ES2243182T3 - Procedimiento y dispositivo para descomponer aire a baja temperatura. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para descomponer aire a baja temperatura.Info
- Publication number
- ES2243182T3 ES2243182T3 ES00119941T ES00119941T ES2243182T3 ES 2243182 T3 ES2243182 T3 ES 2243182T3 ES 00119941 T ES00119941 T ES 00119941T ES 00119941 T ES00119941 T ES 00119941T ES 2243182 T3 ES2243182 T3 ES 2243182T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- evaporator
- pressure column
- condenser
- section
- rich
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Expired - Lifetime
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
- F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
- F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
- F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
- F25J3/04878—Side by side arrangement of multiple vessels in a main column system, wherein the vessels are normally mounted one upon the other or forming different sections of the same 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
- F25J3/04406—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
- 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
- F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
- F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
- F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
- F25J3/04884—Arrangement of reboiler-condensers
-
- 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
- F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
- F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
- F25J3/04896—Details of columns, e.g. internals, inlet/outlet devices
-
- 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
- F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
- F25J5/002—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger
- F25J5/005—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants for continuously recuperating cold, i.e. in a so-called recuperative heat exchanger in a reboiler-condenser, e.g. within a 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
- F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
- F25J2235/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being nitrogen
-
- 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
- F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
- F25J2235/50—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being 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
- F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
- F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
-
- 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
- F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
- F25J2250/04—Down-flowing type boiler-condenser, i.e. with evaporation of a falling liquid film
-
- 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
- F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
- F25J2250/10—Boiler-condenser with superposed stages
-
- 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
- F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
- F25J2250/20—Boiler-condenser with multiple exchanger cores in parallel or with multiple re-boiling or condensing streams
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
Procedimiento para descomponer aire a baja temperatura, en el que se introduce aire de carga comprimido y predepurado (1) en un sistema de rectificación para la separación de nitrógeno-oxígeno, el cual presenta una columna de presión (2), una columna de baja presión (3) y un sistema de condensador-evaporador (101, 102, 103) para calentar la columna de baja presión (3), en donde el sistema de condensador-evaporador presenta un primer tramo (101) que está construido como un evaporador de película de caída, se introduce un primer líquido (6) rico en oxígeno proveniente de la columna de baja presión (3) en los pasajes de evaporación del evaporador de película de caída (101) y se le evapora allí en parte, formándose un vapor (11) rico en oxígeno y un primer líquido (12) rico en oxígeno, y en donde se reconduce el vapor (11) rico en oxígeno, al menos en parte, a la columna de baja presión (3).
Description
Procedimiento y dispositivo para descomponer aire
a baja temperatura.
La invención concierne a un procedimiento para
descomponer aire a baja temperatura con las características del
preámbulo de la reivindicación 1.
Los fundamentos de la descomposición de aire a
baja temperatura en general y la estructura de un sistema
rectificador para la separación de nitrógeno-oxígeno
con dos o más columnas en especial son conocidos por la monografía
"Tieftemperaturtechnik" de Hausen/Linde (segunda edición,
1985) o por un artículo de Latimer en Chemical Engineering Progress
(Vol. 63, No. 2, 1967, página 35). La columna de presión y la
columna de baja presión de un sistema de dos columnas están por
regla general en relación de intercambio de calor a través de un
sistema de condensador-evaporador (condensador
principal) en el cual se licúa gas de cabeza de la columna de
presión contra gas de sumidero en evaporación de la columna de
presión media.
El sistema rectificador de la invención puede
estar construido como un sistema clásico de dos columnas, pero
también como un sistema de tres o más columnas. Además de las
columnas para la separación de nitrógeno-oxígeno,
puede presentar otros dispositivos para la obtención de otros
componentes del aire, especialmente gases nobles, por ejemplo para
la obtención de argón.
Un intercambiador de calor construido como
condensador-evaporador presenta pasajes de
evaporación y licuación. En los pasajes de evaporación se evapora
un líquido. Éstos están en contacto de intercambio de calor con
los pasajes de licuación, en los cuales se condensa una fracción
gaseosa en intercambio de calor indirecto con el líquido en
evaporación. Detalles sobre procesos de evaporación pueden
encontrarse, por ejemplo, en la monografía "Verdampfung und ihre
technischen Anwendungen" de Billet (1981). Un
condensador-evaporador puede estar constituido por
uno o varios bloques intercambiadores de calor. Un sistema de
condensador-evaporador presenta uno o varios
condensadores-evaporadores.
