ES2340633T3 - Sistema de separacion criogenica de aire. - Google Patents
Sistema de separacion criogenica de aire. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2340633T3 ES2340633T3 ES07861205T ES07861205T ES2340633T3 ES 2340633 T3 ES2340633 T3 ES 2340633T3 ES 07861205 T ES07861205 T ES 07861205T ES 07861205 T ES07861205 T ES 07861205T ES 2340633 T3 ES2340633 T3 ES 2340633T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- stream
- feed air
- air
- pressure
- feed
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
- F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
- F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
- F25J3/04175—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities at a pressure of substantially more than the highest pressure column
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
- F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
- F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
- F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
- F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or high pressure column
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
- F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
- F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
- F25J2240/42—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being air
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Emergency Medicine (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Un método para la separación criogénica de aire que comprende: (A) comprimir una primera corriente de aire de alimentación (4) a una primera presión, enfriar la primera corriente de aire de alimentación comprimido (6), turboexpandir la primera corriente de aire de alimentación comprimido y enfriado (7), y hacer pasar la primera corriente de aire de alimentación turboexpandida (8) a una planta de separación criogénica de aire (300, 310) que comprende al menos una columna; (B) comprimir una segunda corriente de aire de alimentación (20) a una segunda presión que es mayor que la primera presión, condensar la segunda corriente aire de alimentación comprimido (21), y hacer pasar a la segunda corriente de aire de alimentación comprimido y condensado (22) a la planta de separación criogénica de aire; (C) condensar una tercera corriente de aire de alimentación (30) a una presión inferior a la primera presión y hacer pasar a la tercera corriente de aire alimentación condensado (31, 32) a la planta de separación criogénica de aire (300, 310); (D) separar el aire de alimentación por rectificación criogénica en la planta de separación criogénica de aire (300, 310) para producir un producto que comprende oxígeno líquido y bombear el oxígeno líquido (80) para producir una corriente de oxígeno líquido presurizado (81, 82); y (E) vaporizar la corriente de oxígeno líquido presurizado (82) haciendo pasar la corriente de oxígeno líquido presurizado en intercambio de calor indirecto con la segunda corriente de aire de alimentación (20) y la tercera corriente de aire de alimentación (30), causando de ese modo la condensación de la segunda corriente de aire de alimentación y de la tercera corriente de aire de alimentación.
Description
Sistema de separación criogénica de aire.
Esta invención se refiere en general a la
separación criogénica de aire y, más concretamente, a la separación
criogénica de aire en donde se condensa el aire de alimentación para
vaporizar una corriente de producto presurizado. Tal proceso se
conoce por ejemplo del Documento
FR-A-2685 460.
Los sistemas de separación criogénica de aire
utilizan de forma rutinaria lo que a menudo se hace referencia como
bombeo de líquido para la presurización de producto. El bombeo de
líquido hace referencia a una compresión mecánica directa de un
producto líquido criogénico seguido de la vaporización por un fluido
de condensación caliente. En este proceso, la refrigeración
presente en el producto licuado de bombeo se transmite a través del
intercambio de calor indirecto al fluido de
compensación/condensación. Este enfoque es particularmente útil con
el propósito de la presurización de productos especiales. En
particular, el gasto de los compresores de oxígeno y las cuestiones
relacionadas con la seguridad se pueden evitar mediante el bombeo de
oxígeno líquido. Existe un interés creciente en los procesos que
emplean el bombeo completo de líquido. En estos procesos el oxígeno
es un líquido que se bombea directamente a la presión de emisión
(conducción) y se vaporiza dentro el proceso. La ventaja de estos
procesos se deriva de la completa eliminación del compresor de
oxígeno. Las complicaciones asociadas con el bombeo completo de
oxígeno se derivan de las corrientes de aire a muy alta presión
necesarias para la licuefacción. Estas corrientes de aire a alta
presión crean un desequilibrio termodinámico dentro del
intercambiador de calor primario y por lo tanto aumentan el consumo
de energía.
En muchos casos, el aire es el fluido de
compensación preferente para vaporizar el oxígeno líquido bombeado.
