BRPI1100194A2

BRPI1100194A2 - mÉtodo e mecanismo para separar uma mistura que compreende nitrogÊnio e oxigÊnio

Info

Publication number: BRPI1100194A2
Application number: BRPI1100194-1A
Authority: BR
Inventors: Henry Edward Howard
Original assignee: Praxair Technology Inc
Priority date: 2010-02-11
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2012-07-31
Also published as: CN102155841B; US20110192194A1; CN102155841A

Abstract

MÉTODO E MECANISMO PARA SEPARAR UMA MISTURA QUE COMPREENDE NITROGÊNIO E OXIGÊNIO. Um método e mecanismo para separar uma mistura, por exemplo, ar, dentro de uma instalação de retificação criogênica que utiliza uma disposição de trocador de calor agrupada. Em tal disposição, um trocador de calor de pressão inferior é usado para esfriar parte da mistura e um trocador de calor de pressão superior é usado para aquecer uma ou mais correntes de líquido bombeadas compostas de frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio separadas e, desse modo, produzir correntes pressurizadas de produto. Uma corrente de pressão reforçada, que pode ser parte do ar, é utilizada para suprir a maior parte do rendimento de troca de calor no trocador de calor de pressão superior. Além disso, uma corrente de troca de calor, que também pode ser parte da mistura, pode ser parcialmente esfriada no trocador de calor de pressão superior e depois ainda esfriada no trocador de calor de pressão inferior para diminuir a diferença de temperatura da extremidade quente do trocador de calor de pressão superior e, portanto, a refrigeração requerida para a instalação.

Description

"MÉTODO E MECANISMO PARA SEPARAR UMA MISTURA QUE COMPREENDE NITROGÊNIO E OXIGÊNIO"

Campo da Invenção

A presente invenção diz respeito a um método e mecanismo em que uma mistura compreendendo nitrogênio e oxigênio é separada em frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio através da retificação criogênica e uma ou mais correntes pressurizadas de produto são produzidas mediante o bombeamento e aquecimento de uma ou mais correntes de líquido compostas de uma das frações de produto ricas em nitrogênio ou ricas em oxigênio. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a um tal método e mecanismo que utiliza uma disposição agrupada de trocadores de calor em que uma corrente de troca de calor é parcialmente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior utilizado no aquecimento da uma ou mais correntes de líquido bombeadas e depois ainda esfriada dentro do trocador de calor de pressão inferior para reduzir a diferença de temperatura da extremidade quente dentro do trocador de calor de pressão superior e, portanto, a quantidade de refrigeração requerida a ser conferida em conexão com a retificação criogênica.

Fundamentos da Invenção

As misturas contendo nitrogênio e oxigênio, mais comumente ar, são separadas em frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio e as frações de componente encontradas no ar, por exemplo, argônio, mediante a retificação criogênica. Na retificação criogênica, a mistura é comprimida e depois purificada para remover os contaminantes de ebulição mais elevada tais como dióxido de carbono, vapor de água e hidrocarbonetos. A corrente comprimida e purificada resultante é depois esfriada para uma temperatura adequada para destilação. A destilação produz frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio do ar e potencialmente outras frações que podem ser tomadas como produtos tanto líquidos quanto gasosos. Existem diferentes disposições de coluna de destilação que são usadas para tais propósitos. Por exemplo, as colunas de destilação podem consistir de uma coluna de pressão superior e uma coluna de pressão inferior termicamente ligada por um trocador de calor para vaporizar um líquido rico em oxigênio da corrente de fundo da coluna da coluna de pressão inferior e para condensar um vapor rico em nitrogênio da corrente de topo da coluna da coluna de pressão superior.

Onde existe uma demanda para grandes quantidades de oxigênio de alta pressão em uma forma gasosa, por exemplo, na gaseificação, o oxigênio é muitas vezes produzido pelo bombeamento de uma corrente de líquido rico em oxigênio em pressão e depois uma corrente de pressão reforçada que é tipicamente parte do ar a ser destilado. Na disposição de coluna debatida acima, a corrente de líquido rico em oxigênio é composta do líquido rico em oxigênio da corrente de fundo da coluna da coluna de pressão superior. O ar de pressão reforçada será liqüefeito como um resultado da troca de calor e introduzido na coluna de pressão superior, na coluna de pressão inferior ou dividido entre as colunas após ter sido reduzido a uma pressão adequada para introdução em tais colunas. Além do oxigênio, o nitrogênio de alta pressão também pode ser um produto desejável, particularmente em aplicações de gaseificação. Tal nitrogênio de alta pressão pode ser produzido pelo bombeamento de uma corrente do vapor rico em nitrogênio condensado e aquecimento do líquido resultante através da troca de calor com a corrente de pressão reforçada.

Deve ser observado que o aquecimento das correntes bombeadas pode ser realizado em uma disposição agrupada de trocadores de calor tendo um trocador de calor de pressão superior para o aquecimento do líquido bombeado e um trocador de calor de pressão inferior, tendo uma pressão em operação disponível máxima mais baixa do que o trocador de calor de pressão superior para o esfriamento de pelo menos parte do ar. A esse respeito, embora como debatido acima, a corrente de pressão reforçada é comumente composta de ar, outros fluidos podem ser usados. Por exemplo, na Patente US n° 4.345.925, um fluido tal como argônio e comprimido e depois liqüefeito como um resultado da troca de calor indireta que ocorre no trocador de calor de pressão superior. O líquido resultante depois serve em várias funções de troca de calor relacionadas com as colunas de destilação. Em particular, o fluido é vaporizado e superaquecido no trocador de calor de pressão inferior e depois comprimido novamente antes de sua introdução no trocador de calor de pressão superior. Assim, o fluido circula em um circuito de troca de calor que envolve o aquecimento do líquido rico em oxigênio pressurizado.

Um exemplo de uma instalação de retificação criogênica em que o ar serve como o fluido de pressão reforçada pode ser observado no Pedido de Patente dos Estados Unidos, Publicação Número 2008/0307828. Neste pedido, o ar é comprimido e purificado. Parte do ar comprimido e purificado resultante é esfriada dentro do trocador de calor de pressão inferior e depois introduzida na coluna de pressão superior como uma corrente de ar principal. A coluna de pressão superior é termicamente ligada a uma coluna de pressão inferior por uma caldeira de recozer do condensador. A caldeira de recozer do condensador condensa o vapor rico em nitrogênio da corrente de topo da coluna da coluna de pressão superior em oposição a vaporização do líquido rico em oxigênio da corrente de fundo da coluna formado na coluna de pressão inferior. Parte de uma corrente de líquido rico em oxigênio composta do líquido rico em oxigênio da corrente de fundo da coluna da coluna de pressão inferior pode ser bombeada para formar uma corrente de oxigênio líquida bombeada e parte do vapor rico em nitrogênio condensado também pode ser bombeada para produzir a corrente líquida de nitrogênio bombeada. A corrente líquida de oxigênio bombeada e a corrente líquida de nitrogênio bombeada são depois aquecidas em um trocador de calor de pressão superior através da troca de calor indireta com a corrente de pressão reforçada que é formada mediante a compressão de outra parte do ar comprimido e purificado em um compressor reforçador. A corrente reforçada é liqüefeita, expandida e introduzida nas colunas de pressão superior e inferior. Uma corrente em equilíbrio térmico composta de uma corrente de nitrogênio residual produzida na coluna de pressão inferior é introduzida tanto no trocador de calor de pressão inferior quanto no trocador de calor de pressão superior para inibir as perdas finais quentes de refrigeração por tais trocadores de calor e também para diminuir a diferença nas temperaturas entre a corrente de pressão reforçada e a corrente de ar principal nas extremidades frias de tais trocadores de calor.

