ES2820436T3 - Aparato y procedimiento de separación de aire por destilación criogénica - Google Patents

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Abstract

Procedimiento de separación de aire por destilación criogénica para suministrar un producto gaseoso, eventualmente a presión, en el cual: a) se envía aire enfriado, depurado y comprimido en un sistema de columnas que incluye una columna de media presión (13) y una columna de baja presión (15) b) se extrae de la columna de baja presión un caudal de líquido rico en oxígeno (19) que tiene un caudal nominal, se le vaporiza en un vaporizador principal (24) para formar un producto gaseoso y se extrae un caudal de purga líquido rico en oxígeno (121) que constituye como máximo el 2% del caudal nominal de producción del caudal rico en oxígeno del vaporizador principal, c) se envía el caudal de purga líquido rico el oxígeno (121) a un almacenamiento (31), caracterizado por que d) si el nivel de líquido en el almacenamiento sobrepasa un umbral correspondiente a la capacidad máxima del almacenamiento, se extrae un caudal líquido del almacenamiento que constituye como máximo el 2% del caudal nominal de producción del caudal rico en oxígeno y se envía a un vaporizador de emergencia para constituir una parte del producto gaseoso y e) si el nivel de líquido en el almacenamiento está por debajo del umbral, se envía el caudal de purga líquido al almacenamiento, pero no se envía líquido del almacenamiento al vaporizador de emergencia (37) nada más que en el caso de una reducción de la producción del sistema de columnas o a un aumento de las necesidades de un cliente de un producto gaseoso.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y procedimiento de separación de aire por destilación criogénica
El presente invento se refiere va un aparato y a un procedimiento de separación de aire por destilación criogénica de acuerdo con los preámbulos de las reivindicaciones 5 y 1 respectivamente y conocidos por el documento WO-A-2010017968.
En estos aparatos, es necesario extraer un caudal de purga permanentemente de los vaporizadores exteriores que sirve para vaporizar con oxígeno líquido de baja presión y/o de los vaporizadores en el interior de las columnas, para evitar una acumulación potencialmente peligrosa de impurezas. Estos caudales de purga son extraídos sustancial y permanentemente, por ejemplo, de la cuba de una columna de baja presión que produce únicamente oxígeno gaseoso extraído directamente de esta columna, para evitar la acumulación de impurezas. La purga de los líquidos criogénicos de la caja fría es enviada, en general, hacia un dispositivo específico para vaporizarlos:
■ una fosa de piedras para los muy pequeños tamaños de generadores
■ un recinto atmosférico que recoge los líquidos, que van a vaporizarse a continuación lentamente
■ un evaporador (que utiliza una calefacción y un ventilador)
En EP-A-0605262, se envía un líquido de purga a un almacenamiento, y una parte del líquido del almacenamiento se envía a un intercambiador para ser mezclado con oxígeno gaseoso. El almacenamiento es alimentado igualmente con un líquido transportado por un camión: se trata, por lo tanto, de una inyección de oxígeno líquido con un aporte de líquido exterior, que permite, de esta manera, vaporizar la purga con el oxígeno gaseoso calentado.
En EP-A-1202012, se alimenta a un almacenamiento con un caudal de purga que proviene de la cuba de la columna de baja presión y en caso de reducción de la producción del sistema de columnas, se extrae del almacenamiento un caudal de emergencia que se vaporiza en un vaporizador de emergencia.
Según el invento, la purga puede compensar las pérdidas por evaporación en el almacenamiento y el exceso se vaporiza en el sistema de vaporización de emergencia (sin recuperación de las frigorías en la caja fría).
Según el invento, está previsto enviar un caudal de purga hacia u almacenamiento de oxígeno líquido, eventualmente con la ayuda de una bomba en función de su presión.
Según un objetivo del invento, está previsto un procedimiento según la reivindicación 1.
