BRPI0706347A2 - método para a separação criogênica de ar - Google Patents

método para a separação criogênica de ar Download PDF

Info

Publication number
BRPI0706347A2
BRPI0706347A2 BRPI0706347-4A BRPI0706347A BRPI0706347A2 BR PI0706347 A2 BRPI0706347 A2 BR PI0706347A2 BR PI0706347 A BRPI0706347 A BR PI0706347A BR PI0706347 A2 BRPI0706347 A2 BR PI0706347A2
Authority
BR
Brazil
Prior art keywords
air stream
pressure
stream
column
cryogenic
Prior art date
Application number
BRPI0706347-4A
Other languages
English (en)
Inventor
Henry Edward Howard
Original Assignee
Praxair Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=38231461&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=BRPI0706347(A2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Praxair Technology Inc filed Critical Praxair Technology Inc
Publication of BRPI0706347A2 publication Critical patent/BRPI0706347A2/pt
Publication of BRPI0706347B1 publication Critical patent/BRPI0706347B1/pt

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • F25J3/04175—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities at a pressure of substantially more than the highest pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F25J2240/42—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being air

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

MéTODO PARA A SEPARAçãO CRIOGêNICA DE AR. Um método para realizar separação criogênica de ar no qual ar de alimentação é processado em três correntes. As três correntes estão em pressões diferentes. Uma das três correntes é turbo-expandida para gerar refrigeração. A outra das duas correntes é condensada para efetuar vaporização de produto pressurizado.