Em qualquer instalaçao de retificação criogênica, a refrigeração deve ser conferida por tais razões como perdas finais quentes nos trocadores de calor, escapamento de calor na instalação e para produzir líquidos. No trocador de calor de pressão superior, a magnitude da diferença de temperatura da extremidade quente entre a corrente reforçada sendo esfriada versus a corrente ou correntes líquidas vaporizadas sendo aquecidas, representa uma perda de tal refrigeração. De modo a superar tal perda de refrigeração, mais refrigeração deve ser introduzida na instalação. No pedido de patente publicada, debatido acima, esta refrigeração pode ser produzida pela introdução de mais outra parte do ar comprimido e purificado em um compressor reforçador, que parcialmente esfria tal ar no trocador de calor de pressão superior e inferior e depois, pela introdução da corrente parcialmente esfriada em um turbodilatador para gerar a refrigeração em uma corrente de descarga que pode ser introduzida na coluna de pressão superior ou na coluna de pressão inferior. Quanto maior o grau de refrigeração que é requerido para uma instalação, tanto maior a energia que será expandida no compressor reforçador associado. Visto que o gasto de energia total é uma importante consideração no custo de produção em uma instalação de retificação criogênica, é desejável minimizar as necessidades de energia para a instalação. Como será debatido, entre outras vantagens, a presente invenção fornece um método e uma instalação de retificação criogênica para a condução de um tal método em que as diferenças de temperatura da extremidade quente produzidas no trocador de calor de pressão superior são reduzidas para diminuir as necessidades de refrigeração e, portanto, os custos envolvidos na operação da instalação.

Sumário da Invenção

A presente invenção, em um aspecto, fornece um método para separar uma mistura que compreende nitrogênio e oxigênio. De acordo com este aspecto da presente invenção, um processo de retificação criogênico é conduzido o qual compreende compressão, purificação, esfriamento e destilação da mistura em oxigênio com frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio que confere refrigeração no processo de retificação criogênico e que produz pelo menos uma corrente de produto pressurizada mediante o bombeamento e aquecimento de pelo menos parte de uma das frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio em um estado líquido.

O processo de retificação criogênico é conduzido de modo a produzir uma corrente de pressão reforçada e uma corrente de troca de calor e o processo de retificação criogênico utiliza uma disposição de trocador de calor agrupada tendo um trocador de calor de pressão inferior para o esfriamento de pelo menos parte da mistura e um trocador de calor de pressão superior para o aquecimento de pelo menos parte de uma das frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio. A corrente de pressão reforçada e a corrente de troca de calor são introduzidas no trocador de calor de pressão superior na troca de calor indireta com a pelo menos parte de uma das frações ricas em oxigênio e ricas em nitrogênio. A corrente de troca de calor é parcialmente esfriada no trocador de calor de pressão superior, diminuindo assim uma diferença de temperatura da extremidade quente dentro do trocador de calor de pressão superior e, portanto, a refrigeração requerida a ser conferida ao processo de retificação criogênico. A corrente de pressão reforçada é esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior e a corrente de troca de calor é ainda esfriada no trocador de calor de pressão inferior.

A reduçao da diferença de temperatura da extremidade quente dentro do trocador de calor de pressão superior reduz as perdas de refrigeração para por sua vez diminuir a quantidade de refrigeração que é requerida para o processo de retificação criogênico. A diminuição da necessidade de refrigeração traduz em uma redução no consumo de energia da instalação devido às necessidades mais baixas de compressão para gerar a refrigeração em primeiro lugar. Como aqui usado e nas reivindicações, o termo "parcialmente esfriado" significa esfriado para uma temperatura intermediária as temperaturas que podem ser alcançadas nas extremidades quentes e frias de um trocador de calor. O termo "completamente esfriado" como aqui usado e nas reivindicações significa esfriado para uma temperatura da extremidade fria de um trocador de calor e "completamente aquecido" significa aquecido para uma temperatura da extremidade quente do trocador de calor.

O processo de retificação criogênico pode gerar uma corrente de vapor rico em nitrogênio que é dividida em duas correntes de vapor rico em nitrogênio que são completamente aquecidas dentro do trocador de calor de pressão superior e do trocador de calor de pressão inferior de modo a equilibrar as temperaturas da extremidade quente do trocador de calor de pressão superior e do trocador de calor de pressão inferior. A mistura pode ser ar e em tal caso, uma corrente de alimentação composta do ar, após ter sido comprimido e purificado, é dividida em uma primeira corrente de ar comprimido subsidiária; uma segunda corrente de ar comprimido subsidiária e uma terceira corrente de ar comprimido subsidiária. A primeira corrente de ar comprimido subsidiária é completamente esfriada dentro do trocador de calor de pressão inferior, pelo menos parte da segunda corrente de ar comprimido subsidiária é ainda comprimida para formar a corrente de pressão reforcada que forma uma corrente de ar líquido após ter sido completamente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior e a corrente de troca de calor é a terceira corrente de ar comprimido subsidiária. Uma primeira parte da segunda corrente de ar comprimido subsidiária pode ser ainda comprimida para produzir a corrente de ar de pressão reforçada e uma segunda parte da terceira corrente de ar comprimido subsidiária pode ser ainda comprimida para uma pressão abaixo daquela da corrente de ar de pressão reforçada e é, por conseguinte, comprimida ainda mais, parcialmente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior e introduzida dentro de um turbodilatador para produzir a corrente de descarga. A corrente de descarga é introduzida dentro da coluna de destilação para conferir pelo menos parte da refrigeração no processo de retificação criogênico.

Em uma forma de realização específica da presente invenção, a mistura é destilada em uma coluna de pressão superior operativamente associada em uma conexão de transferência de calor com uma coluna de pressão inferior por um condensador-caldeira de recozer configurado para condensar uma corrente de topo da coluna rica em nitrogênio de pressão superior, removida da coluna de pressão superior, mediante novamente a ebulição de uma corrente de fundo da coluna de líquido rico em oxigênio da coluna de pressão inferior. A primeira corrente de ar comprimido subsidiária e a terceira corrente de ar comprimido subsidiária, após terem sido completamente esfriadas, são introduzidas dentro da coluna de pressão superior. A corrente de ar líquido é expandida e introduzida em pelo menos uma da coluna de pressão superior e da coluna de pressão inferior. Uma corrente de oxigênio líquido bruto composta de uma coluna de líquido da corrente de fundo da coluna de pressão superior é subesfriada, reduzida na pressão para aquela da coluna de pressão inferior e introduzida dentro da coluna de pressão inferior para outro refinamento. A primeira e segunda partes de uma corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior, formadas a partir da condensação da corrente de topo da coluna rica em nitrogênio de pressão superior, são usadas para refluxo da coluna de pressão superior e da coluna de pressão inferior, respectivamente. A segunda das partes da corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior é subesfriada, reduzida na pressão para aquela da coluna de pressão inferior antes de ser introduzida como o refluxo dentro da coluna de pressão inferior e a corrente de oxigênio líquido bruto e a segunda das partes da corrente de líquido rico em nitrogênio de baixa pressão são subesfriadas através da troca de calor indireta com uma corrente de topo da coluna rica em nitrogênio de pressão inferior retirada da coluna de pressão inferior. A pelo menos uma corrente líquida é uma de uma corrente enriquecida com oxigênio, composta da coluna de líquido rico em oxigênio da corrente de fundo da coluna de pressão inferior e uma terceira parte da corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior.

