimentada por una tubería 43 (LOX-IC) a uno o varios intercambiadores de calor en el que o en los que dicha tercera parte se evapora (o - a una presión supercrítica del producto - se pseudoevapora) y se calienta hasta aproximadamente la temperatura ambiente. La evaporación y el calentamiento pueden realizarse, por ejemplo, en intercambio de calor indirecto con una corriente de aire a alta presión. Se expansiona (no representado) el aire a alta presión entonces licuado (o supercrítico) y se le alimenta, como aire líquido 44, a la columna de alta presión 2 en un "primer sitio intermedio". De un "segundo sitio intermedio", que está dispuesto inmediatamente por encima de este primer sitio intermedio, se retira un líquido 45 de la columna de alta presión que contiene oxígeno y cuya cantidad corresponde al menos a una parte del aire líquido 44; la corriente 45 puede ser también mayor que la corriente 44. Entre el primer y el segundo sitios intermedios no se encuentran platos ni otros elementos de intercambio de materia. El líquido 45 que contiene oxígeno, cuya composición corresponde ampliamente a la del aire, es alimentado a la columna de baja presión 3 por una tubería 46 y una válvula de estrangulación 47 después de ser sobreenfriado en el circulador 10 a contracorriente para sobreen-
friamiento.
A través de una tubería 48 de tránsito de argón se conduce una fracción que contiene argón procedente de la columna de baja presión 3 a una rectificación de argón bruto que en el ejemplo se realiza en dos columnas de argón bruto 18 y 19 unidas en serie. La fracción 48 que contiene argón es alimentada en forma gaseosa a la primera columna de argón bruto 18 inmediatamente por encima del sumidero. El vapor ascendente se enriquece en argón. El gas de cabeza de la primera columna de argón bruto 18 circula adicionalmente hacia el sumidero de la segunda columna de argón bruto 19 a través de una tubería 49.
En la cabeza de la segunda columna de argón bruto 19 se genera vapor enriquecido en argón (argón bruto) 50 y se condensa éste en gran parte en el primer condensador-evaporador 17. El líquido 51 entonces generado es cargado como líquido de retorno en la segunda columna de argón bruto 19. El líquido 52 producido en el sumidero de la segunda columna de argón bruto 19 es transportado hacia la cabeza de la primera columna de argón bruto 18 por medio de una bomba 53 y a través de una tubería 54. Líquido 55 del sumidero de la primera columna de argón bruto 18 retorna a la columna de baja presión 3 a través de otra bomba 56 y otra tubería 57.
Argón bruto 58 que se mantiene en forma gaseosa y que proviene del espacio de licuación del primer condensador-evaporador 17 se descompone adicionalmente en la columna de argón bruto y en particular se libera de componentes más fácilmente volátiles, como nitrógeno. Se retira producto de argón puro (LAR) en forma líquida a través de las tuberías 59 y 60. Otra parte 61 del líquido del sumidero es evaporada en un evaporador de argón puro 63 con separador conectado 62 y reconducida como vapor ascendente a la columna de argón puro 22 a través de una tubería 64. El evaporador de argón puro 63 es calentado por intercambio de calor indirecto con al menos una parte del líquido 15 del sumidero de la columna de alta presión 2, el cual se sobreenfría durante el intercambio de calor. El condensador de cabeza 21 de la columna de argón puro se enfría como ya se ha descrito con una parte 20 de este líquido sobreenfriado. Se retiran vapor 66 y líquido remanente 23, 65 del espacio de evaporación del condensador de cabeza 21 y se alimentan éstos a la columna de baja presión 3 en sitios intermedios adecuados o bien (23) se cargan en la columna 24 de enriquecimiento en criptón-xenón. En el espacio de evaporación se condensa parcialmente gas de cabeza 67 de la columna de argón puro 22. En la columna de argón puro se carga líquido de retorno 68 entonces generado. Se purga vapor residual 69 hacia la atmósfera.
En el ejemplo de realización de la figura 1 se retira del sumidero (tubería 13) todo el líquido enriquecido en oxígeno que se genera en la columna de alta presión 2. De esta manera, es posible un modo de construcción relativamente poco complicado de la columna de alta presión 2. La figura 2 muestra una modificación de este procedimiento, en el que se mejora aún más el rendimiento en criptón y xenón. Se ha previsto aquí otra salida intermedia de líquido 270 de la columna de alta presión 2, la cual está separada de la salida 213 del sumidero por aproximadamente cuatro platos de bloqueo 271. Estos platos retienen la mayor parte de los componentes más difícilmente volátiles, especialmente criptón y xenón, en el sumidero de la columna de alta presión 2. La corriente 270 presenta así un contenido de criptón y xenón netamente más pequeño que el del líquido 213 del sumidero. Esta es conducida en una parte 220 al espacio de evaporación del condensador de cabeza 21 de la columna de argón puro 22 a través del circulador 10 a contracorriente para sobreenfriamiento. El resto 223 pasa a la cabeza de la columna 24 de enriquecimiento en criptón-xenón. Se obtiene así un contenido de criptón-xenón especialmente bajo tanto en las fracciones 265, 266 que circulan del condensador de cabeza 21 a la columna de baja presión 3 como en el líquido de retorno 223. Ambas cosas conducen a un rendimiento especialmente alto en la obtención de criptón y xenón.