Description

"MÉTODO PARA A SEPARAÇÃO CRIOGÊNICA DE AR"
Campo técnico
Esta invenção é relativa genericamente a separação criogênicade ar e, mais particularmente, a separação criogênica de ar na qual ar dealimentação é condensado para vaporizar uma corrente de produtopressurizado.
Técnica fundamental
Sistemas de separação criogênica de ar rotineiramente utilizamo que é muitas vezes referido como bombeamento líquido para pressurizaçãode produto. Bombeamento líquido se refere a uma compressão mecânicadireta de um produto líquido criogênica seguido por vaporização contra umfluido de condensação quente. Neste processo a refrigeração contida noproduto liqüefeito bombeado é impressa através de troca de calor indireta aofluido de compensação/condensação. Tal abordagem é particularmente útilpara finalidades de pressurização de produto especializado. Em particular, adespesa com compressores de oxigênio e aspectos de segurança relacionadospodem ser evitados através de bombeamento de oxigênio líquido. Temhavido interesse aumentado em processos que empregam bombeamentolíquido completo. Em tais processos oxigênio é bombeado líquidodiretamente para a pressão de saída (tubulação) e vaporizado dentro doprocesso. A vantagem de tais processos deriva da eliminação completa docompressor de oxigênio. As complicações associadas com bombeamento deoxigênio completo derivam das correntes de ar de pressão muito elevadarequeridas para liquefação. Estas correntes de ar de alta pressão criam umdesencontro termodinâmico dentro do trocador de calor primário e daíconsumo de energia adicionado.
Em diversos casos ar é fluido de compensação preferido paravaporizar o oxigênio líquido bombeado. Uma complicação associada com obombeamento líquido de oxigênio completo deriva do fato que pressões de aracima do ponto crítico, 547 libras por polegada quadrada absoluta (psia) (38kg/cm2) são muitas vezes requeridas para vaporizar o oxigênio líquido. Empressões de oxigênio abaixo do ponto crítico de oxigênio (737 psia - 52kg/cm2) substanciais ineficiências de troca de calor são incorridas. Comouma conseqüência, existe espaço substancial para melhoramento em termosde abordagem de projeto de troca de calor. Além disto, foi descoberto queprocessos de oxigênio bombeado líquido não são tipicamente receptivos paraprodução líquida variável.
Sumário da invenção
Um método para separação criogênica de ar que compreende:
A. Comprimir uma primeira corrente de ar de alimentaçãopara uma primeira pressão, resfriar a primeira corrente de ar de alimentaçãocomprimida, turbo-expandir a primeira alimentação de corrente de arcomprimida resfriada e passar a primeira corrente de ar de alimentação turbo-expandida para o interior de uma planta de separação criogênica de ar quecompreende no mínimo uma coluna;
B. Comprimir uma segunda corrente de ar de alimentaçãopara uma segunda pressão, condensar a segunda corrente de ar de alimentaçãocomprimida e passar a segunda corrente de ar de alimentação comprimidacondensada para o interior da planta de separação criogênica de ar para;
C. Condensar uma terceira corrente de ar de alimentação emainda uma pressão menor do que a primeira pressão e passar a terceiracorrente de ar de alimentação condensada para o interior da planta deseparação criogênica de ar;
D. Separar o ar de alimentação por meio de retificaçãocriogênica dentro da planta de separação criogênica de ar para produzir nomínimo um de oxigênio e nitrogênio.
Como aqui utilizado o termo "coluna" significa uma coluna ouzona de destilação ou fracionamento, isto é, uma coluna de contato ou zona decontato na qual fases líquida e vapor são contatadas em contracorrente paraefetuar separação de uma mistura fluida, como por exemplo, contatando asfases vapor e líquido em uma série de bandejas ou placas espaçadasverticalmente, montadas dentro da coluna e/ou sobre elementos de recheio,tais como recheio estruturado ou randômico. Para uma discussão adicional decolunas de destilação ver o Chemicars Engineer's Handbook, fifth edition,editado por R. H. Perry e C. H. Chilton, McGraw-Hill Book Company, NovaIorque, Seção 13, The Continuous Distillation Process. Uma coluna duplacompreende uma coluna de pressão mais elevada que tem sua extremidadesuperior em relação de troca de calor com a extremidade inferior de umacoluna de pressão mais baixa.