Durante décadas, se han utilizado de forma
prácticamente exclusiva en la descomposición de aire a baja
temperatura evaporadores de circulación en calidad de
condensadores-evaporadores. En este tipo está
dispuesto un bloque intercambiador de calor en un baño del líquido
que se ha de evaporar. Los pasajes de evaporación están abiertos
por arriba y por abajo. Líquido del baño es arrastrado hacia arriba
por el gas que se produce durante la evaporación (efecto de
termosifón) y retorna al baño de líquido. Se proporciona así una
circulación de líquido natural por efecto tan sólo del proceso de
evaporación y sin aportación de energía mecánica.
Desde hace algún tiempo, se vienen utilizando
también evaporadores de película de caída como condensadores-
evaporadores en instalaciones de descomposición de aire, tal como
se ha representado, por ejemplo, en los documentos EP 681153 A o EP
410832 A. En este tipo de evaporador el líquido a evaporar entra por
arriba en los pasajes de evaporación y circula hacia abajo como una
película relativamente delgada por las paredes, los pasajes de
evaporación y los pasajes de licuación. Este tipo de evaporador
presenta una pérdida de presión especialmente baja en los pasajes de
evaporación y, por tanto, es en general energéticamente más
favorable que un evaporador de circulación.
No obstante, en la evaporación de un líquido rico
en oxígeno se tiene que impedir una evaporación total, que tendría
como consecuencia un funcionamiento en seco de los pasajes de
evaporación. A este fin, se vuelve a alimentar en general líquido
que sale de los pasajes de evaporación, por medio de una bomba, a
la entrada de dichos pasajes de evaporación. Esta medida
contrarresta, por un lado, la acción de ahorro de energía del
evaporador de película de caída; por otro lado, se acumulan
componentes no deseados difícilmente volátiles en el líquido.
Por tanto, la invención se basa en el problema de
indicar un procedimiento de la clase citada al principio y un
dispositivo correspondiente que puedan explotarse de forma
económica y especialmente favorable en cuanto a la técnica de
funcionamiento y que presenten en particular un consumo de energía
especialmente bajo.
Este problema se resuelve con las
particularidades de la parte caracterizante de la reivindicación 1.
El líquido (segundo líquido rico en oxígeno) no evaporado en el
evaporador de película de caída (primer tramo del sistema de
condensador-evaporador) es alimentado ciertamente a
un conjunto de transporte, por ejemplo una bomba, como en la
evaporación de película de caída usual; sin embargo, este conjunto
de transporte no transporta el líquido devolviéndolo a la entrada
de los pasajes de evaporación del mismo evaporador de película de
caída, sino que lo lleva a un segundo tramo del sistema de
condensador-evaporador. De este modo, el primer
tramo necesita asumir tan sólo una parte relativamente pequeña, por
ejemplo 30 a 50%, preferiblemente 38 a 42%, de la capacidad de
evaporación total del sistema de
condensador-evaporador. Correspondientemente grande
es la porción líquida natural a la salida de los pasajes de
evaporación del evaporador de película de caída. Por tanto, se
puede prescindir por completo o en amplio grado de una circulación
artificial de líquido. El conjunto de transporte deja que el
líquido que de momento no ha sido evaporado continúe circulando
hacia un segundo tramo del sistema de
condensador-evaporador. Éste está construido total
o parcialmente como un evaporador de circulación. Por tanto, no se
plantea allí, o sólo se plantea en menor medida, el problema de la
necesidad de una circulación artificial del líquido.
En el ámbito de la invención se ha comprobado que
el caudal de bombeo puede reducirse a aproximadamente un 30% con
ayuda de las medidas preconizadas por la invención. El efecto
energético de la capacidad de bombeo reducida no se limita aquí al
ahorro de energía de accionamiento; por el contrario, la ventaja se
deriva, en una mayor parte, de la reducida aportación de calor que
resulta a consecuencia del menor caudal de transporte de un segundo
líquido rico en oxígeno.
