ES2658550T3 - Process for cryogenic air separation - Google Patents
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- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Proceso de separación de aire a baja temperatura para producir producto gaseoso presurizado en una unidad de separación de aire que utiliza un sistema de columnas (10, 11) de destilación, que comprende los pasos siguientes: a) enfriar una corriente de aire comprimido en una línea (30) de intercambio térmico para formar una corriente de aire enfriado comprimido, b) enviar al menos parte de la corriente de aire enfriado comprimido a una columna (10) del sistema, c) en un primer periodo de tiempo, licuar una corriente de proceso para formar un primer producto líquido (49) y almacenar al menos parte del primer producto líquido, d) en un segundo periodo de tiempo, enviar el primer producto líquido almacenado anteriormente mencionado a la unidad de separación de aire como una de las alimentaciones, e) presurizar al menos una segunda corriente (6, 13) de producto líquido, f) vaporizar la segunda corriente de producto líquido presurizada anteriormente mencionada para formar un producto gaseoso presurizado (7) en la línea de intercambio térmico, g) durante el segundo periodo de tiempo anteriormente mencionado, extraer un gas frío (40) de la unidad de separación de aire y comprimir el gas frío en un compresor (70) que tiene una temperatura de entrada entre -180 °C y -50 °C y una temperatura de salida de, como máximo, -20 °C para formar un gas presurizado, caracterizado por que el paso c) se lleva a cabo sólo si el precio de la electricidad está por debajo de un umbral predeterminado y por que los pasos d) y g) se llevan a cabo sólo si el precio de la electricidad está por encima de un umbral predeterminado.Low temperature air separation process to produce pressurized gaseous product in an air separation unit using a distillation column system (10, 11), comprising the following steps: a) cooling a stream of compressed air in a heat exchange line (30) to form a stream of compressed cooled air, b) send at least part of the stream of compressed cooled air to a column (10) of the system, c) in a first period of time, liquefy a stream process to form a first liquid product (49) and store at least part of the first liquid product, d) in a second period of time, send the first liquid product stored above to the air separation unit as one of the feeds , e) pressurizing at least a second stream (6, 13) of liquid product, f) vaporizing the second stream of pressurized liquid product mentioned above to form a product Pressurized gaseous gas (7) in the heat exchange line, g) during the second period of time mentioned above, extract a cold gas (40) from the air separation unit and compress the cold gas into a compressor (70) that it has an inlet temperature between -180 ° C and -50 ° C and an outlet temperature of at most -20 ° C to form a pressurized gas, characterized in that step c) is carried out only if the price of electricity is below a predetermined threshold and why steps d) and g) are carried out only if the price of electricity is above a predetermined threshold.
Description
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DESCRIPCIONDESCRIPTION
Proceso para la separación criogénica de aireProcess for cryogenic air separation
Esta invención se refiere a un proceso de separación de aire a baja temperatura.This invention relates to a process of separating air at low temperature.
La separación de aire es una tecnología que requiere una enorme cantidad de energía, consumiendo miles de kilovatios o varios megavatios de energía eléctrica para producir grandes cantidades de gases industriales para aplicaciones de tonelaje tales como químicas, refinerías, acerías, etc.Air separation is a technology that requires a huge amount of energy, consuming thousands of kilowatts or several megawatts of electrical energy to produce large quantities of industrial gases for tonnage applications such as chemicals, refineries, steelworks, etc.
En la Figura 1 está ilustrado un proceso típico de líquido bombeado. En este tipo de proceso se comprime aire atmosférico mediante un compresor principal 1 de aire (Main Air Compressor (MAC)) hasta una presión de aproximadamente 6 bares absolutos, a continuación se purifica dicho aire en un sistema adsorbedor 2 para eliminar impurezas tales como humedad y dióxido de carbono, que pueden congelarse a la temperatura criogénica, para obtener un aire de alimentación purificado. Una parte 3 de este aire de alimentación purificado se enfría después hasta casi su punto de rocío en un intercambiador 30 de calor y se introduce en una columna 10 de alta presión de un sistema de doble columna en forma gaseosa para su destilación. En la parte superior de esta columna de alta presión se extrae líquido 4 rico en nitrógeno, y una parte se envía a la parte superior de la columna 11 de baja presión como corriente de reflujo. La corriente líquida 5 enriquecida con oxígeno de la parte inferior de la columna de alta presión se envía también a la columna de baja presión como alimentación. Estos líquidos 4, 5 se subenfrían antes de una expansión contra gases fríos en unos subenfriadores no mostrados en la figura para una mayor simplicidad. De la parte inferior de la columna 11 de baja presión se extrae un líquido 6 de oxígeno, que se presuriza mediante una bomba hasta una presión requerida y a continuación se vaporiza en el intercambiador 30 para formar el producto 7 de oxígeno gaseoso. Otra parte 8 del aire de alimentación purificado se comprime posteriormente en un compresor 20 de aire de refuerzo (Booster Air Compressor (BAC)) hasta una alta presión para una condensación en el intercambiador 30 contra la corriente enriquecida con oxígeno de vaporización. Dependiendo de la presión del producto rico en oxígeno, la presión de aire reforzado puede ser de alrededor de 65 bares o a veces de más de 80 bares. El aire reforzado condensado 9 se envía también al sistema de columnas como alimentación para la destilación, por ejemplo a la columna de alta presión. Parte del aire líquido puede retirarse de la columna de alta presión y enviarse a la columna de baja presión después de un subenfriamiento y una expansión. También es posible extraer líquido rico en nitrógeno de la parte superior de la columna de alta presión y a continuación bombearlo a alta presión (corriente 13) y vaporizarlo en el intercambiador de la misma manera que con el líquido de oxígeno. Además, una pequeña parte del aire de alimentación (corriente 14) se comprime y se expande en la columna 11 para proporcionar la refrigeración de la unidad. Opcionalmente pueden utilizarse medios alternativos o adicionales para proporcionar la refrigeración, tales como dispositivos de expansión Claude o dispositivos de expansión de nitrógeno.A typical process of pumped liquid is illustrated in Figure 1. In this type of process atmospheric air is compressed by means of a main air compressor (Main Air Compressor (MAC)) up to a pressure of approximately 6 bar absolute, then said air is purified in an adsorber system 2 to remove impurities such as moisture and carbon dioxide, which can be frozen at cryogenic temperature, to obtain a purified feed air. A part 3 of this purified feed air is then cooled to almost its dew point in a heat exchanger 30 and introduced into a high pressure column 10 of a double column system in gaseous form for distillation. At the top of this high pressure column, nitrogen-rich liquid 4 is extracted, and a part is sent to the top of the low pressure column 11 as a reflux stream. The liquid stream 5 enriched with oxygen from the bottom of the high pressure column is also sent to the low pressure column as feed. These liquids 4, 5 are subcooled before an expansion against cold gases in subcoolers not shown in the figure for greater simplicity. From the lower part of the low pressure column 11 an oxygen liquid 6 is extracted, which is pressurized by a pump to a required pressure and then vaporized in the exchanger 30 to form the gaseous oxygen product 7. Another part 8 of the purified feed air is subsequently compressed in a booster air compressor 20 (Booster Air Compressor (BAC)) to a high pressure for a condensation in the exchanger 30 against the stream enriched with vaporization oxygen. Depending on the pressure of the oxygen-rich product, the reinforced air pressure may be around 65 bars or sometimes more than 80 bars. The condensed reinforced air 9 is also sent to the column system as a feed for distillation, for example to the high pressure column. Some of the liquid air can be removed from the high pressure column and sent to the low pressure column after subcooling and expansion. It is also possible to extract nitrogen-rich liquid from the top of the high pressure column and then pump it at high pressure (stream 13) and vaporize it in the exchanger in the same way as with the oxygen liquid. In addition, a small part of the feed air (stream 14) is compressed and expanded in column 11 to provide cooling of the unit. Optionally, alternative or additional means can be used to provide cooling, such as Claude expansion devices or nitrogen expansion devices.
El nitrógeno residual se retira de la parte superior de la columna de baja presión y se calienta en el intercambiador 30. Se produce argón utilizando una columna de argón estándar cuyo condensador superior se enfría con líquido 5 enriquecido con oxígeno.The residual nitrogen is removed from the top of the low pressure column and heated in the exchanger 30. Argon is produced using a standard argon column whose upper condenser is cooled with liquid enriched with oxygen.
Una planta de oxígeno 3000 T/D típica que produce oxígeno gaseoso bajo presión para usos industriales puede consumir típicamente aproximadamente 50 MW. Una red de plantas de oxígeno para el funcionamiento con tuberías requeriría un suministro de energía capaz de proporcionar varios cientos de megavatios de energía eléctrica. De hecho, la energía eléctrica es el principal coste de funcionamiento de una planta de separación de aire, dado que su materia prima es aire atmosférico y es básicamente gratuita. La energía eléctrica se utiliza para accionar los compresores para comprimir el aire o los productos. Por lo tanto, el consumo de energía, o la eficacia del proceso, es uno de los factores más importantes en el diseño y el funcionamiento de una unidad de separación de aire (USA). El precio de la energía, expresado por lo general en $/kWh no es constante a lo largo del día, sino que varía ampliamente dependiendo de las horas punta o las horas valle. Se sabe que durante el día el precio de la energía es máximo cuando hay una gran demanda -o durante el periodo de horas punta- y mínimo durante la baja demanda -o periodo de horas valle-. Las empresas de servicios públicos tienden a ofrecer una considerable reducción de coste si un usuario de energía industrial puede recortar su consumo de energía durante las horas punta. Por lo tanto, las empresas que explotan unidades de separación de aire siempre tienen grandes incentivos para ajustar las condiciones de funcionamiento de las plantas con el fin de seguir la demanda de energía de manera que puedan disminuir el coste del servicio. Es evidente que se necesita una solución para proporcionar una respuesta económica a esta cuestión del precio variable de la energía.A typical 3000 T / D oxygen plant that produces gaseous oxygen under pressure for industrial uses can typically consume approximately 50 MW. A network of oxygen plants for pipeline operation would require a power supply capable of providing several hundred megawatts of electrical power. In fact, electric power is the main operating cost of an air separation plant, since its raw material is atmospheric air and is basically free. Electric power is used to drive compressors to compress air or products. Therefore, energy consumption, or the efficiency of the process, is one of the most important factors in the design and operation of an air separation unit (USA). The price of energy, usually expressed in $ / kWh, is not constant throughout the day, but varies widely depending on peak hours or valley hours. It is known that during the day the price of energy is maximum when there is a high demand - or during the period of peak hours - and minimum during the low demand - or period of valley hours. Public utilities tend to offer a considerable cost reduction if an industrial energy user can cut their energy consumption during peak hours. Therefore, companies that operate air separation units always have great incentives to adjust the operating conditions of the plants in order to follow the demand for energy so that they can reduce the cost of the service. It is clear that a solution is needed to provide an economic answer to this question of the variable price of energy.
