Procedimiento integrado de separación de aire y de generación de energía.

Procedimiento integrado de separación de aire que produce un fluido enriquecido en oxígeno y eventualmente un fluido enriquecido en nitrógeno en una instalación que comprende al menos dos aparatos de separación de aire (1,

101), que comprende cada uno al menos dos columnas de destilación, un primer compresor de aire (13), una primera cámara de combustión (17), y una primera turbina de expansión (19), en el que el aire comprimido es aportado al primer aparato de separación de aire (1) por al menos el primer compresor de aire que aporta igualmente aire comprimido a la primera cámara de combustión, al menos un compresor auxiliar (21, 121) aporta aire comprimido al segundo aparato de separación de aire (101), recibiendo el segundo aparato de separación de aire el aire tratado de al menos un compresor (13, 15) que alimenta también una cámara de combustión, siendo menor el porcentaje del aire total tratado en el segundo aparato que proviene del compresor (13, 15) que alimenta una cámara de combustión, que el porcentaje de aire tratado en el primer aparato que proviene del primer compresor de aire o que proviene tanto del primer compresor de aire como de un segundo compresor de aire (15) que alimenta igualmente una segunda cámara de combustión (23), y un gas enriquecido en nitrógeno (3) es enviado desde el primer aparato de separación de aire aguas arriba por al menos una turbina de expansión (19, 25) alimentada por gases de combustión de al menos una de las cámaras de combustión (17, 23).

Procedimiento integrado de separación de aire y de generación de energía e instalación para la puesta en práctica de un procedimiento de este tipo.

La presente invención se refiere a un procedimiento integrado de separación de aire y de generación de energía.

Se sabe cómo enviar un gas enriquecido en nitrógeno desde un aparato de separación de aire aguas arriba por una turbina de expansión de gas de combustión. La cámara de combustión es alimentada con aire comprimido proveniente de un compresor de aire que puede aportar todo o una parte del aire necesario al aparato de separación de aire (ASU) como ilustra el documento EP-A-0538118. De forma alternativa, como en el caso del documento GB-A-2067688, todo el aire puede provenir de un compresor al efecto.

En el caso en el que se desee producir argón, el documento EP-A-568431 describe la utilización de un sistema integrado.

Las dificultades de regulación de este tipo de sistemas se explican en el documento EP-A-0622595.

Generalmente por cuestiones de fiabilidad, en una misma instalación hay dos turbinas de gas y dos aparatos de separación de aire prácticamente idénticos que producen a la vez el oxígeno impuro necesario para la gasificación de los combustibles y el nitrógeno. Cada aparato de separación se alimenta a partir de un compresor de turbina de gas y envía nitrógeno únicamente a esta misma turbina de gas.

Un objetivo de la invención es paliar los defectos de los sistemas conocidos.

En particular, un objeto de la invención es permitir una mayor flexibilidad en la elección de los productos provenientes de un sistema integrado de separación de aire y de una turbina de gas. Según un aspecto de la invención, se prevé un procedimiento integrado de separación de gas que produce un fluido enriquecido en oxígeno y eventualmente un fluido enriquecido en nitrógeno en una instalación que comprende al menos dos aparatos de separación de aire, que comprende cada uno al menos dos columnas de destilación, un primer compresor de aire, una primera cámara de combustión, y una primera turbina de expansión, en el cual el aire comprimido es aportado al primer aparato de separación de aire por al menos el primer compresor de aire que aporta igualmente aire comprimido a la primera cámara de combustión, al menos un compresor auxiliar aporta aire comprimido al segundo aparato de separación de aire, recibiendo el segundo aparato de separación de aire el aire que trata de al menos un compresor que alimenta también una cámara de combustión, siendo menor el porcentaje del aire total tratado en el segundo aparato que proviene del compresor que alimenta una cámara de combustión, que el porcentaje de aire tratado en el primer aparato que proviene del primer compresor de aire (o que proviene tanto del primer compresor de aire como de un segundo compresor de aire que alimenta igualmente una segunda cámara de combustión), un gas enriquecido en nitrógeno es enviado desde el primer aparato de separación de aire aguas arriba por al menos una turbina de expansión alimentada por gases de combustión de al menos una de las cámaras de combustión y eventualmente un gas enriquecido en nitrógeno es enviado desde el segundo aparato de separación de aire aguas arriba por al menos una turbina de expansión alimentada por gases de combustión de al menos una de las cámaras de combustión.

Preferentemente, el porcentaje del aire total tratado en el segundo aparato que proviene del compresor que alimenta una cámara de combustión representa como máximo el 80%, incluso como máximo el 50%, incluso como máximo el 30% del porcentaje de aire tratado en el primer aparato que proviene del primer compresor de aire (o que proviene tanto del primer compresor de aire como de un segundo compresor de aire que alimenta igualmente una segunda cámara de combustión).