En el procedimiento según la invención el
producto de oxígeno es retirado preferiblemente del segundo tramo
del sistema de condensador-evaporador, bien como
gas o bien como líquido. En el último caso, aparte de un producto
de oxígeno líquido, se puede obtener eventualmente un producto de
oxígeno a presión gaseoso, a cuyo fin se lleva el líquido rico en
oxígeno, en estado líquido, a una elevada presión y se le evapora a
continuación contra aire o nitrógeno (la llamada compresión
interna).
El primer tramo del sistema de
condensador-evaporador de la invención puede estar
dispuesto dentro de la columna de baja presión o en un recipiente
separado.
El procedimiento según la invención y el
dispositivo correspondiente pueden utilizarse con cualquier clase
de separación de nitrógeno-oxígeno, especialmente
con independencia de las purezas del producto en las cabezas y los
sumideros de las columnas.
Preferiblemente, el vapor que se genera en los
pasajes de evaporación del segundo tramo del sistema de
condensador-evaporador no es retirado exclusiva o
principalmente como producto de oxígeno gaseoso, sino que es
introducido al menos hasta la mitad del mismo en la columna de baja
presión y utilizado allí como vapor ascendente. En caso de que se
obtenga en forma líquida y/o se comprima internamente todo el
producto de oxígeno, la totalidad del gas generado en el segundo
tramo del sistema de condensador-evaporador puede
realimentarse también a la columna de baja presión.
Un tercer líquido rico en oxígeno permanece en el
segundo tramo del sistema de condensador-evaporador
como parte no evaporada del segundo líquido rico en oxígeno. Éste
se acumula preferiblemente en el baño de líquido del evaporador de
circulación o de uno de éstos. En el procedimiento según la
invención es reconducido preferiblemente al menos en parte hacia la
columna de baja presión y/o hacia los pasajes de evaporación del
primer tramo del sistema de condensador-evaporador.
Esta reconducción puede realizarse de manera favorable
conjuntamente con el retorno anteriormente mencionado de vapor a la
columna de baja presión, a cuyo fin una tubería correspondiente
está dispuesta a la altura del nivel del líquido del baño. Se
regula así al mismo tiempo el nivel del líquido en el evaporador de
circulación sin que sean necesarios conjuntos de ajuste o
regulación adicionales.
Cuando el segundo tramo está construido en parte
como un segundo evaporador de película de caída, el conjunto de
transporte de todos modos existente entre los tramos primero y
segundo puede utilizarse, además, para la generación de una
circulación de líquido en el segundo evaporador de película de
caída.
Los pasajes de licuación del sistema de
condensador-evaporador están unidos con las dos
columnas preferiblemente del modo que se describe en la
reivindicación 4. Se puede prescindir así de bombas en estos
sitios, concretamente aunque la columna de presión y la columna de
baja presión estén dispuestas una al lado de otra. (En este caso,
es favorable que el primer tramo del sistema de
condensador-evaporador esté dispuesto por debajo
del plato más inferior de la columna de baja presión y que el
segundo tramo del sistema de condensador-evaporador
esté dispuesto por encima del plato más superior de la columna de
presión).
El primer tramo construido como evaporador de
película de caída se dimensiona aquí preferiblemente de modo que se
genere en él, por condensación de una fracción de gas rica en
nitrógeno procedente de la columna de presión, la cantidad de
líquido rico en nitrógeno que se necesite como retorno en la
columna de baja presión (más, eventualmente, la cantidad retirada
como producto líquido sin presión). Esto representa, por ejemplo,
una proporción de 30 a 50%, preferiblemente 38 a 42% de toda la
capacidad de transmisión de calor del sistema de
condensador-evaporador. El resto de la transmisión
de calor (50 a 70%, preferiblemente 58 a 62%) se realiza en el
segundo tramo del sistema de condensador-evaporador,
concretamente de tal manera que se genere allí al menos la cantidad
de líquido necesaria como retorno en la columna de presión.
Por motivos de distribución espacial de la
superficie de calentamiento, puede ser favorable en algunos casos
condensar en el primer tramo como antes se ha descrito una
proporción mayor de la fracción rica en nitrógeno para trasladar
correspondientemente superficie de calentamiento del segundo tramo
(en general, en la cabeza de la columna de presión) al primer tramo
(en general, en el sumidero de la columna de baja presión). En este
caso, una parte del primer líquido rico en nitrógeno que se forma
en el primer tramo se carga como retorno en la columna de presión.
