MX2007007878A

MX2007007878A - Sistema para incrementar la capacidad del licuador basado en lng en el proceso de separacion de aire.

Info

Publication number: MX2007007878A
Application number: MX2007007878A
Authority: MX
Inventors: Jung Soo Choe; Douglas Paul Dee; Donn Michael Herron
Original assignee: Air Prod & Chem
Priority date: 2006-06-30
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2008-12-16
Also published as: CA2593649A1; EP1873469A2; EP1873469A3; JP5015674B2; KR100874680B1; TW200801423A; JP2008025986A; CN101097112A; CA2593649C; US7712331B2; SG138574A1; US20080000266A1; KR20080002673A; CN101097112B; TWI302188B

Abstract

Se expone un sistema para incrementar la capacidad de un licuador basado en LNG en una unidad de separación de aire criogénico en donde, en un modo de producción bajo, el nitrógeno que se alimenta al licuador basado en LNG consiste únicamente de por lo menos una porción del nitrógeno de presión baja del sistema de columna de destilación mientras que en un modo de producción alto, un compresor suplemental se utiliza para aumentar la presión de por lo menos una porción del nitrógeno de presión baja del sistema de columna de destilación para crear alimentación adicional (o de reemplazo) al licuador basado en LNG. Una clave para la presente invención es que el compresor sumplemental y el equipo de intercambio de calor asociado están separados y son distintos del licuador basado en LNG. Esto permite que su compra sea retrasada hasta que un incremento de capacidad realmente se necesite y así evitar la construcción de un licuador sobredimensionado basado sobre un incremento especulativo en la demanda del producto líquido.

Description

SISTEMA PARA INCREMENTAR LA CAPACIDAD DEL LICUADOR BASADO EN LNG EN EL PROCESO DE SEPARACIÓN DE AIRE ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona al proceso bien conocido (después en la presente "Proceso") para la separación criogénica de una alimentación de aire en donde: (a) la alimentación de aire se comprime, se limpia de impurezas que se congelarán a temperaturas criogénicas tales como agua y dióxido de carbono, y subsecuentemente se alimenta en una unidad de separación de aire criogénica (después en la presente "ASU") que comprende un intercambiador de calor principal y un sistema de columna de destilación; (b) la alimentación de aire se enfria (y opcionalmente por lo menos una porción se condensa) en el intercambiador de calor principal al intercambiar calor indirectamente de la alimentación de aire contra por lo menos una porción de las corrientes efluentes del sistema de columna de destilación; (c) la alimentación de aire enfriada se separa en el sistema de columna de destilación en las corrientes efluentes que incluyen una corriente enriquecida en nitrógeno y una corriente enriquecida en oxigeno (y, opcionalmente, corrientes respectivas enriquecidas en los componentes restantes de la alimentación de aire que incluyen argón, criptón y xenón) ; y (d) el sistema de columna de destilación comprende una columna de presión más alta y una columna de presión más baja; (e) la columna de presión más alta separa la alimentación de aire en las corrientes efluentes que incluyen una corriente de nitrógeno de presión alta retirada de la parte superior de la columna de presión más alta, y una corriente de oxigeno liquido crudo retirada del fondo de la columna de presión más alta y alimentada a la columna de presión más baja para procesamiento adicional; (f) la columna de presión más baja separa la corriente de oxigeno liquido crudo en las corrientes efluentes que incluyen una corriente de producto de oxigeno retirada del fondo de la columna de presión más baja, y una corriente de nitrógeno de presión baja retirada de la parte superior de la presión más baja (y frecuentemente una corriente de nitrógeno de desecho que se retira de una ubicación superior de la columna de presión más baja) ; y (g) la columna de presión más alta y la columna de presión más baja se enlazan térmicamente tal que por lo menos una porción del nitrógeno de presión alta es condensada en un rehervidor/condensador contra el liquido rico en oxigeno en ebullición que se recolecta en el fondo (o pileta) de la columna de presión más baja y se utiliza como reflujo para el sistema de columna de destilación. Más específicamente, la presente invención se relaciona a la modalidad conocida del Proceso descrito en lo anterior en donde, a fin de proporcionar la refrigeración necesaria cuando por lo menos una porción del producto es deseado como líquido, la refrigeración se extrae del gas natural licuado (después en la presente "LNG") al alimentar nitrógeno del sistema de columna de destilación a una unidad licuadora aislada (después en la presente "licuador basado en LNG") donde éste se licúa. Si por lo menos una porción del producto líquido deseado es oxígeno líquido, por lo menos una porción del nitrógeno licuado se regresa al sistema de columna de destilación (u opcionalmente al intercambiador de calor principal) . De otra manera, el nitrógeno licuado se retira como producto. Típico de los licuadores basados en LNG, el nitrógeno se comprime en etapas y se enfría entre las etapas mediante el intercambio de calor indirecto contra el LNG. Si la compresión se realiza con una temperatura de entrada fría, el LNG también será utilizado para enfriar la alimentación al compresor así como la descarga mediante el intercambio de calor indirecto. Ejemplos de licuadores Basados en LNG se pueden encontrar en la solicitud de patente GB 1,376,678 y las patentes norteamericanas 5,137,558, 5,139,547 y 5,141,543, todas se discuten adicionalmente enseguida.

El profesional experto apreciará el contraste entre un licuador basado en LNG y el licuador más convencional donde la refrigeración necesaria para hacer el producto liquido se deriva de la turbo-expansión ya sea de nitrógeno o alimentación de aire. Un licuador basado en LNG típicamente es sobredimensionado para acomodar un incremento proyectado en la demanda de productos líquidos después de los años iniciales de operación. Esto es particularmente cierto para el nitrógeno líquido puesto que la demanda para el nitrógeno líquido fuera de cualquier particularmente ASU frecuentemente crece más rápido que la demanda del oxígeno líquido arriba de la carga base de oxígeno líquido por lo cual la planta es diseñada. Un problema con este procedimiento de tamaño exagerado sin embargo es el costo de capital en aumento incurrido que no comienza a amortizarse hasta que el incremento de demanda proyectado esté actualmente realizado (si lo hace) . Además, los costos de capital son particularmente sensibles para los licuadores basados en LNG puesto que, como es opuesto a los licuadores convencionales que se localizan típicamente cerca de los consumidores de los productos líquidos, los licuadores basados en LNG deben estar localizados cerca de una terminal que recibe LNG y así incurren en una falta de costo de transportación del producto .