Es útil señalar que los periodos en los que tienen lugar los picos de energía pueden diferir totalmente de los picos de demanda de producto, por ejemplo un tiempo cálido generaría una gran demanda de energía debido a los equipos de aire acondicionado, y mientras tanto la demanda de productos permanecería en un nivel normal. En algunos lugares, los picos se producen durante las horas del día en las que la producción industrial de las plantas de fabricación, los principales usuarios de gases industriales, se halla normalmente en el máximo nivel, que combinado con el gran uso de energía de otras actividades provocará una demanda muy grande en la red eléctrica. Este gran uso de energía crea una escasez potencial y las empresas de servicios públicos han de asignar otras fuentes de suministro de energía, lo que provoca un precio de la energía temporalmente alto. Además, normalmente, por la noche la demanda de energía es menor y la energía está disponible en abundancia, de manera que las empresas deIt is useful to point out that the periods in which the energy peaks take place may differ totally from the product demand peaks, for example, warm weather would generate a great demand for energy due to the air conditioning equipment, and meanwhile the demand of products would remain at a normal level. In some places, peaks occur during daylight hours in which the industrial production of manufacturing plants, the main users of industrial gases, is normally at the highest level, which combined with the great energy use of others activities will cause a very large demand in the power grid. This great use of energy creates a potential shortage and utility companies have to allocate other sources of energy supply, which causes a temporarily high energy price. In addition, normally, at night the demand for energy is lower and energy is available in abundance, so that the companies of
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servicios públicos disminuirán el precio de la energía para fomentar el uso y para mantener las plantas generadoras de energía funcionando eficazmente con carga reducida. El precio de la energía en las horas punta puede ser dos o varias veces mayor que el precio de la energía en las horas valle. En los párrafos posteriores, el término “punta” describe el periodo en el que el precio de la energía es alto y el término “valle” significa el periodo en el que el precio de la energía es bajo.public services will reduce the price of energy to encourage use and to keep power plants running efficiently with reduced load. The price of energy at peak times may be two or several times greater than the price of energy at peak hours. In the subsequent paragraphs, the term "tip" describes the period in which the price of energy is high and the term "valley" means the period in which the price of energy is low.
Para los usuarios de energía industriales, los precios de la energía se negocian y se definen de antemano en contratos energéticos. Además de la variación diaria de los precios de la energía, a veces existen disposiciones o concesiones para un suministro de energía interrumpible: durante periodos de gran demanda de energía en la red energética, las empresas de servicios públicos pueden reducir el suministro a los usuarios con un aviso relativamente a corto plazo y a cambio el precio total de la energía ofrecido puede estar considerablemente por debajo del precio normal de la energía. Este tipo de arreglo proporciona incentivos adicionales a los usuarios para que adapten su consumo conforme a la gestión de red de los proveedores de energía. Por lo tanto, es posible lograr una considerable reducción del coste si el equipo de la planta puede realizar tal flexibilidad. Sobre la base de la estructura de costes de la energía expuesta en los contratos energéticos, los usuarios pueden definir un umbral o varios umbrales de precio de la energía predeterminados para disparar el mecanismo de la reducción de energía:For industrial energy users, energy prices are negotiated and defined in advance in energy contracts. In addition to the daily variation in energy prices, there are sometimes provisions or concessions for an interruptible energy supply: during periods of high demand for energy in the energy grid, utility companies can reduce the supply to users with a relatively short notice and in return the total price of the energy offered may be considerably below the normal price of energy. This type of arrangement provides additional incentives for users to adapt their consumption according to the network management of the energy providers. Therefore, it is possible to achieve a considerable cost reduction if the plant team can perform such flexibility. Based on the energy cost structure set forth in the energy contracts, users can define a threshold or several predetermined energy price thresholds to trigger the energy reduction mechanism:
- cuando el precio de la energía está por encima del umbral predeterminado, se reduce el uso de energía para disminuir el coste,- when the price of energy is above the predetermined threshold, the use of energy to reduce the cost is reduced,
- cuando el precio de la energía está por debajo del umbral predeterminado, se aumenta el uso de energía a un nivel normal o incluso mayor si se desea.- when the price of energy is below the predetermined threshold, the use of energy is increased to a normal level or even higher if desired.
Un enfoque sencillo para abordar el problema del precio variable de la energía es disminuir el consumo de energía de la planta durante las horas punta, mientras que se mantiene la producción de producto para satisfacer las necesidades del cliente. Sin embargo, el proceso criogénico de las plantas de separación de aire no es muy flexible, dado que implica columnas de destilación y las especificaciones de producto requieren purezas bastante altas. Los intentos de disminuir la producción de la planta en un plazo muy breve o de aumentar la producción de la planta rápidamente para satisfacer la demanda de producto pueden tener efectos perjudiciales en la estabilidad de la planta y la integridad del producto. Algunos documentos de la técnica anterior sugieren cómo solucionar las dificultades asociadas con la demanda variable de producto de una planta criogénica:A simple approach to address the problem of the variable price of energy is to reduce the energy consumption of the plant during peak hours, while maintaining product production to meet customer needs. However, the cryogenic process of air separation plants is not very flexible, since it implies distillation columns and product specifications require quite high purities. Attempts to decrease the production of the plant in a very short time or to increase the production of the plant quickly to meet product demand can have detrimental effects on the stability of the plant and the integrity of the product. Some prior art documents suggest how to solve the difficulties associated with the variable demand for a cryogenic plant product:
El documento US-A-3,056,268 enseña la técnica de almacenar oxígeno y aire en forma líquida y vaporizar los líquidos para producir productos gaseosos para satisfacer la demanda variable de los clientes tales como las plantas metalúrgicas. El oxígeno líquido se vaporiza cuando la demanda es alta. Esta vaporización se compensa mediante una condensación de nitrógeno líquido a través del condensador principal de la unidad de separación de aire de doble columna.US-A-3,056,268 teaches the technique of storing oxygen and air in liquid form and vaporizing liquids to produce gaseous products to meet the variable demand of customers such as metallurgical plants. Liquid oxygen vaporizes when demand is high. This vaporization is compensated by a condensation of liquid nitrogen through the main condenser of the double column air separation unit.
El documento US-A-4,529,425 enseña una técnica similar a la del documento US-A-3,056,268 para solucionar el problema de la demanda variable, pero en lugar de aire líquido se utiliza nitrógeno líquido.US-A-4,529,425 teaches a technique similar to that of US-A-3,056,268 to solve the problem of variable demand, but liquid nitrogen is used instead of liquid air.
El documento US-A-5,082,482 ofreció una versión mejorada del documento US-A-3,056,268 en la que se envía un flujo constante de oxígeno líquido a un contenedor y se retira de éste un flujo variable de oxígeno líquido para satisfacer el requisito de una demanda variable de oxígeno. El oxígeno líquido retirado se vaporiza en un intercambiador mediante una condensación de un caudal correspondiente de aire entrante.Document US-A-5,082,482 offered an improved version of document US-A-3,056,268 in which a constant flow of liquid oxygen is sent to a container and a variable flow of liquid oxygen is removed from it to meet the requirement of a demand oxygen variable The liquid oxygen removed is vaporized in an exchanger by condensing a corresponding flow of incoming air.
El documento US-A-5,084,081 enseña otro procedimiento más del documento US-A-4,529,425 en donde se utiliza otro líquido intermedio, el líquido enriquecido con oxígeno, adicionalmente al oxígeno líquido y el nitrógeno líquido tradicionales como productos almacenados de forma intermedia para satisfacer la demanda variable. El uso de líquido de oxígeno enriquecido permite estabilizar la columna de argón durante los periodos de demanda variable.Document US-A-5,084,081 teaches yet another method of document US-A-4,529,425 where another intermediate liquid is used, the liquid enriched with oxygen, in addition to the traditional liquid oxygen and the liquid nitrogen as intermediate stored products to satisfy the variable demand The use of enriched oxygen liquid allows stabilizing the argon column during periods of variable demand.
En otro enfoque más para abordar la demanda variable de producto, el documento US-A-5,666,823 enseña una técnica para integrar eficazmente la unidad de separación de aire con una turbina de combustión de alta presión. El aire extraído de la turbina de combustión durante los periodos de baja demanda de producto se alimenta a la unidad de separación de aire y una parte se expande para producir líquido. Cuando la demanda de producto es alta, se extrae menos aire de la turbina de combustión y el líquido producido previamente se alimenta de vuelta al sistema para satisfacer la mayor demanda. La refrigeración proporcionada por el líquido se compensa no haciendo funcionar el dispositivo de expansión para la falta de aire extraído de la turbina de combustión durante la alta demanda de producto.In yet another approach to address variable product demand, US-A-5,666,823 teaches a technique for effectively integrating the air separation unit with a high pressure combustion turbine. Air extracted from the combustion turbine during periods of low product demand is fed to the air separation unit and a part is expanded to produce liquid. When the demand for the product is high, less air is drawn from the combustion turbine and the previously produced liquid is fed back to the system to meet the highest demand. The cooling provided by the liquid is compensated by not operating the expansion device for the lack of air extracted from the combustion turbine during high product demand.