Es necesaria para esto eventualmente la utilización de una bomba de
líquido.
La fracción de gas rica en nitrógeno está formada
en general por nitrógeno de la cabeza de la columna de presión.
El primer tramo del sistema de
condensador-evaporador está construido de
preferencia exclusivamente como un evaporador de película de caída.
Con ayuda del dimensionamiento anteriormente descrito se puede
materializar éste de manera especialmente favorable como un bloque
individual relativamente compacto o bien en forma de varios (por
ejemplo, cuatro) bloques especialmente bajos que se disponen uno al
lado de otro. Una disposición directamente en el sumidero de la
columna de baja presión es favorable también para una pequeña
altura de construcción de la instalación y de su aislamiento
(nevera).
El segundo tramo del sistema de
condensador-evaporador puede estar formado por al
menos dos tramos parciales unidos en serie por el lado de la
evaporación, de los que el primero está construido como un
evaporador de película de caída y el segundo como un evaporador de
circulación. El líquido que sale de los pasajes de evaporación del
tramo parcial realizado como evaporador de película de caída es
introducido aquí, por ejemplo, en el baño de líquido del tramo
parcial o de un tramo parcial materializado como evaporador de
circulación. La combinación de evaporador de película de
caída-evaporador de circulación puede estar
equipada, por ejemplo, con 1 pasajes de licuación continuos, tal
como se describe con detalle en el documento EP 795349 A. En este
caso, el líquido puede ser realimentado desde el baño del
evaporador de circulación hasta la columna de baja presión o hasta
la salida de los pasajes de evaporación del primer tramo del sistema
de condensador-evaporador y puede ser utilizado
para aumentar la cantidad de líquido en el tramo parcial del
segundo tramo construido como evaporador de película de caída.
La invención concierne, además, a un dispositivo
para descomponer aire a baja temperatura según la reivindicación
9. En las reivindicaciones 10 a 13 se describen ejecuciones
especialmente ventajosas del dispositivo.
La invención y otros detalles de la misma se
explican seguidamente con más detalle haciendo referencia a dos
ejemplos de ejecución para la obtención de oxígeno a presión
gaseoso que se han representado esquemáticamente en los
dibujos.
Según la figura 1, se alimenta aire de carga
gaseoso 1, que previamente ha sido comprimido, depurado y enfriado
hasta aproximadamente el punto de rocío (no representado), a la
columna de presión 2 inmediatamente por encima del sumidero. La
columna de presión 2 es parte de un sistema rectificador que
presenta, además, una columna de baja presión 3 y un condensador
principal en forma de un sistema de
condensador-evaporador 101, 102, 103. El aire es
descompuesto en la columna de presión 2 en nitrógeno de cabeza y en
un líquido enriquecido en oxígeno. En el ejemplo de ejecución
especial este último no es retirado por el sumidero como es usual
en otros casos, sino algunos platos teóricos o prácticos más arriba
a través de una tubería 5. (Detalles sobre este modo de
procedimiento, que sirve para retener componentes difícilmente
volátiles, pueden encontrarse en la solicitud de patente alemana
anterior 19835474 o en las solicitudes correspondientes a esta
solicitud depositadas en otros países.) El líquido 5 enriquecido en
oxígeno es inyectado en la columna de baja presión 3 en un sitio
intermedio a través de una tubería no representada.
En la columna de baja presión 3 se retiran uno o
varios productos de nitrógeno en la zona superior (no
representado). Por debajo del tramo de rectificación más inferior
se obtiene oxígeno con la pureza necesaria para el producto. Éste
sale del plato más inferior o tramo de relleno de la columna de
baja presión 3 como un primer líquido rico en oxígeno y se acumula
en un conjunto colector 7. El primer líquido rico en oxígeno
continúa hacia el extremo superior del primer tramo 101 del sistema
de condensador-evaporador y se introduce en los
pasajes de evaporación de este último. El primer tramo 101 está
configurado como un evaporador de película de caída. Allí se
evapora aproximadamente 28 a 30% del primer líquido 7 rico en
oxígeno en intercambio de calor indirecto con una primera parte 8
de la fracción de gas 4 rica en nitrógeno proveniente de la cabeza
de la columna de presión 2. El gas 8 rico en nitrógeno se condensa
aquí para dar un primer líquido 9 rico en nitrógeno. Éste se
expansiona en una válvula de estrangulación 10 y se entrega
completamente como retorno a la cabeza de la columna de baja
presión 3. Dado que en el ejemplo no se genera producto de
nitrógeno líquido, el evaporador de película de caída 101 está
dimensionado de modo que en él se condense exactamente la cantidad
de gas 8 rico en nitrógeno que sea necesaria como líquido de
retorno para la columna de baja presión.