A corrente de topo da coluna rica em nitrogênio de pressão inferior pode ser dividida nas duas correntes de vapor rico em nitrogênio que são utilizadas para equilibrar as temperaturas da extremidade fria do trocador de calor de pressão superior e do trocador de calor de pressão inferior. A corrente de descarga é introduzida na coluna de pressão superior e a corrente de ar líquido é expandida em um dilatador de líquido.

Em outro aspecto, a presente invenção fornece um mecanismo para separar uma mistura que compreende nitrogênio e oxigênio. De acordo com este aspecto da presente invenção, o mecanismo compreende uma instalação de retificação criogênica configurada para comprimir, purificar, esfriar e destilar a mistura em frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio. A instalação de retificação criogênica possui pelo menos uma bomba para o bombeamento de pelo menos parte de uma corrente líquida composta de uma das frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio no estado líquido e uma disposição de trocador de calor agrupada tendo o trocador de calor de pressão inferior configurado para esfriar pelo menos parte da mistura e um trocador de calor de pressão superior em comunicação de fluxo com a pelo menos uma bomba para o aquecimento de pelo menos parte da corrente líquida e produzindo assim uma corrente pressurizada de produto. Adicionalmente, um meio e fornecido para a produção de uma corrente de pressão reforçada, um meio é fornecido para a produção de uma corrente de troca de calor e um meio é fornecido para conceder refrigeração na instalação de retificação criogênica. O trocador de calor de pressão superior é conectado à corrente de pressão reforçada que produz o meio e à corrente de troca de calor que produzi o meio e é configurado para parcialmente esfriar a corrente de troca de calor por indiretamente trocar o calor da corrente de troca de calor com a pelo menos parte da corrente líquida, diminuindo assim uma diferença de temperatura da extremidade quente dentro do trocador de calor de pressão superior e, portanto, a refrigeração requerida a ser concedida à instalação de retificação criogênica e para esfriar a corrente de pressão reforçada por indiretamente trocar o calor da corrente de pressão reforçada com a pelo menos parte da corrente líquida. O trocador de calor de pressão inferior é conectado com o trocador de calor de pressão superior e é configurado para ainda esfriar a corrente de troca de calor após ter sido parcialmente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior.

A instalação de retificação criogênica também pode ser configurada para gerar duas correntes de vapor rico em nitrogênio e o trocador de calor de pressão superior e o trocador de calor de pressão inferior também são configurados para receber e para completamente aquecer as duas correntes de vapor rico em nitrogênio de modo que as temperaturas da extremidade frias do trocador de calor de pressão superior e do trocador de calor de pressão inferior sejam equilibradas. A mistura pode ser ar e em tal caso, a instalação de retificação criogênica possui um compressor de ar principal e uma unidade de pré-purificação conectada ao compressor de ar principal para purificar o ar após ter sido comprimido. O meio de produção de pressão reforçada compreende um compressor reforçador conectado à unidade de pré-purificação e o trocador de calor de pressão inferior também é conectado à unidade de pré-purificação de modo que uma corrente de alimentação composta da mistura após ter sido comprimida no compressor de ar principal e purificada na unidade de pré-purificação é dividida em uma primeira corrente de ar comprimido subsidiária que é completamente esfriada no trocador de calor de pressão superior e uma segunda corrente de ar comprimido subsidiária que pelo menos em parte é ainda comprimida no compressor reforçador para formar a corrente de pressão reforçada e que forma uma corrente de ar líquido após ter sido completamente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior. O meio produtor de corrente de troca de calor compreende o trocador de calor de pressão superior também conectado à unidade de pré-purificação de modo que a corrente de alimentação após ter sido comprimida e purificada é ainda dividida em uma terceira corrente de ar comprimido subsidiária que forma a corrente de troca de calor. O compressor reforçador pode ser uma máquina de múltiplos estágios. Uma primeira parte da segunda corrente de ar comprimido subsidiária é descarregada a partir de um estágio final do compressor reforçador e forma a corrente de ar de pressão reforçada. O meio que concede a refrigeração, pelo menos em parte, compreende um outro compressor reforçador conectado a um estágio intermediário do compressor reforçador para ainda comprimir uma segunda parte da segunda corrente de ar comprimido subsidiária. O trocador de calor de pressão superior conectado ao outro compressor reforçador de modo que a segunda parte da terceira corrente de ar comprimido subsidiária, após ter sido ainda comprimida, é parcialmente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior e um turbodilatador é conectado ao trocador de calor de pressão superior para dilatar a primeira parte da segunda corrente de ar comprimido subsidiária e assim produzir uma corrente de descarga. O turbodilatador é conectado à coluna de destilação de modo que a corrente de descarga é introduzida na coluna de destilação.

A instalação de retificação criogênica pode ter uma coluna de pressão superior e uma coluna de pressão inferior para destilar a mistura. A coluna de pressão superior é operativamente associada em uma conexão de transferência de calor com a coluna de pressão inferior por um condensador- caldeira de recozer. pelo menos parte de uma corrente de topo da coluna rica em nitrogênio de pressão superior, descarregada da coluna de pressão superior, é condensada pela re-ebulição de uma coluna de líquido rico em oxigênio da corrente de fundo da coluna de pressão inferior. O trocador de calor de pressão inferior é conectado à coluna de pressão superior de modo que a primeira corrente de ar comprimido subsidiária e a segunda corrente de ar comprimido subsidiária são introduzidas na coluna de pressão superior. O trocador de calor de pressão superior está em comunicação de fluxo com pelo menos um da coluna de pressão superior e da coluna de pressão inferior de modo que a corrente de ar líquido é introduzida em pelo menos uma da coluna de pressão superior e da coluna de pressão inferior. Um dispositivo de expansão é posicionado entre o trocador de calor de pressão superior e a pelo menos uma da coluna de pressão superior e da coluna de pressão inferior para dilatar a corrente de ar líquido. A coluna de pressão superior é conectada à coluna de pressão inferior de modo que uma corrente de oxigênio líquido bruto composta da coluna de líquido da corrente de fundo da coluna de pressão superior é introduzida na coluna de pressão inferior de modo a ser ainda refinada e a primeira e a segunda partes de uma corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior, formada da condensação da corrente de topo rica em nitrogênio de pressão superior, são introduzidas na coluna de pressão superior e na coluna de pressão inferior, respectivamente, como refluxo. Um subrefrigerador, posicionado entre a coluna de pressão inferior e o trocador de calor de pressão inferior, ou incorporado no trocador de calor de pressão inferior, é configurado para subesfriar a corrente de oxigênio líquido bruto e a segunda das partes da corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior. As válvulas de expansão estão localizadas entre o subrefrigerador e a coluna de pressão inferior para dilatar a corrente de oxigênio líquido bruto e a segunda das partes da corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior antes da sua introdução na coluna de pressão inferior. O subrefrigerador é conectado à coluna de pressão inferior de modo que uma corrente de topo da coluna rica em nitrogênio de pressão inferior descarregada da coluna de pressão inferior passa em troca de calor indireta com a corrente de oxigênio líquido bruto e a segunda das partes da corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior e a pelo menos uma corrente de líquido é uma corrente rica em oxigênio, composta da coluna de líquido rico em oxigênio da corrente de fundo da coluna da coluna de pressão inferior ou uma terceira parte da corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior.