Para dirigirse a este problema, la presente invención es un sistema para incrementar la capacidad del licuador basado en LNG que comprende un compresor suplemental que está separado y es distinto del (os) compresor (es) auxiliar (es) contenido (s) en el licuador basado en LNG. Esto permite al compresor suplemental y al equipo de intercambio de calor asociado que sean adquiridos e instalados cuando el incremento de demanda proyectado sea actualmente realizado, si lo hace. En esta forma, el capital en aumento que habría de otra manera sido gastado sobre el tamaño exagerado del licuador basado en LNG desde el inicio no consigue gastarse hasta que sea actualmente necesario. Otro beneficio de la presente invención es que el incremento de capacidad sea principalmente de manera directa hacia la habilidad para producir nitrógeno líquido que, como se menciona en lo anterior, frecuentemente tendrá una demanda que crece más rápido que la demanda por el oxígeno líquido de la planta. El profesional experto apreciará que, como una alternativa a la presente invención, la capacidad de un licuador basado en LNG se puede incrementar al adicionar un expansor de fluido denso. Sin embargo, únicamente los incrementos de capacidad modestos se pueden lograr de esta manera . La solicitud de patente GB 1,376,678 (después en la presente "GB ?678") enseña el concepto muy básico de como la refrigeración de LNG se puede utilizar para licuar una corriente de nitrógeno. El LNG primero se bombea a la presión de suministro deseada luego se dirige a un intercambiador de calor. El gas de nitrógeno caliente se enfria en el intercambiador de calor luego se comprime en varias etapas. Después de cada etapa de compresión, el nitrógeno ahora más caliente se regresa al intercambiador de calor y se enfria nuevamente. Después de la etapa final de compresión, el nitrógeno se enfria luego se reduce en presión a través de una válvula y se produce el liquido. Cuando la corriente se reduce en presión, algo de vapor se genera el cual se recicla a la etapa apropiada de compresión. La GB '678 enseña muchos principios fundamentales importantes, primero, el LNG no se enfria suficientemente para licuar un gas de nitrógeno de presión baja. De hecho, si el LNG donde va a ser evaporizado a presión atmosférica, la temperatura de ebullición seria típicamente arriba de -127°C (-260°F), y el nitrógeno necesitaría ser comprimido a por lo menos 15.5 bara a fin de condensarse. Si la presión de vaporización del LNG se incrementa, del mismo modo la presión de nitrógeno será incrementada. Por lo tanto, son requeridas las etapas múltiples de la compresión de nitrógeno, y el LNG se pueden utilizar para proporcionar enfriamiento al interrefrigerante y posrefrigerante compresor. Segundo, debido a que la temperatura del LNG es relativamente caliente comparada al punto de ebullición normal del nitrógeno (que es aproximadamente -160°C (-320°F)), el gas de vaporización instantánea es generado cuando el nitrógeno licuado se reduce en presión. Este gas de vaporización instantánea se debe reciclar y comprimir. La patente norteamericana No. 3,886,758 (después en la presente "US ?758") divulga un método en donde una corriente de gas de nitrógeno es comprimida a una presión de aproximadamente 15 bara luego se enfria y se condensa mediante el intercambio de calor contra el LNG de vaporización. La corriente de gas de nitrógeno se origina desde la parte superior de la columna de presión más baja de un ciclo de columna doble o desde la parte superior de la columna sola de un ciclo de columna solo. Algo del nitrógeno liquido condensado, que se produjo mediante el intercambio de calor con el LNG de vaporización, se regresa a la parte superior de la columna de destilación que produjo el nitrógeno gaseoso. La refrigeración que se suministra mediante el nitrógeno liquido se transforma en la columna de destilación para producir el producto de oxigeno como un liquido. La porción del nitrógeno liquido condensado que no se regresa a la columna de destilación se dirige al almacenamiento como nitrógeno liquido de producto. La EP 0,304,355 (después en la presente "EP '355") enseña el uso de un reciclado de gas inerte tal como nitrógeno o argón para actuar como un medio para transferir la ref igeración del LNG a la planta de separación de aire. En este esquema, la corriente de gas inerte de presión alta se licúa contra el LNG de vaporización luego se utiliza para enfriar las corrientes de presión medias desde la unidad de separación de aire (ASU) . Una de las corrientes ASU, después del enfriamiento, se comprime en frío, se licúa y se regresa a la ASU como refrigerante. La motivación aquí es mantener las corrientes en el mismo intercambiador de calor como el LNG en una presión más alta que el LNG. Esto se hace para asegurar que el LNG no pueda fugarse en las corrientes de nitrógeno, es decir asegurarse que el metano no se pueda transportar en la ASU con el nitrógeno de retorno licuado. Los autores también estiman que el volumen de la refrigeración necesaria para la ASU se sopla como liquido de reflujo en una columna de rectificación. Las patentes norteamericanas 5,137,558, 5,138,547 y 5,141,543 (después en la presente "US 558", "US 547" y "US N543" respectivamente) proporcionan un buen reconocimiento de la técnica previa hasta 1990. Estos tres documentos también enseñan el estado de la técnica en ese tiempo. En todos los tres de estos documentos, la alimentación de nitrógeno al licuador es constituida de corrientes de nitrógeno de presión más baja y presión más alta de la ASU. La corriente de nitrógeno de presión más baja se origina desde la columna de presión más baja; la corriente de nitrógeno de presión más alta se origina desde la columna de presión más alta. Ninguna dirección es dada en lo que se refiere a la relación de las corrientes de nitrógeno de presión más baja a presión más alta . Existe poca técnica nueva en la literatura desde el inicio de los años 90 debido a que la mayoría de las aplicaciones para la recuperación de refrigeración del LNG (terminales que reciben LNG) se llenaron y nuevas terminales no estuvieron siendo comúnmente construidas. Recientemente, ha habido resurgencia en el interés en nuevas terminales que reciben LNG y por lo tanto el potencial para recuperar la recuperación del LNG. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona a una unidad de separación de aire criogénico la cual utiliza un licuador basado en LNG para proporcionar la refrigeración necesaria cuando por lo menos una porción del producto es deseado como líquido. La presente invención es un sistema para incrementar la capacidad del licuador basado en LNG en donde, en un modo de producción bajo, el nitrógeno que se alimenta al licuador basado en LNG consiste únicamente de por lo menos una porción del nitrógeno de presión alta del sistema de columna de destilación mientras que en un modo de producción alto, un compresor suplemental se utiliza para aumentar la presión de por lo menos una porción del nitrógeno de presión baja desde el sistema de columna de destilación para crear alimentación adicional (o reemplazo) al licuador basado en LNG. Una clave para la presente invención es que el compresor suplemental está separado y es distinto del licuador basado en LNG. Esto permite que su compra sea retardada hasta que un incremento de capacidad se necesite realmente y asi evita la construcción de un licuador sobredimensionado o de tamaño exagerado basado en el incremento especulativo en la demanda de producto liquido. BREVE DESCRIPCIÓN DE DIVERSAS VISTAS DE LOS DIBUJOS La Figura la es un diagrama esquemático que muestra una modalidad de la técnica previa a la cual el sistema de la presente invención pertenece. La Figura Ib es un diagrama esquemático que muestra el concepto básico de la presente invención con relación a la Figura la. La Figura 2 es un diagrama esquemático idéntico a la Figura Ib en términos para mostrar el concepto básico de la presente invención, pero difiere ligeramente con respecto a la configuración entre el licuador basado en LNG (2) y la ASU (1) . La Figura 3a es un diagrama esquemático que muestra el detalle para un ejemplo de un licuador basado en LNG para el diagrama de flujo de la Figura 2.