El vapor 11 que se genera en el primer tramo 101
del sistema de condensador-evaporador vuelve al
tramo de rectificación más inferior de la columna de baja presión y
participa en el intercambio de materias en contracorriente dentro
de esta columna. La porción 12, que se mantiene líquida, forma un
segundo líquido rico en oxígeno. Éste es extraído por la tubería 13
y conducido por medio de una bomba 14 al segundo tramo del
condensador-evaporador, que está formado por una
combinación de un evaporador de película de caída adicional 102 y
un evaporador de circulación 103, tal como la que se ha descrito
con detalle en el documento EP 795349 A.
El segundo líquido rico en oxígeno circula hacia
abajo en los pasajes de evaporación del evaporador de película de
caída adicional 102 y se evapora allí hasta aproximadamente un 40%.
El vapor obtenido 15 es reconducido completamente por la tubería 16
hasta la columna de baja presión 3, dado que en el ejemplo no se
evacua directamente oxígeno como producto gaseoso desde el sistema
de rectificación. La tubería 16 sirve al mismo tiempo para mantener
constante el nivel del líquido en el baño de líquido 18, a cuyo fin
se conduce líquido sobrante junto con el vapor generado en el
segundo tramo 102, 103 hasta la columna de baja presión 3. (Esta
función se explica de forma pormenorizada más abajo haciendo
referencia al dibujo de detalle de la figura 2.) El líquido
restante 17 proveniente del tramo parcial 102 entra en el baño de
líquido 18 del evaporador de circulación 103 y forma, junto con el
líquido 19 descargado en el evaporador de circulación, un tercer
líquido rico en oxígeno. Este se obtiene como producto de oxígeno,
para lo cual éste es retirado en parte por una tubería 20,
comprimido internamente por medio de una bomba 21, evaporado de la
manera conocida a presión elevada y, finalmente, conducido al
exterior como producto a presión gaseoso. En caso de que se utilice
una parte del aire de carga como portador de calor para la
evaporación del producto de oxígeno, la corriente de aire 24
entonces licuada puede ser introducida en la columna de presión 2
por un sitio intermedio. Como alternativa o adicionalmente, es
posible condensar una corriente de nitrógeno llevada a una presión
superior a la de la columna de presión contra el oxígeno producto
en evaporación (circuito de circulación de nitrógeno, no
representado).
Los pasajes de licuación del evaporador de
película de caída adicional 102 y del evaporador de circulación 103
son de construcción continua. Son solicitados por una segunda
parte 22 de la fracción de gas 4 rica en nitrógeno proveniente de
la columna de presión 2. El nitrógeno circula primero por el
evaporador de película de caída 102 y a continuación por el
evaporador de circulación 103 y se condensa al menos en parte, de
preferencia en forma prácticamente completa. El segundo líquido 23
rico en nitrógeno entonces obtenido es cargado completamente como
retorno en la columna de presión 2.
La figura 2 muestra en detalle la unión entre la
tubería 16 y el espacio exterior alrededor de los dos
condensadores-evaporadores 102, 103 que forman el
segundo tramo del sistema de
condensador-evaporador. Las dimensiones de la
tubería se diseñan sustancialmente de conformidad con la cantidad
de gas que se ha de transportar. Ésta se dispone de modo que pueda
rebosar líquido del baño de líquido del evaporador de circulación
103 y refluir como película 26 en el lado inferior de la tubería 16
hacia la columna de baja presión 3 o hacia el sumidero de líquido
por debajo del primer evaporador de película de caída 101. De este
modo, el nivel de líquido del baño de líquido del evaporador de
circulación 103 es mantenido a una altura constante sin medidas de
regulación especiales.