Processos de separação por contato de líquido e vapordependem da diferença em pressões de vapor dos componentes. Ocomponente de pressão de vapor mais elevada (ou mais volátil ou de baixaebulição) irá tender a concentrar na fase vapor enquanto o componente depressão de vapor mais baixa (ou menos volátil ou de alta ebulição) irá tender aconcentrar na fase liquida. Condensação parcial é o processo de separaçãopor meio do qual resfriamento de uma mistura de vapor pode ser utilizadopara concentrar os componentes voláteis na fase vapor e com isto oscomponentes menos voláteis na fase liquida. Retificação ou destilaçãocontínua é o processo de separação que combina vaporizações e condensaçõesparciais sucessivas como obtidas por um tratamento em contracorrente defases vapor e líquido. O contato em contracorrente de fases vapor e líquido égenericamente adiabático e pode incluir contato integral (em estágios) oudiferencial (contínuo) entrei as fases. Arranjos de processo de separação queutilizam os princípios de retificação para separar misturas são muitas vezesdenominados de maneira intercambiável colunas de retificação, colunas dedestilação ou colunas de fracionamento. Retificação criogênica é umprocesso de retificação realizado no mínimo m partes em temperaturas em ouabaixo de 150 Kelvin.
Como aqui utilizado o termo "troca de calor indireta" significatrazer os dois fluidos em relação de troca térmica sem qualquer contato físicoou mistura dos fluidos um com o outro.
Como aqui utilizado o termo "ar de alimentação" significauma mistura que compreende de maneira primária oxigênio, nitrogênio eargônio, tal como o ar ambiente.
Como aqui utilizados, os termos "porção superior" e "porçãoinferior" de uma coluna significam aquelas seções da coluna respectivamenteacima e abaixo do ponto médio da coluna.
Como aqui utilizados, os termos "turbo-expansão" e "turbo-expansores" significam, respectivamente, método e aparelho para escoamentode fluido de alta pressão através de uma turbina para reduzir a pressão e atemperatura do fluido, gerando com isto refrigeração.
Como aqui utilizado, o termo "planta de separação criogênicade ar" significa a coluna ou colunas nas quais ar de alimentação é separadopor meio de retificação criogênica para produzir nitrogênio, oxigênio e/ouargônio, bem como tubulação de interconexão, válvulas, trocadores de calor e similares.
Como aqui utilizado, o termo "compressor" significa umamáquina que aumenta pressão de um gás por meio de aplicação de trabalho.
Como aqui utilizado, o termo "sub-resfriamento" significaresfriar um líquido para estar em uma temperatura mais baixa do que atemperatura de saturação daquele fluido para a pressão existente.
Breve descrição do desenho
A única figura é uma representação esquemática de umaconfiguração preferencial dos sistema de separação criogênica de ar destainvenção.Descrição detalhada
A presente invenção é um processo bombeado melhorado deoxigênio líquido associado com uma planta de separação criogênica de ar queemprega no mínimo uma coluna para separação de ar e emprega no mínimoum turbo-expansor para a produção de refrigeração. Em particular a presenteinvenção proporciona a utilização de no mínimo duas correntes de ar decompensação ou de condensação para facilitar vaporização de oxigênio. Emsua configuração a mais preferencial a vaporização do oxigênio bombeadoocorre dentro do trocador de calor primário e o trabalho de turbo-expansão doeixo é utilizado para a compressão do gás de expansão. O gás de liquefaçãoprimário é preferivelmente comprimido em um compressor de ar de reforçoseparador e dedicado.
A invenção será descrita em maior detalhe com referência aodesenho. Fazendo referência agora à figura, a corrente de ar de alimentação 1é comprimida em um compressor de ar de diversos estágios com resfriamentointermediário 100 até uma pressão substancialmente elevada dentro da faixadesde 5 até 15 bar a. O compressor 100 pode ser um compressor deengrenagem integral com inter-resfriamento com remoção de condensado(não mostrado). Corrente de ar de alimentação comprimido 2 é entãodirecionada para dispositivo de purificação 110. O processo 110 podecompreender diversas operações unitárias que incluem, porém não estãolimitadas a, resfriamento com água com contato direto, resfriamento baseadoem refrigeração, contato direto com água resfriada, separação de fase e/ouabsorção. Em adição, a corrente 2 é desidratada e purificada decontaminantes de alto ponto de ebulição, por exemplo, hidrocarbonetos,dióxido de carbono e similares. Este processo pode ser realizado por meio deuma combinação de adsorção oscilante de temperatura e pressão. O processo110 produz uma corrente de ar seco limpo 3 que é em seguida dividido emtrês porções.Uma primeira porção (aproximadamente 65 até 70%) decorrente 3 é tomada como a primeira corrente de ar de alimentação 4 que édirecionada para o compressor de reforço carregado da turbina 121. Acorrente de ar parcialmente reforçada e resfriada 5 (aproximadamente 5 até 20bar a) é ainda comprimida por meio de dispositivo de compressão 130 parauma primeira pressão dentro da faixa desde 20 até 60 bar a/. A primeiracorrente de ar de alimentação resultante 6 é resfriada no trocador de calorprimário 200 para uma temperatura dentro da faixa de 125 até 190 K e emseguida expandida no turbo-expansor 122. A descarga da turbina 8 é entãodirecionada para a porção inferior da coluna 300 como alimentação primáriagasosa de ar. A coluna 300 é a coluna de pressão mais elevada de uma colunadupla que também inclui a coluna de pressão mais baixa 310. Naconfiguração da invenção ilustrada na figura, a planta de separação criogênicade ar compreende colunas 300 e 310.