O trocador de calor de pressão superior e o trocador de calor de pressão inferior podem ser conectados ao subrefrigerador de modo que a corrente de topo da coluna rica em nitrogênio de pressão inferior divide nas duas correntes de vapor rico em nitrogênio que são utilizadas para equilibrar as temperaturas da extremidade fria do trocador de calor de pressão superior e do trocador de calor de pressão inferior. Ainda o turbodilatador é conectado à coluna de pressão superior de modo que a corrente de descarga seja introduzida na coluna de pressão superior e o dispositivo de expansão é um dilatador de líquido.

Breve Descrição do Desenho

Embora o relatório descritivo se conclua com as reivindicações distintamente mostrando a matéria objeto que o requerente considera com sua invenção, acredita-se que a invenção será mais bem compreendida quando tomada em conexão com a figura única acompanhante que ilustra um mecanismo para a realização de um método de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada

Com referência à Figura única, uma instalação de retificação criogênica 1 de acordo com a presente invenção é ilustrada a qual é designada para criogenicamente retificar ar ou outra mistura que contenha nitrogênio e oxigênio em frações de nitrogênio e oxigênio como será debatido abaixo. Por exemplo, a alimentação para uma instalação de retificação criogênica da presente invenção pode ser derivada de outra instalação de separação de ar e como tal, a alimentação pode ser mais rica em oxigênio em uma concentração que é mais elevada do que o ar. Além disso, embora a presente invenção seja ilustrada em conexão com um sistema de coluna duplo tendo uma coluna de pressão superior operativamente associada com uma coluna de pressão inferior em uma conexão de transferência de calor em virtude de um condensador-caldeira de recozer para condensar uma corrente de topo da coluna de vapor rico em nitrogênio na coluna de pressão superior contra a vaporização de uma coluna de líquido rico em oxigênio da corrente de fundo da coluna de pressão inferior, a invenção não é limitada a uma tal disposição de coluna. A este respeito, a presente invenção tem aplicação a qualquer instalação de retificação criogênica que emprega uma disposição agrupada de trocadores de calor em que uma corrente de líquido enriquecida em uma composição separado, tipicamente, nitrogênio e oxigênio, é bombeada e depois aquecida em um trocador de calor de pressão superior para formar um produto pressurizado como um vapor de alta pressão ou como um fluido supercrítico.

Uma corrente de ar de alimentação 10 é comprimida em um compressor principal 12. Após a remoção do calor da compressão por um primeiro pós-esfriador 14, a corrente de ar de alimentação 10 é purificada dentro de uma unidade de pré-purificação 16 para produzir uma corrente de ar comprimido e purificada 17. Aqui é apropriado salientar que embora o pós- esfriador 14 seja mostrado como uma unidade separada, tais compressores como o compressor principal 12 podem ser máquinas de múltiplos estágios com esfriadores intermediários e um pós-esfriador instalado pelo fabricante como parte do compressor. Como tal, o pós-esfriador pode não ser uma unidade separada como ilustrado e em vez disso, pode ser parte do próprio compressor. Os comentários anteriores devem ser igualmente aplicáveis a qualquer uma das disposições de compressor e pós-esfriador debatidas mais acima. A unidade de pré-purificação pode conter leitos de adsorvente, por exemplo, adsorvente de peneira molecular de alumina ou carbono para adsorver as impurezas de alta ebulição contidas dentro do ar e, portanto, a corrente de ar de alimentação 10. Por exemplo, tais impurezas de alta ebulição igualmente conhecidas devem incluir vapor de água e dióxido de carbono que se congelarão e acumularão nas temperaturas de retificação baixas contempladas pelo mecanismo 1. Além disso, os hidrocarbonetos também podem ser adsorvidos os quais podem se acumular dentro dos líquidos ricos em oxigênio e desse modo apresentar um perigo para a segurança.

Uma primeira corrente de ar comprimido subsidiária 18 é produzida a partir de uma primeira parte da corrente de ar comprimido e purificado 17. Um compressor reforçador 20 está em comunicação de fluxo com a unidade de purificação 16 para comprimir uma segunda corrente de ar comprimido subsidiária 22 formada a partir de uma segunda parte da corrente de ar comprimido e purificado 17 e um segundo pós-esfriador 23 é fornecido o qual é conectado ao compressor reforçador 20 para remover o calor de compressor da segunda corrente de ar comprimido subsidiária 22 após ter sido ainda comprimida. Isso forma uma corrente de pressão reforçada 24 tendo uma pressão mais elevada do que a primeira corrente de ar comprimido subsidiária 18. Deve ser observado que o compressor de ar principal IOeo compressor reforçador 20 são mostrados como unidades isoladas. No entanto, como é sabido na técnica, dois ou mais compressores podem ser instalados em paralelo para formar o compressor de ar principal 10 ou o compressor reforçador 20. Os dois compressores podem ser de tamanho igual ou tamanho desigual. Por exemplo, a capacidade pode ser dividida 70/30 ou 60/40 de modo a melhor atender a demanda de cliente. Tipicamente, a segunda corrente de ar comprimido subsidiária 22 terá um fluxo que varia entre cerca de 25 por cento e cerca de 40 por cento do fluxo da corrente de ar comprimido 17.

Um trocador de calor de pressão superior 26 é conectado aos segundos pós-esfriadores 23 e 101 e um trocador de calor de pressão inferior 28 está em comunicação de fluxo com a unidade de purificação 16 para receber a primeira corrente de ar comprimido subsidiária 18. Tanto o trocador de calor de pressão superior 26 quanto o trocador de calor de pressão inferior 28 são preferivelmente de construção de alumínio soldado e consistem de camadas de lâminas de separação separadas por barras laterais para produzir passagens de fluxo para as correntes a serem aquecidas e esfriadas. Cada uma das passagens de fluxo é provida com estabilizadores também conhecidos na técnica para intensificar a área superficial com relação a transferência de calor dentro de ditos trocadores de calor. O trocador de calor de pressão superior 26 é assim chamado devido ao fato de que ele possui uma pressão de operação máxima permissível mais elevada quando comparada com o trocador de calor de pressão inferior 28. O trocador de calor de pressão superior 26 é configurado para completamente esfriar a corrente de pressão reforçada 24 para produzir uma corrente de ar líquido 30 e o trocador de calor de pressão inferior 28 é configurado para completamente esfriar a primeira corrente de ar comprimido subsidiária 18 para produzir uma corrente de ar de alimentação principal 32. Como pode ser observado, outros tipos de trocadores de calor podem ser usados, por exemplo, o trocador de calor de pressão superior 26 pode ser espiral, circuito impresso ou de construção estabilizada com placa de aço inoxidável. Além do mais, embora cada um do trocador de calor de pressão superior e do trocador de calor de pressão inferior 28 seja ilustrado como unidades isoladas, na prática, cada um pode consistir de vários trocadores de calor ligados entre si em paralelo.