La Figura 3b es un diagrama esquemático que muestra una modalidad de la presente invención, particularmente como este se relaciona a la integración entre la unidad de procesamiento suplemental y el licuador basado en LNG de la Figura 3a. La Figura 3c es un diagrama esquemático de una segunda modalidad de la presente invención, particularmente como este se relaciona a la integración entre la unidad de procesamiento suplemental y el licuador basado en LNG de la Figura 3a. La Figura 4 es el diagrama esquemático de la hoja de flujo que sirvió como la base para el ejemplo trabajado e incluye una unidad de separación de aire más detallada. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La presente invención es mejor entendida cuando se lee en relación con los dibujos. La Figura la es un diagrama esquemático que muestra una modalidad de la técnica previa por lo cual el sistema de la presente invención pertenece. Con referencia ahora a la Figura la, la instalación incluye un licuador basado en LNG (2) y una ASU criogénica (1). En este ejemplo, la ASU criogénica incluye una columna de presión más alta (114), una columna de presión más baja (116) , y un intercambiador principal (110) . El aire de alimentación 100 se comprime en 102 y se seca en 104 para producir la corriente 108. La corriente 108 se enfria en el intercambiador principal 110 contra las corrientes de producto gaseosos de retorno, para producir la alimentación de aire enfriada 112. La corriente 112 se destila en el sistema de columna doble para producir oxigeno liquido 158, gas de nitrógeno de presión alta (corriente 174) y gas de nitrógeno de presión baja (corriente 180) . Los gases de nitrógeno 174 y 180 se calientan en el intercambiador de principal 110 para producir las corrientes 176 y 182. La corriente 182 es finalmente repelida a la atmósfera. La corriente 176 se procesa en el licuador basado en LNG (2) para procrear la corriente del producto de nitrógeno licuada 188 y la corriente de refrigerante de nitrógeno licuado 186. La corriente de refrigerante de nitrógeno licuado 186 se introduce en las columnas de destilación a través de las válvulas 136 y 140. La refrigeración para el licuador basado en LNG se proporciona de la corriente de LNG 194, la cual se evaporiza y se calienta para producir la corriente 198. En la Figura la, la alimentación de únicamente nitrógeno al licuador basado en LNG es la corriente 176, la cual se origina desde la columna de presión más alta 114. La Figura Ib es un diagrama esquemático que muestra el concepto básico de la presente invención con relación a la Figura la. Con referencia ahora a la Figura Ib, el aire de alimentación 100 se comprime en 102 y se seca en 104 para producir la corriente 108. La corriente 108 se enfria en el intercambiador principal 110 contra las corrientes de producto gaseoso de retorno, parar producir la alimentación de aire enfriada 112. La corriente 112 se destila en el sistema de columna doble para producir el oxigeno liquido 158, el gas de nitrógeno de presión alta (corriente 174) y el gas de nitrógeno de presión (corriente 180) . Los gases de nitrógeno 174 y 180 se calientan en el intercambiador principal 110 para producir las corrientes 176 y 182. La corriente 182 se transforma utilizando un compresor suplemental y el equipo de intercambio de calor asociado (referido más enseguida como la "unidad de procesamiento suplemental" que se representa como la unidad 3 en la Figura la) para llegar a ser la corriente 184, luego se mezcla con la corriente 176, para formar una alimentación al licuador basado al LNG (2) . La corriente de producto de nitrógeno de producto licuado 188 y la corriente de refrigerante de nitrógeno liquido 186 se producen dentro del licuador basado en LNG. La corriente de refrigerante de nitrógeno liquido 186 de introduce en las columnas de destilación a través de las válvulas 136 y 140. En contraste a la Figura la, la fuente de la alimentación de nitrógeno a licuado basado en LNG deja la ASU como dos corrientes, 182 y 176. Como se nota en lo anterior, el término unidad de procesamiento suplemental como se utiliza más enseguida significa el compresor suplemental y el equipo de intercambio de calor asociado de la presente invención. Se debe notar sin embargo que el término no necesariamente significa que el compresor suplemental y el equipo de intercambio de calor asociado estén contenidos en una unidad física sola. La naturaleza exacta de la unidad de procesamiento suplemental (3) se describe en detalle con referencia a las modalidades de al invención representadas en las Figuras 3b y 3c. La operación de la Figura Ib donde, similar como se muestra en la Figura la, la corriente 182 se descarga y no se alimenta a la unidad de procesamiento suplemental (3), es preferido cuando la relación del producto de nitrógeno líquido a producto de oxígeno líquido (corriente 188/corriente 158) sea relativamente baja y a partir de ahora es referido como "modo de producción bajo". Cuando la operación en este modo, sea apropiada para extraer todo de nitrógeno que se licúa de la columna de presión más alta. Las operaciones como se muestran en la Figura Ib, a partir de ahora referido como "modo de producción alto" se prefiere cuando la relación de producto de nitrógeno líquido a producto de oxígeno líquido (corriente 188/corriente 158) es relativamente alta. En tal caso, demasiado nitrógeno necesita ser licuado que sea apropiado para extraer el nitrógeno que se licúa de a tanto la columna de presión más alta como la columna de presión más baja.

