Un método para la separación criogénica de aire que comprende:

(A) comprimir una primera corriente de aire de alimentación (4) a una primera presión, enfriar la primera corriente de aire de alimentación comprimido (6), turboexpandir la primera corriente de aire de alimentación comprimido y enfriado (7), y hacer pasar la primera corriente de aire de alimentación turboexpandida (8) a una planta de separación criogénica de aire (300, 310) que comprende al menos una columna;

(B) comprimir una segunda corriente de aire de alimentación (20) a una segunda presión que es mayor que la primera presión, condensar la segunda corriente aire de alimentación comprimido (21), y hacer pasar a la segunda corriente de aire de alimentación comprimido y condensado (22) a la planta de separación criogénica de aire;

(C) condensar una tercera corriente de aire de alimentación (30) a una presión inferior a la primera presión y hacer pasar a la tercera corriente de aire alimentación condensado (31, 32) a la planta de separación criogénica de aire (300, 310);

(D) separar el aire de alimentación por rectificación criogénica en la planta de separación criogénica de aire (300, 310) para producir un producto que comprende oxígeno líquido y bombear el oxígeno líquido (80) para producir una corriente de oxígeno líquido presurizado (81, 82); y

(E) vaporizar la corriente de oxígeno líquido presurizado (82) haciendo pasar la corriente de oxígeno líquido presurizado en intercambio de calor indirecto con la segunda corriente de aire de alimentación (20) y la tercera corriente de aire de alimentación (30), causando de ese modo la condensación de la segunda corriente de aire de alimentación y de la tercera corriente de aire de alimentación

Sistema de separación criogénica de aire.

Campo de la técnica

Esta invención se refiere en general a la separación criogénica de aire y, más concretamente, a la separación criogénica de aire en donde se condensa el aire de alimentación para vaporizar una corriente de producto presurizado. Tal proceso se conoce por ejemplo del Documento FR-A-2685 460.

Antecedentes de la técnica

Los sistemas de separación criogénica de aire utilizan de forma rutinaria lo que a menudo se hace referencia como bombeo de líquido para la presurización de producto. El bombeo de líquido hace referencia a una compresión mecánica directa de un producto líquido criogénico seguido de la vaporización por un fluido de condensación caliente. En este proceso, la refrigeración presente en el producto licuado de bombeo se transmite a través del intercambio de calor indirecto al fluido de compensación/condensación. Este enfoque es particularmente útil con el propósito de la presurización de productos especiales. En particular, el gasto de los compresores de oxígeno y las cuestiones relacionadas con la seguridad se pueden evitar mediante el bombeo de oxígeno líquido. Existe un interés creciente en los procesos que emplean el bombeo completo de líquido. En estos procesos el oxígeno es un líquido que se bombea directamente a la presión de emisión (conducción) y se vaporiza dentro el proceso. La ventaja de estos procesos se deriva de la completa eliminación del compresor de oxígeno. Las complicaciones asociadas con el bombeo completo de oxígeno se derivan de las corrientes de aire a muy alta presión necesarias para la licuefacción. Estas corrientes de aire a alta presión crean un desequilibrio termodinámico dentro del intercambiador de calor primario y por lo tanto aumentan el consumo de energía.

En muchos casos, el aire es el fluido de compensación preferente para vaporizar el oxígeno líquido bombeado. Una complicación asociada con el bombeo completo de oxígeno líquido se debe al hecho de que a menudo se requieren presiones de aire por encima del punto crítico, 3771 kPa (547 libras por pulgada cuadrada absolutas (psia)), para vaporizar el oxígeno líquido. A presiones de oxígeno por debajo del punto crítico del oxígeno 5081 kPa (737 psia) se incurre en ineficiencias sustanciales de intercambio de calor. Como consecuencia, existe un considerable margen para la mejora en términos de un enfoque en el diseño del intercambio de calor. Por otra parte, se ha encontrado que los procesos de oxígeno líquido bombeado generalmente no son susceptibles a la producción variable de líquido.

Resumen de la invención

El objetivo de la invención se muestra para un método para la separación criogénica de aire según la reivindica- ción 1.

Como se usa en la presente invención, el término "columna" significa una zona o columna de fraccionamiento o de destilación, es decir, una zona o columna de contacto, en donde las fases líquida y vapor se ponen en contacto en contracorriente para efectuar la separación de una mezcla de fluidos, tales como por ejemplo, poniendo en contacto las fases líquida y vapor en una serie de bandejas o placas espaciadas verticalmente, montadas dentro de la columna y/o sobre elementos de relleno tales como relleno estructurado o colocado al azar. Para una discusión adicional de las columnas de destilación, consulte el Manual del Ingeniero Químico (Chemical Engineer's Handbook), quinta edición, editado por R.H. Perry and C.H. Chilton, McGraw-Hill Book Company, New York, Section 13, The Continuous Distillation Process. Una columna doble comprende una columna de alta presión con su extremo superior en relación de intercambio de calor con el extremo inferior de una columna de baja presión.

