ES2207082T3 - Sistema de separacion criogenica de aire con alta relacion de turboexpansion. - Google Patents

Sistema de separacion criogenica de aire con alta relacion de turboexpansion.

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Abstract

Se presenta un sistema criogénico de separación de aire en el que la parte de suministro del aire se comprime a muy alta presión, circunvala el intercambiador de calo primario y es turboexpandida a baja presión para suministrar refrigeración en un paso desde una temperatura final caliente hasta la temperatura criogénica de la planta criogénica de separación de aire.

Description

Sistema de separación criogénica de aire con alta relación de turboexpansión.
Campo técnico
Este invento se refiere en general a la rectificación criogénica de aire de alimentación para obtener al menos uno de un producto final oxígeno y un producto final nitrógeno.
Técnica anterior
La rectificación criogénica de aire de alimentación para obtener al menos uno de un producto final oxígeno y un producto final nitrógeno es un procedimiento industrial bien establecido. El aire de alimentación se separa en una instalación de separación criogénica de aire, tal como una instalación de doble columna que tiene una columna de presión mayor y una columna de presión menor. La refrigeración para el sistema se proporciona en general mediante la turboexpansión de una corriente de proceso tal como una corriente de aire de alimentación enfriado. La turboexpansión es una operación de gran consumo de energía, y por tanto sería muy conveniente cualquier perfeccionamiento en el rendimiento energético de la operación de generación de refrigeración de un sistema de separación criogénica de aire.
Un método y un aparato para realizar la separación criogénica de aire de acuerdo con el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 5, respectivamente, son conocidos por el documento EP 0 684 437 A1, en el que la corriente de salida del equipo de turboexpansión se hace pasar a través del intercambiador primario de calor antes de introducirla en la columna de presión mayor de la instalación de separación criogénica de aire.
Un método y un aparato similares son conocidos por el documento EP 0 752 566 A1, en el que, sin embargo, la relación de presiones del equipo de turboexpansión es 10:3.
Un objeto de este invento es proporcionar un sistema de separación criogénica de aire que puede generar refrigeración mediante la turboexpansión de aire de alimentación con menores requisitos de potencia unitaria que los sistemas convencionales comparables.
Sumario del invento
El anterior y otros objetos, que resultarán evidentes a los expertos en la técnica tras una lectura de esta descripción, se alcanzan mediante el presente invento, uno de cuyos aspectos es un método para llevar a cabo la separación criogénica de aire tal como se define en la reivindicación 1.
Otro aspecto de este invento es un aparato para realizar la separación criogénica de aire tal como se define en la reivindicación 5.
Tal como se usa en la presente memoria, el término "aire de alimentación" significa una mezcla que generalmente comprende principalmente oxígeno y nitrógeno, tal como aire del ambiente.
Tal como se usa en la presente memoria, el término "columna" significa una columna o zona de destilación o de fraccionamiento, es decir, una columna o zona de puesta en contacto, en las que las fases líquido y vapor se ponen en contacto a contracorriente para efectuar la separación de una mezcla de fluidos, como por ejemplo, mediante la puesta en contacto de las fases líquido y vapor en una serie de bandejas o placas verticalmente espaciadas montadas dentro de la columna y/o en elementos de empaquetadura tales como empaquetaduras estructuradas o aleatorias. Para una descripción adicional de columnas de destilación, véase la quinta edición de "Chemical Engineer's Handbook" (Manual del Ingeniero Químico), editada por R: H. Perry y C.H. Chilton, McGraw-Hill Book Company, New York, Sección 13, El procedimiento de destilación continua.
El término "columna doble", se usa para significar una columna de presión mayor que tiene su extremo superior en relación de intercambio de calor con el extremo inferior de una columna de presión menor. Una descripción adicional de columnas dobles aparece en Ruheman "La separación de gases", Oxford University Press, 1949, Capítulo VII, Separación comercial de aire.
Los procedimientos de separación por contacto entre vapor y líquido dependen de las diferencias en las presiones de vapor para los componentes. El componente de alta presión de vapor (o más volátil o de bajo punto de ebullición) tenderá a concentrarse en la fase vapor, mientras que el componente de baja presión de vapor (o menos volátil o de alto punto de ebullición) tenderá a concentrarse en la fase líquido. La condensación parcial es el procedimiento de separación en el que se puede usar el enfriamiento de una mezcla de vapor para concentrar el componente (o componentes) volátil en la fase vapor, y de ese modo el componente (o componentes) menos volátil en la fase líquido. La rectificación, o destilación continua, es el procedimiento de separación que combina vaporizaciones y condensaciones sucesivas tal como se obtienen mediante un tratamiento a contracorriente de las fases vapor y líquido. La puesta en contacto a contracorriente de las fases vapor y líquido es generalmente adiabática, y puede incluir un contacto integral (escalonado) o diferencial (continuo) entre las fases. Las disposiciones de procedimientos de separación que utilizan los principios de la rectificación para separar mezclas se denominan a menudo indistintamente columnas de rectificación, columnas de destilación, o columnas de fraccionamiento. La rectificación criogénica es un procedimiento de rectificación realizado al menos en parte a temperaturas iguales o inferiores a 150 grados Kelvin (K).