O trocador de calor de pressão inferior 28 terá uma maior área em corte transversal para o fluxo e um volume total maior do que o trocador de calor de pressão superior 26. Tipicamente a densidade média do trocador de calor de pressão superior 26 será maior do que o trocador de calor de pressão inferior 28 onde a densidade é o peso vazio dividido pelo volume. Uma densidade típica está ao redor de 1000 kg/m3. Uma pressão de operação típica do trocador de calor de pressão superior 26 está ao redor de 1200 psig (8,3 MPa) e maior.

Uma unidade de separação de ar 34 é fornecida a qual possui uma coluna de pressão superior 36 operativãmente associada com uma coluna de pressão inferior 38 em uma conexão de transferência de calor por meio de um condesador-caldeira de recozer 50. Opcionalmente, a unidade de separação de ar 34 também pode incluir uma coluna de argônio que é conectada com a coluna de pressão inferior 38 para produzir um produto de argônio. Fica entendido que cada uma da coluna de pressão superior 36 e da coluna de pressão inferior 38 contém elementos de transferência de massa de líquido-vapor tais como pratos perfurados ou embalagens, aleatórias ou estruturadas. Tais elementos também conhecidos na técnica intensificam o contato de líquido-vapor das fases de líquido e vapor da mistura a ser separada em cada uma de tais colunas para os propósitos de retificação. A retificação do ar dentro de tais colunas de destilação produz frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio do ar como a coluna rica em nitrogênio da corrente de topo da coluna de pressão superior 36 e uma coluna rica em nitrogênio da corrente de topo da coluna de pressão inferior 38, no curso de uma pressão mais baixa do que o vapor rico em nitrogênio produzido na coluna de pressão superior 36 e um líquido rico em oxigênio como uma coluna de líquido da corrente de fundo da coluna de pressão inferior 38. Como será debatido, as correntes destas frações podem ser diretamente tomadas como produtos ou condensadas e/ou pressurizadas e aquecidas para formar produtos da instalação de retificação criogênica 1.

A corrente de ar líquido 30 é expandida para uma pressão adequada para a sua introdução dentro da coluna de pressão superior 36 por meio de um turbodilatador de líquido 40. A energia do turbodilatador de líquido 40 pode ser recuperada e assim o turbodilatador de líquido pode gerar parte das necessidades de refrigeração para a instalação de retificação criogênica 1. Alternativamente, uma válvula de expansão pode ser usada (ou uma combinação das duas). Após ter sido dilatada, a corrente de ar líquido 30 é dividida em uma primeira corrente expandida subsidiária 42 e uma segunda corrente expandida subsidiária 44. A segunda corrente expandida subsidiária 44 é expandida por uma válvula de expansão 46 na pressão adequada para a sua introdução dentro da coluna de pressão inferior 38 como uma outra corrente expandida 47. Assim, tanto a primeira quanto a segunda correntes expandidas subsidiárias 42 e 44 são introduzidas em locais intermediários das colunas de pressão superior e inferior 36 e 38, respectivamente em seus pontos que devem igualar a composição da mistura sendo separada nas colunas. Fica compreendido, no entanto, que as formas de realização da presente invenção são possíveis em que a corrente de ar líquido 30 é introduzida na coluna de pressão superior 36 ou na coluna de pressão inferior 38.

A retificação do ar dentro da coluna de pressão superior 36 produz uma corrente de fundo da coluna de oxigênio líquido bruto e uma corrente de topo da coluna de vapor rico em nitrogênio. Parte de uma corrente de topo da coluna de vapor rico em nitrogênio 48 é condensada no condensador-caldeira de recozer 50 em sentido oposto da vaporização de uma corrente de fundo da coluna rica em oxigênio que é produzida pela retificação que ocorre na coluna de pressão inferior. A este respeito, tal retificação também produz, dentro da coluna de pressão inferior 38, uma corrente de topo da coluna de vapor rico em nitrogênio. A condensação resultante produz uma corrente de líquido rico em nitrogênio 52. A primeira parte 54 da corrente de líquido rico em nitrogênio 52 é devolvida para a coluna de pressão superior 36 como refluxo. Uma segunda parte 56 é subesfriada dentro da unidade de subesfriamento 29 a qual conforme ilustrada é uma parte integral do trocador de calor de pressão inferior 28 mediante a provisão de passagens adequadas nesse particular. No entanto, como deve ser conhecido daqueles versados na técnica, a unidade de subesfriamento 29 pode de fato ser um trocador de calor separado ou trocadores de calor separados que operam em paralelo. A corrente de nitrogênio líquido subesfriada resultante 58 é depois ainda opcionalmente subdividida em partes 60 e 62. A parte 60 da corrente de nitrogênio líquido subesfriada 58 é depois expandida dentro de uma válvula de expansão 64 para uma pressão adequada para a sua introdução à coluna de pressão inferior 38 e depois introduzida dentro da coluna de pressão inferior 38 como refluxo. A parte 62 da corrente de nitrogênio líquido subesfriada 58 pode ser tomada como um produto líquido opcional. A destilação do ar produz uma corrente de fundo da coluna de oxigênio líquido bruto, também conhecido na técnica como líquido de caldeira, na coluna de pressão superior 36. Uma corrente de oxigênio líquido bruto 58 composto da corrente de fundo da coluna de oxigênio líquido bruto também é subesfriada dentro da unidade de subesfriamento 29 incorporada no trocador de calor de pressão inferior 28 e depois expandida em uma válvula de expansão 68 a ser introduzida na coluna de pressão inferior 38 para outro refinamento.

Uma corrente de vapor rico em nitrogênio 70 pode ser removida da corrente de topo da coluna de pressão inferior 38 que consiste da corrente de topo da coluna de vapor rico em nitrogênio de baixa pressão produzida como um resultado da dilatação que ocorre dentro da coluna de pressão inferior 38. Embora não ilustrada, como sabido na técnica, uma corrente de nitrogênio residual também pode ser removida abaixo da corrente de topo da coluna de pressão inferior 38 de modo a manter a pureza da corrente de vapor rico em nitrogênio 70 se a mesma for requerida em um produto resultante. Visto que isso não foi feito na forma de realização ilustrada, a corrente de vapor rico em nitrogênio 70 não é de pureza típica de produto em que ele é contaminado com quantidades mais elevadas de oxigênio do que uma corrente de produto de nitrogênio. A corrente de vapor rico em nitrogênio 70 é depois subdividida em duas correntes de vapor rico em nitrogênio subsidiárias 71 e 72. A corrente de vapor rico em nitrogênio subsidiária 71 é parcialmente aquecida na parte da unidade de subesfriamento do trocador de calor de pressão inferior 28 de modo a subesfriar a segunda parte 56 da corrente de líquido rico em nitrogênio 56 e da corrente de oxigênio líquido bruto 58. A corrente de vapor rico em nitrogênio subsidiária 71 é depois completamente aquecida dentro do trocador de calor de pressão inferior 28 para formar uma corrente de nitrogênio residual 73. Como ilustrado, a corrente de nitrogênio residual 73 pode ser usada para regenerar os leitos adsorventes dentro da unidade de pré-purificação 16 de uma maneira conhecida na técnica. A corrente de vapor rico em nitrogênio subsidiária é completamente aquecida no trocador de calor de pressão superior para formar a corrente de nitrogênio residual 74. As taxas de fluxo destas correntes são selecionadas para equilibrar a diferença de temperatura da extremidade fria do trocador de calor de pressão superior 26 e do trocador de calor de pressão inferior 28. A este respeito, se a temperatura da corrente de ar líquido 30 for muito elevada, o líquido produzido pelo turbodilatador de líquido 40 após a expansão na pressão de coluna produzirá muito vapor e como resultado, a destilação desejada não ocorrerá dentro das colunas de destilação.