Las publicaciones anteriores abordaban los problemas técnicos de la demanda variable, especialmente las técnicas utilizadas para mantener la estabilidad de las columnas de destilación durante el tiempo en que la demanda de producto varía ampliamente. Sin embargo, ninguna de las anteriores abordaba directamente el aspecto del ahorro potencial y la economía cuando se adaptan las plantas de separación de aire a la estructura de precios de la energía de los periodos punta y valle para lograr una reducción del coste. La técnica anterior tampoco solucionaba los problemas técnicos asociados con el ajuste de las unidades de separación de aire durante periodos de alto coste de la energía y con una demanda de producto relativamente inalterada. De hecho, estos dos aspectos delPrevious publications addressed the technical problems of variable demand, especially the techniques used to maintain the stability of distillation columns during the time when the demand for product varies widely. However, none of the above directly addressed the aspect of potential savings and the economy when the air separation plants are adapted to the energy price structure of the peak and valley periods to achieve a cost reduction. The prior art also did not solve the technical problems associated with the adjustment of the air separation units during periods of high energy cost and with a relatively unchanged product demand. In fact, these two aspects of
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funcionamiento de las unidades de separación de aire son bastante diferentes en su naturaleza: uno se rige por la demanda variable de los clientes y el otro se rige por el coste variable de la energía con una demanda relativamente constante.The operation of the air separation units are quite different in nature: one is governed by the variable demand of the customers and the other is governed by the variable cost of energy with a relatively constant demand.
Por lo tanto, existe la necesidad de presentar una configuración para las plantas de separación de aire que permita una reducción del consumo de energía durante las horas punta, mientras que se mantiene un suministro de productos para satisfacer la demanda de los clientes. Para compensar esta reducción de energía, puede disponerse que el consumo adicional de energía tenga lugar durante periodos valle, a un precio mucho menor de la energía.Therefore, there is a need to present a configuration for air separation plants that allows a reduction in energy consumption during peak hours, while maintaining a supply of products to meet customer demand. To compensate for this reduction in energy, it may be provided that additional energy consumption takes place during valley periods, at a much lower price of energy.
Por lo tanto es posible lograr un considerable ahorro en el precio de la energía, dado que una parte de los productos se producen a un precio de la energía bajo y se suministran a los clientes durante periodos con un precio de la energía alto.Therefore it is possible to achieve considerable savings in the price of energy, since a part of the products are produced at a low energy price and are supplied to customers during periods with a high energy price.
Esta invención ofrece una técnica para solucionar los problemas asociados con la reducción del consumo de energía durante periodos punta y sigue siendo capaz de mantener la misma producción de producto, de manera que el ahorro en el coste de la energía puede lograrse:This invention offers a technique to solve the problems associated with the reduction of energy consumption during peak periods and is still able to maintain the same product production, so that energy cost savings can be achieved:
a) licuando una corriente de proceso en periodos valle para producir un primer producto líquido licuado;a) liquefying a process stream in valley periods to produce a first liquid liquefied product;
b) alimentar a la unidad de separación de aire el primer producto líquido licuado anterior en los periodos punta;b) feed the first liquid liquefied liquid product to the air separation unit in the peak periods;
c) reducir la alimentación de aire proporcionada por el compresor de aire para mantener esencialmente igual la cantidad total de oxígeno contenida en las corrientes de alimentación;c) reduce the air supply provided by the air compressor to keep essentially the total amount of oxygen contained in the feed streams;
d) retirar al menos un producto del sistema de columnas y elevar su presión mediante bombeo para vaporizarlo en el intercambiador de calor con el fin de formar un producto gaseoso;d) removing at least one product from the column system and raising its pressure by pumping it to vaporize it in the heat exchanger in order to form a gaseous product;
e) retirar un gas frío del sistema a temperatura criogénica; ye) remove a cold gas from the cryogenic temperature system; Y
f) comprimir criogénicamente el gas frío producido hasta una presión mayor con un compresor de gas frío.f) cryogenically compress the cold gas produced to a higher pressure with a cold gas compressor.
Para una mayor comprensión de la naturaleza y los objetos de la presente invención ha de hacerse referencia a la siguiente descripción detallada, considerada juntamente con los dibujos adjuntos, en los que los elementos similares se han dotado de números de referencia iguales o análogos y en donde:For a better understanding of the nature and objects of the present invention, reference should be made to the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which similar elements have been provided with the same or similar reference numbers and where :
- la Figura 1 ilustra la técnica anterior,- Figure 1 illustrates the prior art,
- - la Figura 2 ilustra la invención predeterminado, - Figure 2 illustrates the predetermined invention,
- cuando el precio de la electricidad está por debajo de un nivel umbral when the price of electricity is below a threshold level
- - la Figura 2A ilustra la invención predeterminado, - Figure 2A illustrates the predetermined invention,
- cuando el precio de la electricidad está por encima de un nivel umbral when the price of electricity is above a threshold level
- la Figura 3 ilustra una realización de la invención y el equipo utilizado en la licuación de aire en los periodos valle,- Figure 3 illustrates an embodiment of the invention and the equipment used in the liquefaction of air in the valley periods,
- la Figura 4 ilustra otra realización con un licuador independiente conectado a la unidad de separación de aire- Figure 4 illustrates another embodiment with an independent blender connected to the air separation unit
utilizada en la licuación de aire en los periodos valle,used in the liquefaction of air in the valley periods,
- la Figura 5 ilustra el equipo utilizado para producir aire líquido dentro de la unidad de separación de aire,- Figure 5 illustrates the equipment used to produce liquid air inside the air separation unit,
- la Figura 6 ilustra el modo de alimentación de líquido durante los periodos punta,- Figure 6 illustrates the mode of liquid feeding during peak periods,
- la Figura 7 ilustra que la compresión en frío del gas frío puede llevarse a cabo en un solo paso,- Figure 7 illustrates that cold compression of cold gas can be carried out in one step,
- la Figura 8 ilustra una unidad de separación de aire basada en la de la Figura 2A en la que el nitrógeno frío a baja presión se comprime hasta una presión entre 10 y 20 bares abs.,- Figure 8 illustrates an air separation unit based on that of Figure 2A in which cold nitrogen at low pressure is compressed to a pressure between 10 and 20 bar abs.,
- la Figura 9 ilustra cómo el gas frío presurizado puede, después de una compresión en frío en un compresor en frío, ser calentado y enviado a un dispositivo de expansión en caliente para la recuperación de energía o la producción de energía,- Figure 9 illustrates how the pressurized cold gas can, after a cold compression in a cold compressor, be heated and sent to a hot expansion device for energy recovery or energy production,
- la Figura 10 ilustra una aplicación de la invención en la que el gas frío comprimido se envía a una turbina de gas para la recuperación de energía,- Figure 10 illustrates an application of the invention in which the compressed cold gas is sent to a gas turbine for energy recovery,
- la Figura 11 ilustra una aplicación CCGI,- Figure 11 illustrates a CCGI application,
- la Figura 12 ilustra un procedimiento general para extraer gas frío del proceso cuando se alimenta un líquido al sistema durante periodos punta,- Figure 12 illustrates a general procedure for extracting cold gas from the process when a liquid is fed to the system during peak periods,
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- la Figura 13 ilustra un modo de funcionamiento de la unidad de separación de aire cuando se producen los picos de energía.- Figure 13 illustrates an operation mode of the air separation unit when energy peaks occur.
De acuerdo con la invención, se proporciona un proceso de separación de aire a baja temperatura según la reivindicación 1.According to the invention, a low temperature air separation process according to claim 1 is provided.
Por el documento DE-A-24 34 238 se conoce un proceso según el preámbulo de la reivindicación 1.A process according to the preamble of claim 1 is known from DE-A-24 34 238.
