Procedimiento y aparato de separación de aire por destilación criogénica.

Procedimiento de separación de aire dentro de un sistema de columnas (11, 13) por destilación criogénica dentro del cual se separa el aire comprimido, depurado y refrigerado, dentro del sistema de columnas para formar un caudal enriquecido en oxígeno y un caudal enriquecido en nitrógeno, dentro del cual por lo menos una columna

(13) del sistema de columnas contiene un evaporador - condensador (15) que debe asegurar la evaporación de un líquido enriquecido en oxígeno con respecto al aire por medio de un intercambio de calor con un fluido calorífero (37), habiendo sido comprimido el fluido calorífero aguas arriba del evaporador - condensador dentro de un compresor (61) que tiene una temperatura de entrada criogénica, siendo por lo menos parcialmente condensado el fluido calorífero dentro del evaporador - condensador, caracterizado por que se vuelve a añadir un líquido criogénico (45) al fluido calorífero aguas arriba del evaporador - condensador.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/FR2011/050212.

Solicitante: L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 75, QUAI D'ORSAY 75007 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: Davidian,Benoît.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > REFRIGERACION O ENFRIAMIENTO; SISTEMAS COMBINADOS... > LICUEFACCION, SOLIDIFICACION O SEPARACION DE GASES... > Procedimientos o aparatos para separar los constituyentes... > F25J3/04 (para aire)

PDF original: ES-2476285_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento y aparato de separaciïn de aire por destilaciïn criogïnica La presente invenciïn es relativa a los procedimientos y a los aparatos de separaciïn de aire por destilaciïn criogïnica. Se conoce la destilaciïn del aire dentro de una columna doble, la cual comprende una columna de media presiïn unida tïrmicamente a una columna de baja presiïn que la corona.

La uniïn tïrmica entre las dos columnas puede obtenerse utilizando dos evaporadores colocados uno encima del otro dentro de la columna de baja presiïn. El evaporador mïs bajo puede calentarse por medio de un caudal de nitrïgeno extraïdo de la columna de presiïn media y despuïs comprimido dentro de un compresor frïo, y el evaporador superior puede ser calentado por un caudal de nitrïgeno a media presiïn tomado de la columna de media presiïn sin haber sido comprimido aguas arriba del evaporador.

Un compresor frïo es un compresor que tiene una temperatura de entrada criogïnica, siendo una temperatura criogïnica inferior a -50ïC.

El nitrïgeno comprimido dentro del compresor frïo debe ser condensado dentro del evaporador inferior de la columna de baja presiïn. El fluido comprimido en frïo llega, por lo tanto, relativamente caliente al evaporador, con un !T importante antes de comenzar a condensarse: esto significa que incluso si el evaporador tiene una diferencia de temperatura entre los fluidos escaso, el !T en la zona caliente es relativamente importante.

Si el evaporador – condensador tiene disfunciones, en particular de taponamiento parcial o de mala distribuciïn, hay un alto riesgo de evaporaciïn en seco localmente, lo cual perjudica la seguridad del aparato por el hecho de la presencia de impurezas de tipo CnHm con un fluido rico en oxïgeno. Esto es, por lo tanto, mïs sensible sobre un evaporador – condensador de pelïcula.

El documento FR – A – 2930329 describe un procedimiento segïn el preïmbulo de la reivindicaciïn 1.

Uno de los objetivos de la invenciïn es evitar disfunciones del evaporador – condensador.

Segïn la invenciïn, un fluido calorïfero, por ejemplo el nitrïgeno a media presiïn, se refrigera a la salida de un compresor frïo, inyectando una parte del fluido condensado dentro del evaporador condensador a la entrada del evaporador condensador, para llevarlo nuevamente a su punto de rocïo, antes de ser condensado. Esto permite anular el sobrecalentamiento del fluido y permite un uso facilitado en tïrminos de seguridad para el evaporador, en particular, de pelïcula. Esto se hace sin una penalizaciïn energïtica notoria.

La inyecciïn de otros fluidos criogïnicos puede reemplazar este fluido condensado.

