Un método de modificar y actualizar una planta existente (1) de separación de aire para producir o aumentar la producción de al menos un producto líquido,

que comprende:

separar aire dentro de una planta existente de separación de aire, que tiene al menos columnas (44, 46) de alta y baja presión funcionalmente asociadas entre sí en una relación de transferencia de calor;

modificar la planta existente (1) de separación de aire conectando un licuador (2) de nitrógeno a la columna de alta presión (44), no teniendo el licuador de nitrógeno componentes en común con componentes existentes de la citada planta existente de separación de aire;

estando el licuador (2) de nitrógeno conectado a la columna de alta presión (44) de tal manera que el licuador de nitrógeno sólo recibe una corriente (130) de vapor rico en nitrógeno de una parte superior de la columna de alta presión, siendo licuada la corriente de vapor rica en nitrógeno en el licuador de nitrógeno para producir una corriente (132) rica en nitrógeno y siendo al menos una porción de la corriente líquida rica en nitrógeno introducida en la columna de alta presión, con lo que se aumenta el reflujo de nitrógeno líquido hacia la columna de alta presión, la producción de unos productos de fondo de columna de oxígeno líquido crudo formados en la columna de alta presión (44) y por lo tanto un líquido rico en oxígeno formado en una región de fondo de la columna de baja presión (46); y

extraer el al menos un producto líquido (90, 124) de la planta (1) de separación de aire, comprendiendo el al menos un producto líquido una corriente líquida (90) rica en oxígeno, compuesta del líquido rico en oxígeno.

Reacondicionamiento de licuador de nitrógeno para una planta de separación de aire.

Campo de la Invención La presente invención se refiere a un método de actualización, modificación o reacondicionamiento de una planta existente de separación de aire con un licuador de nitrógeno en el que vapor rico en nitrógeno, producido en una columna de alta presión asociada funcionalmente con la columna de baja presión en una relación de transferencia de calor, es licuado y reintroducido en la columna de alta presión para aumentar el reflujo en la columna de alta presión y la producción de unos productos de fondo de columna ricos en oxígeno de la columna de baja presión, permitiendo o aumentando con ello la producción de líquido de productos de oxígeno líquido y posiblemente otros productos líquidos de plantas de separación de aire.

Antecedentes de la Invención El aire puede ser separado en productos de oxígeno y nitrógeno dentro de una planta de separación de aire en la que el aire es rectificado de manera criogénica en productos ricos en oxígeno y nitrógeno y también posiblemente un producto de argón.

En tales plantas, el aire es comprimido, purificado de impurezas de punto de ebullición más alto, tales como dióxido de carbono, monóxido de carbono y vapor de agua, y a continuación enfriado en un intercambiador de calor principal a una temperatura apropiada para la rectificación de aire. Después de haber sido enfriado, al aire es introducido en una columna de alta presión en la que se produce una fase de vapor ascendente que resulta incluso más rica en nitrógeno. Los productos resultantes de la parte alta de la columna, ricos en nitrógeno, son condensados para producir una fase líquida descendente que resulta incluso más rica en oxígeno. Las fases líquida y de vapor son puestas en contacto por elementos de contacto de transferencia de masa que pueden ser bandejas o empaquetamiento estructurado o, posiblemente, empaquetamiento aleatorio. En cualquier caso, el contacto produce unos productos de fondo de columna líquidos ricos en crudo en la columna de alta presión que son ricos en oxígeno.

Una corriente de los productos de fondo de columna líquidos ricos en crudo es introducida a continuación en la columna de baja presión para ser refinada adicionalmente en unos fondos de columna líquidos ricos en oxígeno que se recogen en la columna de baja presión y unos productos de parte alta de columna ricos en nitrógeno que se forman en la columna de baja presión. La columna de alta presión y la columna de baja presión están funcionalmente asociadas en una relación de transferencia de calor por un rehervidor de condensador o un condensador principal que está normalmente situado dentro de la base de la columna de baja presión. El líquido rico en oxígeno es en parte vaporizado con una corriente de vapor rica en nitrógeno producida a partir de los productos de vapor de la parte alta de la columna, ricos en nitrógeno. La corriente de vapor rica en nitrógeno es condensada en el condensador contra la vaporización del líquido rico en oxígeno para producir una corriente líquida rica en nitrógeno que es utilizada en el reflujo tanto de la columna de alta presión como se la columna de baja presión. Parte de dicha corriente líquida rica en nitrógeno puede ser tomada como un producto. Los productos de oxígeno y nitrógeno pueden ser retirados de las columnas de alta y baja presión y pasan a través del intercambiador de calor principal para ayudar a enfriar el aire entrante.