Uma corrente de líquido rico em oxigênio 75, composta da coluna de líquido rico em oxigênio da corrente de fundo da coluna de pressão inferior 38, pode ser removida da coluna de pressão inferior 38. Uma primeira parte 76 da corrente de líquido rico em oxigênio 75 pode ser pressurizada por uma bomba 78 para produzir uma corrente de oxigênio líquido bombeada 80. Uma segunda parte 82 da corrente de líquido rico em oxigênio 75 pode opcionalmente ser tomada como um produto. A corrente de oxigênio líquido bombeada 80, as duas correntes de vapor rico em nitrogênio 71 e 72, e como será debatido, a segunda corrente de vapor de nitrogênio subsidiária 84 e a corrente de nitrogênio líquido bombeada 92 constituem as correntes de retorno da unidade de separação de ar 34 que são usadas para esfriar o ar de chegada dentro do trocador de calor de pressão superior 26 e do trocador de calor de pressão inferior 28. Como ilustrado, opcionalmente a corrente de vapor rico em nitrogênio 48 pode ser dividida em primeira e segunda corrente de vapor de nitrogênio subsidiária 82 e 84. A primeira corrente de vapor de nitrogênio subsidiária 82 é introduzida em um condensador-caldeira de recozer 50 e a segunda corrente de vapor de nitrogênio subsidiária 84 é totalmente aquecida dentro do trocador de calor de pressão inferior 28 e forma uma corrente de produto de nitrogênio 86. Uma terceira parte 88 da corrente de líquido rico em nitrogênio 52 pode opcionalmente ser bombeada em uma bomba 90 para produzir uma corrente de nitrogênio líquido bombeada 92 que é completamente aquecida dentro do trocador de calor de pressão superior 26 para produzir uma corrente de produto de nitrogênio pressurizado 94. Deve ser observado que se os produtos de nitrogênio pressurizados forem desejados em diferentes pressões, a corrente de nitrogênio líquido bombeada 92 pode ser subdividida e bombeada nas diferentes pressões. A corrente de oxigênio líquido bombeada 80 é de forma similar completamente aquecida dentro do trocador de calor de pressão superior 26 para produzir uma corrente de produto de oxigênio pressurizado 96.

Como bem conhecido na técnica, qualquer instalação de retificação criogênica deve ser refrigerada por tais razões como superar as perdas de troca de calor da extremidade quente, escapamento de calor na caixa fria contendo as colunas de destilação e levar em conta a produção de produtos líquidos. Na instalação de retificação criogênica 1, uma parte 98 da segunda corrente de ar comprimido subsidiária 22 é extraída de um estágio intermediário do compressor reforçador 20 e depois, é ainda comprimida em um compressor reforçador 100. A parte 98 da segunda corrente de ar comprimido subsidiária 22 tipicamente estará entre cerca de 5 por cento e cerca de 20 por cento do fluxo do ar comprimido e purificado sendo descarregado da unidade de pré-purificação 16. Após a remoção do calor da compressão em um pós-esfriador 101, tal corrente é parcialmente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior 26 para produzir uma corrente parcialmente esfriada 103 que é introduzida dentro de um turbodilatador 14 para produzir uma corrente de descarga 105 que é introduzida dentro da coluna de pressão superior 36 para conceder a refrigeração requerida na instalação de retificação criogênica 1. Como deve ser conhecida na técnica, esta é apenas uma opção para conferir refrigeração dentro de uma instalação de retificação criogênica. Por exemplo, dependendo do produto fabricado desejado, a corrente de descarga pode ser introduzida na coluna de pressão inferior 38 ou uma corrente de nitrogênio residual pode ser expandida.

Como indicado acima, a corrente de pressão reforçada 24 é totalmente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior 26. Dito isto, as formas de realização são possíveis em que a corrente de pressão reforçada 24 é removida antes da extremidade fria do trocador de calor de pressão superior 26 e como tal, possui uma temperatura mais quente. Em qualquer caso, o propósito da corrente de pressão reforçada 24 é fornecer a parte principal da taxa de transferência de calor no aquecimento da corrente de oxigênio líquido bombeada 80 e da corrente de nitrogênio líquido bombeada 92 na produção da corrente de produto de nitrogênio pressurizado 94 e da corrente de oxigênio pressurizado 96. A este respeito, ambas as correntes de oxigênio e nitrogênio líquido bombeadas 80 e 92 podem ser pressurizadas em uma pressão supercrítica e após o aquecimento para temperaturas supercríticas, a corrente de nitrogênio do produto pressurizado resultante 94 e a corrente de oxigênio de produção pressurizado 96 devem ser fornecidas como fluidos supercríticos. No entanto, a presente invenção também contempla que tais fluidos devem ser pressurizados em pressões supercríticas e como tais, devem ser vaporizadas após o aquecimento para serem fornecidas como correntes de vapor de alta pressão. Deve ser observado que em vez da corrente de pressão reforçada 24 sendo derivada do ar, outros fluidos podem ser usados tais como argônio como mostrado na Patente US n2 4.345.925, debatida acima, em que a corrente de pressão reforçada circula em um circuito de troca de calor fechado.

Em todos os casos, no entanto, existe uma perda de refrigeração em relação a tais correntes de pressão reforçada tendo uma magnitude que aumenta com o gral de diferença de temperatura da extremidade quente. A diferença de temperatura da extremidade quente no caso do trocador de calor de pressão superior 26 é a diferença, como medida na sua extremidade quente, entre a temperatura média das correntes sendo esfriadas, isto é, corrente de pressão reforçada 24 e a parte 98 da segunda corrente de ar comprimido subsidiária 22 e a temperatura média das correntes sendo aquecidas, isto é, correntes de oxigênio e nitrogênio líquido bombeadas 94 e 96 e a corrente de vapor rico em nitrogênio subsidiária 72. Quanto maior o grau de tal diferença de temperatura da extremidade quente, tanto maior a quantidade de refrigeração que será requerida. Praticamente, no caso da instalação de retificação criogênica 1, a maior necessidade de refrigeração deve ser fornecida pelo compressor reforçador 100 e, portanto, um maior consumo de energia por tal compressor. De modo a diminuir a diferença de temperatura da extremidade quente, o grau de refrigeração requerido e, portanto, o consumo de energia, uma terceira corrente de ar comprimido subsidiária 106 é produzida da parte a corrente de ar comprimido e purificado 17. Tal corrente serve como uma corrente de troca de calor que é parcialmente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior 26 e depois ainda esfriada dentro do trocador de calor de pressão inferior 108 que pode ser combinada com a primeira corrente de ar comprimido subsidiária 18 dentro do trocador de calor de pressão inferior 28. A combinação das duas correntes não pode ser necessariamente realizada dentro do trocador de calor. Elas podem prosseguir separadamente para a coluna mais baixa. A corrente combinada resultante 110 pode ser ainda combinada com a corrente de descarga 105 e introduzida na coluna de pressão superior como uma corrente 112.