La figura 3 se diferencia de la figura 1 por una
tubería adicional 301 a través de la cual una parte del primer
líquido 9 rico en nitrógeno puede ser entregada como retorno a la
columna de presión 2. En la disposición representada de columnas y
condensadores es necesaria una bomba de líquido 302 para superar la
altura estática entre el primer tramo 101 del sistema de
condensador-evaporador y la zona superior de la
columna de presión 2. Con ayuda de una transferencia de líquido a
la columna de presión se puede tender, en la variante de la figura
3, más superficie de calentamiento, en comparación con la figura 1,
en el primer tramo 101, el cual está construido aquí como un
evaporador de sumidero de la columna de baja presión 3. Se necesita
correspondientemente menos superficie de calentamiento (y, por
tanto, menos volumen) para el segundo tramo 102, 103, en el ejemplo
en la cabeza de la columna de presión 2. De este modo, se puede
optimizar la distribución en el espacio del sistema de
condensador-evaporador. La ventaja de esta
optimización es en muchos casos más alta que el coste para la
tubería adicional 301 y la bomba de líquido 302.
En un ejemplo extremo (no representado en el
dibujo) la superficie de calentamiento completa del tramo parcial
102 puede estar integrada en el primer tramo 101, de modo que el
segundo tramo del sistema de condensador-evaporador
consiste tan sólo todavía en un evaporador de circulación 103.
Claims (13)
1. Procedimiento para descomponer aire a baja
temperatura, en el que se introduce aire de carga comprimido y
predepurado (1) en un sistema de rectificación para la separación
de nitrógeno-oxígeno, el cual presenta
- -
- una columna de presión (2),
- -
- una columna de baja presión (3) y
- -
- un sistema de condensador-evaporador (101, 102, 103) para calentar la columna de baja presión (3), en donde
- -
- el sistema de condensador-evaporador presenta un primer tramo (101) que está construido como un evaporador de película de caída,
- -
- se introduce un primer líquido (6) rico en oxígeno proveniente de la columna de baja presión (3) en los pasajes de evaporación del evaporador de película de caída (101) y se le evapora allí en parte, formándose un vapor (11) rico en oxígeno y un primer líquido (12) rico en oxígeno, y en donde
- -
- se reconduce el vapor (11) rico en oxígeno, al menos en parte, a la columna de baja presión (3),
caracterizado porque el
sistema de condensador-evaporador presenta un
segundo tramo (102, 103) que está construido al menos en parte como
un evaporador de circulación (103), y porque el segundo líquido (12,
13) rico en oxígeno es conducido al menos en parte, por medio de un
conjunto de transporte (14), hasta los pasajes de evaporación del
segundo tramo (102, 103) del sistema de
condensador-evaporador.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el vapor generado en los pasajes de
evaporación del segundo tramo del sistema de
condensador-evaporador es introducido (16), al
menos hasta la mitad del mismo, en la columna de baja presión
(3).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque un tercer líquido (18) rico en oxígeno
que se forma a partir de la parte del segundo líquido (12, 13) rico
en oxígeno que no se ha evaporado en el segundo tramo (102, 103)
del sistema de condensador- evaporador es reconducida (16), al menos
en parte, a la columna de baja presión (3) y/o a los pasajes de
evaporación del primer tramo (101) del sistema de
condensador-evaporador.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque
- -
- se genera un fracción de gas (4) rica en nitrógeno en la zona superior de la columna de presión (2),
- -
- se introduce una primera parte (8) de la fracción de gas (4) rica en nitrógeno en los pasajes de licuación del primer tramo (101) del sistema de condensador-evaporador y se condensa allí está fracción al menos en parte, formándose un primer líquido (9) rico en nitrógeno,
- -
- se introduce una segunda parte (22) de la fracción de gas (4) rica en nitrógeno en los pasajes de licuación del segundo tramo (102, 103) del sistema de condensador-evaporador y se la condensa allí al menos en parte, formándose un segundo líquido (23) rico en nitrógeno,
- -
- se expansiona (10) al menos en parte el primer líquido (9) rico en nitrógeno y se le entrega como retorno a la columna de baja presión (3), y
- -
- se entrega el segundo líquido (23) rico en nitrógeno, al menos en parte, como retorno a la columna de presión (2).
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque una parte del primer líquido (9) rico
en nitrógeno es entregada (301, 302) como retorno a la columna de
presión (2).