Según aspectos opcionales adicionales de la invención:According to additional optional aspects of the invention:
- el producto gaseoso presurizado es un producto de oxígeno;- the pressurized gaseous product is an oxygen product;
- el producto gaseoso presurizado es un producto de nitrógeno;- the pressurized gaseous product is a nitrogen product;
- la corriente de proceso del paso c) contiene cualquier proporción de oxígeno, nitrógeno y argón;- the process stream of step c) contains any proportion of oxygen, nitrogen and argon;
- la corriente de proceso del paso c) es al menos una de las siguientes: nitrógeno puro, aire, oxígeno que contiene al menos un 37 % en moles de oxígeno, oxígeno que contiene al menos un 65 % en moles de oxígeno, oxígeno que contiene al menos un 85 % en moles de oxígeno, y oxígeno que contiene al menos un 99,5 % en moles;- the process current of step c) is at least one of the following: pure nitrogen, air, oxygen containing at least 37 mol% oxygen, oxygen containing at least 65 mol% oxygen, oxygen which it contains at least 85 mol% oxygen, and oxygen containing at least 99.5 mol%;
- el gas frío del paso g) se selecciona del grupo que consiste en un gas rico en nitrógeno, nitrógeno puro, aire, un gas que tiene una composición similar al aire, un gas rico en oxígeno y un producto de oxígeno puro;- the cold gas of step g) is selected from the group consisting of a gas rich in nitrogen, pure nitrogen, air, a gas having a composition similar to air, a gas rich in oxygen and a product of pure oxygen;
- el gas frío se comprime hasta una presión entre 35 y 80 bares abs. en el compresor;- The cold gas is compressed to a pressure between 35 and 80 bar abs. in the compressor;
- al menos una parte del gas presurizado se calienta y se expande en un dispositivo de expansión en caliente para recuperar energía;- at least part of the pressurized gas is heated and expanded in a hot expansion device to recover energy;
- al menos una parte del gas presurizado se inyecta en una turbina de gas para la recuperación de energía;- at least a part of the pressurized gas is injected into a gas turbine for energy recovery;
- al menos una parte del gas presurizado se recircula de vuelta al sistema de columnas de la unidad de separación de aire;- at least a part of the pressurized gas is recirculated back to the column system of the air separation unit;
- la unidad de separación de aire suministra un producto de oxígeno gaseoso presurizado a una instalación CCGI;- the air separation unit supplies a pressurized gaseous oxygen product to a CCGI installation;
- la instalación CCGI comprende una turbina de gas que además comprende los siguientes pasos:- The CCGI installation comprises a gas turbine that also includes the following steps:
a) extraer aire de la turbina de gas si el precio de la electricidad está por debajo de un umbral predeterminado,a) extract air from the gas turbine if the price of electricity is below a predetermined threshold,
b) alimentar el aire extraído anteriormente mencionado a la unidad de separación de aireb) feed the aforementioned extracted air to the air separation unit
- el proceso comprende el paso de inyectar en la turbina de gas el gas frío presurizado si el precio de la electricidad es mayor que un umbral predeterminado;- the process includes the step of injecting the pressurized cold gas into the gas turbine if the price of electricity is greater than a predetermined threshold;
- el proceso comprende los pasos de:- the process includes the steps of:
a) calentar en la línea de intercambio térmico el gas presurizado;a) heat the pressurized gas on the heat exchange line;
b) enfriar gas adicional en la línea de intercambio térmico para formar gas frío adicional;b) cooling additional gas in the heat exchange line to form additional cold gas;
c) comprimir criogénicamente gas frío adicional hasta una presión mayorc) cryogenically compress additional cold gas to a higher pressure
- ambos gases se comprimen hasta una presión entre 10 y 20 bares abs.;- both gases are compressed to a pressure between 10 and 20 bar abs .;
- la refrigeración de GNL de vaporización se recupera para reducir el coste de licuación del primer producto líquido;- the vaporization LNG refrigeration is recovered to reduce the cost of liquefying the first liquid product;
- el proceso comprende reducir el flujo de aire comprimido en la línea de intercambio térmico si el precio de la electricidad está por encima de un umbral predeterminado, en comparación con el volumen de aire enfriado en la línea de intercambio térmico si el precio de la electricidad está por debajo de un umbral predeterminado;- the process comprises reducing the flow of compressed air in the heat exchange line if the price of electricity is above a predetermined threshold, compared to the volume of air cooled in the heat exchange line if the price of electricity is below a predetermined threshold;
- el gas frío se retira de la caja fría (cold box) de la unidad de separación de aire sin ser calentado en la línea de intercambio térmico;- the cold gas is removed from the cold box of the air separation unit without being heated in the heat exchange line;
- el gas frío se retira de la caja fría de la unidad de separación de aire después de ser calentado parcialmente en la línea de intercambio térmico;- the cold gas is removed from the cold box of the air separation unit after being partially heated in the heat exchange line;
- el gas frío se retira de la caja fría de la unidad de separación de aire después de ser enfriado haciéndolo atravesar el extremo caliente de la línea de intercambio térmico solamente;- the cold gas is removed from the cold box of the air separation unit after being cooled by passing it through the hot end of the heat exchange line only;
- el proceso incluye el paso de calentar en la línea de intercambio térmico el gas presurizado;- the process includes the step of heating the pressurized gas on the heat exchange line;
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- la unidad de separación de aire está contenida dentro de una caja fría y el gas frío se extrae de la caja fría a una temperatura entre -195 °C y -20 °C.- the air separation unit is contained within a cold box and the cold gas is extracted from the cold box at a temperature between -195 ° C and -20 ° C.
A continuación se describe la invención más detalladamente con referencia a las Figuras.The invention is described in more detail below with reference to the Figures.
Las Figuras 2 a 13 muestran procesos de separación de aire según la invención.Figures 2 to 13 show air separation processes according to the invention.
La invención es adecuada en particular para el proceso de separación de aire bombeado líquido.The invention is particularly suitable for the process of separating liquid pumped air.
El proceso tiene al menos dos modos de funcionamiento, uno correspondiente a los periodos en los que el precio de la electricidad está por debajo de un umbral predeterminado (Figura 2) y uno correspondiente a los periodos en los que el precio de la electricidad está por encima de un umbral predeterminado (Figura 2A).The process has at least two modes of operation, one corresponding to the periods in which the price of electricity is below a predetermined threshold (Figure 2) and one corresponding to the periods in which the price of electricity is per above a predetermined threshold (Figure 2A).
Cuando el precio de la electricidad está por debajo de un umbral predeterminado, el aparato funciona de acuerdo con la Figura 2 de la siguiente manera. Se comprime aire atmosférico mediante un compresor principal 1 de aire (MAC) hasta una presión de aproximadamente 6 bares absolutos, a continuación se purifica dicho aire en un sistema adsorbedor 2 para eliminar impurezas tales como humedad y dióxido de carbono, que pueden congelarse a la temperatura criogénica, para obtener un aire de alimentación purificado. Una parte 3 de este aire de alimentación purificado se enfría después hasta casi su punto de rocío en un intercambiador 30 de calor y se introduce en una columna 10 de alta presión de un sistema de doble columna en forma gaseosa para su destilación. En la parte superior de esta columna de alta presión se extrae líquido 4 rico en nitrógeno, y una parte se envía a la parte superior de la columna 11 de baja presión como corriente de reflujo. La corriente líquida 5 enriquecida con oxígeno de la parte inferior de la columna de alta presión se envía también a la columna de baja presión como alimentación. Los dos líquidos 4, 5 se subenfrían antes de ser sometidos a una expansión. De la parte inferior de la columna 11 de baja presión se extrae un líquido 6 de oxígeno, que se presuriza mediante una bomba hasta una presión requerida y a continuación se vaporiza en el intercambiador 30 para formar el producto 7 de oxígeno gaseoso. Otra parte 8 del aire de alimentación purificado se comprime posteriormente en un compresor 20 de aire de refuerzo (BAC) hasta una alta presión para una condensación en el intercambiador 30 contra la corriente enriquecida con oxígeno de vaporización. Dependiendo de la presión del producto rico en oxígeno, la presión de aire reforzado es típicamente de aproximadamente 65 a 80 bares para presiones de oxígeno de aproximadamente 40-50 bares o a veces de más de 80 bares. Como indicación, el caudal de la corriente 8 representa aproximadamente el 30-45 % del caudal total del compresor 1. El aire reforzado condensado 9 se envía también al sistema de columnas como alimentación para la destilación, por ejemplo a la columna de alta presión. Parte del aire líquido (corriente 62) puede retirarse de la columna de alta presión y enviarse a la columna de baja presión. También es posible extraer líquido rico en nitrógeno de la parte superior de la columna de alta presión y a continuación bombearlo a alta presión (corriente 13) y vaporizarlo en el intercambiador de la misma manera que con el líquido de oxígeno. Además, una pequeña parte del aire de alimentación (corriente 14) se comprime y se expande en la columna 11 para proporcionar la refrigeración de la unidad. Opcionalmente pueden utilizarse medios alternativos o adicionales para proporcionar la refrigeración, tales como dispositivos de expansión Claude o dispositivos de expansión de nitrógeno.When the price of electricity is below a predetermined threshold, the appliance operates according to Figure 2 as follows. Atmospheric air is compressed by a main air compressor 1 (MAC) to a pressure of approximately 6 bar absolute, then said air is purified in an adsorber system 2 to remove impurities such as moisture and carbon dioxide, which can be frozen at cryogenic temperature, to obtain a purified feed air. A part 3 of this purified feed air is then cooled to almost its dew point in a heat exchanger 30 and introduced into a high pressure column 10 of a double column system in gaseous form for distillation. At the top of this high pressure column, nitrogen-rich liquid 4 is extracted, and a part is sent to the top of the low pressure column 11 as a reflux stream. The liquid stream 5 enriched with oxygen from the bottom of the high pressure column is also sent to the low pressure column as feed. The two liquids 4, 5 are subcooled before being subjected to an expansion. From the lower part of the low pressure column 11 an oxygen liquid 6 is extracted, which is pressurized by a pump to a required pressure and then vaporized in the exchanger 30 to form the gaseous oxygen product 7. Another part 8 of the purified feed air is subsequently compressed in a booster air compressor 20 (BAC) to a high pressure for a condensation in the exchanger 30 against the stream enriched with vaporization oxygen. Depending on the pressure of the oxygen-rich product, the reinforced air pressure is typically about 65 to 80 bars for oxygen pressures of about 40-50 bars or sometimes more than 80 bars. As an indication, the flow of the stream 8 represents approximately 30-45% of the total flow of the compressor 1. The condensed reinforced air 9 is also sent to the column system as a feed for distillation, for example to the high pressure column. Some of the liquid air (stream 62) can be removed from the high pressure column and sent to the low pressure column. It is also possible to extract nitrogen-rich liquid from the top of the high pressure column and then pump it at high pressure (stream 13) and vaporize it in the exchanger in the same way as with the oxygen liquid. In addition, a small part of the feed air (stream 14) is compressed and expanded in column 11 to provide cooling of the unit. Optionally, alternative or additional means can be used to provide cooling, such as Claude expansion devices or nitrogen expansion devices.