Tal como se usa en la presente memoria, los términos "parte superior" y "parte inferior" significan las secciones de una columna situadas respectivamente por encima y por debajo del punto medio de la columna.
Tal como se usa en la presente memoria, el término "intercambio indirecto de calor" significa llevar a dos fluidos en relación de intercambio de calor sin ningún contacto físico o entremezcla de los fluidos entre sí.
Tal como se usa en la presente memoria, el término "intercambiador primario de calor " quiere decir un intercambiador principal de calor asociado con un procedimiento de separación criogénica de aire, en el que el aire de alimentación se enfría desde la temperatura ambiente a temperaturas frías asociadas con la destilación por intercambio indirecto de calor con corrientes de retorno. El intercambiador primario de calor puede incluir también subenfriar corrientes de líquido de columna y/o vaporizar corrientes de líquido producto final.
Tal como se usa en la presente memoria, el término "instalación de separación criogénica de aire" significa la columna (o columnas) en la que el aire de alimentación se separa por rectificación criogénica, así como las tuberías de interconexión, válvulas, intercambiadores de calor y elementos análogos.
Tal como se usa en la presente memoria, el término "desupercalentador" significa un intercambiador de calor en el que una corriente gaseosa se enfría por intercambio indirecto de calor con otra corriente de proceso más fría, y en el que la corriente gaseosa enfriada permanece en la fase de gas. Típicamente, la corriente gaseosa se alimenta a una columna de destilación y se enfría contra una corriente de producto de retorno.
Tal como se usa en la presente memoria, los términos "turboexpansión" y "equipo de turboexpansión" significan respectivamente el método y el aparato para la circulación de gas de alta presión a través de una turbina con el fin de reducir la presión y la temperatura del gas, generando de ese modo refrigeración.
Tal como se usa en la presente memoria, el término "equipo de turboexpansión de alta relación" significa un equipo de turboexpansión en el que la presión de la entrada de gas al equipo de turboexpansión es al menos 15 veces la presión de la salida de gas de dicho equipo. Aunque el equipo de turboexpansión de alta relación podría ser una unidad con flujo de entrada radial de una sola etapa, típicamente el equipo de turboexpansión de alta relación tendrá dos o más etapas con una disposición de flujo en serie.
Breve descripción de los dibujos
La única Figura es una representación esquemática simplificada de una realización preferida del invento, en la que la instalación de separación criogénica de aire comprende una columna doble.
Descripción detallada
El invento comprende la turboexpansión de una fracción del aire de alimentación desde la temperatura del extremo caliente aguas arriba del intercambiador primario de calor hasta la temperatura del extremo frío de las columnas de separación. Esta fracción de aire de alimentación que puentea totalmente al intercambiador primario de calor y sufre una turboexpansión de alta relación permite la obtención de un producto final, especialmente en forma líquida, con alto rendimiento y bajo consumo unitario de energía. Además, el uso del equipo de turboexpansión de alta relación reduce la fracción de aire de turbina, y por tanto permite una recuperación mayor de argón.
El invento se describirá a continuación en detalle con referencia al Dibujo. Refiriéndose ahora a la Figura, el aire 60 de alimentación se comprime haciéndolo pasar por el compresor 30 de aire de carga base hasta una presión generalmente comprendida en el intervalo desde 4,83 hasta 7,58 bares (70 a 110 psia). El aire resultante 61 de alimentación se limpia de impurezas de alto punto de ebullición tales como vapor de agua, dióxido de carbono e hidrocarburos haciéndolo pasar por el pre-purificador 50. Una primera fracción 67 del aire prepurificado resultante 63 de alimentación se hace pasar a través del intercambiador primario 1 de calor, en el que se enfría por intercambio indirecto de calor con las corrientes de retorno. El aire de alimentación resultante 70, limpio y enfriado, se hace pasar a la columna 10 de presión mayor de la instalación de separación criogénica de aire, que también comprende la columna 11 de presión menor.
Una segunda fracción 66 de aire de alimentación pre-purificado 63 se comprime hasta una presión alta haciéndola pasar por un compresor de refuerzo 31 para producir una fracción 68 de aire de alimentación de alta presión que tiene una presión de al menos 18,62 bares (270 psia) y generalmente en el intervalo comprendido entre 27,58 y 55,16 bares (400 a 800 psia). En la realización ilustrada en la Figura, una fracción 69 del aire 68 de alimentación de alta presión se hace pasar a través del intercambiador primario 1 de calor, en el que se condensa al menos parcialmente y sirve para evaporar producto final de oxígeno líquido. La corriente resultante 72 de aire de alimentación se hace pasar luego a la columna 10 de presión mayor.
