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

Procedimiento integrado de separación de aire para la producción de fluido enriquecido en oxígeno y,

eventualmente, de fluido enriquecido en nitrógeno en una instalación que comprende al menos un primer aparato de separación de aire (1) que comprende por lo menos dos columnas de destilación, un primer compresor de aire (13), una primera cámara de combustión (17), una primera turbina de expansión (19), un segundo compresor de aire (15), una segunda cámara de combustión (23) y una segunda turbina de expansión (25) y un tercer compresor de aire (21), en el que se envía aire comprimido del primer compresor de aire a la primera cámara de combustión y al primer aparato de separación de aire, se envía aire comprimido del segundo compresor de aire a la segunda cámara de combustión y al primer aparato de separación de aire, se envía aire del tercer compresor de aire al primer aparato de separación de aire, se envía gas de combustión (27) a la primera turbina de expansión a partir de la primera cámara de combustión, se envía gas de combustión (29) a la segunda turbina de expansión a partir de la segunda cámara de combustión, y se envía gas enriquecido en nitrógeno (3), eventualmente comprimido, a partir del primer aparato de separación de aire, aguas arriba de la primera turbina de expansión y/o aguas arriba de la segunda turbina de expansión.

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

En particular, se refiere a un procedimiento integrado de separación de aire para la producción de fluido enriquecido en oxígeno y, eventualmente, de fluido enriquecido en nitrógeno.

Es bien conocido enviar un gas enriquecido en nitrógeno de un aparato de separación de aire aguas arriba de una turbina de expansión de gas de combustión. La cámara de combustión es alimentada con aire comprimido procedente de un compresor de aire que puede suministrar todo o parte del aire necesario al aparato de separación de aire (ASU) , como se ilustra en el documento EP-A-0538118. Alternativamente, como en el caso del documento GB-A-2067668, todo el aire puede proceder de un compresor dedicado.

El documento US-A-5664411 muestra una instalación con tres turbinas de gas y un aparato de separación de aire, siendo éste alimentado únicamente por un compresor dedicado.

Generalmente, por motivos de fiabilidad, en un mismo sitio se prevén dos turbinas de gas y dos aparatos de separación de aire sensiblemente idénticos, que producen a la vez el oxígeno impuro necesario para la gasificación de los carburantes y del nitrógeno. Cada aparato de separación puede ser alimentado a partir de un compresor de turbina de gas y envía el nitrógeno únicamente a esta misma turbina de gas que lo alimenta.

Un objeto de la invención es paliar los defectos de los procedimientos anteriores, permitiendo en particular un funcionamiento más flexible y un arranque más fiable. Según un objeto de la invención, se prevé un procedimiento según la reivindicación 1.

El gas enriquecido en nitrógeno es enviado aguas arriba de la primera turbina puede ser enviado a la cámara de combustión, eventualmente después de haber sido mezclado con carburante o con otro fluido, y/o puede ser enviado a la entrada de la turbina.

De preferencia, un gas enriquecido en oxígeno producido por el primer aparato de separación de aire es enviado a una unidad de gasificación de la que procede el carburante para la cámara de combustión.

Puede ser útil prever una “barra de aire” que es un conducto común para los caudales de aire procedentes de diversos compresores diferentes, ya sean compresores de aire igualmente asociados a una turbina de gas, ya sean compresores de aire dedicados a uno o varios aparatos de separación de aire.

De preferencia, todos los caudales de aire destinados a un aparato de separación de aire llegan a través de un conducto común.

Es igualmente posible prever un conducto común de aire comprimido para varios aparatos de separación de aire.

Es preferible mezclar los caudales de aire procedentes de, al menos, dos compresores diferentes, aguas arriba del intercambiador principal del aparato de separación o, mejor, aguas arriba de los lechos de adsorbente del aparato de separación de aire.

Según otros aspectos facultativos de la invención:

- al menos el 30% del caudal de aire tratado por el primer aparato de separación en funcionamiento a régimen nominal, proviene del tercer compresor, de preferencia al menos el 40% o el 50% o el 60% o el 70%.

funcionando a régimen reducido con respecto al régimen nominal, el primer aparato de separación de aire recibe, al menos, el 85% o el 90% o el 95% de su aire del tercer compresor o es alimentado exclusivamente por el tercer compresor (este funcionamiento a régimen reducido puede darse, por ejemplo, durante una fase transitoria de cambio de régimen, durante el arranque o durante no importa qué otra fase en que el régimen de funcionamiento sea reducido, es decir, que el aparato proporcione menos productos que la cantidad máxima de productos que está pensado producir) .