Una gran parte (típicamente alrededor de 90% en moles) del criptón y el xenón contenidos en el aire circula junto con el líquido 213 del sumidero hacia la columna 24 de enriquecimiento en criptón-xenón a través del circulador 10 a contracorriente para sobreenfriamiento y la tubería 215, el evaporador de argón puro 63, la tubería 216 y el primer condensador-evaporador 17 así como, adicionalmente, a través de las tuberías 225 y 226, y es obtenida allí de forma prácticamente completa con el concentrado de criptón-xenón 30.
En caso necesario, una parte del líquido 270 procedente de la salida intermedia puede ser añadida y mezclada con el líquido 213 del sumidero a través de la tubería de derivación 272. Entre esta salida intermedia y el primer sitio intermedio, en el que se introduce el aire líquido 44 procedente de la compresión interna, se encuentran por ejemplo, dos a catorce, preferiblemente alrededor de cinco a ocho platos teóricos.
Mientras que en las figuras 1 y 2 no está representada la obtención de frío, el sistema mostrado en la figura 3 se diferencia del esbozado en la figura 1 por la obtención de frío por medio de una turbina de presión media. La propia turbina no está representada, sino que únicamente lo está la corriente parcial 373 que viene de su salida y que se presenta como una mezcla bifásica. Esta se introduce en un separador (separador de fases) 274. El vapor 375 procedente del separador 374 es alimentado en la forma usual a la columna de alta presión 2 juntamente con el aire directo 1. Por el contrario, el líquido 376, que presenta un elevado contenido de criptón y xenón, es introducido en el espacio de evaporación del primer condensador-evaporador 17 juntamente con una parte del líquido sobreenfriado 14 del sumidero de la columna de alta presión 2 a través de una tubería 416. Otra parte 323 del líquido sobreenfriado 14 del sumidero es cargada en la cabeza de la columna 24 de enriquecimiento en criptón-xenón. Por supuesto, las características adicionales representadas en la figura 3 pueden combinarse también con la variante de la figura 2.
En la figura 4 se genera frío del procedimiento por medio de una turbina de baja presión. El aire 477 que viene de la salida de esta turbina está por debajo de aproximadamente la presión de funcionamiento de la columna de baja presión 3, pero no es conducido aquí directamente hacia esta columna, sino que es introducido en una columna 478 de separación de volátiles en la que las porciones más difícilmente volátiles son arrastradas hacia el sumidero. El líquido 479 del sumidero es alimentado después a la columna 24 de enriquecimiento en criptón-xenón en un sitio intermedio adecuado. Este forma parte del líquido de retorno para la columna 24 de enriquecimiento en criptón-xenón. Únicamente el gas de cabeza 480 de la columna 478 de separación de volátiles, el cual es pobre en criptón y xenón, circula directamente hacia la columna de baja presión 3 y esquiva así la zona de obtención de criptón-xenón. En la cabeza de la columna 24 de enriquecimiento en criptón-xenón y de la columna 478 de separación de volátiles se cargan sendas corrientes parciales 423, 492 del líquido sobreenfriado 14 del sumidero de la columna de alta presión.
La columna de alta presión 2, la columna de baja presión 3 y el condensador principal 4 se han representado de forma simplificada en la figura 5 como una columna doble. Se obtiene así frío por expansión productora de trabajo de una fracción intermedia gaseosa 581 procedente de un sitio intermedio situado por encima de los platos de bloqueo 271. Esta fracción puede ser calentada en el intercambiador de calor principal 582 contra aire de carga 583 a enfriar, alimentada a un compresor posterior 585 a través de una tubería 584 y conducida adicionalmente (586) al extremo caliente del intercambiador de calor principal 582. A una temperatura intermedia se toma dicha fracción del intercambiador de calor principal 582 a través de una tubería 587 y se la alimenta al lugar 588 de expansión productora de trabajo. La turbina 588 accciona preferiblemente al compresor posterior 585 a través de un acoplamiento mecánico directo. La corriente expansionada produciendo trabajo es introducida finalmente (589) en la columna de baja presión 3 por un sitio adecuado. Como alternativa, se puede prescindir de la compresión posterior y del calentamiento completo, a cuyo fin la corriente es calentada en el intercambiador de calor principal 582 únicamente hasta la temperatura de entrada de la turbina 588 a través de la tubería 590 representada con línea de trazos y es alimentada después directamente a esta turbina (tubería 587).