Al menos parte del aire 68 de alimentación de alta presión procedente del compresor de refuerzo 31, ilustrada en la Figura como corriente 64, puentea por completo el intercambiador primario 1 de calor y se hace pasar como entrada al equipo de turboexpansión 32 de alta relación, en el que sufre una turboexpansión hasta una presión baja generalmente comprendida en el intervalo entre 1,24 y 2,07 bares (18 y 30 psia). La relación entre la presión del aire de alimentación que entra al equipo 32 de turboexpansión de alta relación y la presión de aire de alimentación que sale del equipo de turboexpansión 32, denominada relación de turboexpansión, tiene un valor mínimo de 15 y puede llegar hasta aproximadamente 70.
En general, el valor de la relación de turboexpansión estará comprendido entre 25 y 40. A continuación, la salida turboexpandida del equipo 32 de turboexpansión de alta relación se hace pasar a la instalación de separación criogénica de aire. En la realización ilustrada en la Figura, la corriente turboexpandida 82 de aire de alimentación se enfría adicionalmente haciéndola pasar por el desupercalentador 5 y luego se pasa como corriente 83 a la columna 11 de presión menor de la instalación de separación criogénica de aire. Si se desea, la entrada de aire de alimentación de alta presión al equipo de turboexpansión puede experimentar un sobreenfriamiento, como, por ejemplo, mediante una unidad externa de refrigeración basada en freón, antes de hacerla pasar al equipo de turboexpansión de alta relación.
La columna 10 de presión mayor está trabajando a una presión comprendida generalmente dentro del intervalo desde 4,83 hasta 7,58 bares (70 a 100 psia). Dentro de la columna 10 de alta presión el aire de alimentación se separa por rectificación criogénica en líquido enriquecido en oxígeno y vapor enriquecido en nitrógeno. El líquido enriquecido en oxígeno se extrae de la parte inferior de la columna 10 de presión mayor en la corriente 86, se subenfría haciéndola pasar a través de una parte del subenfriador 6, y luego se hace pasar como corriente 87 a la columna 11 de presión menor. El vapor enriquecido en nitrógeno se extrae de la parte superior de la columna 10 de presión mayor en la corriente 74, y se hace pasar al condensador principal 20, donde se condensa por intercambio indirecto de calor con el líquido de cola de la columna de presión menor. El líquido resultante 75 enriquecido en nitrógeno se divide en una primera fracción 88, que se devuelve como reflujo a la parte superior de la columna 10 de presión mayor, y en una segunda fracción 89 que se subenfría haciéndola pasar a través de una parte del subenfriador 6 y luego se pasa como corriente 90 a la parte superior de la columna 11 de presión menor como reflujo.
La columna 11 de presión menor está trabajando a una presión menor que la de la columna 10 de presión mayor, y en general dentro del intervalo comprendido entre 1,24 y 2,07 bares (18 y 30 psia). Dentro de la columna 11 de presión menor las diversas alimentaciones que entran en la columna se separan por rectificación criogénica en vapor enriquecido en nitrógeno y líquido enriquecido en oxígeno. El vapor enriquecido en nitrógeno se extrae de la parte superior de la columna 11 de presión menor en la corriente 91, se calienta haciéndolo pasar por el subenfriador 6, se hace pasar como corriente 92 al intercambiador primario 1 de calor en el que se calienta adicionalmente, y se extrae del sistema como corriente 93, que se puede recuperar total o parcialmente como nitrógeno producto final que tiene una concentración de nitrógeno de al menos 98% en moles.
El líquido enriquecido en oxígeno se extrae de la parte inferior de la columna 11 de presión menor en la corriente 76. Si se desea, se puede recuperar como oxígeno producto final una parte del líquido enriquecido en oxígeno, mostrada en la Figura como corriente 77. La Figura ilustra una realización del invento en la que se recupera oxígeno gas como producto final a una presión elevada. El líquido enriquecido en oxígeno se hace pasar a la bomba 33 de líquido como se muestra mediante la corriente 78, donde se bombea a una presión elevada comprendida generalmente en el intervalo entre 2,76 y 20,68 bares (40 a 300 psia). El líquido resultante 79 enriquecido en oxígeno y a presión elevada se calienta haciéndolo pasar a través del desupercalentador 5 por intercambio indirecto de calor con la corriente 82 turboexpandida de enfriamiento, y luego se hace pasar como corriente 90 al y a través del intercambiador primario 1 de calor, donde se vaporiza y desde el que se recupera como corriente 84 de producto final de oxígeno gaseoso a presión elevada que tiene una concentración de oxígeno de al menos un 95% en moles, pero típicamente de alrededor del 99,5% en moles.
Ahora con el uso de este invento, se puede proporcionar un procedimiento de refrigeración para una instalación de separación criogénica de aire, de una manera más efectiva, especialmente en cuanto a requisitos de mayores consumos de energía asociados con la obtención de producto (o productos) final líquido y/o a presión elevada.