Uma segunda porção (20 até 25%) da corrente 3 é tomadacomo segunda corrente de ar de alimentação 20. Esta corrente é aindacomprimida no compressor 140, que pode compreender diversos estágios decompressão com resfriamento intermediário, para uma segunda pressão quepode ser maior do que a primeira pressão e está dentro da faixa desde cerca de25 até 70 bar. Corrente comprimida e resfriada 21 é ainda resfriada notrocador de calor 200 e sai substancialmente condensada e sub-resfriada comocorrente 22. Esta corrente pode então ter a pressão reduzida por meio daválvula 400 e direcionada para a coluna de pressão mais elevada 300 por meiode correntes 23, 24 e 25. Uma porção desta corrente também pode serpassada para o interior da coluna de pressão mais baixa 310 em correntes 26 e27 por meio de válvula de expansão secundária 420.
Uma terceira porção (5 até 10%) de corrente de ar 3 é tomadacomo terceira corrente de ar de alimentação 30 em uma pressão menor do quea primeira pressão. A corrente 30 é preferivelmente direcionada para otrocador de calor 200 no qual esta corrente é resfriada, condensada e sub-resfriada e sai como corrente 31. A corrente 31 é então direcionada paradispositivo de redução de pressão 410 (se necessário) saindo como corrente-32 e então direcionada como a alimentação para o sistema de coluna por meiode corrente 24.
As colunas 300 e 310 representam colunas de destilação nasquais vapor e líquido são contatados em contracorrente para efetuar umaseparação baseada em transferência de massa de gás/líquido das respectivascorrentes de alimentação. As colunas 300 e 310 empregarão preferivelmenterecheio estruturado ou derrubado, ou bandejas, ou uma combinação deles.
Correntes de ar 8 e 25 são direcionadas para a coluna depressão moderada 300. A coluna 300 serve para separar as respectivascorrentes em uma corrente de topo rica em nitrogênio e corrente de fundo ricaem oxigênio. A condensação do gás de topo 50 é efetuada pelo condensadorprincipal 220. O calor latente de condensação é com isto impresso ao fluidode fundo rico em oxigênio da coluna 310. A corrente líquida rica emnitrogênio resultante 51 é então utilizada como um líquido de refluxo paraambas, a coluna de pressão moderada como corrente 56 e para a coluna depressão mais baixa 310 como corrente 55. Um líquido enriquecido emoxigênio 40 é também retirado da coluna 300 e então direcionado através daválvula de redução de pressão 430 antes de penetrar na coluna 310 comocorrente 41. A coluna 310 opera em uma pressão na faixa de 1,1 até 1,5 bar a.Líquido rico em nitrogênio 52 é primeiro sub-resfriado no trocador de calor-210 e sai como corrente 53 que pode ser dividida em uma corrente líquidaproduto 54 e corrente líquida refluxo 55 como mencionado anteriormente.Dentro da coluna 310 correntes 55, 27 e 41 são ainda separadas em correntesde topo ricas em nitrogênio 60 e 70 e em líquido de fundo rico em oxigênio-80. Correntes ricas em nitrogênio 60 e 70 são retiradas da porção superior dacoluna de pressão mais baixa 310 e aquecidas para temperatura ambiente pormeio de troca de calor indireta dentro dos trocadores de calor 210 e 200seqüencialmente, emergindo em seguida como correntes de nitrogênio depressão mais baixa aquecidas 62 e 72, respectivamente. A corrente 62 podeser tomada como uma correntes de nitrogênio co-produto e comprimida comonecessário. A corrente 72 pode ser utilizada como um fluido depurga/varredura para finalidades de regenerar sistemas adsorventes quepodem fazer parte do dispositivo de pré-tratamento 110 e/ou descarregadospara a atmosfera.
Um líquido rico em oxigênio 80 é extraído da porção inferiorda coluna de pressão mais baixa 310. Esta corrente é então comprimida pormeio de uma combinação de carga de gravidade e por bomba mecânica 440.A corrente de oxigênio líquido bombeada 81 pode então ser dividida em umacorrente líquida de produto 84 (e direcionada para armazenagem nãomostrado) e corrente 82. A corrente 82 sofre vaporização e aquecimentodentro do trocador de calor 200 e emerge como corrente gasosa de pressãoelevada 83 tipicamente a uma pressão dentro da faixa desde 10 até 50 bar.Em uma configuração preferencial condensar a terceira corrente de ar dealimentação 30/31 inicia condensação em uma temperatura mais baixa do quea temperatura de ponto de bolha de corrente de oxigênio bombeada 82.Condensar a segunda corrente de ar de alimentação 21/22 preferivelmenteinicia a condensação (ou pseudo-condensação se de pressão supercrítica) auma temperatura acima da temperatura do ponto de bolha da corrente 82.Fazendo assim, a energia total consumida pelos compressores 100, 