Procedimiento y aparato o equipo de separación de aire mediante destilación criogénica.

Procedimiento de separación de aire por destilación criogénica en el cual

i) un caudal de aire comprimido y purificado se enfría en un intercambiador (13) y se envía a una columna (39) que opera a media presión;

ii) el caudal de aire se separa en un caudal enriquecido en nitrógeno y un caudal enriquecido en oxígeno;

iii) una parte del caudal enriquecido en nitrógeno se envía a una columna de baja presión (41);

iv) al menos una parte del caudal enriquecido en oxígeno se envía a la columna de baja presión;

v) se extrae de la cabecera de la columna de baja presión un caudal rico en nitrógeno;

vi) se extrae de la cabecera de la columna de baja presión un caudal rico en oxígeno y se envía a un recinto (141) que contiene al menos un condensador-vaporizador (15);

vii) un caudal gaseoso que proviene del recinto de donde es extraído se reenvía a la columna de baja presión, preferentemente a su depósito;

viii) una parte del caudal enriquecido en nitrógeno de la etapa ii) se condensa, de forma parcial al menos, en un condensador (25) alimentado por líquido que proviene de la columna de baja presión y se envía a la columna de media presión y/o a la columna de baja presión;

ix) un caudal de gas que produce calor, eventualmente al menos una parte del aire comprimido, purificado y enfriado en el intercambiador de la etapa i), se condensa al menos parcialmente en el condensador vaporizador del recinto;

x) se extrae un fluido más rico en oxígeno del recinto que el caudal extraído del depósito de la columna de baja presión,

xi) caracterizado porque se descomprime el caudal rico en oxígeno extraído del depósito de la columna de baja presión corriente arriba del depósito y se presuriza el caudal gaseoso del depósito corriente arriba de la primera columna de baja presión.

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DESCRIPCIÓN

Procedimiento y aparato o equipo de separación de aire mediante destilación criogénica La presente invención se refiere a un procedimiento y a un aparato o equipo de separación de aire mediante destilación criogénica.

Se sabe cómo separar el aire en un equipo o aparato que comprende una columna de media presión y dos columnas de baja presión que funcionan a la misma presión, siendo alimentada una de las columnas de baja presión en cabecera por el líquido de depósito de la otra y teniendo cada columna de baja presión un condensador de depósito Un objetivo de la invención es reducir la energía de separación para producir oxígeno impuro, en particular en el caso en que no hay coproducción de nitrógeno.

Otro objetivo de la invención es reducir el coste de al menos algunos elementos del aparato.

Todos los porcentajes relativos a purezas son porcentajes molares.

La invención implica la utilización de un compresor frío para comprimir un gas rico en oxígeno, que proviene de un recinto que opera a una presión por debajo de la de la columna de baja presión, siendo destinado el gas al depósito de una columna de baja presión. Ello permite desacoplar la presión en el depósito de la columna de media presión de la de la parte superior de la columna de baja presión.

La invención es particularmente interesante en el caso en el que el aire se condensa parcialmente en el condensador del recinto que opera a presión más baja que la columna de baja presión.

Según un objetivo de la invención, se prevé un procedimiento de separación de aire por destilación criogénica en el cual:

i) se enfría un caudal de aire comprimido y purificado en un intercambiador y se envía a una columna que opera a una presión media;

ii) el caudal de aire se separa en un caudal enriquecido en nitrógeno y un caudal enriquecido en oxígeno;

iii) una parte del caudal enriquecido en nitrógeno se envía a una columna de baja presión;

iv) al menos una parte del caudal enriquecido en oxígeno se envía a la columna de baja presión;

v) se extrae de la cabecera de la columna de baja presión un caudal rico en nitrógeno;

vi) se extrae de la cabecera de la columna de baja presión un caudal rico en oxígeno y se envía a un recinto

que contiene al menos un condensador-vaporizador;

vii) un caudal gaseoso que proviene del recinto de donde es extraído se reenvía a la primera columna de baja presión, preferentemente a su depósito;

viii) una parte del caudal enriquecido en nitrógeno de la etapa ii) se condensa, de forma parcial al menos, en un condensador alimentado por un líquido del depósito de la columna de baja presión y se envía a la columna de media presión y/o a la columna de baja presión;

ix) un caudal de gas que produce calor, eventualmente al menos una parte del aire comprimido, purificado y enfriado en el intercambiador de la etapa i) , se condensa al menos parcialmente en el condensador vaporizador del recinto;

x) se extrae del recinto un fluido más rico en oxígeno que el caudal extraído del depósito de la columna de baja presión, caracterizado porque se descomprime el caudal rico en oxígeno extraído del depósito de la columna de baja presión más arriba del depósito y se presuriza el caudal gaseoso del depósito corriente arriba de la primera columna de baja presión.