Como deve ser conhecido, existem outras possibilidades para a formação de uma tal corrente de troca de calor. Por exemplo, uma parte da corrente de nitrogênio residual 73 pode ser comprimida e depois parcialmente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior 26 em vez da corrente de troca de calor ilustrada 106. Tal corrente pode depois ser ainda esfriada dentro do trocador de calor de pressão inferior 28 e depois introduzida em um local intermediário da coluna de pressão superior 36.

A seguinte tabela é um resumo de corrente derivada de um exemplo calculado da operação da instalação de retificação criogênica 1.

Tabela

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Como ocorreria para aqueles versados na técnica, embora a presente invenção tenha sido debatida em relação a uma forma de realização preferida, numerosas alterações, adição e omissões a tal forma de realização podem ser feitas de acordo com o espírito e escopo da presente invenção como apresentada nas reivindicações anexas.

Claims

1. Método para separar uma mistura que compreende nitrogênio e oxigênio, caracterizado pelo fato de que compreende: a condução de um processo de retificação criogênico compreendendo: compressão, purificação, esfriamento e destilação da mistura em oxigênio com frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio, que confere refrigeração no processo de retificação criogênico e que produz pelo menos uma corrente de produto pressurizada mediante o bombeamento e aquecimento de pelo menos parte de uma das frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio em um estado líquido; o processo de retificação criogênico sendo conduzido de modo a produzir uma corrente de pressão reforçada e uma corrente de troca de calor e o processo de retificação criogênico que utiliza uma disposição de trocador de calor agrupada tendo um trocador de calor de pressão inferior para o esfriamento de pelo menos parte da mistura e um trocador de calor de pressão superior para o aquecimento de pelo menos parte de uma das frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio após ter sido bombeada; introdução da corrente de pressão reforçada e da corrente de troca de calor no trocador de calor de pressão superior na troca de calor indireta com a pelo menos parte de uma das frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio; parcialmente esfriar a corrente de troca de calor no trocador de calor de pressão superior, diminuindo assim uma diferença de temperatura da extremidade quente dentro do trocador de calor de pressão superior e, portanto, a refrigeração requerida a ser conferida ao processo de retificação criogênico; esfriamento da corrente de pressão reforçada dentro do trocador de calor de pressão superior; e outro esfriamento da corrente de troca de calor no trocador de calor de pressão inferior após ter sido parcialmente esfriada no trocador de calor de pressão superior.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo de retificação criogênico gera uma corrente de vapor rico em nitrogênio que é dividida em duas correntes de vapor rico em nitrogênio que são completamente aquecidas dentro do trocador de calor de pressão superior e do trocador de calor de pressão inferior de modo a equilibrar as temperaturas da extremidade fria do trocador de calor de pressão superior e do trocador de calor de pressão inferior.

3. Método de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que: a mistura é ar; uma corrente de alimentação composta do ar após ter sido comprimido e purificado é dividida em uma primeira corrente de ar comprimido subsidiária; uma segunda corrente de ar comprimido subsidiária e uma terceira corrente de ar comprimido subsidiária; a primeira corrente de ar comprimido subsidiária é completamente esfriada dentro do trocador de calor de pressão inferior; pelo menos parte da segunda corrente de ar comprimido subsidiária é ainda comprimida para formar a corrente de pressão reforçada e forma uma corrente de ar líquido após ter sido completamente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior; e a corrente de troca de calor é a terceira corrente de ar comprimido subsidiária.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que: uma primeira parte da segunda corrente de ar comprimido subsidiária é ainda comprimida para produzir a corrente de ar de pressão reforçada; uma segunda parte da terceira corrente de ar comprimido subsidiária é ainda comprimida para uma pressão abaixo daquela da corrente de ar de pressão reforçada e é, por conseguinte, comprimida ainda mais, parcialmente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior e introduzida dentro de um turbodilatador para produzir uma corrente de descarga; a corrente de descarga é introduzida dentro da coluna de destilação para conferir pelo menos parte da refrigeração no processo de retificação criogênico.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que: a mistura é destilada em uma coluna de pressão superior operativamente associada em uma conexão de transferência de calor com uma coluna de pressão inferior por um condensador-caldeira de recozer configurado para condensar uma corrente de topo da coluna rica em nitrogênio de pressão superior, removida da coluna de pressão superior, mediante a re-ebulição de uma coluna de líquido rico em oxigênio da corrente de fundo da coluna de pressão inferior; a primeira corrente de ar comprimido subsidiária e a terceira corrente de ar comprimido subsidiária, após terem sido completamente esfriadas, são introduzidas dentro da coluna de pressão superior; a corrente de ar líquido é expandida e introduzida em pelo menos uma da coluna de pressão superior e da coluna de pressão inferior; uma corrente de oxigênio líquido bruto composta de uma coluna de líquido da corrente de fundo da coluna de pressão superior é subesfriada, reduzida na pressão para aquela da coluna de pressão inferior e introduzida dentro da coluna de pressão inferior para outro refinamento; a primeira e segunda partes de uma corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior, formadas a partir da condensação da corrente de topo da coluna rica em nitrogênio de pressão superior, são usadas para refluxo da coluna de pressão superior e da coluna de pressão inferior, respectivamente; a segunda das partes da corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior é subesfriada, reduzida na pressão para aquela da coluna de pressão inferior antes de ser introduzida como o refluxo dentro da coluna de pressão inferior; a corrente de oxigênio líquido bruto e a segunda das partes da corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior são subesfriadas através da troca de calor indireta com uma corrente de topo da coluna rica em nitrogênio de pressão inferior retirada da coluna de pressão inferior; a pelo menos uma corrente de líquido é aquela de uma corrente enriquecida com oxigênio, composta da coluna de líquido rico em oxigênio da corrente de fundo da coluna de pressão inferior e uma terceira parte da corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior.

6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que: a corrente de topo da coluna rica em nitrogênio de pressão inferior é dividida nas duas correntes de vapor rico em nitrogênio que são utilizadas para equilibrar as temperaturas da extremidade fria do trocador de calor de pressão superior e do trocador de calor de pressão inferior; a corrente de descarga é introduzida na coluna de pressão superior; e a corrente de ar líquido é expandida em um dilatador de líquido.