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la columna de
presión (2) y la columna de baja presión (3) están dispuestas una
al lado de otra, estando dispuesto el primer tramo (101) del
sistema de condensador-evaporador por debajo del
plato más inferior o del tramo de relleno más inferior de la
columna de baja presión (3) y/o estando dispuesto el segundo tramo
del sistema de condensador-evaporador por encima del
plato más superior o del tramo de relleno más superior de la
columna de presión (2).
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el primer tramo
(101) del sistema de condensador-evaporador está
construido sustancialmente como un evaporador de película de
caída.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el segundo tramo
del sistema de condensador-evaporador está formado
por al menos dos tramos parciales unidos en serie por el lado de la
evaporación, de los cuales al menos uno está construido como un
evaporador de película de caída (102) y al menos otro como un
evaporador de circulación (103).
9. Dispositivo para descomponer aire a baja
temperatura con un sistema rectificador para la separación de
nitrógeno-oxígeno, que presenta
- -
- una columna de presión (2),
- -
- una columna de baja presión (3) y
- -
- un sistema de condensador-evaporador (101, 102, 103) para calentar la columna de baja presión (3),
- -
- en donde el sistema de condensador-evaporador presenta un primer tramo (101) que está construido como un evaporador de película de caída,
- y con
- -
- una tubería de aire de carga (1) para introducir aire de carga comprimido y predepurado (1) en la columna de presión (2),
- -
- unos medios para alimentar un primer líquido (6) rico en oxígeno proveniente de la columna de baja presión (3) a los pasajes de evaporación del evaporador de película de caída (101) y
- -
- unos medios para hacer retornar vapor (11) rico en oxígeno proveniente de los pasajes de evaporación del evaporador de película de caída (101) a la columna de baja presión (3),
caracterizado porque el
sistema de condensador-evaporador presenta un
segundo tramo (102, 103) que está construido al menos en parte como
un evaporador de circulación (103) y el dispositivo presenta unos
medios para introducir un segundo líquido (12, 13) rico en oxígeno
proveniente de los pasajes de evaporación del evaporador de
película de caída (101) en los pasajes de evaporación del segundo
tramo (102, 103) del sistema de
condensador-evaporador, que comprenden un conjunto
de transporte
(14).
(14).
10. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque la columna de presión (2) y la columna
de baja presión (3) están dispuestas una al lado de otra, estando
dispuesto el primer tramo (101) del sistema de
condensador-evaporador por debajo del plato más
inferior o del tramo de relleno más inferior de la columna de baja
presión (3) y/o estando dispuesto el segundo tramo del sistema de
condensador-evaporador por encima del plato más
superior o del tramo de relleno más superior de la columna de
presión (2).
11. Dispositivo según la reivindicación 9 ó 10,
caracterizado porque el primer tramo (101) del sistema de
condensador-evaporador está construido
exclusivamente como un evaporador de película de caída.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones
9 a 11, caracterizado porque el segundo tramo del sistema de
condensador-evaporador está formado por al menos
dos tramos parciales unidos en serie por el lado de la
evaporación, de los cuales el primero está construido como un
evaporador de película de caída (102) y el segundo como un
evaporador de circulación (103).
13. Dispositivo según una de las reivindicaciones
9 a 11, caracterizado porque la salida (9) de los pasajes de
licuación del primer tramo (101) del sistema de
condensador-evaporador está unida con la columna de
presión (2) a través de una tubería de líquido (301) y
eventualmente a través de una bomba de líquido (302).