- en funcionamiento al régimen nominal, el 70%, como máximo, del aire tratado por el primer aparato de separación de aire procede del primero y/o del segundo compresores.

- en funcionamiento al régimen nominal, el 50% como máximo, del aire tratado por el primer aparato de separación de aire procede del primero y/o del segundo compresores.

- en funcionamiento al régimen nominal, el 40% como máximo, del aire tratado por el primer aparato de separación de aire procede de, al menos, uno de entre el primero y el segundo compresores.

- el mismo compresor envía al menos el 80%, de preferencia al menos el 90% o, incluso, el 100% del aire que comprime, al primero y al segundo aparatos de separación de aire.

- un compresor dedicado alimenta al segundo aparato de separación de aire.

- el aire procedente de, al menos, el primer compresor, es expandido o comprimido aguas arriba del primero y/o del segundo aparatos de separación de aire.

- el aire procedente de, al menos, el segundo compresor es expandido o comprimido aguas arriba del primero y/o del segundo aparatos de separación de aire.

- una turbina de expansión de aire que procede de uno de entre los compresores de aire primero, segundo y tercero, está acoplada a un compresor de aire que procede de otros de los compresores de aire primero, segundo y tercero.

- el aire procedente del primer compresor es mezclado con el aire procedente del segundo compresor y/o con el aire procedente del tercer compresor antes de ser enviado al primer aparato de separación de aire y, de preferencia, antes de ser depurado en una sola unidad depuradora aguas arriba del aparato de separación de aire.

- el gas enriquecido en nitrógeno procedente del primer aparato de separación de aire es expandido o comprimido aguas arriba de una, al menos, de la primera y la segunda turbinas de expansión.

- el gas enriquecido en nitrógeno procedente del segundo aparato de separación de aire es expandido o comprimido aguas arriba de una, al menos, de la primera y la segunda turbinas de expansión.

- una turbina de expansión de gas enriquecido en nitrógeno procedente de uno de los aparatos de separación de aire, está acoplada con un compresor de gas enriquecido en nitrógeno procedente del otro aparato de separación de aire.

Una instalación que puede llevar a la práctica un procedimiento que no es de acuerdo con el invento, se ilustra esquemáticamente en la Fig. 1. Una segunda instalación que incorpora dos aparatos de separación de aire se ilustra esquemáticamente en la Fig. 2; el procedimiento según la invención se refiere a este tipo de instalación.

Un aparato de separación de aire 1 comprende al menos dos columnas de destilación criogénicas (no ilustradas) . Por ejemplo, puede comprender tres columnas, de las que una será una columna de alta presión, otra una columna de baja presión y la tercera una columna de presión intermedia. Un aparato de este género se describe en el documento EP-A-0538118. Alternativa o adicionalmente puede comprender una columna de mezcla y/o una columna de producción de argón. Produce gas enriquecido en nitrógeno, habitualmente denominado gas residual 3, gas enriquecido en oxígeno a una presión elevada 5, otro gas enriquecido en nitrógeno, 7, y eventualmente uno o más productos líquidos 9 y/o un fluido enriquecido en argón 11.

La alimentación de aire de este aparato se realiza a partir de uno o varios compresores de aire.

Un primer compresor de aire 13 suministra aire al aparato de separación de aire 1 y a una primera cámara de combustión 17 cuyos gases de combustión alimentan una primera turbina de expansión 19 que genera electricidad.

Un segundo compresor de aire 15 suministra aire al aparato de separación de aire 1 y a una segunda cámara de combustión 23 cuyos gases de combustión alimentan una segunda turbina de expansión 25 que genera electricidad. Un tercer compresor de aire 21 suministra aire exclusivamente al aparato de separación de aire.

En condiciones de marcha reducida, el aparato de separación de aire 1 recibe al menos el 90% de su aire desde el compresor 21.

Los medios para refrigerar el aire con el fin de llevarlo desde la temperatura de salida de los compresores 13, 15 a una temperatura próxima a la ambiente, aguas arriba del aparato de separación de aire 1, no se han ilustrado.

El gas residual 3 del aparato de separación puede ser enviado aguas arriba de la primera y/o de la segunda turbinas, por ejemplo, a la primera y/o a la segunda cámaras de combustión, a la entrada de la primera y/o de la segunda turbinas.