El nitrógeno residual o nitrógeno a baja presión se retira de la parte superior de la columna de baja presión, y la totalidad de la corriente se calienta en el intercambiador 30.The residual nitrogen or low pressure nitrogen is removed from the top of the low pressure column, and the entire current is heated in the exchanger 30.
Opcionalmente se produce argón 80 utilizando una columna de argón estándar cuyo condensador superior se enfría con líquido 5 enriquecido con oxígeno.Optionally, argon 80 is produced using a standard argon column whose upper condenser is cooled with oxygen-enriched liquid 5.
El gas de nitrógeno puede comprimirse hasta una presión alta según sea necesario mediante unos compresores 45, 46 para obtener una corriente 48 de producto de nitrógeno.The nitrogen gas can be compressed to a high pressure as necessary by means of compressors 45, 46 to obtain a stream 48 of nitrogen product.
Durante este periodo, sólo si el precio de la electricidad está por debajo de un umbral predeterminado, se licúa aire por cualquiera de los medios descritos en las Figuras 3 a 5. Por ejemplo, en la Figura 2, después del adsorbedor 2 se toma aire comprimido gaseoso libre de humedad y CO2 (corriente 47), que se envía a un licuador externo 60 para producir una corriente 49 de aire líquido. Este aire líquido se almacena en un depósito 50. Durante este periodo no se envía aire líquido del depósito 50 de almacenamiento a la columna.During this period, only if the price of electricity is below a predetermined threshold, air is liquefied by any of the means described in Figures 3 to 5. For example, in Figure 2, after adsorber 2 is air taken gaseous tablet free of moisture and CO2 (stream 47), which is sent to an external blender 60 to produce a stream 49 of liquid air. This liquid air is stored in a tank 50. During this period liquid air from the storage tank 50 is not sent to the column.
Sólo si el precio de la electricidad está por encima del umbral predeterminado, el aparato funciona de acuerdo con la Figura 2A de la siguiente manera.Only if the price of electricity is above the predetermined threshold, does the device operate according to Figure 2A as follows.
Del depósito 50 de almacenamiento fluye aire líquido a la columna 10 de alta presión a través de un conducto 60 conectado al conducto 9, y a la columna 11 de baja presión a través de un conducto 61. Durante estos periodos no tiene lugar una licuación de aire en el licuador.Liquid air flows from the storage tank 50 to the high pressure column 10 through a conduit 60 connected to the conduit 9, and to the low pressure column 11 through a conduit 61. During these periods, an air liquefaction does not take place. in the blender.
Cuando se envía aire líquido del depósito 50 al sistema de columnas, el caudal del compresor principal 1 de aire puede reducirse en una cantidad esencialmente igual a la cantidad de aire líquido, de manera que pueda conservarse el equilibrio total de oxígeno de las alimentaciones a la unidad. Como se ha indicado anteriormente, el caudal 14 del dispositivo 44 de expansión es bastante pequeño y puede eliminarse opcionalmente, ajustándose en consecuencia el caudal del compresor 1. El trabajo de refrigeración perdido resultante de la omisión del dispositivo de expansión puede compensarse fácilmente mediante la cantidad del aire líquido anteriormente mencionado. Por loWhen liquid air from the reservoir 50 is sent to the column system, the flow rate of the main air compressor 1 can be reduced by an amount essentially equal to the amount of liquid air, so that the total oxygen balance of the feeds to the feed can be maintained. unity. As indicated above, the flow rate 14 of the expansion device 44 is quite small and can be optionally eliminated, thereby adjusting the flow rate of the compressor 1. The lost refrigeration work resulting from the omission of the expansion device can be easily compensated by the amount of the aforementioned liquid air. For the
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tanto, sustituyendo el caudal de la corriente 8 por un caudal de aire líquido a través de 60, es posible detener el compresor 20 y reducir el caudal del compresor 1 en un 20-55 %. Estas reducciones tienen como resultado una fuerte disminución del consumo de energía de la unidad. Dado que el caudal de las diversas corrientes que alimentan al sistema de columnas sigue siendo similar, la operación de destilación no se verá alterada por estos cambios y las purezas de producto no se verán afectadas. Sin embargo, al alimentar una cantidad importante de aire líquido y eliminar la parte 9 de aire reforzado y reducir el caudal del compresor 1, el intercambiador principal 30 se desequilibra en términos de caudales entrantes y salientes y refrigeración. Con el fin de restaurar los equilibrios de caudal y refrigeración debe extraerse del sistema un caudal de gas frío saliente a temperatura criogénica. La Figura 2A ilustra una posible disposición de tal funcionamiento, en la que parte 40 del nitrógeno residual de la columna de baja presión se retira del sistema sin ser calentada en el intercambiador 30 ni en ningún otro intercambiador. La corriente 40 se comprime en un compresor 70 cuya entrada está a temperatura criogénica. La corriente de gas frío puede ser cualquier gas frío con un caudal y una temperatura adecuados, incluyendo el producto de oxígeno gaseoso de la parte inferior de la columna 11 de baja presión. La temperatura del gas frío que abandona la caja fría está entre -180 °C y -50 °C. El intercambiador principal 30, y otros intercambiadores de calor criogénicos tales como subenfriadores, constituyen un sistema de intercambio térmico, denominado a veces línea de intercambio térmico, de un sistema de separación de aire. Esta línea de intercambio térmico promueve la transferencia de calor entre los gases de alimentación entrantes y los productos gaseosos salientes para enfriar los gases de alimentación hasta casi sus puntos de rocío antes de alimentarlos a las columnas y para calentar los productos gaseosos hasta la temperatura ambiente.Therefore, by replacing the flow of the stream 8 with a flow of liquid air through 60, it is possible to stop the compressor 20 and reduce the flow of the compressor 1 by 20-55%. These reductions result in a sharp decrease in the unit's energy consumption. Since the flow of the various streams that feed the column system remains similar, the distillation operation will not be altered by these changes and the product purities will not be affected. However, by feeding a significant amount of liquid air and eliminating the reinforced air part 9 and reducing the flow of the compressor 1, the main exchanger 30 is unbalanced in terms of incoming and outgoing flow rates and cooling. In order to restore the flow and cooling balances, a flow of outgoing cold gas at cryogenic temperature must be extracted from the system. Figure 2A illustrates a possible arrangement of such operation, in which part 40 of the residual nitrogen from the low pressure column is removed from the system without being heated in the exchanger 30 or in any other exchanger. The current 40 is compressed in a compressor 70 whose input is at cryogenic temperature. The cold gas stream can be any cold gas with a suitable flow rate and temperature, including the gaseous oxygen product from the bottom of the low pressure column 11. The temperature of the cold gas leaving the cold box is between -180 ° C and -50 ° C. The main exchanger 30, and other cryogenic heat exchangers such as subcoolers, constitute a thermal exchange system, sometimes referred to as a thermal exchange line, of an air separation system. This thermal exchange line promotes the transfer of heat between incoming feed gases and outgoing gaseous products to cool the feed gases to almost their dew points before feeding them to the columns and to heat the gaseous products to room temperature.
La energía necesaria para licuar aire es por lo general muy alta y normalmente no puede justificarse económicamente el uso de aire líquido para sustituir la corriente de aire reforzado como se ha descrito anteriormente. Sin embargo, dado que existe una gran diferencia en el precio de la energía entre periodos punta y periodos valle, como se ha explicado previamente, está previsto llevar a cabo el paso de gran consumo de energía de la licuación de aire sólo durante los periodos en los que el precio de la energía es bajo, por ejemplo por la noche, de tal manera que el coste provocado por este paso de licuación no sea excesivo. Por lo tanto, se hace evidente que sólo durante los periodos punta se utiliza este líquido, producido antes económicamente, para alimentar el sistema y reducir los caudales o la energía consumida por la unidad. Tal maniobra reduce fuertemente el consumo de energía de la unidad. Por consiguiente, es posible minimizar el gasto que supone pagar el alto precio de la energía durante los periodos punta. En esencia, esta nueva invención permite producir las moléculas de gases necesarias para la destilación durante periodos de bajo precio de la energía y a continuación utilizar eficazmente esas moléculas durante los periodos de alto precio de la energía para lograr un ahorro de costes global.The energy required to liquefy air is generally very high and normally the use of liquid air to replace the reinforced air stream as described above cannot be economically justified. However, since there is a large difference in the price of energy between peak periods and valley periods, as explained previously, it is planned to carry out the high energy consumption step of the air liquefaction only during periods in which those that the price of energy is low, for example at night, in such a way that the cost caused by this liquefaction step is not excessive. Therefore, it becomes clear that only during the peak periods is this liquid, previously produced economically, used to power the system and reduce the flow rates or energy consumed by the unit. Such a maneuver greatly reduces the power consumption of the unit. Therefore, it is possible to minimize the expense of paying the high price of energy during peak periods. In essence, this new invention makes it possible to produce the gas molecules necessary for distillation during periods of low energy prices and then effectively use those molecules during periods of high energy prices to achieve overall cost savings.