Claims (8)

1. Un método para realizar la separación criogénica de aire que comprende:
(A)
hacer pasar una primera fracción (67) del aire de alimentación (60) para una instalación (10,11) de separación criogénica de aire a través de un intercambiador primario (1) de calor y después de esto hacer pasar la primera fracción (70) de aire de alimentación a la instalación (10) de separación criogénica de aire;
(B)
comprimir a una presión alta una segunda fracción (66) del aire de alimentación (60) para la instalación (10, 11) de separación criogénica de aire y hacer pasar al menos alguna parte (64) de la segunda fracción (68) de aire de alimentación de alta presión como entrada a un equipo de turboexpansión (32) de alta relación sin atravesar parte alguna del intercambiador primario de calor, en el que la presión de la entrada de gas a dicho equipo de turboexpansión de alta relación tiene un valor de al menos 15 veces el valor de la presión de la salida de gas de dicho equipo de turboexpansión de alta relación;
(C)
turboexpandir la entrada (64) del equipo (32) de turboexpansión de alta relación a través del equipo de turboexpansión (32) de alta relación y hacer pasar la salida turboexpandida resultante (82, 83) a la instalación (11) de separación criogénica de aire;
(D)
separar el aire de alimentación (70, 72, 83) dentro de la instalación (10, 11) de separación criogénica de aire por rectificación criogénica para obtener al menos uno de un producto final de oxígeno (76, 84) y un producto final de nitrógeno (91, 93) ; y
(E)
recuperar al menos uno de un producto final de oxígeno (84) y un producto final de nitrógeno (93) de la instalación (10, 11) de separación criogénica de aire ;
caracterizado porque
en la etapa C la salida turboexpandida resultante (82, 83) se hace pasar a la instalación (11) de separación criogénica de aire sin atravesar parte alguna del intercambiador primario (1) de calor.
2. El método de la reivindicación 1, en el que la instalación de separación criogénica de aire comprende una columna (10) de mayor presión y una columna (11) de menor presión, y la salida turboexpandida (82, 83) se pasa a la columna de menor presión.
3. El método de la reivindicación 1, en el que la salida turboexpandida (82) se enfría antes de hacerla pasar a la instalación (11) de separación criogénica de aire.
4. El método de la reivindicación 3, en el que la salida turboexpandida (82) se enfría por intercambio indirecto de calor con producto final oxígeno (79).
5. Un aparato para realizar la separación criogénica de aire, que comprende:
(A)
un intercambiador primario (1) de calor y una instalación (10, 11) de separación criogénica de aire;
(B)
medios para hacer pasar aire de alimentación al intercambiador primario (1) de calor y desde el intercambiador primario de calor a la instalación (10, 11) de separación criogénica de aire;
(C)
un compresor de refuerzo (68), un equipo (32) de turboexpansión de alta relación, medios para hacer pasar aire de alimentación (66) al compresor de refuerzo, y medios para hacer pasar aire de alimentación (64) desde el compresor de refuerzo al equipo de turboexpansión de alta relación sin atravesar el intercambiador primario (1) de calor; donde dicho equipo de turboexpansión de alta relación se ha diseñado para una presión de la entrada de gas al equipo de turboexpansión que tiene un valor mínimo de 15 veces la presión de la salida de gas del equipo de turboexpansión;
(D)
medios para hacer pasar aire de alimentación (82, 83) desde el equipo (32) de turboexpansión de alta relación a la instalación (11) de separación criogénica de aire; y
(E)
medios para recuperar producto final (84, 93) de la instalación (11) de separación criogénica de aire;
caracterizado porque
dichos medios para hacer pasar aire de alimentación (82, 83) desde el equipo (32) de turboexpansión de alta relación a la instalación (11) de separación criogénica de aire son medios para hacer pasar aire de alimentación desde el equipo de turboexpansión a la instalación de separación criogénica de aire sin atravesar parte alguna del intercambiador primario (1) de calor.
6. El aparato de la reivindicación 5, en el que la instalación de separación criogénica de aire comprende una columna (10) de presión mayor y una columna (11) de presión menor, y los medios para hacer pasar el aire de alimentación desde el equipo (32) de turboexpansión de alta relación a la instalación de separación criogénica de aire comunican con la columna de presión menor.
7. El aparato de la reivindicación 5, que comprende además un desupercalentador (5), en el que los medios para hacer pasar aire de alimentación (82, 83) desde el equipo (32) de turboexpansión a la instalación (11) de separación criogénica de aire incluyen el desupercalentador.
8. El aparato de la reivindicación 7, que comprende además una bomba (33) de líquido, medios para hacer pasar líquido desde la parte inferior de la columna (11) de presión menor a la bomba de líquido, medios para hacer pasar líquido desde la bomba de líquido al desupercalentador (5), y medios par hacer pasar líquido desde el desupercalentador al intercambiador primario (1) de calor.
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10021081A1 (de) 2000-04-28 2002-01-03 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zum Wärmeaustausch
US6502404B1 (en) 2001-07-31 2003-01-07 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system using magnetic refrigeration
US6601407B1 (en) 2002-11-22 2003-08-05 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation with two phase feed air turboexpansion
US20070095100A1 (en) * 2005-11-03 2007-05-03 Rankin Peter J Cryogenic air separation process with excess turbine refrigeration
US7533540B2 (en) * 2006-03-10 2009-05-19 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation system for enhanced liquid production
US8191386B2 (en) 2008-02-14 2012-06-05 Praxair Technology, Inc. Distillation method and apparatus
US9518778B2 (en) * 2012-12-26 2016-12-13 Praxair Technology, Inc. Air separation method and apparatus