7. Mecanismo para separar uma mistura que compreende nitrogênio e oxigênio, caracterizado pelo fato de que compreende: uma instalação de retificação criogênica configurada para comprimir, purificar, esfriar e destilar a mistura em frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio; a instalação de retificação criogênica tendo pelo menos uma bomba para o bombeamento de pelo menos parte de uma corrente líquida composta de uma das frações ricas em nitrogênio e ricas em oxigênio no estado líquido, uma disposição de trocador de calor agrupada tendo o trocador de calor de pressão inferior configurado para esfriar pelo menos parte da mistura e um trocador de calor de pressão superior em comunicação de fluxo com a pelo menos uma bomba para o aquecimento de pelo menos parte da corrente líquida e produzindo assim uma corrente pressurizada de produto, meio para a produção de uma corrente de pressão reforçada, meio para a produção de uma corrente de troca de calor, e meio para conceder refrigeração na instalação de retificação criogênica; o trocador de calor de pressão superior conectado à corrente de pressão reforçada que produz o meio e à corrente de troca de calor que produzi o meio e configurado para parcialmente esfriar a corrente de troca de calor por indiretamente trocar o calor da corrente de troca de calor com a pelo menos parte da corrente líquida, diminuindo assim uma diferença de temperatura da extremidade quente dentro do trocador de calor de pressão superior e, portanto, a refrigeração requerida a ser concedida à instalação de retificação criogênica e para esfriar a corrente de pressão reforçada por indiretamente trocar o calor da corrente de pressão reforçada com a pelo menos parte da corrente líquida; e o trocador de calor de pressão inferior conectado com o trocador de calor de pressão superior e configurado para ainda esfriar a corrente de troca de calor após ter sido parcialmente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior.

8. Mecanismo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a instalação de retificação criogênica também é configurada para gerar duas correntes de vapor rico em nitrogênio e o trocador de calor de pressão superior e o trocador de calor de pressão inferior também são configurados para receber e para completamente aquecer as duas correntes de vapor rico em nitrogênio de modo que as temperaturas da extremidade fria do trocador de calor de pressão superior e do trocador de calor de pressão inferior sejam equilibradas.

9. Mecanismo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que: a mistura é ar; a instalação de retificação criogênica possui um compressor de ar principal e uma unidade de pré-purificação conectada ao compressor de ar principal para purificar o ar após ter sido comprimido; o meio de produção da corrente de pressão reforçada compreende um compressor reforçador conectado à unidade de pré- purificação; o trocador de calor de pressão inferior também é conectado à unidade de pré-purificação de modo que uma corrente de alimentação composta da mistura após ter sido comprimida no compressor de ar principal e purificada na unidade de pré-purificação é dividida em uma primeira corrente de ar comprimido subsidiária que é completamente esfriada no trocador de calor de pressão superior e uma segunda corrente de ar comprimido subsidiária que pelo menos em parte é ainda comprimida no compressor reforçador para formar a corrente de pressão reforçada e que forma uma corrente de ar líquido após ter sido completamente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior; e o meio produtor de corrente de troca de calor compreende o trocador de calor de pressão superior também conectado à unidade de pré- purificação de modo que a corrente de alimentação após ter sido comprimida e purificada é ainda dividida em uma terceira corrente de ar comprimido subsidiária que forma a corrente de troca de calor.

10. Mecanismo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que: o compressor reforçador é uma máquina de múltiplos estágios; uma primeira parte da segunda corrente de ar comprimido subsidiária é descarregada a partir de um estágio final do compressor reforçador e forma a corrente de ar de pressão reforçada; e o meio que concede a refrigeração, pelo menos em parte, compreende um outro compressor reforçador conectado a um estágio intermediário do compressor reforçador para ainda comprimir uma segunda parte da segunda corrente de ar comprimido subsidiária, o trocador de calor de pressão superior conectado ao outro compressor reforçador de modo que a segunda parte da terceira corrente de ar comprimido subsidiária, após ter sido ainda comprimida, é parcialmente esfriada dentro do trocador de calor de pressão superior, um turbodilatador conectado ao trocador de calor de pressão superior para dilatar a primeira parte da segunda corrente de ar comprimido subsidiária e assim produzir uma corrente de descarga e o turbodilatador conectado à coluna de destilação de modo que a corrente de descarga é introduzida na coluna de destilação.

11. Mecanismo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que: a instalação de retificação criogênica possui uma coluna de pressão superior e uma coluna de pressão inferior para destilar a mistura, a coluna de pressão superior operativamente associada com a coluna de pressão inferior em uma conexão de transferência de calor por um condensador- caldeira de recozer configurado para condensar pelo menos parte de uma corrente de topo da coluna rica em nitrogênio de pressão superior, descarregada da coluna de pressão superior, pela re-ebulição de uma coluna de líquido rico em oxigênio da corrente de fundo da coluna de pressão inferior; o trocador de calor de pressão inferior é conectado à coluna de pressão superior de modo que a primeira corrente de ar comprimido subsidiária e a segunda corrente de ar comprimido subsidiária são introduzidas na coluna de pressão superior; o trocador de calor de pressão superior está em comunicação de fluxo com pelo menos uma da coluna de pressão superior e da coluna de pressão inferior de modo que a corrente de ar líquido é introduzida em pelo menos uma da coluna de pressão superior e da coluna de pressão inferior; um dispositivo de expansão posicionado entre o trocador de calor de pressão superior e a pelo menos uma da coluna de pressão superior e da coluna de pressão inferior para dilatar a corrente de ar líquido; a coluna de pressão superior é conectada à coluna de pressão inferior de modo que uma corrente de oxigênio líquido bruto composta da coluna de líquido da corrente de fundo da coluna de pressão superior é introduzida na coluna de pressão inferior de modo a ser ainda refinada e a primeira e a segunda partes de uma corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior, formada da condensação da corrente de topo rica em nitrogênio de pressão superior, são introduzidas na coluna de pressão superior e na coluna de pressão inferior, respectivamente, como refluxo; um subesfriador, posicionado entre a coluna de pressão inferior e o trocador de calor de pressão inferior, ou incorporado no trocador de calor de pressão inferior, configurado para subesfriar a corrente de oxigênio líquido bruto e a segunda das partes da corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior; as válvulas de expansão localizadas entre o subesfriador e a coluna de pressão inferior para dilatar a corrente de oxigênio líquido bruto e a segunda das partes da corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior antes da sua introdução na coluna de pressão inferior; o subesfriador é conectado à coluna de pressão inferior de modo que uma corrente de topo da coluna rica em nitrogênio de pressão inferior descarregada da coluna de pressão inferior passa em troca de calor indireta com a corrente de oxigênio líquido bruto e a segunda das partes da corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior; e a pelo menos uma corrente de líquido é uma corrente rica em oxigênio, composta da coluna de líquido rico em oxigênio da corrente de fundo da coluna da coluna de pressão inferior e uma terceira parte da corrente de líquido rico em nitrogênio de pressão superior.

12. Mecanismo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que: o trocador de calor de pressão superior e o trocador de calor de pressão inferior são conectados ao subresfriador de modo que a corrente de topo da coluna rica em nitrogênio de pressão inferior divide nas duas correntes de vapor rico em nitrogênio que são utilizadas para equilibrar as temperaturas da extremidade fria do trocador de calor de pressão superior e do trocador de calor de pressão inferior; o turbodilatador é conectado à coluna de pressão superior de modo que a corrente de descarga seja introduzida na coluna de pressão superior; e o dispositivo de expansão é um dilatador de líquido.