El gas frío extraído del sistema durante las horas punta se comprime económicamente a baja temperatura hasta una presión mayor. La energía consumida por esta compresión en frío es baja en comparación con una compresión en caliente realizada a temperatura ambiente. De hecho, la energía consumida por una rueda de álabes de un compresor es directamente proporcional a su temperatura absoluta de entrada. Una rueda de álabes de un compresor con una admisión a -173,15 °C (100 K) consumiría aproximadamente 1/3 de la energía de una rueda de álabes de un compresor con una admisión a temperatura ambiente de 26,85 °C (300 K). Por lo tanto, utilizando la compresión en frío es posible mejorar aun más el valor energético de un gas aumentando su presión a expensas de una necesidad relativamente pequeña de energía. Es evidente que el gas frío extraído del proceso, en lugar de ser sometido directamente a un proceso de compresión en frío, puede utilizarse para otros propósitos, por ejemplo para enfriar otro proceso, para enfriar otro gas, etc. Por lo tanto, dependiendo de las aplicaciones, en lugar de comprimir en frío el gas frío directamente, es posible calentar el gas frío ligeramente mediante algunos otros intercambiadores de calor de recuperación externos hasta otra temperatura, aún criogénica (menos de -50 °C), y a continuación comprimirlo mediante el compresor en frío.Cold gas extracted from the system during peak hours is economically compressed at low temperature to a higher pressure. The energy consumed by this cold compression is low compared to a hot compression performed at room temperature. In fact, the energy consumed by a vane wheel of a compressor is directly proportional to its absolute inlet temperature. A vane wheel of a compressor with an intake at -173.15 ° C (100 K) would consume approximately 1/3 of the energy of a vane wheel of a compressor with an intake at room temperature of 26.85 ° C ( 300K) Therefore, using cold compression it is possible to further improve the energy value of a gas by increasing its pressure at the expense of a relatively small need for energy. It is evident that the cold gas extracted from the process, instead of being directly subjected to a cold compression process, can be used for other purposes, for example to cool another process, to cool another gas, etc. Therefore, depending on the applications, instead of cold compressing the cold gas directly, it is possible to heat the cold gas slightly by means of some other external recovery heat exchangers to another temperature, still cryogenic (less than -50 ° C) , and then compress it using the cold compressor.
Es útil señalar que las unidades de separación de aire tradicionales también descargan constantemente a la atmósfera pequeñas corrientes frías tales como una purga no consensable de condensadores o una purga líquida de recipientes o columnas. Estas corrientes de purga tienen normalmente un caudal muy pequeño, normalmente menos de un 0,2 % de la alimentación de aire total. A no ser que exista una unidad de recuperación de gas raro (neón, criptón, xenón, etc.) que pueda utilizar esas corrientes de purga como alimentaciones, se rechazan las mismas sin ninguna recuperación en frío, dado que su intervalo de caudal es demasiado pequeño. Mientras tanto, el gas frío recuperado de esta invención tiene un caudal mucho mayor: su caudal mínimo es de aproximadamente un 4 % de la alimentación mínima de aire gaseoso al sistema y puede ser de hasta un 70 % del caudal de aire total.It is useful to note that traditional air separation units also constantly discharge small cold streams into the atmosphere such as a non-consensible purge of condensers or a liquid purge of containers or columns. These purge streams normally have a very small flow rate, usually less than 0.2% of the total air supply. Unless there is a rare gas recovery unit (neon, krypton, xenon, etc.) that can use these purge streams as feeds, they are rejected without any cold recovery, since their flow range is too much small. Meanwhile, the cold gas recovered from this invention has a much higher flow rate: its minimum flow rate is approximately 4% of the minimum gas supply to the system and it can be up to 70% of the total air flow rate.
La licuación de aire en los periodos valle puede realizarse en otra planta criogénica, utilizando un equipo diferente, como se ilustra en la Figura 3. En ésta el aire se comprime en un compresor 100, se envía a un licuador 200 y a continuación al depósito 50 de almacenamiento. El aire líquido se envía desde el depósito 50 de almacenamiento hasta una USA como se describe en la Figura 2A durante los periodos punta, hallándose en este caso el depósito de almacenamiento fuera de la caja fría.The liquefaction of air in the valley periods can be carried out in another cryogenic plant, using a different equipment, as illustrated in Figure 3. In this, the air is compressed in a compressor 100, sent to a blender 200 and then to the tank 50 of storage. Liquid air is sent from the storage tank 50 to an USA as described in Figure 2A during peak periods, the storage tank being outside the cold box.
La licuación puede llevarse a cabo también utilizando un licuador independiente conectado a la unidad de separación de aire como está ilustrado en la Figura 4, donde el aire procedente del compresor principal 1 de aire se divide, enviándose una parte al licuador 200 y el resto a la USA. A continuación, el aire procedente del licuador se envía al depósito 50 de almacenamiento y desde éste de vuelta a la USA durante los periodos punta.The liquefaction can also be carried out using an independent blender connected to the air separation unit as illustrated in Figure 4, where the air from the main air compressor 1 is divided, a part being sent to the blender 200 and the rest to he uses it. Next, the air coming from the blender is sent to the storage tank 50 and from it back to the USA during the peak periods.
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Como alternativa, el aire líquido puede producirse dentro de la USA utilizando el mismo equipo que en los casos del licuador integrado, como se describe en la Figura 5. La Figura 6 ilustra el modo de alimentación de líquido durante los periodos punta.As an alternative, liquid air can be produced within the USA using the same equipment as in the cases of the integrated blender, as described in Figure 5. Figure 6 illustrates the mode of liquid feeding during peak periods.
El depósito de almacenamiento de líquido puede ser un recipiente situado externamente con respecto a la caja fría o un recipiente situado dentro de la caja fría. También es posible utilizar una parte inferior sobredimensionada de una columna de destilación como depósito de almacenamiento de líquido, en cuyo caso el líquido almacenado tiene una composición similar a la del líquido que se está produciendo en la parte inferior del recipiente. Durante el llenado se deja que el nivel de líquido suba en la parte inferior de la columna o recipiente.The liquid storage tank can be a container located externally with respect to the cold box or a container located inside the cold box. It is also possible to use an oversized lower part of a distillation column as a liquid storage tank, in which case the stored liquid has a composition similar to that of the liquid being produced in the lower part of the container. During filling, the liquid level is allowed to rise at the bottom of the column or container.
A continuación se describen algunas condiciones de funcionamiento adicionales de diversos parámetros de proceso relacionados con la invención:Some additional operating conditions of various process parameters related to the invention are described below:
• La cantidad de aire líquido que se ha de producir en las horas valle depende de la duración relativa del periodo valle con respecto a la duración del periodo punta. Cuanto más corto sea el periodo valle, tanto mayor será la velocidad de licuación requerida y viceversa. En el modo punta, la velocidad de alimentación de aire líquido puede ser de aproximadamente un 20-30 % de la alimentación total de aire en condiciones normales.• The amount of liquid air to be produced in the valley hours depends on the relative duration of the valley period with respect to the duration of the peak period. The shorter the valley period, the higher the required liquefaction rate and vice versa. In peak mode, the liquid air feed rate can be approximately 20-30% of the total air supply under normal conditions.
• La Figura 12 puede utilizarse para proporcionar una directriz general para la extracción de gas frío del proceso cuando se alimenta un líquido 30 al sistema durante los periodos punta: como se muestra, el sistema 71 de columnas está conectado a la línea 65 de intercambio, y los productos líquidos 15, 16 son suministrados por las bombas 20, 21 a la línea 65 de intercambio para la vaporización. La totalidad del producto líquido presurizado que se vaporiza en el intercambiador 65 se denomina Líquido Vaporizado Total. Los gases presurizados 31, 32 se enfrían y se condensan en el intercambiador 65 contra los productos 15, 16 de vaporización para obtener unas alimentaciones 25, 26 de líquido, que a continuación se someten a una expansión en el sistema 71 de columnas. El caudal total de todas las corrientes presurizadas condensadas se denomina Líquido Entrante Total. El gas frío 11 puede extraerse del sistema según la siguiente directriz: su caudal es aproximadamente 1,6 a 2,6 veces el Líquido Vaporizado Total menos el Líquido Entrante Total:• Figure 12 can be used to provide a general guideline for extracting cold gas from the process when a liquid 30 is fed to the system during peak periods: as shown, the column system 71 is connected to the exchange line 65, and the liquid products 15, 16 are supplied by the pumps 20, 21 to the exchange line 65 for vaporization. The entire pressurized liquid product that is vaporized in the exchanger 65 is called Total Vaporized Liquid. Pressurized gases 31, 32 are cooled and condensed in the exchanger 65 against the vaporization products 15, 16 to obtain liquid feeds 25, 26, which are then subjected to an expansion in the column system 71. The total flow of all condensed pressurized streams is called Total Incoming Liquid. The cold gas 11 can be extracted from the system according to the following guideline: its flow rate is approximately 1.6 to 2.6 times the Total Vaporized Liquid minus the Total Incoming Liquid:
Caudal de gas frío = k [Líquido Vaporizado Total - Líquido Entrante Total] con k = 1,6 a 2,6Cold gas flow rate = k [Total Vaporized Liquid - Total Incoming Liquid] with k = 1.6 to 2.6
• También es posible extraer producto líquido (oxígeno, nitrógeno o argón) o una combinación de esos productos líquidos junto con el gas frío descrito anteriormente aumentando la cantidad de alimentación de aire líquido, proporcionando por lo tanto la refrigeración necesaria para la producción de producto líquido o productos líquidos.• It is also possible to extract liquid product (oxygen, nitrogen or argon) or a combination of these liquid products together with the cold gas described above increasing the amount of liquid air feed, thereby providing the necessary cooling for the production of liquid product or liquid products.
La compresión en frío del gas frío puede llevarse a cabo en un solo paso, como se ha ilustrado anteriormente en la Figura 2A. Cuando la presión final del gas frío comprimido es relativamente baja, es decir que la temperatura del gas comprimido permanece en un nivel bajo, entonces es posible aumentar el caudal de gas comprimido, como está ilustrado en la Figura 7, enfriando aire adicional 85 procedente del compresor principal 1 de aire (o gas de nitrógeno) con el gas frío comprimido procedente del compresor en frío 70 en la línea 30 de intercambio y comprimiendo a continuación el gas adicional hasta una presión mayor en el compresor en frío 75. A continuación, las dos corrientes frías comprimidas se mezclan corriente arriba con respecto a la línea 30 de intercambio térmico para formar la corriente 95. Este intercambiador puede combinarse con el intercambiador principal 30 de la Figura 2A. La Figura 8 también describe esta realización.The cold compression of the cold gas can be carried out in a single step, as illustrated above in Figure 2A. When the final pressure of the compressed cold gas is relatively low, that is to say that the temperature of the compressed gas remains at a low level, then it is possible to increase the flow of compressed gas, as illustrated in Figure 7, by cooling additional air 85 from the main air compressor 1 (or nitrogen gas) with the compressed cold gas from the cold compressor 70 on the exchange line 30 and then compressing the additional gas to a higher pressure in the cold compressor 75. Then, the Two compressed cold streams are mixed upstream with respect to the heat exchange line 30 to form stream 95. This exchanger can be combined with the main exchanger 30 of Figure 2A. Figure 8 also describes this embodiment.