Preferentemente, -se comprime el caudal gaseoso que proviene del recinto en un compresor que tiene una temperatura de entrada inferior a â?"50º C; preferentemente no hay ninguna etapa de calentamiento entre el recinto y el compresor;

- se descomprime el caudal rico en oxígeno extraído de la columna de baja presión a una presión como mucho 1 bar por debajo de la presión en el depósito de la columna de baja presión, preferentemente como mucho 0, 5 bar, incluso como mucho 0, 2 bar por debajo de esta presión y/o se comprime el caudal gaseoso que proviene del 2

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recinto para aumentar su presión en 1 bar como mucho, preferentemente 0, 5 bar como mucho, incluso 0, 2 bar como mucho corriente arriba de la columna de baja presión;

- el recinto no contiene medio de intercambio de masas, incluso no contiene guarniciones ni bandejas de destilación;

- el recinto constituye una segunda columna de baja presión y contiene medios de intercambio de masa, como guarniciones o bandejas de destilación, colocadas al menos por encima del condensador.

Según otro objetivo de la invención, se prevé un aparato o equipo de separación de aire que comprende una columna de media presión, una columna de baja presión, un recinto, un intercambiador, un condensador de la columna de baja presión y un condensador colocado en el recinto, un conducto para enviar aire comprimido, purificado y enfriado desde el intercambiador a la columna de media presión, un conducto para enviar un gas que genere calor al condensador colocado en el recinto, un conducto para enviar un gas enriquecido en nitrógeno desde la columna de media presión al condensador de la columna de baja presión, un conducto para enviar un caudal enriquecido en oxígeno desde el depósito de la columna de media presión a la columna de baja presión, un conducto para enviar líquido rico en oxígeno desde el depósito de la columna de baja presión al recinto, un conducto para extraer desde el recinto un fluido más rico en oxígeno que el enviado al recinto, un conducto para reenviar un gas desde el recinto a la columna de baja presión, un conducto para extraer un gas desde la cabecera de la columna de baja presión caracterizado porque comprende un medio de descompresión para descomprimir el líquido rico en oxígeno corriente abajo de la zona de depósito de la columna de baja presión y corriente arriba del recinto y un compresor para comprimir el gas del recinto corriente abajo del recinto y corriente arriba de la columna de baja presión.

Eventualmente:

- el recinto comprende medios de intercambio de materia por encima del condensador;

- el recinto no comprende ningún medio de intercambio de materia por encima del condensador;

- el aparato comprende una turbina y un conducto para enviar un gas rico en nitrógeno desde la columna de media presión a la turbina;

- el aparato comprende una bomba para presurizar un caudal de oxígeno líquido que proviene de la columna de baja presión y/o del recinto situado corriente arriba del intercambiador

La invención se describirá con más detalle en referencia a las figuras, las cuales representan equipos o conjuntos de aparatos según la invención.

En la figura 1, el aire 1 se comprime entre 3 y 5 bares en un compresor 3, se purifica en una unidad de purificación 5 y se divide en dos flujos. Una parte 9 se enfría en el intercambiador 13 y se envía al condensador de depósito 15 de un recinto 141 en el cual se condensa parcialmente antes de ser enviada a la columna de media presión 39 de una doble columna.

La doble columna comprende la columna de media presión 39 y una columna de baja presión 41 situada encima de ella, estando asegurando el enlace térmico entre las dos columnas por un condensador 25 en la zona de depósito de la columna de baja presión 41.

La otra parte del aire 7 se comprime en un compresor 11, se enfría en un intercambiador 13 y se utiliza para vaporizar oxígeno líquido bajo presión. Como el oxígeno se vaporiza a una baja presión, la vaporización tiene lugar en un vaporizador exterior 27, distinto del intercambiador 13. El aire licuado así formado se envía a la columna de media presión 39 después de descompresión en una válvula 19. Asimismo, el aire líquido se puede enviar a la columna de baja presión.

Del depósito de la columna de media presión 39 se extrae un líquido enriquecido en oxígeno 17, enfriado en el intercambiador 43, descomprimido en una válvula y enviado a la columna de baja presión 41. Se extrae un líquido 49 que tiene sustancialmente la composición del aire desde un nivel intermedio de la columna de media presión 39, se enfría en el intercambiador 43, se descomprime en una válvula y se envía a la columna de baja presión 41. De la cabeza de la columna de media presión 39 se extrae un líquido enriquecido en nitrógeno 47, se enfría en el intercambiador 43, se descomprime en una válvula y se envía a la cabecera de la columna de baja presión 41.