En la Figura Ib, la unidad de procesamiento suplemental (3) se inserta para transformar el estado de la corriente 184 relativa a la corriente 182 de modo que se puede mostrar con la corriente 176 antes de la introducción al licuador basado en LNG. Al hacer eso, el diseño y operación del licuador basado en LNG puede ser similar en los modos de producción tanto alto como bajo. De hecho, el diseño del licuador basado en LNG puede ser exactamente el mismo y el equipo simplemente se opera en "rechazo" en el modo de producción bajo. La Figura 2 es un diagrama esquemático idéntico a la Figura Ib en términos para mostrar el concepto básico de la presente invención, pero difiere ligeramente con respecto a la configuración entre el licuador basado en LNG (2) y la ASU (1) . En particular, mientras que la corriente de nitrógeno adecuado 186 se alimente al sistema de columna de destilación en la Figura Ib, la corriente 186 se alimenta al intercambiador de calor principal en la Figura 2. Con referencia ahora a la Figura 2, el aire de alimentación 100 se comprime en 102 y se seca en 104 para producir la corriente 108. La corriente 108 se separa en una primera porción (208) y una segunda porción (230) . La corriente 208 se enfria en 110 contra las corrientes de producto gaseoso de retorno, para producir la alimentación de aire enfriado 212. La corriente 230 primero se enfria en 110 contra la corriente de producto gaseoso de retorno luego se licúan para producir la corriente 232. La corriente de aire liquido 232 se separa y se introduce en las columnas de destilación a través de las válvulas 236 y 240. Las corrientes 212 y 232 se destilan en el sistema de columna doble para producir el oxigeno liquido 158, el gas de nitrógeno de presión alta (corriente 174) y el tas de nitrógeno de presión baja (corriente 180) . Los gases de nitrógeno 174 y 180 se calientan en el intercambiador principal 110 para producir las corrientes 176 y 182. La corriente de refrigerante de nitrógeno liquido 186 se dirige al intercambiador principal donde se evaporiza mediante el intercambio de calor indirecto con la corriente de condensación 230 para formar la corriente de retorno de nitrógeno de vapor 188. En el modo de producción bajo, la corriente 182 se descarga y las corrientes 288 y 176 se procesan en el licuador basado en LNG para crear la corriente de producto de nitrógeno adecuado 188 y la corriente de refrigerante de nitrógeno liquido 186. En el modo de producción alto, la corriente 182 se transforma en la unidad de procesamiento suplemental (3) para llegar a ser la corriente 184, luego se mezcla con la corriente 176. La corriente mezclada, más la corriente 288, se procesan en el licuador basados en LNG para crear la corriente de producto de nitrógeno licuado 188 y la corriente de refrigerante de nitrógeno liquido 186.