La Figura 8 muestra una USA basada en la de la Figura 2A, en la que se comprime nitrógeno frío 40 a baja presión hasta una presión entre 10 y 20 bares abs., preferiblemente 15 bares abs. El gas comprimido en el compresor en frío 70 se calienta sólo en el extremo caliente del intercambiador de calor 30. Parte del aire de alimentación comprimido en el compresor principal 1 de aire se purifica, se enfría en el intercambiador 30 hasta una temperatura intermedia y a continuación se comprime en el compresor en frío 75 hasta la misma presión que la de la salida del compresor en frío 70. A continuación, las dos corrientes comprimidas en los compresores en frío 70, 75 se mezclan y se envían, por ejemplo, a la cámara de combustión de una turbina de gas, donde la corriente mixta se calienta y a continuación se expande en una turbina para la recuperación de energía.Figure 8 shows an USA based on that of Figure 2A, in which cold nitrogen 40 is compressed at low pressure to a pressure between 10 and 20 bar abs., Preferably 15 bar abs. The compressed gas in the cold compressor 70 is heated only at the hot end of the heat exchanger 30. Part of the compressed feed air in the main air compressor 1 is purified, cooled in the exchanger 30 to an intermediate temperature and then it is compressed in the cold compressor 75 to the same pressure as that of the cold compressor outlet 70. Next, the two compressed streams in the cold compressors 70, 75 are mixed and sent, for example, to the chamber of combustion of a gas turbine, where the mixed current is heated and then expanded into a turbine for energy recovery.
En la Figura 9 se describe otra realización en la que el gas frío presurizado puede, después de una compresión en frío en el compresor en frío 70, ser calentado y enviado a un dispositivo 110 de expansión en caliente para la recuperación de energía o la producción de energía. Esta energía que se produce durante las horas punta puede ser muy valiosa y puede exportarse para generar ingresos adicionales. El nitrógeno procedente del compresor en frío 70 se calienta en un intercambiador 80 y se calienta posteriormente mediante el calentador 90 antes de ser sometido a una expansión en el dispositivo 110 de expansión. El gas de escape del dispositivo 110 de expansión se envía al intercambiador 80 y se utiliza para calentar el nitrógeno frío comprimido.In Fig. 9 another embodiment is described in which the pressurized cold gas can, after a cold compression in the cold compressor 70, be heated and sent to a hot expansion device 110 for energy recovery or production of energy This energy produced during peak hours can be very valuable and can be exported to generate additional income. The nitrogen from the cold compressor 70 is heated in an exchanger 80 and subsequently heated by the heater 90 before being subjected to an expansion in the expansion device 110. The exhaust gas of the expansion device 110 is sent to the exchanger 80 and is used to heat the compressed cold nitrogen.
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La Figura 10 ilustra la aplicación en la que el gas frío comprimido se envía a una turbina de gas para la recuperación de energía. Aquí, el nitrógeno procedente del compresor en frío 70 se envía a la cámara 150 de combustión de la turbina de gas, después de mezclarlo con aire procedente del compresor 120 de la turbina de gas. También se envía combustible 140 a la cámara de combustión, y el gas de escape es sometido a una expansión mediante el dispositivo 130 de expansión para formar gas 160. En esta aplicación podría utilizarse también una disposición de compresión similar a la ilustrada en la figura 8 o 9, que utilice dos compresores y que mezcle aire frío comprimido con nitrógeno frío comprimido.Figure 10 illustrates the application in which the compressed cold gas is sent to a gas turbine for energy recovery. Here, the nitrogen from the cold compressor 70 is sent to the combustion chamber 150 of the gas turbine, after mixing it with air from the compressor 120 of the gas turbine. Fuel 140 is also sent to the combustion chamber, and the exhaust gas is subjected to an expansion by means of the expansion device 130 to form gas 160. In this application a compression arrangement similar to that illustrated in Figure 8 could also be used. or 9, use two compressors and mix compressed cold air with compressed cold nitrogen.
Éste es un campo en el que la nueva invención puede utilizarse para mejorar la economía de este tipo de proceso.This is a field in which the new invention can be used to improve the economy of this type of process.
De hecho, el proceso CCGI (ciclo combinado con gasificación integrada) está basado en el concepto de gasificar carbón, coque de petróleo, etc. utilizando gas de oxígeno para producir gas sintético (syngas), que a continuación se quema en una turbina de gas para generar energía. Se añade un subsistema de generación de vapor para formar un ciclo combinado para una generación de energía adicional. Dado que la demanda de energía del CCGI normalmente fluctúa ampliamente entre el día y la noche y el gasificador no es muy flexible en términos de variaciones de capacidad de producción, es problemático conseguir un modo de funcionamiento estable. Además, el equipo se utiliza poco durante las horas valle. El problema se agrava además por el hecho de que por la noche, con una menor temperatura ambiente, el compresor de la turbina de gas puede generar un mayor caudal hacia el sistema de la turbina. Sin embargo, este último no puede utilizar esta capacidad adicional debido a la menor demanda. De una manera similar, de día, cuando la temperatura ambiente es mayor, el compresor de la turbina de gas ve su caudal reducido, y esto durante el tiempo en que es deseable una generación de energía adicional. Incorporando las características de esta nueva invención a una planta CCGI podemos mejorar considerablemente el rendimiento de la unidad, gracias a la sinergia de la planta de separación de aire y el CCGI:In fact, the CCGI process (cycle combined with integrated gasification) is based on the concept of gasifying coal, petroleum coke, etc. using oxygen gas to produce synthetic gas (syngas), which is then burned in a gas turbine to generate energy. A steam generation subsystem is added to form a combined cycle for additional power generation. Since the CCGI's energy demand normally fluctuates widely between day and night and the gasifier is not very flexible in terms of production capacity variations, it is problematic to achieve a stable mode of operation. In addition, the equipment is rarely used during valley hours. The problem is further aggravated by the fact that at night, with a lower ambient temperature, the gas turbine compressor can generate a higher flow to the turbine system. However, the latter cannot use this additional capacity due to lower demand. Similarly, during the day, when the ambient temperature is higher, the gas turbine compressor sees its reduced flow, and this during the time when additional power generation is desirable. By incorporating the characteristics of this new invention to a CCGI plant we can significantly improve the performance of the unit, thanks to the synergy of the air separation plant and the CCGI:
• De noche, como se muestra en la Figura 11, cuando la demanda de energía es baja y está disponible un mayor caudal del compresor, puede desviarse aire procedente del compresor 120 de la turbina de gas a la planta de separación de aire para proporcionar al menos parte del caudal y la energía para la licuación de aire. También podría utilizarse ventajosamente una USA de presión elevada, dado que ésta puede utilizar directamente el aire a presión elevada procedente de la turbina de gas. Tomando un mayor caudal y consumiendo más energía, y por lo tanto más gas sintético para la turbina de gas, para licuar el aire durante las horas valle, la parte CCGI puede mantenerse relativamente constante durante las horas nocturnas. En la Figura 11, el bloque 170 representa el gasificador y el bloque 180 representa el tratamiento, la filtración, la compresión, etc. del gas sintético/del combustible.• At night, as shown in Figure 11, when the energy demand is low and a higher compressor flow rate is available, air from the gas turbine compressor 120 can be diverted to the air separation plant to provide the less part of the flow and energy for air liquefaction. A high pressure USA could also be advantageously used, since it can directly use the high pressure air from the gas turbine. By taking a higher flow and consuming more energy, and therefore more synthetic gas for the gas turbine, to liquefy the air during the valley hours, the CCGI part can be kept relatively constant during the night hours. In Figure 11, block 170 represents the gasifier and block 180 represents treatment, filtration, compression, etc. of synthetic gas / fuel.
• De día, la capacidad del compresor 120 de aire de la turbina de gas es reducida debido a la mayor temperatura ambiente. La extracción de aire del modo nocturno se detiene. El aire líquido producido por la noche y enviado al almacenamiento 50 se utiliza entonces en la planta de separación de aire y se reduce el consumo de energía de esta última, de manera que, por lo tanto, puede desviarse más energía para satisfacer la gran demanda de las horas diurnas. Además, el gas frío extraído de la USA se comprime económicamente en el compresor en frío 70 hasta una presión mayor para inyectarlo en la turbina de gas y para compensar la falta de caudal, generando así aun más energía.• During the day, the capacity of the gas turbine air compressor 120 is reduced due to the higher ambient temperature. Air extraction from night mode stops. The liquid air produced at night and sent to storage 50 is then used in the air separation plant and the energy consumption of the latter is reduced, so that, therefore, more energy can be diverted to meet the high demand of the daytime hours. In addition, the cold gas extracted from the USA is economically compressed in the cold compressor 70 to a higher pressure to inject it into the gas turbine and to compensate for the lack of flow, thus generating even more energy.