140 e 130é reduzida substancialmente. Existem inúmeras modificações ao sistema decoluna básico como mostrado na figura. A coluna dupla termicamentearticulada em duas pressões pode ser utilizada para recuperar ao mesmotempo oxigênio de pureza elevada e baixa. Em adição, ao recuperar ooxigênio de pureza elevada uma coluna lateral pode ser incorporada noprojeto para efetuar a recuperação de argônio em um estado cru ou refinado(como líquido ou gás). Diversas opções de troca de calor auxiliares podemser empregadas com a configuração básica. Um exemplo poderia incluir oresfriamento da corrente 40 contra as correntes 61 e 71 antes da entrada nacoluna 310. Se uma coluna lateral de argônio é incorporada no sistema decoluna, o líquido rico em oxigênio 40 pode ser utilizado para refrigerar ocondensador de argônio. Outros métodos de destilação criogênica de arpoderiam ser utilizados em conjunto com a presente invenção. Estes incluemcolunas simples bombeadas com calor em adição a ciclos de oxigênio debaixa pureza que empregam uma coluna de baixa pressão refervida pelacondensação (parcial ou de outra forma) de ar de alimentação de pressãomoderada.
Com relação à compressão da extremidade quente odispositivo de compressão 140, 130 e o reforço de turbina 121 podem serincorporados no todo ou em parte em uma máquina de engrenagem integradacombinada. Tal máquina poderia reduzir o número de motores deacionamento independentes ou dispositivos requeridos para o processo. Autilização de tal máquina poderia ainda possibilitar serviços de compressãoseparados e distintos.
Correntes de liquefação de ar 20 e 30 foram utilizadas parailustrar a intenção genérica da presente invenção. Deveria ser entendido quemais do que um nível de pressão pode ser empregado (para condensação emtemperaturas) ao mesmo tempo acima e abaixo da temperatura do ponto debolha da corrente 82 (oxigênio líquido bombeado).
A disposição das correntes de ar líquidas 22 e 31 mostrada nasfiguras não quer significar ser limitativa. Qualquer número de combinaçõessão previstos. Por exemplo, a corrente 31 pode ser direcionada para ascolunas 310 ou 300 em todo ou em parte por meio de conduto que é separadodaquele que está sendo utilizado para transmitir corrente de ar líquido empressão mais elevada 22. De maneira similar, a corrente de ar líquido depressão elevada pode ser direcionada em todo ou em parte para qualquercoluna 300 e 310. A corrente 30 não precisa ser derivada diretamente dasaída do dispositivo de pré-tratamento. Alternativamente, ela pode serderivada de uma localização entre estágios do dispositivo de compressão 140.O objetivo seria obter uma corrente de ar de pressão suficiente para condensara uma temperatura abaixo do ponto de bolha da corrente 82.
Dispositivo de compressão de reforço mecanizadoexternamente 130 pode ser relocado para um ponto a montante do compressor121 (e a jusante da purificação 110). Por exemplo, a corrente e 4 poderia sercomprimida diretamente por meio do dispositivo compressor 130 antes deentrar nas unidade turbina de reforço 120. Alternativamente, dispositivo decompressão 130 pode ser excluído do processo ou contornado de maneiraperiódica.
Como indicado, dispositivo de compressão 100 podecompreender diversos estágios de compressão inter- resfriados. Como tal, apressão da corrente 2 pode ser selecionada de modo que uma corrente e de arseco e limpo (corrente 3) é produzida em uma pressão comparável àquela queexiste na base da coluna 300. Em tal arranjo uma quarta corrente de ar podeser extraída e resfriada através do trocador de calor 200 até próximo àsaturação e diretamente para a coluna 300. Tal abordagem poderia servantajosa para uma planta com necessidades de produção global de líquidomais baixa.
É conhecido da técnica de separação de ar incluir diversascorrentes de turbo-expansão. Tais arranjos podem ser incorporados napresente invenção. Por exemplo, uma porção de corrente 6 poderia serextraída antes do nível de temperatura da corrente 7 e expandida até umapressão próxima daquela da coluna 300. Tal corrente poderia então ser aindamais resfriada até próximo da saturação no trocador de calor 200 edirecionada para a base da coluna 300 ou combinada com a descarga dacorrente 100 da descarga do expansor 122, corrente 8. Alternativamentecorrentes de ar podem ser expandidas para a coluna de baixa pressão 310.
Como uma alternativa adicional, correntes adicionais menoresde oxigênio líquido ou nitrogênio líquido podem ser bombeadasindependentemente daquela corrente de oxigênio primária e em seguidavaporizadas no trocador de calor 200, (em série com a corrente de oxigênioprimária). O elemento chave da invenção ainda sendo uma corrente decondensação secundária que apresenta uma temperatura de condensaçãoabaixo daquela da corrente de oxigênio primária 82 representando mais doque metade do escoamento total de oxigênio aquecido.