También puede ser producido un producto de argón extrayendo una corriente rica en argón de la columna de baja presión y rectificando dicha corriente en una columna de argón. El producto rico en argón se recoge como producto de parte alta de torre y se puede extraer una corriente del mismo. La columna de argón se somete a reflujo condensando algo del producto rico en argón con la corriente de oxígeno líquido crudo extraída de la columna de alta presión. Dependiendo del número de etapas de separación que existan dentro de la columna o columnas de argón, la pureza del argón puede ser tal que una gran fracción del oxígeno se separa del argón. Sin embargo, también se pueden producir productos de argón que sean adicionalmente refinados para eliminar oxígeno y nitrógeno residual dentro de un tal producto de argón.

Como es bien sabido en la técnica, tiene que ser comunicada refrigeración a la planta de rectificación criogénica para superar el calor y pérdidas del intercambiador de calor, así como fugas de calor a través del aislamiento de una caja de frío que es utilizada para alojar la columna tal como se ha descrito anteriormente. Esta refrigeración puede ser comunicada enfriando parcialmente parte del aire que se ha de rectificar dentro del intercambiador de calor principal y expandiendo el mismo en un turbo-expansor. El trabajo de expansión es extraído de la planta y el aire enfriado resultante es introducido en el fondo de la columna de alta presión. Adicionalmente, la refrigeración puede ser comunicada por un expansor conectado a la columna de baja presión. El grado al cual se comunica refrigeración a la planta de separación de aire determinará la cantidad de productos líquidos que pueden ser producidos, típicamente a partir de los productos líquidos del fondo de la columna ricos en oxígeno, producidos en la columna de baja presión, pero también posiblemente a partir de la corriente líquida rica en nitrógeno.

También se sabe que la refrigeración puede ser suministrada a una planta de separación de aire mediante licuadores de reciclado de nitrógeno. Un ejemplo de un tal licuador se puede encontrar en la patente U. S.

5.231.845. En esta patente, está ilustrado un licuador que incorpora compresores dobles elevadores o de refuerzo de turbina, concretamente para proporcionar parámetros ventajosos de diseño de maquinaria y características efectivas de curva de enfriamiento. Nitrógeno a presión moderada procedente de la columna de alta presión, gas nitrógeno a presión moderada, procedente también de la columna de alta presión y después de haber sido completamente calentado dentro del sistema de intercambio de calor de la planta de separación de aire, y producto nitrógeno a baja presión extraído de la columna de baja presión son todos alimentados al licuador de nitrógeno. El nitrógeno líquido resultante puede ser hecho regresar a la parte superior de la columna de alta presión para proporcionar refrigeración para producir productos líquidos subenfriados de la planta de separación de aire. En la patente U. S. número 4.883.518 se retira vapor de nitrógeno de la columna de alta presión y se divide en dos corrientes, una corriente pasa a través de los intercambiadores de calor del licuador de nitrógeno y la otra corriente pasa a través de los intercambiadores de calor principales. Las dos corrientes de vapor de nitrógeno son introducidas en un compresor de reciclado y a continuación a través de una disposición de compresores dobles de refuerzo de turbina para producir una corriente de nitrógeno líquido que es introducida nuevamente en la columna de alta presión para producir productos líquidos de nitrógeno y de oxígeno.

El documento EP-A- 1873469, que puede ser considerado como la técnica anterior más próxima, describe una unidad de separación de aire con un licuador enfriado por LNQ para proporcionar refrigeración.

Como es evidente de la descripción precedente de las dos patentes de la técnica anterior, ninguna de ellas es particularmente conveniente para ser utilizada como una modificación de una planta existente de separación de aire debido al elevado grado requerido de integración necesaria para emplear los licuadores descritos en esas patentes. Como se explicará, la presente invención proporciona un método de modificar una planta existente de separación de aire con un licuador de nitrógeno que o bien permite o aumenta la posibilidad de extraer un producto de oxígeno líquido y, opcionalmente, un producto de nitrógeno líquido y puede aumentar la producción de argón cuando una planta es modificada con una columna de argón. Además, el licuador está integrado de una manera que no implica el alto grado de integración en la técnica anterior.

Sumario de la Invención La presente invención proporciona un método de modificar una planta existente de separación de aire para producir o para aumentar la producción de al menos un producto líquido de acuerdo con la reivindicación 1.