De la cabecera de la columna de baja presión se extrae un gas 45 rico en nitrógeno, se calienta en el intercambiador 43 y a continuación en el intercambiador 13.... [Seguir leyendo]

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1. Procedimiento de separación de aire por destilación criogénica en el cual i) un caudal de aire comprimido y purificado se enfría en un intercambiador (13) y se envía a una columna (39) que opera a media presión;

ii) el caudal de aire se separa en un caudal enriquecido en nitrógeno y un caudal enriquecido en oxígeno;

iii) una parte del caudal enriquecido en nitrógeno se envía a una columna de baja presión (41) ;

iv) al menos una parte del caudal enriquecido en oxígeno se envía a la columna de baja presión;

v) se extrae de la cabecera de la columna de baja presión un caudal rico en nitrógeno;

vi) se extrae de la cabecera de la columna de baja presión un caudal rico en oxígeno y se envía a un recinto (141) que contiene al menos un condensador-vaporizador (15) ;

vii) un caudal gaseoso que proviene del recinto de donde es extraído se reenvía a la columna de baja presión, preferentemente a su depósito;

viii) una parte del caudal enriquecido en nitrógeno de la etapa ii) se condensa, de forma parcial al menos, en un condensador (25) alimentado por líquido que proviene de la columna de baja presión y se envía a la columna de media presión y/o a la columna de baja presión;

ix) un caudal de gas que produce calor, eventualmente al menos una parte del aire comprimido, purificado y enfriado en el intercambiador de la etapa i) , se condensa al menos parcialmente en el condensador vaporizador del recinto;

x) se extrae un fluido más rico en oxígeno del recinto que el caudal extraído del depósito de la columna de baja presión, xi) caracterizado porque se descomprime el caudal rico en oxígeno extraído del depósito de la columna de baja presión corriente arriba del depósito y se presuriza el caudal gaseoso del depósito corriente arriba de la primera columna de baja presión.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el cual se comprime el caudal gaseoso que proviene del recinto en un compresor (21) que tiene una temperatura de entrada inferior a -50 º C, sin que, preferentemente, haya ninguna etapa de calentamiento entre el recinto y el compresor.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o la 2, en el cual se descomprime el caudal rico en oxígeno extraído de la columna de baja presión (41) hasta una presión como máximo 1 bar por debajo de la presión en el depósito de la columna de baja presión, preferentemente como mucho 0, 5 bar, incluso como mucho 0, 2 bar por debajo de esta presión y/o se comprime el caudal gaseoso que proviene del recinto (141) para aumentar su presión como mucho 1 bar, preferentemente como mucho 0, 5 bar, incluso como mucho 0, 2 bar, corriente arriba de la columna de baja presión.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes, en el cual el recinto (141) no contiene medios de intercambio de masa, incluso no contiene ni guarniciones ni bandejas de destilación.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3 en el cual el recinto (141) constituye una segunda columna de baja presión y contiene medios de intercambio de masa (143) , tales como guarniciones o bandejas de destilación, colocados al menos por encima del condensador.

6. Aparato o equipo de separación de aire que comprende una columna de media presión (39) , una columna de baja presión (41) , un recinto (141) , un intercambiador (13) , un condensador (25) de la columna de baja presión y un condensador (15) colocado en el recinto, un conducto para enviar aire comprimido, purificado y enfriado desde el intercambiador a la columna de media presión, un conducto para enviar un gas generador de calor al condensador colocado en el recinto, un conducto para enviar un gas enriquecido en nitrógeno desde la columna de media presión al condensador de la columna de baja presión, un conducto para enviar un caudal enriquecido en oxígeno desde el depósito de la columna de media presión a la columna de baja presión, un conducto para enviar líquido rico en oxígeno desde el depósito de la columna de baja presión al recinto, un conducto para extraer del recinto un fluido más rico en oxígeno que el enviado al recinto, un conducto para reenviar un gas desde el recinto a la columna de baja presión, un conducto para extraer un gas de la cabecera de la columna de baja presión caracterizado porque comprende un medio de descompresión (51) para descomprimir el líquido rico en oxígeno corriente abajo del depósito de la columna de baja presión y corriente arriba del recinto y un compresor (21) para comprimir el gas del recinto corriente abajo del recinto y corriente arriba de la columna de baja presión

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7. Aparato o equipo según la reivindicación 6 en el cual el recinto (141) comprende medios de intercambio de materia (143) por encima del condensador (15) .

8. Aparato o equipo según la reivindicación 6 en el cual el recinto (141) no comprende ningún medio de intercambio de materia por encima del condensador (15) .

9. Aparato o equipo según una de las reivindicaciones precedentes 6 a 8 que comprende una turbina (23) y un conducto para enviar un gas rico en nitrógeno desde la columna de media presión a la turbina.

10. Aparato o equipo según una de las reivindicaciones precedentes 6 a 9 que comprende una bomba (63) para presurizar un caudal de oxígeno líquido que proviene de la columna de baja presión y/o del recinto situado corriente arriba del intercambiador.