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5146073B1 (es) * 1969-08-12 1976-12-07
FR2461906A1 (fr) * 1979-07-20 1981-02-06 Air Liquide Procede et installation cryogeniques de separation d'air avec production d'oxygene sous haute pression
US4375367A (en) * 1981-04-20 1983-03-01 Air Products And Chemicals, Inc. Lower power, freon refrigeration assisted air separation
US4407135A (en) * 1981-12-09 1983-10-04 Union Carbide Corporation Air separation process with turbine exhaust desuperheat
US4715873A (en) * 1986-04-24 1987-12-29 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefied gases using an air recycle liquefier
US4777803A (en) * 1986-12-24 1988-10-18 Erickson Donald C Air partial expansion refrigeration for cryogenic air separation
GB9100814D0 (en) * 1991-01-15 1991-02-27 Boc Group Plc Air separation
DE4109945A1 (de) * 1991-03-26 1992-10-01 Linde Ag Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft
GB9124242D0 (en) * 1991-11-14 1992-01-08 Boc Group Plc Air separation
DE4204172A1 (de) * 1992-02-13 1993-08-19 Linde Ag Verfahren zur behandlung eines einsatzstromes und verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft
FR2697325B1 (fr) * 1992-10-27 1994-12-23 Air Liquide Procédé et installation de production d'azote et d'oxygène.
FR2706595B1 (fr) * 1993-06-18 1995-08-18 Air Liquide Procédé et installation de production d'oxygène et/ou d'azote sous pression à débit variable.
FR2714721B1 (fr) * 1993-12-31 1996-02-16 Air Liquide Procédé et installation de liquéfaction d'un gaz.
GB9405072D0 (en) * 1994-03-16 1994-04-27 Boc Group Plc Air separation
GB9410686D0 (en) * 1994-05-27 1994-07-13 Boc Group Plc Air separation
US5469710A (en) * 1994-10-26 1995-11-28 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with enhanced argon recovery
GB9513766D0 (en) * 1995-07-06 1995-09-06 Boc Group Plc Air separation
US5675977A (en) * 1996-11-07 1997-10-14 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with kettle liquid column

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