En ciertos modos de puesta en práctica de la invención se envía un gas enriquecido en oxígeno desde el primer aparato y/o del segundo aparato a un gasificador o varios gasificadores. Este o estos gasificador(es) aportan combustible a la cámara de combustión (a las cámaras de combustión).

Según unos aspectos facultativos de la invención:

- el gas enriquecido en nitrógeno que proviene del primer aparato de separación de aire se envía aguas arriba por la primera turbina de expansión alimentada por gases de combustión de una cámara de combustión y un gas enriquecido en nitrógeno enviado desde el segundo aparato de separación de aire se envía aguas arriba por al menos una turbina de expansión alimentada por gases de combustión de al menos una cámara de combustión, eventualmente de la primera turbina;

- el porcentaje de líquido criogénico producido como producto final por el segundo aparato respecto del flujo de aire tratado por el segundo aparato es superior al porcentaje de líquido criogénico producido como producto final por el primer aparato respecto del flujo de aire tratado por el primer aparato, o en el que el segundo aparato produce líquido criogénico mientras que el primer aparato no lo produce. Por ejemplo, el segundo aparato puede producir un líquido enriquecido en oxígeno y/o un líquido enriquecido en nitrógeno y/o un líquido enriquecido en argón en relación con el aire;

- el segundo aparato de separación de aire recibe como máximo el 50%, eventualmente como máximo el 30% del aire comprimido que trata de uno o varios compresores que alimentan de aire comprimido una o varias cámaras de combustión, eventualmente el primer compresor;

- el primer aparato de separación de aire es alimentado de aire por un segundo compresor de aire que alimenta igualmente una segunda cámara de combustión, siendo enviados los gases de combustión de la segunda cámara de combustión a una segunda turbina de expansión;

- el primer aparato de separación produce un (unos) fluidos enriquecidos en oxígeno, conteniendo este fluido como máximo 98 mol% de oxígeno y/o estando constituido al menos el 80% de estos productos por un fluido que contiene como máximo 98 mol% de oxígeno, preferentemente como máximo 97 mol%;

- el primer aparato de separación produce productos enriquecidos en oxígeno, estando constituido al menos el 90% de estos fluidos enriquecidos en oxígeno por un o unos fluido(s) que contienen como máximo 98 mol% de oxígeno;

- el segundo aparato de separación produce un (unos) fluidos enriquecidos en oxígeno conteniendo este fluido al menos 98 mol% de oxígeno o estando constituido al menos el 50% de estos fluidos enriquecidos en oxígeno por un o unos fluido(s) que contienen al menos 98 mol% de oxígeno;

- el segundo aparato de separación produce productos enriquecidos en oxígeno, estando constituido al menos el 70% de estos productos por un fluido que contiene al menos 98 mol% de oxígeno;

- el primer aparato de separación de aire también es alimentado de aire comprimido por un compresor de aire que no alimenta a ninguna cámara de combustión y/o que sólo alimenta al primer aparato de separación de aire;

- el segundo aparato de separación de aire es alimentado de aire comprimido por un compresor que no alimenta a ninguna cámara de combustión y/o que sólo alimenta al segundo aparato de separación de aire;

- el segundo aparato de separación de aire produce un producto final enriquecido en argón;

- solamente el segundo aparato de separación de aire produce un producto final enriquecido en argón o el segundo aparato de separación de aire produce más producto final (productos finales) enriquecido en argón que el primer aparato;

- el primer aparato de separación de aire comprende una turbina de insuflación y/o el segundo aparato de separación de aire comprende una turbina Claude;

- un compresor alimenta los dos aparatos de separación de aire y no alimenta ninguna cámara de combustión;

- el primer aparato y/o el segundo aparato comprende (comprenden) una columna de baja presión de la que se deriva un fluido producto enriquecido en oxígeno, operando esta columna de baja presión a al menos 1,3 bares, eventualmente a al menos 3 bares;

- el primer y/o segundo aparato comprende una columna de baja presión y una columna de alta presión, y eventualmente una columna que opera a presión intermedia entre la baja y la alta;

- se comprime o se expande el aire enviado desde el primer compresor hacia el primer y/o el segundo aparato de...

1. Procedimiento integrado de separación de aire que produce un fluido enriquecido en oxígeno y eventualmente un fluido enriquecido en nitrógeno en una instalación que comprende al menos dos aparatos de separación de aire (1, 101), que comprende cada uno al menos dos columnas de destilación, un primer compresor de aire (13), una primera cámara de combustión (17), y una primera turbina de expansión (19), en el que el aire comprimido es aportado al primer aparato de separación de aire (1) por al menos el primer compresor de aire que aporta igualmente aire comprimido a la primera cámara de combustión, al menos un compresor auxiliar (21, 121) aporta aire comprimido al segundo aparato de separación de aire (101), recibiendo el segundo aparato de separación de aire el aire tratado de al menos un compresor (13, 15) que alimenta también una cámara de combustión, siendo menor el porcentaje del aire total tratado en el segundo aparato que proviene del compresor (13, 15) que alimenta una cámara de combustión, que el porcentaje de aire tratado en el primer aparato que proviene del primer compresor de aire o que proviene tanto del primer compresor de aire como de un segundo compresor de aire (15) que alimenta igualmente una segunda cámara de combustión (23), y un gas enriquecido en nitrógeno (3) es enviado desde el primer aparato de separación de aire aguas arriba por al menos una turbina de expansión (19, 25) alimentada por gases de combustión de al menos una de las cámaras de combustión (17, 23).