La naturaleza exacta del licuador basado en LNG no es el foco de la presente invención, sin embargo, como el licuador se integra con la unidad de procesamiento suplemental (3) es importante para entender un ejemplo del licuador basado en LNG (unidad 2 en la Figura 2) se describe en la Figura 3a. La Figura 3b y 3c darán ejemplos del mismo licuador basados en LNG con la inclusión de diferentes modalidades de la unidad de procesamiento suplemental (3). Con referencia a la Figura 3a, la corriente de vapor de nitrógeno de presión alta 176 se mezcla con la corriente de retorno de nitrógeno de vapor 288 para formar la corriente 330, la cual subsecuentemente se enfria en el intercambiador del licuador 304 para formar la corriente 332. La corriente 334 se comprime en un primer compresor auxiliar (compresor frió HP 308) para formar la corriente 336. La corriente 336 se enfria en el intercambiador licuador 304 para hacer la corriente 338, luego se comprime en un segundo compresor auxiliar (compresor frío VHP 310) para formar la corriente 346. La corriente 346 se somete al enfriamiento y licuación en el intercambiador de licuador 304 para hacer la corriente 348. La corriente licuada 348 se enfria adicionalmente en el enfriador 312 para formar la corriente 350. La corriente 350 se reduce en presión a través de la válvula 314 y se introduce al recipiente 316 donde el fluido de dos fases se separa a la corriente de vapor 352 y la corriente líquida 356. La corriente líquida 356 se separa en dos corrientes: corriente 360 y corriente 386, las cuales constituyen la corriente de refrigerante de nitrógeno líquido que se dirige a la ASU criogénica. La corriente 360 se reduce en presión a través de la válvula 318 y se introduce al recipiente 320 donde el fluido de dos fases se separa a la corriente de vapor 362 y a la corriente de producto de nitrógeno líquido 188. Las corrientes de vapor 362 y 352 se calientan en el enfriador 312 para formar las corrientes 364 y 354, respectivamente. La corriente 364 se calienta adicionalmente en el intercambiador 304 para formar la corriente de ventilación de nitrógeno gaseoso 366 para formar el licuador basado en LNG. La refrigeración para el licuador basado en NLG se suministra por la corriente LNG 194, la cual se vaporiza y o se calienta en el intercambiador licuado 304 para formar la corriente 198. En el sentido más estricto, los términos "vaporizada" y "condensada" se aplican a las corrientes que están abajo de su presión crítica. Frecuentemente, las corrientes 346 (la corriente de nitrógeno de presión más alta) y 194 (el suministro de LNG) están a presiones mayores que la crítica. Es entendido que estas corrientes no se condensan actualmente o se vaporizan. Más bien se someten a un cambio de estado caracterizado por una capacidad de calor de grado alto. Uno de habilidad normal en la técnica apreciará las similaridades entre la posesión de un grado alto de capacidad de calor (en condiciones supercriticas ) y el procesamiento de un calor latente (en condiciones subcriticas ) . Con referencia ahora a la Figura 3b, en el modo de producción alto de operación, la corriente de nitrógeno de presión más alta 182 es una fuente adicional de nitrógeno que finalmente necesita ser licuada. Por la presente invención, la unidad de procesamiento suplemental (3) ha sido adicionada para transformar la corriente de nitrógeno de presión baja 182 en una corriente de nitrógeno de presión más alta 184. La corriente 182 se combina con la corriente de ventilación de nitrógeno gaseoso de presión baja, caliente 366 para formar la corriente 370. La corriente 370 se enfria en el intercambiador de calor de preenfriamiento 322 para producir la corriente de nitrógeno enfriado 372. La corriente 372 se mezcla con la corriente de ventilación de nitrógeno gaseoso de presión baja, frió 386 del licuador basado en LBG para formar la corriente 374. La corriente 374 se comprime fría en el compresor suplemental (compresor LP 306) para formar la corriente 104, luego se mezcla con las corrientes de alimentación de licuador de presión alta 328 y 176 para formar la corriente 330. La refrigeración para la corriente de enfriamiento 370 se proporciona por la corriente de LNG 394, la cual se vaporiza y/o se calienta en el intercambiador de calor de preenfriamiento 322 para formar la corriente 396. La operación del licuador basado en LNG (2) en la Figura 3b es muy similar a aquella descrita en la Figura 3a con algunas excepciones. Como en la Figura 3a, la corriente 330 se enfria en el intercambiador licuador 304 para formar la corriente 332. La corriente 334 se comprime en el compresor frió HP 308 para formar la corriente 336. L corriente 336 se enfria en el intercambiador licuador 304 para hacer la corriente 338, se comprime en el compresor frió VHP 310 para formar la corriente 346. La corriente 346 se somete al enfriamiento y licuación en el intercambiador licuador 304 para hacer la corriente 348. Como en la Figura 3a, la corriente licuada 348 se enfria adicionalmente en el enfriador 312 para formar la corriente 350. La corriente 350 se reduce en presión a través de la válvula 314 y se introduce al recipiente 316 donde el fluido de dos fases se separa a la corriente de vapor 352 y a al corriente liquida 356. La corriente liquida 356 se separa en dos corrientes: corriente 360 y corriente 186, las cuales constituyen la corriente de refrigerante de nitrógeno liquido que se dirige a la ASU criogénica. La corriente 360 se reduce en presión a través de la válvula 318 y se introduce al recipiente 320 donde el fluido de dos fases se separa a la corriente de vapor 362 y a la corriente de producto de nitrógeno liquido 188. Las corrientes de vapor 362 y 352 se calientan en el enfriador 312 para formar las corrientes 364 y 354, respectivamente. La Figura 3b es diferente de la Figura 3a en esa corriente 364, la cual es una corriente de nitrógeno de presión baja, necesaria para ser calentada y ser descargada debido a que el compresor suplemental (compresor frío LP 306) existe. Existen dos maneras posibles para combinar la corriente 364 con la corriente 182. En el caso más termodinámicamente preferido. La válvula 380 se cierra y la válvula 382 se abre (en este evento la corriente fluye a través de la válvula 382 para llegar a ser la corriente de a ventilación de nitrógeno deseoso 386 del licuador basado en LNG, la cual luego se mezcla con la corriente de la alimentación de nitrógeno frió 372. En el caso termodinámicamente menos preferido, la válvula 380 se abre y la válvula 382 se cierra. En este evento la corriente 364 fluye a través de la válvula 380 para llegar a ser la corriente 384, se calienta en el intercambiador de calor 304 para llegar a ser la corriente de ventilación de nitrógeno gaseoso 366 del licuador basado en LNG, luego se mezcla con la corriente de alimentación de nitrógeno caliente 182. La opción más termodinámicamente preferida (válvula 80 serrada) seria empleada y la válvulas frías 382 se incorporaron en el licuadorO en el punto de diseño; la opción menos termodinámicamente preferida (válvula 382 cerrada) seria empleada si la inclusión de la unidad de procesamiento suplemental (3) se ejecutó como un retroajuste. En el último evento, las válvulas 380 y 382 podrían no existir y la línea 382 podría no estar presente. Finalmente en la Figura 3b, y como en la Figura 3a, la refrigeración como para el licuador basado en LNG se suministra para la corriente LNG 194, la cual se vaporiza o se calienta en el intercambiador licuador 304 para formar la corriente 198. Como se indica en lo anterior, la refrigeración para enfriar el nitrógeno de presión más baja en el intercambiador de calor de preenfriamiento 322 es al vaporizar y/o al calentar la corriente de LNG 394. Como una alternativa, es posible extraer una corriente de nitrógeno frío de la ubicación fría o intermedia del intercambiador de calor licuador 304, calentar esa corriente en el intercambiador 322, luego re-enfriar esa corriente en el intercambiador 304. Esto podría ser hecho para el eliminar la necesidad para entubar el LNG al intercambiador de calor de preenfriamiento 322 como se muestra por la corriente 394 en la Figura 3B. Cualquier corriente adecuada se puede utilizar como la fuente del gas de nitrógeno frío, tal como las corrientes 332, 338 o 348.