Claims (10)

1. Método para a separação criogênica de ar, caracterizadopelo fato de compreender:A. Comprimir uma primeira corrente de ar de alimentaçãopara uma primeira pressão, resfriar a primeira corrente de ar de alimentaçãocomprimida, turbo-expandir a primeira alimentação de corrente de arcomprimida resfriada e passar a primeira corrente de ar de alimentação turbo-expandida para o interior de uma planta de separação criogênica de ar quecompreende no mínimo uma coluna;B. Comprimir uma segunda corrente de ar de alimentaçãopara uma segunda pressão, condensar a segunda corrente de ar de alimentaçãocomprimida, e passar a segunda corrente de ar de alimentação comprimidacondensada para o interior da planta de separação criogênica de ar;C. Condensar uma terceira corrente de ar de alimentação emainda uma pressão menor do que a primeira pressão e passar a terceiracorrente de ar de alimentação condensada para o interior da planta deseparação criogênica de ar;D. Separar o ar de alimentação por meio de retificaçãocriogênica dentro da planta de separação criogênica de ar para produzir nomínimo um de oxigênio e nitrogênio.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de a segunda pressão ser maior do que a primeira pressão.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de a planta de separação criogênica de ar compreender uma coluna depressão mais elevada e uma coluna de pressão mais baixa.
4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de a primeira corrente de ar de alimentação ser passada para o interior dacoluna de pressão mais elevada.
5. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de no mínimo algo da segunda corrente de ar de alimentação ser passadopara o interior da coluna de pressão mais elevada.
6. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelofato de no mínimo algo da terceira corrente de ar de alimentação ser passadopara o interior da coluna de pressão mais elevada.
7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de a segunda corrente de ar de alimentação ser condensada por meio detroca de calor indireta com o oxigênio líquido pressurizado que vaporizaproduzido na planta de separação criogênica de ar.
8. Método de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelofato de a segunda corrente de ar de alimentação começar condensação a umatemperatura acima da temperatura do ponto de bolha do oxigênio líquidopressurizado.
9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de a terceira corrente de ar de alimentação ser condensada por meio detroca de calor indireta com o oxigênio líquido pressurizado que vaporizaproduzido na planta de separação criogênica de ar.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de a terceira corrente de ar de alimentação começar condensação emuma temperatura mais baixa do que a temperatura de ponto de bolha dooxigênio líquido pressurizado.
BRPI0706347A 2006-01-12 2007-01-09 método para a separação criogênica de ar BRPI0706347B1 (pt)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/330,341 2006-01-12
US11/330,341 US7437890B2 (en) 2006-01-12 2006-01-12 Cryogenic air separation system with multi-pressure air liquefaction
PCT/US2007/000538 WO2008051259A2 (en) 2006-01-12 2007-01-09 Cryogenic air separation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
BRPI0706347A2 true BRPI0706347A2 (pt) 2011-03-22
BRPI0706347B1 BRPI0706347B1 (pt) 2018-11-06