Segïn un objetivo de la invenciïn, se propone un procedimiento de separaciïn de aire dentro de un sistema de columnas por destilaciïn criogïnica dentro del cual se separa aire comprimido, depurado y refrigerado, dentro del sistema de columnas para formar un caudal enriquecido en oxïgeno y un caudal enriquecido en nitrïgeno, dentro del cual por lo menos una columna del sistema de columnas contiene un evaporador – condensador que debe asegurar la evaporaciïn de un lïquido enriquecido en oxïgeno con respecto al aire por medio de un intercambio de calor con un fluido calorïfero, habiendo sido comprimido el fluido calorïfero aguas arriba del evaporador – condensador dentro de un compresor que tiene una temperatura de entrada criogïnica, siendo por lo menos parcialmente condensado el fluido calorïfero dentro del evaporador – condensador, caracterizado por que se vuelve a aïadir un lïquido criogïnico al fluido calorïfero aguas arriba del evaporador – condensador.

Segïn otras caracterïsticas facultativas:

- el lïquido criogïnico estï constituido por una parte del fluido calorïfero despuïs de su condensaciïn dentro del evaporador – condensador;

- el sistema de columnas es una columna doble o triple, el fluido calorïfero es un caudal enriquecido en nitrïgeno extraïdo de una de las columnas que funciona a una presiïn mïs elevada y el evaporador estï dentro de otra de las columnas que funcionan a presiïn mïs baja;

- el evaporador – condensador es un evaporador de pelïcula;

- el lïquido criogïnico es sometido a presiïn, ya sea por presiïn hidrostïtica o mediante una bomba;

- el lïquido criogïnico contiene por lo menos un 75 % mol. de nitrïgeno, e incluso por lo menos un 90% mol. de nitrïgeno;

- el lïquido criogïnico se vuelve a aïadir al fluido calorïfero aguas abajo del compresor.

Segïn otro objetivo de la invenciïn, estï previsto un aparato de separaciïn de aire dentro de un sistema de columnas por destilaciïn criogïnica que comprende:

a) un sistema de columnas,

b) un evaporador – condensador capaz de evaporar un lïquido enriquecido en oxïgeno con respecto al aire,

c) un compresor de aire,

d) un conducto que une el compresor de aire con el sistema de columnas,

e) un compresor criogïnico de fluido calorïfero unido a una entrada del evaporador – condensador,

caracterizado por que ïste comprende un conducto de transporte de lïquido criogïnico unido a la salida del compresor criogïnico y a una entrada del evaporador – condensador.

El aparato puede comprender las siguientes caracterïsticas:

- por lo menos un conducto de fluido condensado que une una salida del evaporador – condensador a por lo menos una columna del sistema de columnas;

- el sistema de columnas es una columna doble o triple, comprendiendo una de las columnas que funciona a presiïn mïs baja, el evaporador – condensador en evaporador de cuba.

- el compresor criogïnico estï unido al cabezal de una de las columnas que operan a presiïn mïs alta;

- medios para someter a presiïn un lïquido criogïnico, adaptados para someter a presiïn un lïquido que circula dentro del conducto que une la salida del evaporador – condensador a la salida del compresor criogïnico;

- el conducto de transporte de lïquido criogïnico estï unido a un almacenamiento de lïquido criogïnico;

- el conducto de transporte de lïquido criogïnico estï unido a la salida del evaporador – condensador.

La invenciïn comprende igualmente una instalaciïn de oxicombustiïn que comprende un aparato de separaciïn de aire tal como el descrito anteriormente y una caldera alimentada por el oxïgeno producido por el aparato de separaciïn de aire.

Se describirï la invenciïn con mïs detalle con referencia a la figura que muestra un procedimiento segïn la invenciïn.

Se comprime un caudal de aire 1 dentro de un compresor (no ilustrado) hasta 4 bar y luego se divide en dos; una parte 3 del aire se enfrïa en una lïnea de intercambio 9 y se envïa a la columna de media presiïn 11 de una columna doble. La columna doble comprende una columna de media presiïn 11 y una columna de baja presiïn 13 unidas tïrmicamente entre sï, estando sobrepuesta la columna de baja presiïn a la columna de media presiïn.

El resto 5 del aire se sobrecomprime dentro de un sobrecompresor 7, se enfrïa en la lïnea de intercambio, se condensa dentro de un evaporador de producto 23 y despuïs se envïa a la columna de media presiïn 11.

La columna de baja presiïn 13 contiene un evaporador de cuba 15 y un evaporador intermedio 17. El evaporador intermedio 17 se calienta por medio de una fracciïn 33 de un caudal de nitrïgeno 31 extraïdo de la columna de media presiïn, a la presiïn del cabezal de la columna de media presiïn.