De acuerdo con el método, el aire es separado dentro de la instalación existente de separación... [Seguir leyendo]

1. Un método de modificar y actualizar una planta existente (1) de separación de aire para producir o aumentar la producción de al menos un producto líquido, que comprende:

separar aire dentro de una planta existente de separación de aire, que tiene al menos columnas (44, 46) de alta y baja presión funcionalmente asociadas entre sí en una relación de transferencia de calor; modificar la planta existente (1) de separación de aire conectando un licuador (2) de nitrógeno a la columna de alta presión (44) , no teniendo el licuador de nitrógeno componentes en común con componentes existentes de la citada planta existente de separación de aire; estando el licuador (2) de nitrógeno conectado a la columna de alta presión (44) de tal manera que el licuador de nitrógeno sólo recibe una corriente (130) de vapor rico en nitrógeno de una parte superior de la columna de alta presión, siendo licuada la corriente de vapor rica en nitrógeno en el licuador de nitrógeno para producir una corriente (132) rica en nitrógeno y siendo al menos una porción de la corriente líquida rica en nitrógeno introducida en la columna de alta presión, con lo que se aumenta el reflujo de nitrógeno líquido hacia la columna de alta presión, la producción de unos productos de fondo de columna de oxígeno líquido crudo formados en la columna de alta presión (44) y por lo tanto un líquido rico en oxígeno formado en una región de fondo de la columna de baja presión (46) ; y extraer el al menos un producto líquido (90, 124) de la planta (1) de separación de aire, comprendiendo el al menos un producto líquido una corriente líquida (90) rica en oxígeno, compuesta del líquido rico en oxígeno.

2. El método de la reivindicación 1, en el que, dentro del licuador (2) de nitrógeno:

una corriente (138) de vapor de nitrógeno, que comprende la corriente (130) de vapor rico en nitrógeno, es calentada dentro de un intercambiador de calor (140) , expandida a la presión de la corriente de escape de una corriente de escape (144) de turbina y combinada con la corriente de escape de turbina para producir una corriente combinada (146) ; la corriente combinada (146) es comprimida en un compresor de reciclado (148) y después de eliminar el calor de compresión es dividida en una corriente (152) de fluido refrigerante y una parte restante (162) de la corriente combinada; la corriente (152) de fluido refrigerante es comprimida en un compresor de elevación o refuerzo (154) , parcialmente enfriada en el intercambiador de calor (140) y después introducida en el turbo-expansor (160) para generar la corriente de escape (144) de turbina; la corriente de escape (144) de turbina es calentada dentro del intercambiador de calor (140) y combinada con la corriente (130) de vapor rica en nitrógeno; la parte restante (162) de la corriente combinada (146) es enfriada dentro del intercambiador de calor (140) y expandida a una presión de la columna de alta presión; y la corriente líquida (132) rica en nitrógeno se forma, al menos en parte, de la corriente combinada (146) .

3. El método de la reivindicación 2, en el que:

el trabajo de expansión del turbo-expansor (160) acciona al compresor de elevación (154) ; la expansión de la parte restante (162) de la corriente combinada (146) produce una corriente de dos fases; las fases líquida y de vapor de la corriente de dos fases se disocian para formar una corriente de fase de vapor (134) y una corriente de fase líquida (168) ; la corriente de fase de vapor (134) se combina con la corriente de vapor (130) rica en nitrógeno para formar la corriente (138) de vapor de nitrógeno antes de su introducción en el intercambiador de calor (140) ; y la corriente (132) de nitrógeno líquido se compone de la corriente de fase líquida (168) .

4. El método de la reivindicación 1, en el que se extrae una corriente líquida (80) de producto de nitrógeno que está constituida de una parte adicional de la corriente líquida (132) rica en nitrógeno.

5. El método de la reivindicación 4, en el que:

la planta (1) de separación de aire tiene también una columna de argón (50) conectada a la columna de baja presión (46) para purificar una corriente (98) rica en argón y producir con ello una corriente (102) de producto de argón; y la parte adicional de la corriente (132) rica en nitrógeno es extraída a una velocidad que no aumenta la concentración de oxígeno dentro de la corriente (98) rica en argón.

6. El método de la reivindicación 5, en el que:

la planta (1) de separación de aire tiene también una columna de argón (50) conectada a la columna de baja presión (46) para purificar una corriente (98) rica en argón y producir con ello una corriente (102) de producto de argón; la recuperación de argón se incrementa mediante la producción incrementada del líquido rico en oxigeno y la retirada de la corriente líquida (90) rica en oxígeno.

7. El método de la reivindicación 1, en el que el licuador (2) es operado intermitentemente de manera que la al menos una corriente líquida (80, 90, 124) de producto puede ser almacenada para utilización futura.

8. El método de la reivindicación 1, en el que la planta existente (1) de separación de aire está configurada de tal manera que existen puntos de unión (128, 129) dentro de la columna de alta presión (44) de la planta existente de separación de aire para conexión al licuador (2) de nitrógeno.