Family

ID=38231461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
BRPI0706347A BRPI0706347B1 (pt) 2006-01-12 2007-01-09 método para a separação criogênica de ar

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7437890B2 (pt)
EP (1) EP1999422B1 (pt)
CN (1) CN101535755B (pt)
BR (1) BRPI0706347B1 (pt)
CA (1) CA2634483C (pt)
DE (1) DE602007005994D1 (pt)
ES (1) ES2340633T3 (pt)
WO (1) WO2008051259A2 (pt)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2913760B1 (fr) * 2007-03-13 2013-08-16 Air Liquide Procede et appareil de production de gaz de l'air sous forme gazeuse et liquide a haute flexibilite par distillation cryogenique
AU2009292077B2 (en) * 2008-09-09 2015-05-07 Conocophillips Company System for enhanced gas turbine performance in a liquefied natural gas facility
US9291388B2 (en) * 2009-06-16 2016-03-22 Praxair Technology, Inc. Method and system for air separation using a supplemental refrigeration cycle
US9279613B2 (en) * 2010-03-19 2016-03-08 Praxair Technology, Inc. Air separation method and apparatus
CN102809262B (zh) * 2012-08-22 2015-08-26 杭州杭氧股份有限公司 一种利用igcc燃气轮机压缩空气生产氧气的方法及装置
PL2963370T3 (pl) 2014-07-05 2018-11-30 Linde Aktiengesellschaft Sposób i urządzenie do kriogenicznego rozdziału powietrza
CN120393677B (zh) * 2025-07-02 2025-09-16 山西德望节能科技股份有限公司 一种空冷塔的空气筛分处理装置

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3367023D1 (en) * 1982-05-03 1986-11-20 Linde Ag Process and apparatus for obtaining gaseous oxygen at elevated pressure
FR2685460B1 (fr) * 1991-12-20 1997-01-31 Maurice Grenier Procede et installation de production d'oxygene gazeux sous pression par distillation d'air
JP2909678B2 (ja) 1991-03-11 1999-06-23 レール・リキード・ソシエテ・アノニム・プール・レテュード・エ・レクスプロワタシオン・デ・プロセデ・ジョルジュ・クロード 圧力下のガス状酸素の製造方法及び製造装置
DE4109945A1 (de) * 1991-03-26 1992-10-01 Linde Ag Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft
FR2688052B1 (fr) * 1992-03-02 1994-05-20 Maurice Grenier Procede et installation de production d'oxygene et/ou d'azote gazeux sous pression par distillation d'air.
FR2692664A1 (fr) 1992-06-23 1993-12-24 Lair Liquide Procédé et installation de production d'oxygène gazeux sous pression.
FR2701553B1 (fr) 1993-02-12 1995-04-28 Maurice Grenier Procédé et installation de production d'oxygène sous pression.
GB9410696D0 (en) * 1994-05-27 1994-07-13 Boc Group Plc Air separation
GB9711258D0 (en) * 1997-05-30 1997-07-30 Boc Group Plc Air separation
FR2787560B1 (fr) 1998-12-22 2001-02-09 Air Liquide Procede de separation cryogenique des gaz de l'air
US6112550A (en) * 1998-12-30 2000-09-05 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system and hybrid refrigeration generation
US6347534B1 (en) * 1999-05-25 2002-02-19 Air Liquide Process And Construction Cryogenic distillation system for air separation
US6178776B1 (en) * 1999-10-29 2001-01-30 Praxair Technology, Inc. Cryogenic indirect oxygen compression system
US6212907B1 (en) * 2000-02-23 2001-04-10 Praxair Technology, Inc. Method for operating a cryogenic rectification column
DE10015602A1 (de) * 2000-03-29 2001-10-04 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines Druckprodukts durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
US20030000248A1 (en) * 2001-06-18 2003-01-02 Brostow Adam Adrian Medium-pressure nitrogen production with high oxygen recovery
US6536234B1 (en) * 2002-02-05 2003-03-25 Praxair Technology, Inc. Three column cryogenic air separation system with dual pressure air feeds
US7296437B2 (en) * 2002-10-08 2007-11-20 L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process for separating air by cryogenic distillation and installation for implementing this process
US6626008B1 (en) 2002-12-11 2003-09-30 Praxair Technology, Inc. Cold compression cryogenic rectification system for producing low purity oxygen
US6622520B1 (en) * 2002-12-11 2003-09-23 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing low purity oxygen using shelf vapor turboexpansion
GB0422635D0 (en) * 2004-10-12 2004-11-10 Air Prod & Chem Process for the cryogenic distillation of air