Una complicación asociada con el bombeo completo de oxígeno líquido
se debe al hecho de que a menudo se requieren presiones de aire por
encima del punto crítico, 3771 kPa (547 libras por pulgada cuadrada
absolutas (psia)), para vaporizar el oxígeno líquido. A presiones
de oxígeno por debajo del punto crítico del oxígeno 5081 kPa (737
psia) se incurre en ineficiencias sustanciales de intercambio de
calor. Como consecuencia, existe un considerable margen para la
mejora en términos de un enfoque en el diseño del intercambio de
calor. Por otra parte, se ha encontrado que los procesos de oxígeno
líquido bombeado generalmente no son susceptibles a la producción
variable de líquido.
El objetivo de la invención se muestra para un
método para la separación criogénica de aire según la
reivindica-
ción 1.
ción 1.
Como se usa en la presente invención, el término
"columna" significa una zona o columna de fraccionamiento o de
destilación, es decir, una zona o columna de contacto, en donde las
fases líquida y vapor se ponen en contacto en contracorriente para
efectuar la separación de una mezcla de fluidos, tales como por
ejemplo, poniendo en contacto las fases líquida y vapor en una
serie de bandejas o placas espaciadas verticalmente, montadas
dentro de la columna y/o sobre elementos de relleno tales como
relleno estructurado o colocado al azar. Para una discusión
adicional de las columnas de destilación, consulte el Manual del
Ingeniero Químico (Chemical Engineer's Handbook), quinta edición,
editado por R.H. Perry and C.H. Chilton, McGraw-Hill
Book Company, New York, Section 13, The Continuous Distillation
Process. Una columna doble comprende una columna de alta
presión con su extremo superior en relación de intercambio de calor
con el extremo inferior de una columna de baja presión.
El proceso de separación al poner en contacto
vapor y líquido depende de la diferencia entre las presiones de
vapor de los componentes. El componente con la presión de vapor más
alta (o más volátil o de menor punto de ebullición) tiende a
concentrarse en la fase de vapor mientras que el componente de
presión de vapor más baja (o menos volátil o de más alto punto de
ebullición) tiende a concentrarse en la fase líquida. La
condensación parcial es el proceso de separación mediante el cual
se puede usar el enfriamiento de una mezcla de vapor para
concentrar el (los) componente(s) volátil(es) en la
fase vapor y por lo tanto el (los) componente(s) menos
volátil(es) en la fase líquida. La rectificación, o la
destilación continua, es el proceso de separación que combina
sucesivas vaporizaciones y condensaciones parciales, tales como las
obtenidas mediante un tratamiento a contracorriente de las fases de
líquido y de vapor. El contacto a contracorriente de las fases de
líquido y de vapor es generalmente adiabático y puede incluir un
contacto integral (por etapas) o diferencial (continuo) entre las
fases. Las disposiciones del proceso de separación que utilizan los
principios de la rectificación para separar mezclas a menudo se
denominan indistintamente columnas de rectificación, columnas de
destilación, o columnas de fraccionamiento. La rectificación
criogénica es un proceso de rectificación que se lleva a cabo al
menos en parte, a temperaturas iguales o inferiores a 150 grados
Kelvin (K).
Como se usa en la presente invención, el término
"intercambio de calor indirecto" significa poner dos fluidos
en relación de intercambio de calor sin contacto físico o mezcla
alguna de un fluido con el otro.
Como se usa en la presente invención, el término
"aire de alimentación" significa una mezcla que comprende
principalmente oxígeno, nitrógeno y argón, tal como el aire
ambiente.
Como se usa en la presente invención, los
términos "parte superior" y "parte inferior" de una
columna significan aquellas secciones de la columna situadas por
encima y por debajo, respectivamente, del punto medio de la
columna.
Como se usa en la presente invención, los
términos "turboexpansion" y "turboexpansor" significan,
respectivamente, el método y el aparato para el flujo del fluido a
alta presión a través de una turbina para reducir la presión y la
temperatura del fluido, generando así la refrigeración.