El proceso de separación al poner en contacto vapor y líquido depende de la diferencia entre las presiones de vapor de los componentes. El componente con la presión de vapor más alta (o más volátil o de menor punto de ebullición) tiende a concentrarse en la fase de vapor mientras que el componente de presión de vapor más baja (o menos volátil o de más alto punto de ebullición) tiende a concentrarse en la fase líquida. La condensación parcial es el proceso de separación mediante el cual se puede usar el enfriamiento de una mezcla de vapor para concentrar el (los) componente(s) volátil(es) en la fase vapor y por lo tanto el (los) componente(s) menos volátil(es) en la fase líquida. La rectificación, o la destilación continua, es el proceso de separación que combina sucesivas vaporizaciones y condensaciones parciales, tales como las obtenidas mediante un tratamiento a contracorriente de las fases de líquido y de vapor. El contacto a contracorriente de las fases de líquido y de vapor es generalmente adiabático y puede incluir un contacto integral (por etapas) o diferencial (continuo) entre las fases. Las disposiciones del proceso de separación que utilizan los principios de la rectificación para separar mezclas a menudo se denominan indistintamente columnas de rectificación, columnas de destilación, o columnas de fraccionamiento. La rectificación criogénica es un proceso de rectificación que se lleva a cabo al menos en parte, a temperaturas iguales o inferiores a 150 grados Kelvin (K).

Como se usa en la presente invención, el término "intercambio de calor indirecto" significa poner dos fluidos en relación de intercambio de calor sin contacto físico o mezcla alguna de un fluido con el otro.

Como se usa en la presente invención, el término "aire de alimentación" significa una mezcla que comprende principalmente oxígeno, nitrógeno y argón, tal como el aire ambiente.

Como se usa en la presente invención, los términos "parte superior" y "parte inferior" de una columna significan aquellas secciones de la columna situadas por encima y por debajo, respectivamente, del punto medio de la columna.

Como se usa en la presente invención, los términos "turboexpansion" y "turboexpansor" significan, respectivamente, el método y el aparato para el flujo del fluido a alta presión a través de una turbina para reducir la presión y la temperatura del fluido, generando así la refrigeración.

Como se usa en la presente invención, el término "planta de separación criogénica de aire" significa la columna o columnas en donde el aire de alimentación se separa por rectificación criogénica para producir nitrógeno, oxígeno y/o argón, así como las conducciones de interconexión, las válvulas, los intercambiadores de calor, etc.

Como se usa en la presente invención, el término "compresor" significa una máquina que aumenta la presión de un gas mediante la aplicación de trabajo.

Como se usa en la presente invención, el término "subenfriamiento" significa enfriar un líquido a una temperatura inferior a la temperatura de saturación de ese líquido para la presión existente.

Breve descripción de la figura

La única Figura es una representación esquemática de una realización preferente del sistema de separación criogénica de aire de esta invención.

Descripción detallada

El motivo de la invención es un proceso de oxígeno líquido bombeado mejorado asociado con una planta de separación criogénica de aire que emplea al menos una columna para la separación de aire y que emplea al menos un turboexpansor para la producción de la refrigeración. En particular, el motivo de la invención prevé el uso de al menos dos corrientes de aire de condensación para facilitar la vaporización del oxígeno. En su realización más preferente, la vaporización del oxígeno bombeado tiene lugar dentro del intercambiador de calor primario y el trabajo mecánico de la turboexpansión se utiliza para la compresión del gas de expansión. El gas de licuefacción principal se comprime preferentemente en un impulsor-compresor de aire independiente y específico.

La invención se describe en mayor detalle con relación al Dibujo. En referencia ahora a la Figura, la corriente de aire de alimentación (1) se comprime en un compresor de aire de etapas múltiples y refrigeradas 100 hasta una presión substancialmente elevada dentro del intervalo de 5 a 15 bar. El compresor 100 puede ser un compresor de engranajes integral enfriado con eliminación de condensados (no mostrado). La corriente de aire de alimentación comprimido 2 se dirige entonces a los medios de pre-purificación 110. El proceso 110 puede comprender varias operaciones unitarias que incluyen pero no se limitan a la refrigeración con agua por contacto directo, a la refrigeración basada en el enfriamiento...

1. Un método para la separación criogénica de aire que comprende:

2. El método de la reivindicación 1, en donde la planta de separación criogénica de aire comprende una columna de alta presión (300) y una columna de baja presión (310).

3. El método de la reivindicación 2, en donde la primera corriente de aire de alimentación (8) se hace pasar a la columna de alta presión (300).

4. El método de la reivindicación 2, en donde al menos parte de la segunda corriente de aire de alimentación (20, 25) se hace pasar a la columna de alta presión (300).

5. El método de la reivindicación 2, en donde al menos parte de la tercera corriente de aire de alimentación (30, 31, 32) se hace pasar a la columna de alta presión (300).

6. El método de la reivindicación 1, en donde la segunda corriente de aire de alimentación (20) comienza la condensación a una temperatura por encima de la temperatura del punto de ebullición de la corriente de oxígeno líquido presurizado (82).

7. El método de la reivindicación 1, en donde la tercera corriente de aire de alimentación (30) comienza la condensación a una temperatura inferior a la temperatura del punto de ebullición de la corriente de oxígeno líquido presurizado (82).