Also Published As

Publication number Publication date
DE602007005994D1 (de) 2010-06-02
CN101535755B (zh) 2014-05-07
CN101535755A (zh) 2009-09-16
WO2008051259A2 (en) 2008-05-02
US20070157664A1 (en) 2007-07-12
EP1999422B1 (en) 2010-04-21
CA2634483C (en) 2011-10-18
CA2634483A1 (en) 2008-05-02
WO2008051259A3 (en) 2008-12-11
BRPI0706347B1 (pt) 2018-11-06
ES2340633T3 (es) 2010-06-07
US7437890B2 (en) 2008-10-21
EP1999422A2 (en) 2008-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7469556B2 (en) Natural gas liquefaction system
US20160025408A1 (en) Air separation method and apparatus
BRPI0721930A2 (pt) Processo e aparelho para a separação de ar por destilação criogênica
US20110192194A1 (en) Cryogenic separation method and apparatus
TWI301883B (en) Air separation process utilizing refrigeration extracted form lng for production of liquid oxygen
US5428962A (en) Process and installation for the production of at least one gaseous product under pressure and at least one liquid by distillation of air
US20090241595A1 (en) Distillation method and apparatus
JPH07305953A (ja) 低純度酸素製造のための極低温精留システム
BRPI0706347A2 (pt) método para a separação criogênica de ar
CA3073930A1 (en) System and method for recovery of neon and helium from an air separation unit
US8191386B2 (en) Distillation method and apparatus
US20170284735A1 (en) Air separation refrigeration supply method
JP2009509120A (ja) 低温蒸留による空気の分離方法及び装置。
CA2094530C (en) Cryogenic rectification system with dual heat pump
CN101351680B (zh) 低温空气分离法
CN102770731B (zh) 用于分离空气的方法和设备
US20130086941A1 (en) Air separation method and apparatus
JP2000356464A (ja) 空気分離用低温蒸着システム
US20130047666A1 (en) Method and device for obtaining pressurized nitrogen and pressurized oxygen by low-temperature separation of air
CN100554838C (zh) 用于生产高压氮的深冷系统
US6694776B1 (en) Cryogenic air separation system for producing oxygen
US20160245585A1 (en) System and method for integrated air separation and liquefaction
TWI691356B (zh) 藉由低溫分離空氣獲得壓縮氣體產物之方法及裝置
BR102016022807B1 (pt) Processo de destilação criogênica para separação do ar para produção de oxigênio gasoso e processo de destilação criogênica para separação do ar para produção simultânea de oxigênio gasoso e argônio liquefeito

Legal Events

Date Code Title Description
B06T Formal requirements before examination [chapter 6.20 patent gazette]
B06A Notification to applicant to reply to the report for non-patentability or inadequacy of the application [chapter 6.1 patent gazette]
B09A Decision: intention to grant [chapter 9.1 patent gazette]
B16A Patent or certificate of addition of invention granted

Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 10 (DEZ) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 06/11/2018, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS.

B21F Lapse acc. art. 78, item iv - on non-payment of the annual fees in time

Free format text: REFERENTE A 14A ANUIDADE.

B24J Lapse because of non-payment of annual fees (definitively: art 78 iv lpi, resolution 113/2013 art. 12)

Free format text: EM VIRTUDE DA EXTINCAO PUBLICADA NA RPI 2612 DE 26-01-2021 E CONSIDERANDO AUSENCIA DE MANIFESTACAO DENTRO DOS PRAZOS LEGAIS, INFORMO QUE CABE SER MANTIDA A EXTINCAO DA PATENTE E SEUS CERTIFICADOS, CONFORME O DISPOSTO NO ARTIGO 12, DA RESOLUCAO 113/2013.