Como se usa en la presente invención, el término
"planta de separación criogénica de aire" significa la columna
o columnas en donde el aire de alimentación se separa por
rectificación criogénica para producir nitrógeno, oxígeno y/o
argón, así como las conducciones de interconexión, las válvulas, los
intercambiadores de calor, etc.
Como se usa en la presente invención, el término
"compresor" significa una máquina que aumenta la presión de un
gas mediante la aplicación de trabajo.
Como se usa en la presente invención, el término
"subenfriamiento" significa enfriar un líquido a una
temperatura inferior a la temperatura de saturación de ese líquido
para la presión existente.
La única Figura es una representación
esquemática de una realización preferente del sistema de separación
criogénica de aire de esta invención.
El motivo de la invención es un proceso de
oxígeno líquido bombeado mejorado asociado con una planta de
separación criogénica de aire que emplea al menos una columna para
la separación de aire y que emplea al menos un turboexpansor para
la producción de la refrigeración. En particular, el motivo de la
invención prevé el uso de al menos dos corrientes de aire de
condensación para facilitar la vaporización del oxígeno. En su
realización más preferente, la vaporización del oxígeno bombeado
tiene lugar dentro del intercambiador de calor primario y el trabajo
mecánico de la turboexpansión se utiliza para la compresión del gas
de expansión. El gas de licuefacción principal se comprime
preferentemente en un impulsor-compresor de aire
independiente y específico.
La invención se describe en mayor detalle con
relación al Dibujo. En referencia ahora a la Figura, la corriente
de aire de alimentación (1) se comprime en un compresor de aire de
etapas múltiples y refrigeradas 100 hasta una presión
substancialmente elevada dentro del intervalo de 5 a 15 bar. El
compresor 100 puede ser un compresor de engranajes integral
enfriado con eliminación de condensados (no mostrado). La corriente
de aire de alimentación comprimido 2 se dirige entonces a los
medios de pre-purificación 110. El proceso 110 puede
comprender varias operaciones unitarias que incluyen pero no se
limitan a la refrigeración con agua por contacto directo, a la
refrigeración basada en el enfriamiento en contacto directo con agua
helada, en la separación y/o absorción de fases. Además, la
corriente 2 se deshidrata y se purifica de contaminantes de alto
punto de ebullición (por ejemplo, hidrocarburos, dióxido de carbono
y similares). Este proceso se puede llevar a cabo mediante una
combinación de temperatura y de adsorción por variación de presión.
El proceso 110 produce una corriente de aire seco y limpio 3 que
posteriormente se divide en tres partes.
Una primera parte (aproximadamente 65 a 70 por
ciento) de la corriente 3 se toma como primera corriente de aire de
alimentación 4 que se dirige a la turbina con el
impulsor-compresor 121. La corriente de aire
parcialmente enfriada e impulsada 5 (aproximadamente 5 a 20 bares)
se comprime adicionalmente por medio de los medios de compresión
130 a una primera presión dentro del intervalo de 20 a 60 bares. La
primera corriente de aire de alimentación resultante 6 se enfría en
el intercambiador de calor primario 200 a una temperatura dentro del
intervalo de 125 a 190 K y posteriormente se expande en el
turboexpansor 122. El gas de escape de la turbina 8 se dirige
entonces a la parte inferior de la columna 300 como alimentación
principal de aire gaseoso. La columna 300 es la columna de alta
presión de una columna doble que también incluye una columna de baja
presión 310. En la realización de la invención que se ilustra en la
Figura, la planta de separación criogénica de aire comprende las
columnas 300 y 310.
Una segunda parte (20 a 25 por ciento) de la
corriente 3 se toma como segunda corriente aire de alimentación 20.
Esta corriente se comprime de forma adicional en el compresor 140,
que puede comprender etapas múltiples de compresión refrigeradas,
hasta una segunda presión, que puede ser mayor que la primera
presión, y que está dentro del intervalo de 25 a 70 bares. La
corriente comprimida y enfriada 21 se enfría de forma adicional en
el intercambiador de calor 200 y sale condensada y subenfriada como
la corriente 22. Entonces se puede reducir la presión de esta
corriente a través de la válvula 400 y dirigirla a la columna de
alta presión 300 por medio de las corrientes 23, 24 y 25. Una parte
de esta corriente también se puede hacer pasar a la columna de baja
presión 310 en las corrientes 26 y 27 por medio de la válvula de
expansión secundaria 420.