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19950570 | 1999-10-20 | ||
| DE19950570A DE19950570A1 (de) | 1999-10-20 | 1999-10-20 | Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft |
| EP00102564 | 2000-02-07 | ||
| EP00102564 | 2000-02-07 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2243182T3 true ES2243182T3 (es) | 2005-12-01 |
Family
ID=34740582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES00119941T Expired - Lifetime ES2243182T3 (es) | 1999-10-20 | 2000-09-13 | Procedimiento y dispositivo para descomponer aire a baja temperatura. |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1094286B1 (es) |
| AT (1) | ATE298070T1 (es) |
| DE (1) | DE50010552D1 (es) |
| ES (1) | ES2243182T3 (es) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10113791A1 (de) | 2001-03-21 | 2002-10-17 | Linde Ag | Argongewinnung mit einem Drei-Säulen-System zur Luftzerlegung und einer Rohargonsäule |
| EP3910274A1 (de) * | 2020-05-13 | 2021-11-17 | Linde GmbH | Verfahren zur tieftemperaturzerlegung von luft und luftzerlegungs anlage |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2402246A1 (de) * | 1974-01-18 | 1975-07-31 | Linde Ag | Verfahren zur gewinnung von sauerstoff mittlerer reinheit |
| FR2650379B1 (fr) * | 1989-07-28 | 1991-10-18 | Air Liquide | Appareil de vaporisation-condensation pour double colonne de distillation d'air, et installation de distillation d'air comportant un tel appareil |
| GB9016766D0 (en) * | 1990-07-31 | 1990-09-12 | Boc Group Plc | Boiling liquefied gas |
| DE19605500C1 (de) * | 1996-02-14 | 1997-04-17 | Linde Ag | Vorrichtung und Verfahren zum Verdampfen einer Flüssigkeit |
| US5775129A (en) * | 1997-03-13 | 1998-07-07 | The Boc Group, Inc. | Heat exchanger |
| US5761927A (en) * | 1997-04-29 | 1998-06-09 | Air Products And Chemicals, Inc. | Process to produce nitrogen using a double column and three reboiler/condensers |
-
2000
- 2000-09-13 EP EP00119941A patent/EP1094286B1/de not_active Revoked
- 2000-09-13 DE DE50010552T patent/DE50010552D1/de not_active Revoked
- 2000-09-13 AT AT00119941T patent/ATE298070T1/de active
- 2000-09-13 ES ES00119941T patent/ES2243182T3/es not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ATE298070T1 (de) | 2005-07-15 |
| EP1094286A1 (de) | 2001-04-25 |
| DE50010552D1 (de) | 2005-07-21 |
| EP1094286B1 (de) | 2005-06-15 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ES2266381T3 (es) | Procedimiento y dispositivo para obtener cripton y/o xenon por descomposicion criogena de aire. | |
| ES2159905T5 (es) | Separacion criogenica de aire con reciclado en turbina en caliente. | |
| JP6257656B2 (ja) | 空気分離装置、アルゴンを含有する生成物を獲得する方法、及び、空気分離装置を建造する方法 | |
| ES2975295T3 (es) | Procedimiento y aparato para separar el aire mediante un intercambiador de calor dividido | |
| CN103998883B (zh) | 低温分离空气的方法和设备 | |
| CA2037503A1 (en) | Nitrogen generator with dual reboiler/condensers in the low pressure distillation column | |
| JP2009030966A (ja) | 空気低温分離によるアルゴンの製造方法及び装置 | |
| US20100024478A1 (en) | Process and device for recovering argon by low-temperature separation of air | |
| US5379599A (en) | Pumped liquid oxygen method and apparatus | |
| ES2213540T3 (es) | Sistema de destilacion criogenica para separacion del aire. | |
| ES2218062T3 (es) | Sistema de destilacion criogenica para separacion de aire. | |
| ES2243182T3 (es) | Procedimiento y dispositivo para descomponer aire a baja temperatura. | |
| ES2219256T3 (es) | Sistema de destilacion criogenica para la separacion de aire. | |
| US10401083B2 (en) | Plant for producing oxygen by cryogenic air separation | |
| ES2233278T3 (es) | Sistema de destilacion criogenica para separacion de aire. | |
| EP3919439B1 (en) | Multistage reservoir-type condenser-evaporator, and nitrogen production device using multistage reservoir-type condenser-evaporator | |
| ES2278703T3 (es) | Proceso y aparato para la separacion criogenica de aire. | |
| ES2205627T3 (es) | Sistema de rectificacion criogenica con separador integral de fase con caldera de producto. | |
| US10330383B2 (en) | Method and device for discharging components that are less volatile than oxygen from an air separation plant | |
| CN106016969B (zh) | 通过低温空气分离产生氧的系统和方法 | |
| US8161771B2 (en) | Method and apparatus for separating air | |
| US6430961B1 (en) | Process and device for the low-temperature fractionation of air | |
| CN1122810C (zh) | 连续液体空气进料的低温精馏系统 | |
| MXPA00010199A (es) | Procedimiento y dispositivo para la descomposicion a bajas temperaturas del aire | |
| ES2212955T3 (es) | Sistema criogenico para producir aire enriquecido con oxigeno. |