Con referencia ahora a la Figura 3c, una unidad de procesamiento suplemental más simple podría ser empleada. Una vez más, en el modo de producción alto de operación la corriente de nitrógeno de presión más baja 182 es una fuente adicional de nitrógeno que finalmente necesita ser licuada. Por la presente invención, la unidad de procesamiento suplemental (ha sido adicionada para transformar la corriente de nitrógeno de presión baja 182 en una corriente de nitrógeno de presión más alta 184. La corriente 182 se combina con la corriente de ventilación de nitrógeno gaseoso de nitrógeno de presión baja, caliente 366 del licuador basado en LNG para formar la corriente 370. La corriente 370 se comprime en el compresor suplemental (compresor LP caliente 324), luego se enfría en el intercambiador de calor del post-refrigerante 326 (típicamente utilizando agua de enfriamiento o glicol como el medio de enfriamiento) para formar la corriente 184. La corriente 184 se mezcla subsecuentemente con las corrientes de alimentación licuadoras de presión alta 328 y 176 para formar la corriente 330. La operación del licuador basado en LNG es similar a aquella descrita en la Figura 3a, excepto que la corriente 366 no se descarga. Como se nota previamente, la unidad de procesamiento suplemental como se representa como la unidad (3) en las Figuras 3b y 3c no necesariamente se refiere a la unidad física sola. Por ejemplo, el compresor suplemental se puede contener en un alojamiento con otros compresores mientras que el intercambiador de calor suplemental se puede contener en un alojamiento con otros intercambiadores de calor. También debe ser notado que mientras el compresor suplemental y el intercambiador de calor operan en arriba de temperatura ambiente en la modalidad de la Figura 3c de la presente invención, este equipo opera en abajo de temperaturas ambiente en la modalidad de la Figura 3b y por lo tanto se deben aislar. EJEMPLO Se ha preparado un ejemplo trabajado para demostrar las condiciones de operación posibles asociadas con la presente invención y clarificar porque es diferente y común entre los modos de operación. Serán dados tres casos: el Caso 1 corresponde al operación de modo de producción bajo sin la unidad de procesamiento suplemental (3) mientras que los Casos 2 y 3 corresponden a la operación de modo de producción alta con la unidad de procesamiento suplemental (3) en el lugar. Para este ejemplo, el Caso 1 se represente por el licuador basado en LNG (2) de la Figura 3a; los Casos 2 y 3 se representan por el licuador basado en LNG (2) y la unidad de procesamiento suplemental (3) de la Figura 3b. Para los Casos 2 y 3, con referencia a la Figura 3b, la válvula 380 se cierra y la válvula 382 se abre. La ASU criogénica se muestra en mayor detalle en la Figura 4 y se describe enseguida. Con referencia a la Figura 4, el aire atmosférico 100 se comprime en el compresor de aire principal 102, se purifica en el hecho adsorbente 104 para remover impurezas tales como dióxido de carbono y agua, luego se dividen en dos fracciones: corriente 230 y corriente 208. La corriente 208 se enfria con el intercambiador de calor principal 110 para llegar a ser la corriente 212, el aire de alimentación de vapor a la columna de presión más alta 114. La corriente 230 se enfria a una temperatura cerca de aquella de la corriente 212 y luego por lo menos se condensa parcialmente para formar la corriente 232, luego se reduce eventualmente en presión través de las válvulas 236 y 240 y se introduce a la columna de presión más alta 114 y la columna de presión más baja 116. La columna de presión más alta produce un vapor enriquecido de nitrógeno de la corriente, superior, 462, y una corriente enriquecida de oxigeno, 450, del fondo. La corriente 462 se separa en la corriente 174 y la corriente 464. La corriente 174 se caliente en el intercambiador de calor principal luego se pasa, como la corriente 176 al licuador basado en LNG (2). La corriente 464 se condensa en el rehervidor-condensador 418 para formar la corriente 466. Una porción de la corriente 466 se regresa a la columna de presión más alta como reflujo (corriente 468); el resto, la corriente 470 es eventualmente introducida a la columna de presión más baja como la alimentación superior para esa columna a través de la válvula 472. La corriente enriquecida de oxigeno 450 se pasa al rehervidor-condensador de la columna de argón 484 a través de la válvula 452, y por lo menos se evaporiza parcialmente para formar la corriente 456, la cual se dirige a la columna de presión más baja. La columna de presión más baja produce el oxigeno del fondo, el cual se retira como corriente liquida 158, y una corriente rica en nitrógeno, 180, de la parte superior. La corriente rica en nitrógeno 180 se calienta en el intercambiador de calor principal 110 para formar la corriente 182. Una corriente de desecho se puede remover de la columna de presión más baja, como la corriente 490, se calienta en el intercambiador principal y se descarga finalmente como la corriente 492. La ebullición para el fondo de la columna de presión más baja se proporciona por el rehervidor-condensador 418. Un flujo de vapor se extrae de la columna de presión más baja como corriente 478 y se alimenta a la columna de argón 482. El producto de argón se retira de la parte superior de esta columna como la corriente liquida 486. La corriente liquida de fondo 480 se regresa a la columna de presión más baja. El reflujo para la columna de argón se proporciona mediante el intercambio de calor indirecto con la corriente enriquecida con oxigeno de vaporización, que se origina desde la columna de presión más alta como la corriente 450. La corriente de refrigerante de nitrógeno liquido 186 se dirige al intercambiador principal donde se evaporiza mediante el intercambio de calor indirecto con la corriente de condensación 230 para formar la corriente de retorno de nitrógeno de vapor 288. En el modo de producción baja de la corriente de operación (Caso 1) 182 se descarga a la atmósfera de la ASU (como corriente 486) , la corriente 366 se descarga a la atmósfera desde el licuador basado en LNG, y el flujo de las corrientes 184 y 386 son cero. En el modo de producción alto (Casos 2 y 3) las corrientes 182 (como la corriente 488) y 386 se pasan a la unidad de procesamiento suplemental, y el flujo de la corriente 366 es cero. Para estos ejemplos del Caso 2 y 3 particulares, el flujo de la corriente 176 (que se origina desde la columna de presión más alta) también es cero. Esto es, en los casos 2 y 3, la porción entera del nitrógeno de presión alto 466 de la columna de presión alta se condensa en el rehervidor/condensador [418] y se utiliza como reflujo para el sistema de columna de destilación tal que, entre el nitrógeno de presión aumentada en nitrógeno de presión alta únicamente el nitrógeno de presión aumentada se alimenta al licuador basado en LNG en el modo de producción alto. Aunque esto no es obligatorio, es un escenario típico en el modo de producción alto. La distinción en el Caso 2 y 3 es que la producción de nitrógeno liquido en el Caso 3 es más alta. Los Casos 1-3 se proponen ilustrar como la producción de liquido se puede incrementar. Los diversos puntos de balance se pueden recabar de la tabla 2 como se indica por las notas 1-5 en la presente con los cuales se explican enseguida: Nota 1: La producción de oxigeno liquido se incrementa por 33% en marcha del Caso 1 al Caso 2; la producción de oxigeno liquido es la misma en el Caso 2 y 3. Nota 2: La producción de nitrógeno liquido se incrementa a 60% en marcha del Caso 1 al Caso 2; la producción de nitrógeno liquido se incrementa a 140% en marcha del Caso 1 al Caso 3. Nota 3: El flujo de nitrógeno de presión alta es suficiente para cumplir el requerimiento de producción de nitrógeno liquido en el Caso 1, pero es cero en los Casos 2 y 3. Nota 4: Aunque la producción de oxigeno liquido es significantemente menor en el Caso 1, el flujo del aire a la ASU es aproximadamente el mismo para todos los tres casos. Eso es una característica importante. Cuando se elige para producir el nitrógeno de la ASU como el nitrógeno de presión alta luego la recuperación de oxígeno se declina. Como resultado, el uso de la presente invención permite alimentar utilizar el mismo compresor de aire y la misma ASU criogénica para todos los tres casos.