Una tercera parte (5 a 10 por ciento) de la
corriente de aire 3 se toma como tercera corriente de aire
alimentación 30 a una presión inferior a la primera presión. La
corriente 30 se dirige al intercambiador de calor 200 en donde esta
corriente se enfría, condensa y subenfría y sale como la corriente
31. La corriente 31 se dirige entonces a los medios de reducción de
presión 410 (si es necesario) saliendo como la corriente 32 y se
dirige entonces como alimentación al sistema de columnas por medio
de la corriente 24.
Las columnas 300 y 310 representan columnas de
destilación en las que el vapor y el líquido se ponen en contacto
en contracorriente con el fin de efectuar una transferencia de masa
gas/líquido basada en la separación de las correspondientes
corrientes de alimentación. Las columnas 300 y 310 emplean
preferentemente relleno (estructurado o colocado al azar) o
bandejas o una combinación de los mismos.
Las corrientes de aire 8 y 25 se dirigen a la
columna de presión moderada 300. La columna 300 sirve para separar
las respectivas corrientes en una corriente de cabeza rica en
nitrógeno y en una corriente de cola rica en oxígeno. La
condensación del gas de cabeza 50 se efectúa mediante el condensador
principal 220. Así, el calor latente de la condensación se
transmite al fluido de la parte inferior de la columna rico en
oxígeno de la columna 310. La corriente de líquido rico en
nitrógeno resultante 51 se usa entonces como líquido de reflujo
para la columna de presión moderada como la corriente 56 y para la
columna de baja presión 310 como la corriente 55. También se extrae
un líquido enriquecido en oxígeno 40 de la columna 300 y entonces se
hace pasar dicho líquido a través de la válvula de reducción de
presión 430 antes de introducirlo en la columna 310 como la
corriente 41. La columna 310 funciona a una presión en el intervalo
de 1,1 a 1,5 bares. El líquido rico en nitrógeno 52 se subenfría
primero en el intercambiador de calor 210 y sale como la corriente
53 que se puede dividir en una corriente de producto líquido 54 y
en la corriente de reflujo líquido 55 (tal como se menciona
anteriormente). Dentro de la columna 310, las corrientes 55, 27 y 41
se separan de forma adicional en las corrientes de cabeza ricas en
nitrógeno 60 y 70, y en un líquido de cola rico en oxígeno 80. Las
corrientes ricas en nitrógeno 60 y 70 se sacan de la parte superior
de la columna de baja presión 310 y se calientan a temperatura
ambiente por intercambio de calor indirecto dentro de los
intercambiadores de calor 210 y 200 de forma secuencial,
posteriormente salen como corrientes de nitrógeno baja presión
calientes 62 y 72, respectivamente. La corriente 62 se puede tomar
como una corriente sub-producto de nitrógeno y
comprimirla si fuese necesario. La corriente 72 se puede usar como
un fluido de purga/fluido de arrastre a los efectos de los sistemas
adsorbentes regenegativos que pueden formar parte de los medios de
pre-tratamiento 110 y/o ser venteada a la
atmósfera.
De la parte inferior de la columna de baja
presión 310 se extrae un líquido rico en oxígeno 80. Esta corriente
entonces se comprime mediante una combinación de carga gravitacional
y una bomba mecánica 440. La corriente de oxígeno líquido bombeado
81 entonces se puede dividir en una corriente de producto líquido 84
(y dirigirla al almacenamiento no mostrado) y en la corriente 82.