2. Procedimiento según la reivindicación 1 en el que el gas enriquecido en nitrógeno (3) que proviene del primer aparato de separación de aire (1) es enviado aguas arriba por la primera turbina de expansión (19) alimentada por gases de combustión de una cámara de combustión (17), y un gas enriquecido en nitrógeno (103) enviado desde el segundo aparato de separación de aire (101) es enviado aguas arriba por al menos una turbina de expansión (19, 25) alimentada por gases de combustión de al menos una cámara de combustión (17, 23), eventualmente por la primera turbina.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2 en el que el porcentaje de líquido criogénico producido como producto final por el segundo aparato (101) respecto del flujo de aire tratado por el segundo aparato es superior al porcentaje de líquido criogénico producido como producto final por el primer aparato (1) respecto del flujo de aire tratado por el primer aparato, o en el que el segundo aparato produce líquido criogénico mientras que el primer aparato no lo produce.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que el segundo aparato de separación de aire (101) recibe como máximo el 50%, eventualmente como máximo el 30% del aire comprimido que trata de uno o varios compresores (13, 15) que alimentan de aire comprimido una o varias cámaras de combustión, eventualmente el primer compresor.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer aparato de separación de aire (1) es alimentado de aire por un segundo compresor de aire (15) que alimenta igualmente una segunda cámara de combustión (23), siendo enviados los gases de combustión de la segunda cámara de combustión a una segunda turbina de expansión (25).

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer aparato de separación (1) produce un (unos) fluidos enriquecidos en oxígeno (5), conteniendo este fluido como máximo 98 mol% de oxígeno y/o estando constituido al menos el 80% de estos productos por un fluido que contiene como máximo 98 mol% de oxígeno.

7. Procedimiento según la reivindicación 6 en el que el primer aparato de separación (1) produce productos (5) enriquecidos en oxígeno, estando constituido al menos el 90% de estos fluidos enriquecidos en oxígeno por un o unos fluido(s) que contienen como máximo 98 mol% de oxígeno.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el segundo aparato de separación (101) produce un (unos) fluidos enriquecidos en oxígeno (105) conteniendo este fluido al menos 98 mol% de oxígeno o estando constituido al menos el 50% de estos fluidos enriquecidos en oxígeno por un o unos fluido(s) que contienen al menos 98 mol% de oxígeno.

9. Procedimiento según la reivindicación 8 en el que el segundo aparato de separación produce productos enriquecidos en oxígeno, estando constituido al menos el 70% de estos productos por un fluido que contiene al menos 98 mol% de oxígeno.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer aparato de separación de aire (1) también es alimentado de aire comprimido por un compresor (21) que no alimenta a ninguna cámara de combustión y/o que sólo alimenta al primer aparato de separación de aire.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el segundo aparato de separación de aire (101) es alimentado de aire comprimido por un compresor (121) que no alimenta a ninguna cámara de combustión y/o que sólo alimenta al segundo aparato de separación de aire.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el segundo aparato de separación de aire (101) produce un producto final enriquecido en argón.

13. Procedimiento según la reivindicación 12 en el que solamente el segundo aparato de separación de aire (101) produce un producto final enriquecido en argón o en el que el segundo aparato de separación de aire (101) produce más producto final (productos finales) enriquecido en argón que el primer aparato (1).

14. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer aparato de separación de aire comprende una turbina de insuflación y/o el segundo aparato de separación de aire comprende una turbina Claude.

15. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que un compresor alimenta los dos aparatos de separación de aire (1, 101) y no alimenta ninguna cámara de combustión.

16. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer aparato (1) y/o el segundo aparato comprende (comprenden) una columna de baja presión de la que se deriva un fluido producto enriquecido en oxígeno, operando esta columna de baja presión a al menos 1,3 bares, eventualmente a al menos 3 bares.

17. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el primer y/o segundo aparato (101) comprende una columna de baja presión y una columna de alta presión, y eventualmente una columna que opera a presión intermedia entre las presiones baja y alta.

18. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que se comprime o se expande el aire enviado desde el primer compresor (13) hacia el primer y/o el segundo aparato de separación de aire (1, 101) y/o se comprime o se expande el aire enviado desde el segundo compresor (15) hacia el primer y/o segundo aparato de separación de aire (101).