Otra fracciïn 37 del nitrïgeno a media presiïn se comprime dentro de un compresor 61 que tiene una temperatura de entrada... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento de separaciïn de aire dentro de un sistema de columnas (11, 13) por destilaciïn criogïnica dentro del cual se separa el aire comprimido, depurado y refrigerado, dentro del sistema de columnas para formar un caudal enriquecido en oxïgeno y un caudal enriquecido en nitrïgeno, dentro del cual por lo menos una columna (13) del sistema de columnas contiene un evaporador – condensador (15) que debe asegurar la evaporaciïn de un lïquido enriquecido en oxïgeno con respecto al aire por medio de un intercambio de calor con un fluido calorïfero (37) , habiendo sido comprimido el fluido calorïfero aguas arriba del evaporador – condensador dentro de un compresor

(61) que tiene una temperatura de entrada criogïnica, siendo por lo menos parcialmente condensado el fluido calorïfero dentro del evaporador – condensador, caracterizado por que se vuelve a aïadir un lïquido criogïnico (45) al fluido calorïfero aguas arriba del evaporador – condensador.

2. Procedimiento segïn la reivindicaciïn 1, en el cual el lïquido criogïnico (45) estï constituido por una parte del fluido calorïfero despuïs de su condensaciïn dentro del evaporador – condensador (15) ;

3. Procedimiento segïn la reivindicaciïn 1 ï 2, en el cual el sistema de columnas (11, 13) es una columna doble o triple, el fluido calorïfero es un caudal enriquecido en nitrïgeno (37) extraïdo de una de las columnas (11) que funciona a una presiïn mïs elevada y el evaporador estï dentro de otra de las columnas que funcionan a presiïn mïs baja (13) .

4. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones anteriores, en el cual el evaporador – condensador (11) es un evaporador de pelïcula.

5. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones anteriores, en el cual el lïquido criogïnico (45) es sometido a presiïn, ya sea por presiïn hidrostïtica o mediante una bomba.

6. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones anteriores, en el cual el lïquido criogïnico se vuelve a aïadir al fluido calorïfero aguas abajo del compresor.

7. Procedimiento segïn una de las reivindicaciones anteriores, en el cual el lïquido criogïnico contiene por lo menos un 75 % mol. de nitrïgeno, e incluso por lo menos un 90% mol. de nitrïgeno;

8. Aparato de separaciïn de aire en un sistema de columnas por destilaciïn criogïnica que comprende:

a) un sistema de columnas (11, 13) ,

b) un evaporador – condensador (15) capaz de evaporar un lïquido enriquecido en oxïgeno con respecto al aire,

c) un compresor de aire,

d) un conducto que une el compresor de aire con el sistema de columnas,

e) un compresor criogïnico (61) de fluido calorïfero unido a una entrada del evaporador – condensador,

caracterizado por que ïste comprende un conducto (45) de transporte de lïquido criogïnico unido a la salida del compresor criogïnico y a una entrada del evaporador – condensador.

9. Aparato segïn la reivindicaciïn 8 en el cual el sistema de columnas es una columna doble o triple, comprendiendo una de las columnas que funciona a mïs baja presiïn (13) , el evaporador – condensador (15) en evaporador de cuba.

10. Aparato segïn la reivindicaciïn 9 en el cual el compresor criogïnico (61) estï unido al cabezal de una de las columnas (11) que operan a mïs alta presiïn.

11. Aparato segïn una de las reivindicaciones 8 a 10, que comprende medios para someter a presiïn un lïquido criogïnico, adaptados para someter a presiïn un lïquido que circula dentro del conducto que une la salida del evaporador – condensador (15) a la salida del compresor criogïnico (61) .

12. Aparato segïn una de las reivindicaciones 8 a 11, que comprende un almacenamiento y el conducto de transporte de lïquido criogïnico que une el almacenamiento a un punto aguas abajo del compresor criogïnico y aguas arriba del evaporador – condensador.

13. Aparato segïn una de las reivindicaciones 8 a 12, en el cual el conducto une la salida del evaporador – condensador a la salida del compresor criogïnico sin pasar por el evaporador – condensador.

14. Instalaciïn de oxicombustiïn que comprende un aparato de separaciïn de aire segïn una de las reivindicaciones 8 a 13 y una caldera alimentada por el oxïgeno producido por el aparato de separaciïn de aire.