La corriente 82 sufre la vaporación y el calentamiento dentro del
intercambiador de calor 200 y sale como una corriente gaseosa de
alta presión 83, normalmente a una presión dentro del intervalo de
10 a 50 bares. En una realización preferente, la tercera corriente
de aire de alimentación de condensación 30/31 comienza la
condensación a una temperatura inferior a la temperatura del punto
ebullición de la corriente de oxígeno bombeado 82. La segunda
corriente de aire de alimentación de condensación 21/22 comienza
preferentemente la condensación (o
pseudo-condensación si es de presión supercrítica)
a una temperatura por encima de la temperatura del punto de
ebullición de la corriente 82. De este modo, se reduce
considerablemente la potencia total consumida por los compresores
100, 140 y 130. Existen numerosas modificaciones al sistema básico
de columnas mostrado en la Figura. La columna doble vinculada
térmicamente a dos presiones se puede usar para recuperar oxígeno
de alta y de baja pureza. Además, cuando se recupera oxígeno de
alta pureza se puede incorporar al diseño una columna lateral con el
fin de efectuar la recuperación de argón en un estado crudo o
refinado (como líquido o gas). Con la configuración básica se pueden
emplear varias opciones de intercambio de calor auxiliares. Un
ejemplo incluye el enfriamiento de la corriente 40 con las
corrientes 61 y 71 antes de su entrada a la columna 310. Si se
incorpora una columna lateral de argón al sistema de columnas, se
puede usar el líquido rico en oxígeno 40 para refrigerar el
condensador de argón. Se pueden usar otros métodos de destilación
criogénica de aire en conjunto con la presente invención. Estos
incluyen columnas sencillas con bomba de calor junto con ciclos de
oxígeno de baja pureza que emplean una columna de baja presión
calentada por la condensación (parcial o no) del aire de
alimentación de presión moderada.
En relación a la compresión final en caliente,
los medios de compresión 140, 130 y el impulsor de la turbina 121
se pueden incorporar en su totalidad o en parte a una máquina de
engranajes integrada y combinada. Esta máquina reduciría el número
de motores (o medios) de propulsión independientes requeridos en el
proceso. El uso de tal máquina seguiría haciendo posible los
servicios de compresión separados y distintos.
Las corrientes de licuefacción de aire 20 y 30
se han usado para ilustrar la intención general de la presente
invención. Se debería entender que se pueden emplear más de un nivel
de presión (por condensación a temperaturas) por encima y por
debajo de la temperatura del punto de ebullición de la corriente 82
(oxígeno líquido bombeado).
La disposición de las corrientes de aire líquido
22 y 31 mostrada en la Figura no pretende ser limitante. Se prevén
algún número de combinaciones. Por ejemplo, la corriente 31 se puede
dirigir a las columnas 310 ó 300 en su totalidad o en parte a
través del conducto que es independiente del que se usa para
transmitir la corriente de aire de alta presión 22. Del mismo modo,
la corriente de aire líquido de alta presión 22 se puede dirigir en
su totalidad o en parte a cualquiera de las columnas 300 y 310. La
corriente 30 no necesita ser derivada directamente desde la salida
de los medios de pre-tratamiento. Alternativamente,
se puede derivar desde una ubicación intermedia de los medios de
compresión 140. El objetivo sería obtener una corriente de aire de
presión suficiente para condensar a una temperatura por debajo del
punto de ebullición de la corriente 82.
Los medios de compresión impulsión con
alimentación externa 130 se pueden reubicar en un punto aguas
arriba del compresor 121 (y aguas abajo de la purificación 110).
Por ejemplo, la corriente 4 se puede comprimir directamente
mediante el medio del compresor 130 antes de entrar en la unidad del
impulsor de la turbina 120. Alternativamente, el medio de
compresión 130 se puede excluir del proceso o se puede evitar de
forma periódica.
Como se ha indicado, el medio de compresión 100
puede comprender varias etapas de compresión con refrigeración
intermedia. Así, la presión de la corriente 2 se puede seleccionar
de manera que se produzca una corriente de aire limpio y seco
(corriente 3) a una presión similar a la que existe en la base de la
columna 300. En tal disposición, se puede extraer y enfriar una
cuarta corriente de aire a través del intercambiador de calor 200
hasta cerca de su saturación y directamente en la columna 300. Este
enfoque sería ventajoso para una planta con menores necesidades
generales de producción de líquido.