Opcionalmente, el aparato puede comprender medios de modificación de presión del gas residual 3, tales como uno o más compresores 31, 33, 35, ilustrados en línea interrumpida. Igualmente,...

1. Procedimiento integrado de separación de aire para la producción de fluido enriquecido en oxígeno y, eventualmente, de fluido enriquecido en nitrógeno en una instalación que comprende al menos un primer aparato de separación de aire (1) que comprende por lo menos dos columnas de destilación, un primer compresor de aire (13) , una primera cámara de combustión (17) , una primera turbina de expansión (19) , un segundo compresor de aire (15) , una segunda cámara de combustión (23) y una segunda turbina de expansión (25) y un tercer compresor de aire (21) , en el que se envía aire comprimido del primer compresor de aire a la primera cámara de combustión y al primer aparato de separación de aire, se envía aire comprimido del segundo compresor de aire a la segunda cámara de combustión y al primer aparato de separación de aire, se envía aire del tercer compresor de aire al primer aparato de separación de aire, se envía gas de combustión (27) a la primera turbina de expansión a partir de la primera cámara de combustión, se envía gas de combustión (29) a la segunda turbina de expansión a partir de la segunda cámara de combustión, y se envía gas enriquecido en nitrógeno (3) , eventualmente comprimido, a partir del primer aparato de separación de aire, aguas arriba de la primera turbina de expansión y/o aguas arriba de la segunda turbina de expansión y en el que al menos el 20% del caudal de aire tratado por el primer aparato de separación (1) en condiciones de marcha nominal proviene del tercer compresor (21) y en el que en condiciones de marcha reducida con respecto a las de marcha nominal, el primer aparato de separación de aire (1) recibe al menos el 80% de su aire del tercer compresor (21) y en el que el tercer compresor (21) no alimenta a ninguna cámara de combustión y en el cual el aire comprimido es suministrado a un segundo aparato de separación de aire (101) , que produce al menos un fluido enriquecido en oxígeno y, eventualmente, al menos un fluido enriquecido en nitrógeno, por al menos uno de entre el primero y el segundo compresores (13, 15) y, por el tercer compresor (21) , y un gas enriquecido en nitrógeno (103) es enviado del segundo aparato de separación de aire aguas arriba de una al menos de las turbinas de expansión primera y segunda (19, 25) .

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que, en condiciones de marcha nominal, como mucho el 50% del aire tratado por el primer aparato de separación de aire (1) procede del primero y/o del segundo compresores (13, 15) .

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que, en condiciones de marcha nominal, como máximo el 40% del aire tratado por el primer aparato de separación de aire (1) proviene de, al menos, uno de entre el primero y el segundo compresores (13, 15) .

4. Procedimiento según la reivindicación 1 a 3, en el que el tercer compresor (21) envía por lo menos un 80% del aire que comprime exclusivamente al primero y/o al segundo aparatos de separación de aire (1, 101) .

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que aire procedente de al menos el primer compresor (13) es expandido o comprimido aguas arriba del primero y/o del segundo aparatos de separación de aire (1, 101) .

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que aire procedente de, al menos, el segundo compresor (15) es expandido o comprimido aguas arriba del primero y/o del segundo aparatos de separación de aire (1, 101) .

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 5 y 6, en el que una turbina de expansión de aire procedente de uno de entre el primero, el segundo, o el tercer compresores de aire (13, 15, 21, 121) está acoplada a un compresor de aire procedente de otro de entre el primero, el segundo o el tercer compresores de aire (13, 15, 21, 121) .

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que aire procedente del primer compresor

(13) es mezclado con aire procedente del segundo compresor (15) y/o con aire procedente del tercer compresor (21) antes de ser enviado al primer aparato de separación de aire (1) y, de preferencia, antes de ser depurado en una única unidad de depuración aguas arriba del aparato de separación de aire.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el gas enriquecido en nitrógeno (3) procedente del primer aparato de separación de aire (1, 101) es expandido o comprimido aguas arriba de una al menos de entre la primera y la segunda turbinas de expansión (19, 25) .

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el que gas enriquecido en nitrógeno (103) procedente del segundo aparato de separación de aire (1, 101) es expandido o comprimido aguas arriba de una al menos de las turbinas de expansión primera y segunda (19, 25) .

11. Procedimiento según las reivindicaciones 9 y 10, en el que una turbina de expansión de gas enriquecido en nitrógeno procedente de uno de los aparatos de separación de aire está acoplada con un compresor de gas enriquecido en nitrógeno procedente del otro aparato de separación de aire.