Nota 5: El Caso 1 opera con el compresor no de LP (la unidad de procesamiento suplemental (3) no es necesario) TABLA 1 Caso 1 Caso 2 Caso 3 Notas Flujo de Nm3/hr 4, 399 5,848 5, 859 Oxigeno Liquido (158) Flujo de Nm3/hr 8340 13344 20016 Producto de Nitrógeno Liquido (188) Flujo de Nm3/hr 121 255 255 Argón Liquido (486) ASU de Nm3/hr 7,469 18,956 20,438 salida de LP N2 (182) Presión bara 1.2 1.2 1.2 LP N2 para Nm3/hr 7,469 5,400 104 descargar (486) LP N2 a Nm3/hr 13556 20334 Unidad (488) ASU de Nm3/hr 9, 184 salida de Flujo de HP N2 (176) Presión bara 5.2 n/a n/a ASU de Nm3/hr 6, 298 i, 354 i, 445 salida de refrigerante Vap. N2 (288) Presión bara 5.2 5.2 5.2 LP N2 de la Nm3/hr 1562 Unidad 2 para descargar (366) LP N2 a la Nm3/hr n/a 2499 3666 Unidad 3 (386) Presión bara n/a 1.1 1.1 Temperatura C n/a -179.6 -179.6 N2 de la Nm3/hr n/a 16055 24000 Unidad 3 (184) Presión bara n/a 5.0 5.0 Temperatura C n/a -49.7 ¦49.5 Flujo de Nm3/hr 29, 831 30,598 31,923 Aire (108) Presión bara 5.7 5.8 5.7 Refrigerante Nm3/hr 6, 298 8, 354 8,445 N2 Liquido de la Unidad 2 (186) Presión bara 5.3 5.3 5.3 Flujo de Nm3/hr 45142 64190 82291 Suministro de LNG a la Unidad 2 (194) Flujo de Nm3/hr 5329 7994 Suministro de LNG a la Unidad 3 (394) Presión bara 76.53 75.84 75.84 Temperatura C -153.9 -153.9 -153.9 En la descripción de la Figura 4, la corriente de nitrógeno gaseoso 174 de la columna de presión alta que se calienta en el intercambiador de calor principal y se alimenta como la corriente 176 al licuador podría alternativamente ser condensada en el rehervidor-condensador [418]. En este escenario, después de que se condensa en el rehervidor-condensador [418], la corriente de nitrógeno líquido 174 sería vaporizada y calentada en el intercambiador de calor principal. Finalmente, como puede ser apreciado por uno de habilidad en la técnica, aunque el compresor suplemental de la presente invención está separado y es distinto del (os) compresor (es ) auxiliar (es) para el licuador basado en LNG, una máquina común podría accionar ambos en el modo de producción alto. En este escenario la máquina instalada para accionar el (os) compresor (es ) auxiliar (es) cuando la planta se construye podría contener un piñón libre para adicionar eventualmente el compresor suplemental. Alternativamente, el (os) compresor (es ) auxiliar (es) y el compresor suplemental se accionan mediante máquinas separadas en el modo de producción alto.