Se conoce la técnica de la separación de aire
que incluye múltiples corrientes de turbo-expansión.
Tales disposiciones se pueden incorporar al objeto de la invención.
Por ejemplo, una parte de la corriente 6 se podría extraer antes
del nivel de temperatura de la corriente 7 y expandirse a una
presión cercana a la de la columna 300. Dicha corriente se podría
entonces enfriar de forma adicional hasta cerca de la saturación en
el intercambiador de calor 200 y dirigirla a la base de la columna
300 o combinarla con los gases del expansor 122, corriente 8.
Alternativamente, las corrientes de aire se pueden expandir en la
columna de baja presión 310.
Como una alternativa adicional, las corrientes
adicionales secundarias de oxígeno líquido o de nitrógeno líquido
se pueden bombear de forma independiente a la de la corriente de
principal oxígeno primario y posteriormente vaporizarse en el
intercambiador de calor 200 (en tándem con la corriente de oxígeno
primario). También, en tales realizaciones, la corriente de
condensación secundaria muestra preferentemente una temperatura de
condensación por debajo de la temperatura de la corriente de
oxígeno 82 que representa más de la mitad del total del flujo de
oxígeno calentado.
Claims (7)
1. Un método para la separación criogénica de
aire que comprende:
- (A)
- comprimir una primera corriente de aire de alimentación (4) a una primera presión, enfriar la primera corriente de aire de alimentación comprimido (6), turboexpandir la primera corriente de aire de alimentación comprimido y enfriado (7), y hacer pasar la primera corriente de aire de alimentación turboexpandida (8) a una planta de separación criogénica de aire (300, 310) que comprende al menos una columna;
- (B)
- comprimir una segunda corriente de aire de alimentación (20) a una segunda presión que es mayor que la primera presión, condensar la segunda corriente aire de alimentación comprimido (21), y hacer pasar a la segunda corriente de aire de alimentación comprimido y condensado (22) a la planta de separación criogénica de aire;
- (C)
- condensar una tercera corriente de aire de alimentación (30) a una presión inferior a la primera presión y hacer pasar a la tercera corriente de aire alimentación condensado (31, 32) a la planta de separación criogénica de aire (300, 310);
- (D)
- separar el aire de alimentación por rectificación criogénica en la planta de separación criogénica de aire (300, 310) para producir un producto que comprende oxígeno líquido y bombear el oxígeno líquido (80) para producir una corriente de oxígeno líquido presurizado (81, 82); y
- (E)
- vaporizar la corriente de oxígeno líquido presurizado (82) haciendo pasar la corriente de oxígeno líquido presurizado en intercambio de calor indirecto con la segunda corriente de aire de alimentación (20) y la tercera corriente de aire de alimentación (30), causando de ese modo la condensación de la segunda corriente de aire de alimentación y de la tercera corriente de aire de alimentación.
2. El método de la reivindicación 1, en donde la
planta de separación criogénica de aire comprende una columna de
alta presión (300) y una columna de baja presión (310).
3. El método de la reivindicación 2, en donde la
primera corriente de aire de alimentación (8) se hace pasar a la
columna de alta presión (300).
4. El método de la reivindicación 2, en donde al
menos parte de la segunda corriente de aire de alimentación (20,
25) se hace pasar a la columna de alta presión (300).
5. El método de la reivindicación 2, en donde al
menos parte de la tercera corriente de aire de alimentación (30,
31, 32) se hace pasar a la columna de alta presión (300).
6. El método de la reivindicación 1, en donde la
segunda corriente de aire de alimentación (20) comienza la
condensación a una temperatura por encima de la temperatura del
punto de ebullición de la corriente de oxígeno líquido presurizado
(82).
7. El método de la reivindicación 1, en donde la
tercera corriente de aire de alimentación (30) comienza la
condensación a una temperatura inferior a la temperatura del punto
de ebullición de la corriente de oxígeno líquido presurizado
(82).