Para aplicaciones que impliquen inyectar gas comprimido en una turbina de combustión o una turbina de gas, las disposiciones de compresión en frío de las Figuras 7 y 8 están bien adaptadas: la necesidad de presión para el gas inyectado es de aproximadamente 15-20 bares, que es exactamente el intervalo de presiones requerido por el proceso de esas figuras, y mezclando la corriente de aire frío comprimido con el gas rico en nitrógeno frío comprimido, como se muestra, es posible asegurar un buen suministro de oxígeno necesario para el proceso de combustión.For applications involving injecting compressed gas into a combustion turbine or a gas turbine, the cold compression arrangements of Figures 7 and 8 are well adapted: the need for pressure for the injected gas is approximately 15-20 bar, which is exactly the range of pressures required by the process of these figures, and by mixing the flow of compressed cold air with the gas rich in compressed cold nitrogen, as shown, it is possible to ensure a good supply of oxygen necessary for the combustion process .
La nueva invención puede utilizarse ventajosamente para mejorar la eficacia de una unidad de separación de aire. Una realización de esta característica está ilustrada en la Figura 13, que describe un modo de funcionamiento de la unidad de separación de aire cuando se producen los picos de energía. El aire líquido 30 producido durante los periodos valle se alimenta al sistema 30', 31 de columnas. El gas frío 10 extraído de la parte superior de la columna 31 de destilación se comprime en frío 60, 61 hasta una presión mayor en forma de la corriente 13. Una parte de este gas a mayor presión (corriente 14) se recircula de vuelta al intercambiador principal 65, en donde se licúa para formar una corriente líquida 15 y se alimenta al sistema de columnas. Esta recirculación y licuación mejora la vaporización de la corriente líquida comprimida 23 en el intercambiador principal 65 y es posible reducir un poco el caudal de la alimentación 30 de líquido. Además, la presencia de esta corriente líquida 15 en el extremo frío del intercambiador 65 equilibraría la parte terminal fría de la planta e impediría la licuación de la corriente 2, que podría ser perjudicial para la transferencia de calor en el intercambiador 65 y podría causar problemas de destilación en la columna 30'.The new invention can be advantageously used to improve the efficiency of an air separation unit. An embodiment of this feature is illustrated in Figure 13, which describes a mode of operation of the air separation unit when power peaks occur. The liquid air 30 produced during the valley periods is fed to the column system 30 ', 31. The cold gas 10 extracted from the top of the distillation column 31 is cold compressed 60, 61 to a higher pressure in the form of stream 13. A portion of this gas at higher pressure (stream 14) is recirculated back to the main exchanger 65, where it is liquefied to form a liquid stream 15 and fed to the column system. This recirculation and liquefaction improves the vaporization of the compressed liquid stream 23 in the main exchanger 65 and it is possible to slightly reduce the flow rate of the liquid feed 30. In addition, the presence of this liquid stream 15 at the cold end of the exchanger 65 would balance the cold terminal part of the plant and prevent liquefaction of the stream 2, which could be detrimental to the heat transfer in the exchanger 65 and could cause problems distillation in column 30 '.
Si es necesario, también puede enfriarse una parte del gas comprimido (corriente 12) y recircularse ésta a la parte superior de la columna 30' de alta presión para mejorar la destilación del sistema de columnas a continuación del enfriamiento en la línea 65 de intercambio térmico para formar la corriente 16.If necessary, a part of the compressed gas (stream 12) can also be cooled and recirculated to the top of the high pressure column 30 'to improve distillation of the column system following cooling in the heat exchange line 65 to form the current 16.
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Durante los periodos valle, la planta de separación de aire funciona de acuerdo con el proceso descrito en la figura 2 (para mayor claridad del dibujo, no se muestran los dispositivos de expansión ni los compresores del modo valle). El proceso de la figura 2 es un proceso típico para plantas de separación de aire líquido bombeado y será obvio para el experto en la técnica que también pueden utilizarse igualmente para el modo valle otros procesos de líquido bombeado, tales como un proceso de refuerzo en frío o un proceso de líquido bombeado con dispositivo de expansión Claude, etc. El aire líquido necesario para los periodos punta podría producirse mediante un licuador externo, como se muestra en la figura 2. Por supuesto, como se ha mencionado previamente, también puede implementarse un licuador integrado.During the valley periods, the air separation plant operates in accordance with the process described in Figure 2 (for clarity of the drawing, the expansion devices and the valley mode compressors are not shown). The process of Figure 2 is a typical process for separation plants of pumped liquid air and it will be obvious to the person skilled in the art that other pumped liquid processes, such as a cold reinforcement process, can also be used for the valley mode. or a process of liquid pumped with Claude expansion device, etc. The liquid air necessary for the peak periods could be produced by an external blender, as shown in Figure 2. Of course, as previously mentioned, an integrated blender can also be implemented.
Una realización adicional puede utilizarse en la recuperación de frigorías a partir de la vaporización de GNL. Se han utilizado plantas criogénicas para recuperar el frío liberado de la vaporización de GNL en plantas de GNL terminales de vaporización o de nivelación de cargas punta. Esta refrigeración se utiliza para disminuir el coste de producir productos líquidos en plantas de separación de aire. Con esta invención, la refrigeración de GNL vaporizado puede utilizarse para reducir el coste de licuación de aire líquido en periodos valle y por lo tanto tener como resultado un mayor ahorro de gastos cuando se alimenta el líquido de vuelta a la USA en periodos punta, como se ha descrito en este concepto.A further embodiment can be used in the recovery of refrigerators from the vaporization of LNG. Cryogenic plants have been used to recover the cold released from the vaporization of LNG in LNG plants terminal vaporization or leveling of tip loads. This refrigeration is used to reduce the cost of producing liquid products in air separation plants. With this invention, vaporized LNG refrigeration can be used to reduce the cost of liquefying liquid air in valley periods and therefore result in greater cost savings when the liquid is fed back to the USA in peak periods, such as It has been described in this concept.
Las realizaciones anteriores describen el uso de aire líquido como líquido intermedio para transferir la refrigeración y las moléculas de gas entre los periodos punta y valle. Para un experto en la técnica será obvio que para aplicar esta técnica puede utilizarse cualquier líquido con diversas composiciones de componentes del aire. Por ejemplo, el líquido puede ser un líquido rico en oxígeno extraído en la parte inferior de la columna de alta presión que contenga aproximadamente un 35 a un 42 % en moles de oxígeno, o un líquido extraído cerca de la parte inferior de la columna de baja presión con un contenido de un 70-97 % en moles de oxígeno, o incluso un producto de oxígeno puro. El líquido puede ser también una corriente rica en nitrógeno con poco contenido de oxígeno. Es útil señalar que cuando esta corriente líquida rica en nitrógeno que casi no contiene oxígeno se alimenta de vuelta a la unidad de separación de aire durante los periodos punta, el caudal de alimentación de aire no se reducirá, sino que ha de mantenerse constante para satisfacer el suministro de moléculas de oxígeno. En esta situación, el ahorro de energía puede lograrse por ejemplo apagando los compresores de producto de nitrógeno (compresores 45, 46 de la Figura 2) y suministrando el producto de nitrógeno mediante los compresores en frío, que consumen considerablemente menos energía. En otras palabras, el concepto es aplicable a un líquido intermedio con cualquier composición de componentes del aire.The above embodiments describe the use of liquid air as an intermediate liquid to transfer refrigeration and gas molecules between the peak and valley periods. It will be obvious to one skilled in the art that any liquid with various compositions of air components can be used to apply this technique. For example, the liquid may be an oxygen-rich liquid extracted at the bottom of the high pressure column containing approximately 35 to 42 mol% of oxygen, or a liquid extracted near the bottom of the column of Low pressure with a content of 70-97 mol% of oxygen, or even a pure oxygen product. The liquid can also be a stream rich in nitrogen with little oxygen content. It is useful to note that when this nitrogen-rich liquid stream that contains almost no oxygen is fed back to the air separation unit during peak periods, the air supply rate will not be reduced, but must be kept constant to satisfy The supply of oxygen molecules. In this situation, energy saving can be achieved, for example, by turning off the nitrogen product compressors (compressors 45, 46 of Figure 2) and supplying the nitrogen product by cold compressors, which consume considerably less energy. In other words, the concept is applicable to an intermediate liquid with any composition of air components.
La invención se ha desarrollado para una demanda de producto constante bajo una estructura de precios de la energía variables. Es evidente que la invención puede extenderse también a un sistema con una demanda variable de producto. Por ejemplo, durante los periodos con poca demanda de oxígeno, puede aplicarse el concepto alimentando aire líquido al sistema y reduciendo el caudal de aire de alimentación. El oxígeno que no se utilice puede almacenarse en forma de un producto de oxígeno líquido, de tal manera que es posible mantener sin cambios las columnas de destilación. Este oxígeno líquido puede alimentarse de vuelta al sistema cuando la demanda de oxígeno sea grande. Ajustando el caudal de alimentación de aire líquido, del líquido de oxígeno, de la extracción de gas frío y de la alimentación de aire gaseoso, o de otro líquido como nitrógeno líquido, es posible proporcionar un proceso óptimo que satisfaga las restricciones impuestas tanto por la demanda variable de producto como por el precio variable de la energía.The invention has been developed for a constant product demand under a structure of variable energy prices. It is clear that the invention can also be extended to a system with a variable product demand. For example, during periods with low oxygen demand, the concept can be applied by feeding liquid air to the system and reducing the supply air flow. Unused oxygen can be stored in the form of a liquid oxygen product, so that it is possible to keep the distillation columns unchanged. This liquid oxygen can be fed back to the system when the oxygen demand is large. By adjusting the flow rate of liquid air, oxygen liquid, cold gas extraction and gaseous air supply, or other liquid such as liquid nitrogen, it is possible to provide an optimal process that satisfies the restrictions imposed by both variable product demand as per the variable price of energy.
Claims (9)
- LICUADOR LIQUEFIER
- G Aire G Air
- líquido liquid
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