Claims

REIVINDICACIONES 1. En un proceso para la separación criogénica de una alimentación de aire, caracterizado porque: (a) la alimentación de aire se comprime, se limpia de impurezas que se congelarán a temperaturas criogénicas tales como agua y dióxido de carbono, y se alimentan subsecuentemente en una unidad de separación de aire criogénico (después en la presente "ASU") que comprende un intercambiador de calor principal y un sistema de columna de destilación; (b) la alimentación de aire se enfria en el intercambiador de calor principal al intercambiar calor indirectamente de la alimentación de aire contra por lo menos una porción de las corrientes efluentes del sistema de columna de destilación; (c) la alimentación de aire enfriado se separa en el sistema de columna de destilación en las corrientes efluentes que incluyen una corriente enriquecida en nitrógeno y una corriente enriquecida en oxigeno (y, opcionalmente, corrientes respectivas enriquecidas en los componentes restantes de la alimentación de aire que incluyen argón, criptón y xenón) ; y (d) el sistema de columna de destilación comprende una columna de presión más alta y una columna de presión más baja; (e) la columna de presión más alta separa la alimentación de aire en las corrientes efluentes que incluyen una corriente de nitrógeno de presión alta retirada de la parte superior de la columna de presión más alta, y una corriente de oxigeno liquido crudo retirada del fondo de la columna de presión más alta y alimentada a la columna de presión más baja para procesamiento adicional; (f) la columna de presión más baja separa la corriente de oxigeno de liquido crudo en las corrientes efluentes que incluyen una corriente de producto de oxigeno retirada del fondo de la columna de presión más baja, y una corriente de nitrógeno de presión baja retirada de la parte superior de la presión más baja; y (g) la columna de presión más alta y la columna de presión más baja se enlazan térmicamente tal que por lo menos una porción del nitrógeno de presión alta se condensa en un rehervidor/condensador contra el liquido rico en oxigeno en ebullición que se recolecta en el fondo (o pileta) de la columna de presión más baja y se utiliza como reflujo para el sistema de columna de destilación, y (h) a fin de proporcionar la refrigeración necesaria cuando por lo menos una porción del producto es deseado como liquido, la refrigeración se extrae del gas natural licuado (después en la presente "LNG") al alimentar nitrógeno del sistema de columna de destilación a la unidad licuadora (después en la presente "licuador basado en LNG") donde se licúa al comprimir el nitrógeno en las etapas que utilizan uno o más compresores auxiliares, y al enfriar el nitrógeno entre las etapas mediante el intercambio de calor indirecto contra el gas natural licuado en un intercambiador de calor auxiliar; un sistema para incrementar la capacidad del licuador basado en LNG que comprende un compresor suplemental que está separado y es distinto del (os) compresor (es ) auxiliar (es) para el licuador basado en LNG en donde: (i) en un modo de producción bajo, como entre el nitrógeno de presión baja y el nitrógeno de presión alta, el nitrógeno que se alimenta al licuador basado en LNG consiste únicamente de por lo menos una porción del nitrógeno de presión alta; y (ii) en un modo de producción alto, el compresor suplemental se utiliza para aumentar la presión de por lo menos una porción del nitrógeno de presión baja a la presión del nitrógeno de presión alta para crear el nitrógeno de presión aumentada como alimentación para el licuador basado en LNG.
2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque, en el modo de producción alto, el nitrógeno que se alimenta al licuador basado en LNG comprende tanto el nitrógeno de presión aumentada, como por lo menos una porción del nitrógeno de presión alta.
3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque, en la parte (g) , la porción entera del nitrógeno de presión alta se condensa en el rehervidor/condensador y se utiliza como reflujo para el sistema de columna de destilación tal que, como entre el nitrógeno de presión aumentada y el nitrógeno de presión alta, únicamente el nitrógeno de presión aumentada se alimenta al licuador basado en LNG en el modo de producción alto .
4. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque, en ambos de los modos de producción bajo y alto, el nitrógeno que se alimenta al licuador incluye por lo menos una porción de nitrógeno licuado que resulta de la parte (h) después de que la porción se vaporiza mediante el intercambio de calor indirecto contra la alimentación de aire en el intercambiador de calor principal .
5. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque, antes del aumento de la presión del nitrógeno de presión baja, el nitrógeno de presión baja se enfria para crear una corriente de nitrógeno enfriada mediante el intercambio de calor indirecto contra el LNG en un intercambiador de calor de pre-enfriamiento suplemental que está separado y es distinto del intercambiador de calor auxiliar.
6. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque antes del aumento de la corriente de nitrógeno enfriada, la corriente de nitrógeno enfriada se combina con una corriente de ventilación de nitrógeno gaseoso del licuador basado en LNG.
7. El proceso de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque antes del enfriamiento de la corriente de nitrógeno de presión baja, el nitrógeno de presión baja se combina con una corriente de ventilación de nitrógeno gaseoso del licuador basado en LNG.
8. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: (i) antes del aumento de la presión del nitrógeno de presión baja, el nitrógeno de presión baja se combina con una corriente de ventilación de nitrógeno gaseoso del licuador basado en LNG; y (ii) después del aumento de la presión del nitrógeno de presión baja, pero antes de alimentarlo al licuador basado en LNG, el nitrógeno de presión baja se enfria mediante el intercambio de calor indirecto contra un medio de enfriamiento en un intercambiador de calor posrefrigerante suplemental que está separado y es distinto del intercambiador de calor auxiliar.
9. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque durante el modo de producción bajo, el (os) compresor (es ) auxiliar (es) se acciona (n) por una máquina que contiene un piñón libre para accionar eventualmente el compresor suplemental.
10. El proceso de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque durante el modo de producción alto, el compresor suplemental se instala sobre el piñón libre.
11. El proceso de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque durante el modo de producción alto, el (os) compresor (es ) auxiliar (es) y el compresor suplemental se accionan por máquinas separadas.