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US330341 | 1981-12-14 | ||
| US11/330,341 US7437890B2 (en) | 2006-01-12 | 2006-01-12 | Cryogenic air separation system with multi-pressure air liquefaction |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2340633T3 true ES2340633T3 (es) | 2010-06-07 |
Family
ID=38231461
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES07861205T Active ES2340633T3 (es) | 2006-01-12 | 2007-01-09 | Sistema de separacion criogenica de aire. |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7437890B2 (es) |
| EP (1) | EP1999422B1 (es) |
| CN (1) | CN101535755B (es) |
| BR (1) | BRPI0706347B1 (es) |
| CA (1) | CA2634483C (es) |
| DE (1) | DE602007005994D1 (es) |
| ES (1) | ES2340633T3 (es) |
| WO (1) | WO2008051259A2 (es) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2913760B1 (fr) * | 2007-03-13 | 2013-08-16 | Air Liquide | Procede et appareil de production de gaz de l'air sous forme gazeuse et liquide a haute flexibilite par distillation cryogenique |
| BRPI0918769B1 (pt) * | 2008-09-09 | 2021-01-05 | Conocophillips Company | sistema para melhoria de performance de turbina a gás em uma usina a gás natural |
| US9291388B2 (en) * | 2009-06-16 | 2016-03-22 | Praxair Technology, Inc. | Method and system for air separation using a supplemental refrigeration cycle |
| US9279613B2 (en) * | 2010-03-19 | 2016-03-08 | Praxair Technology, Inc. | Air separation method and apparatus |
| CN102809262B (zh) * | 2012-08-22 | 2015-08-26 | 杭州杭氧股份有限公司 | 一种利用igcc燃气轮机压缩空气生产氧气的方法及装置 |
| PL2963370T3 (pl) | 2014-07-05 | 2018-11-30 | Linde Aktiengesellschaft | Sposób i urządzenie do kriogenicznego rozdziału powietrza |
Family Cites Families (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4555256A (en) * | 1982-05-03 | 1985-11-26 | Linde Aktiengesellschaft | Process and device for the production of gaseous oxygen at elevated pressure |
| FR2685460B1 (fr) * | 1991-12-20 | 1997-01-31 | Maurice Grenier | Procede et installation de production d'oxygene gazeux sous pression par distillation d'air |
| JP2909678B2 (ja) * | 1991-03-11 | 1999-06-23 | レール・リキード・ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード | 圧力下のガス状酸素の製造方法及び製造装置 |
| DE4109945A1 (de) * | 1991-03-26 | 1992-10-01 | Linde Ag | Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft |
| FR2688052B1 (fr) * | 1992-03-02 | 1994-05-20 | Maurice Grenier | Procede et installation de production d'oxygene et/ou d'azote gazeux sous pression par distillation d'air. |
| FR2692664A1 (fr) | 1992-06-23 | 1993-12-24 | Lair Liquide | Procédé et installation de production d'oxygène gazeux sous pression. |
| FR2701553B1 (fr) | 1993-02-12 | 1995-04-28 | Maurice Grenier | Procédé et installation de production d'oxygène sous pression. |
| GB9410696D0 (en) * | 1994-05-27 | 1994-07-13 | Boc Group Plc | Air separation |
| GB9711258D0 (en) * | 1997-05-30 | 1997-07-30 | Boc Group Plc | Air separation |
| FR2787560B1 (fr) | 1998-12-22 | 2001-02-09 | Air Liquide | Procede de separation cryogenique des gaz de l'air |
| US6112550A (en) * | 1998-12-30 | 2000-09-05 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic rectification system and hybrid refrigeration generation |
| US6347534B1 (en) * | 1999-05-25 | 2002-02-19 | Air Liquide Process And Construction | Cryogenic distillation system for air separation |
| US6178776B1 (en) * | 1999-10-29 | 2001-01-30 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic indirect oxygen compression system |
| US6212907B1 (en) * | 2000-02-23 | 2001-04-10 | Praxair Technology, Inc. | Method for operating a cryogenic rectification column |
| DE10015602A1 (de) * | 2000-03-29 | 2001-10-04 | Linde Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft |
| US20030000248A1 (en) * | 2001-06-18 | 2003-01-02 | Brostow Adam Adrian | Medium-pressure nitrogen production with high oxygen recovery |
| US6536234B1 (en) * | 2002-02-05 | 2003-03-25 | Praxair Technology, Inc. | Three column cryogenic air separation system with dual pressure air feeds |
| US7296437B2 (en) * | 2002-10-08 | 2007-11-20 | L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Process for separating air by cryogenic distillation and installation for implementing this process |
| US6622520B1 (en) * | 2002-12-11 | 2003-09-23 | Praxair Technology, Inc. | Cryogenic rectification system for producing low purity oxygen using shelf vapor turboexpansion |
| US6626008B1 (en) | 2002-12-11 | 2003-09-30 | Praxair Technology, Inc. | Cold compression cryogenic rectification system for producing low purity oxygen |
| GB0422635D0 (en) * | 2004-10-12 | 2004-11-10 | Air Prod & Chem | Process for the cryogenic distillation of air |
-
2006
- 2006-01-12 US US11/330,341 patent/US7437890B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-01-09 DE DE602007005994T patent/DE602007005994D1/de active Active
- 2007-01-09 CN CN200780002168.4A patent/CN101535755B/zh not_active Expired - Fee Related
- 2007-01-09 ES ES07861205T patent/ES2340633T3/es active Active
- 2007-01-09 WO PCT/US2007/000538 patent/WO2008051259A2/en active Application Filing
- 2007-01-09 CA CA2634483A patent/CA2634483C/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-01-09 EP EP07861205A patent/EP1999422B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-01-09 BR BRPI0706347A patent/BRPI0706347B1/pt not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20070157664A1 (en) | 2007-07-12 |
| BRPI0706347A2 (pt) | 2011-03-22 |
| CN101535755B (zh) | 2014-05-07 |
| WO2008051259A2 (en) | 2008-05-02 |
| CN101535755A (zh) | 2009-09-16 |
| CA2634483C (en) | 2011-10-18 |
| DE602007005994D1 (de) | 2010-06-02 |
| BRPI0706347B1 (pt) | 2018-11-06 |
| EP1999422A2 (en) | 2008-12-10 |
| WO2008051259A3 (en) | 2008-12-11 |
| US7437890B2 (en) | 2008-10-21 |
| CA2634483A1 (en) | 2008-05-02 |
| EP1999422B1 (en) | 2010-04-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2360744T3 (es) | Sistema de separación criogénica del aire. | |
| ES2159905T5 (es) | Separacion criogenica de aire con reciclado en turbina en caliente. | |
| CA3073932C (en) | System and method for recovery of non-condensable gases such as neon, helium, xenon, and krypton from an air separation unit | |
| ES2340633T3 (es) | Sistema de separacion criogenica de aire. | |
| ES2383781T3 (es) | Reacondicionamiento de licuador de nitrógeno para una planta de separación de aire | |
| US20110192194A1 (en) | Cryogenic separation method and apparatus | |
| ES2425944T3 (es) | Procedimiento e instalación de separación de aire por destilación criogénica | |
| US9222726B2 (en) | Air separation method and apparatus with improved argon recovery | |
| CA3073930A1 (en) | System and method for recovery of neon and helium from an air separation unit | |
| ES2644980T3 (es) | Procedimiento y aparato de separación de aire | |
| US20090205368A1 (en) | Distillation method and apparatus | |
| ES2621843T3 (es) | Método y aparato para separar aire | |
| US20130086941A1 (en) | Air separation method and apparatus | |
| CN105637311B (zh) | 通过低温蒸馏分离空气的方法和装置 | |
| ES2207082T3 (es) | Sistema de separacion criogenica de aire con alta relacion de turboexpansion. | |
| US20130019634A1 (en) | Air separation method and apparatus | |
| KR20230136153A (ko) | 액체 이산화탄소를 생성하기 위해 이산화탄소가 풍부한 흐름을 증류에 의해 분리하기 위한 방법 및 장치 | |
| BR112020003998B1 (pt) | Sistema e método de recuperação de neônio |