En la figura 5 no están representadas la obtención de argón ni la obtención de criptón/xenón. Estas se realizan análogamente a la figura 1 o 2. En la figura 5 no está prevista una compresión interna.

Claims (10)

1. Procedimiento para obtener criptón y/o xenón por descomposición criógena de aire, en el que
- se introduce aire de carga comprimido y depurado (1) en un sistema rectificador de separación de nitrógeno-oxígeno que presenta al menos una columna de alta presión (2) y una columna de baja presión (3), en donde
- se toma de la columna de alta presión (2) una fracción (13, 14, 15, 16, 416) que contiene criptón y xenón,
- se introduce la fracción (13, 14, 15, 16, 416) que contiene criptón y xenón en el espacio de evaporación de un primer condensador-evaporador (17) y se evapora allí dicha fracción parcialmente,
- se retira un líquido de barrido (26, 226) del espacio de evaporación del primer condensador-evaporador (17) y
- se alimenta este líquido a una columna (24) de enriquecimiento en criptón-xenón y
- se toma un concentrado de criptón-xenón (30) de la columna (24) de enriquecimiento en criptón-xenón,
caracterizado porque
- se introduce un líquido procedente de la zona inferior de la columna (24) de enriquecimiento en criptón-xenón en un segundo condensador-evaporador (27) que está separado del primer condensador-evaporador (17).
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se introduce una fracción (48) que contiene argón procedente de la columna de baja presión (3) en una zona de rectificación de argón bruto (18, 19), entrando un vapor (50) enriquecido en argón procedente de la zona de rectificación de argón bruto (18, 19), en el primer condensador-evaporador (17), en intercambio de calor indirecto con la fracción (16) en fase de evaporación que contiene criptón y xenón.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque se alimenta una corriente parcial (44) del aire de carga en estado líquido a la columna de alta presión (2) en un primer sitio intermedio y se retira de un segundo sitio intermedio - que está dispuesto por encima de este primer sitio intermedio - un líquido (45) que contiene oxígeno procedente de la columna de alta presión (2) y se introduce este líquido en la columna de baja presión (3).
4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque entre el primero y el segundo sitios intermedios no están dispuestos elementos de intercambio de materia.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque en la columna de alta presión (2) están dispuestos unos platos de bloqueo (271), siendo retirada la fracción (213) que contiene criptón y xenón por debajo de los platos de bloqueo (271) y siendo extraído un líquido (270) enriquecido en oxígeno por encima de dichos platos de bloqueo.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se retira una corriente gaseosa (25, 225) del espacio de evaporación del primer condensador-evaporador (17) y se alimenta esta corriente también a la columna (24) de enriquecimiento en criptón-xenón.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque se expansiona produciendo trabajo una corriente parcial (373) del aire de carga hasta aproximadamente la presión de funcionamiento de la columna de alta presión (2) y a continuación se alimenta esta corriente a una zona de separación de fases (374), y porque se alimenta al menos una parte de la porción líquida (376) procedente de la zona de separación de fases (374) a la columna (24) de enriquecimiento en criptón-xenón o al espacio de evaporación del primer condensador-evaporador (17).
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se expansiona produciendo trabajo una corriente parcial (477) del aire de carga hasta aproximadamente la presión de funcionamiento de la columna de baja presión y se alimenta esta corriente a una columna (478) de separación de volátiles, alimentándose el líquido (479) del sumidero de la columna (478) de separación de volátiles a la columna (24) de enriquecimiento en criptón-xenón.
9. Dispositivo para obtener criptón y/o xenón por descomposición criógena de aire, que comprende
- una tubería de aire de carga (1) para introducir aire de carga comprimido y predepurado en un sistema rectificador de separación de nitrógeno-oxígeno que presenta al menos una columna de alta presión (2) y una columna de baja presión (3),
- una tubería de extracción (13, 14, 15, 16, 416) para extraer de la columna de alta presión (2) una fracción que contiene criptón y xenón, en donde
- la tubería de extracción (13, 14, 15, 16, 416) para la fracción que contiene criptón y xenón está unida con el espacio de evaporación de un primer condensador-evaporador (17),
- una tubería de líquido de barrido (26, 226) está unida con el espacio de evaporación del condensador-evaporador (17) y con una columna (24) de enriquecimiento en criptón-xenón, y
- la columna (24) de enriquecimiento en criptón-xenón presenta una tubería de producto (30) para un concentrado de criptón-xenón,
caracterizado por
- un segundo condensador-evaporador (27) que está separado del primer condensador-evaporador (17) y cuyo espacio de evaporación está en comunicación de flujo con la zona inferior de la columna (24) de enriquecimiento en criptón-xenón.
10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque la columna de baja presión (3) está unida con una zona de rectificación de argón bruto (18, 19) a través de una tubería (48) de tránsito de argón y el espacio de licuación del primer condensador-evaporador (17) está en comunicación de flujo con la zona de rectificación de argón bruto (18, 19).
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