Según otros objetivos facultativos:
-se envía el caudal de purga líquido rico en oxígeno del vaporizados al almacenamiento permanente o episódicamente, fuera de los periodos de parada y de arranque del sistema de columnas,
- durante una parada del sistema de columnas, el caudal de purga no es enviado al almacenamiento,
- durante una parada del sistema de columnas, se llena el almacenamiento por medio de un líquido que proviene de una cuba de al menos una columna del sistema de columnas,
- en envío del líquido del almacenamiento hacia el vaporizador de emergencia se produce siempre si el umbral en el almacenamiento está sobrepasado,
- si no se alcanza el umbral en el almacenamiento, el envío del líquido del almacenamiento hacia el vaporizador de emergencia se produce únicamente en el caso de que haya un aumento de las necesidades del cliente o en el caso de una reducción de la producción del sistema de columnas.
De esta manera, en vaporizador de emergencia tiene una función de vaporización del demasiado-lleno en el almacenamiento.
Según otro objetivo del invento, está previsto un aparato según la reivindicación 5.
Según otros objetivos facultativos:
-el aparato no incluye ningún medio de vaporización del líquido de purga aparte del vaporizador de emergencia, - unos medios para alimentar el almacenamiento con un líquido de una fuente exterior,
- unos medios para enviar un líquido de la cuba de la columna de baja presión al almacenamiento,
- unos medios para enviar un líquido de la cuba de la columna de media presión al almacenamiento.
Se observará que la bomba de transferencia puede ser también la que se utiliza para la transferencia de la producción de oxígeno líquido, llegado el caso.
El almacenamiento de oxígeno líquido se llena con oxígeno de calidad “industrial comercial” que es, por lo tanto, “puro” (99,5% mol). Para alimentar al cliente cuando el aparato de separación del aire no funciona, está previsto vaporizar el líquido procedente de este almacenamiento en un vaporizador de emergencia. El envío de un líquido de purga con una pureza media inferior a la del líquido del almacenamiento va a reducir ligeramente la pureza del líquido contenido en el almacenamiento, que tendrá, sin embargo, un contenido medio superior a la demanda del cliente.
Un caudal rico en oxígeno, gaseoso o líquido, contiene al menos el 75% mol, de oxígeno.
El invento será descrito con más detalle haciendo referencia a las figuras que ilustran unos aparatos según el invento.
En la Figura 1, un caudal de aire comprimido y depurado 1 se enfría en un intercambiador de calor 3 y se divide en tres. Un caudal 7 se extrae del intercambiador a un nivel intermedio, se despresuriza en una turbina 9 y se envía a una columna de baja presión 13 de una doble columna en forma gaseosa. Otro caudal 5, después de haber sido presurizado en el compresor A se licua en el intercambiador de calor 3, se descomprime en una válvula 11 y se envía a la columna de media de presión 13. Un tercer caudal B se envía directamente a la caudal de media presión.
Los caudales enriquecidos con nitrógeno y con oxígeno se envían desde la columna de media presión a la columna de baja presión de una manera ya conocida. En la cuba de la columna de baja presión 15, el oxígeno líquido se acumula alrededor del hervidor 17. Un caudal de oxígeno líquido 19 que contiene al menos un 98% de oxígeno se extrae de la cuba de la columna de baja presión 15 y se presuriza mediante una bomba 23 hasta 2 bares, alternativamente la compresión puede ser hidrostática. Una parte del oxígeno de baja presión se envía a un vaporizador 24 en donde se vaporiza en un intercambiador de calor con una parte del aire de alimentación (5 ó B) que es enviado a continuación a la columna. Este caudal de vapor constituye la producción gaseosa del sistema de columnas en un funcionamiento normal y se produce con un caudal nominal.
Un caudal de purga 121 que contiene impurezas es extraído del vaporizador 24 permanentemente, salvo en el caso de que el sistema de columnas no funcione. Este caudal es más puro en oxígeno que el caudal 19. El oxígeno vaporizado prosigue se calentamiento en el intercambiador 3 como el caudal 27 de oxígeno de baja presión.
El resto del oxígeno es presurizado hasta una presión de 10 bares en una bomba 25 y se vaporiza en el intercambiador 3 como el caudal 29. De una manera alternativa, todo el oxígeno puede ser vaporizado hasta la presión más baja y el caudal 29 no existe entonces.
Un primer conducto 39 conecta el vaporizador 24 con el almacenamiento 31 para llevar allí al líquido de purga 121 permanente o episódicamente, salvo en el caso de que el sistema de columnas no funcione. El almacenamiento 31 alimenta a un vaporizador de emergencia 37 con el oxígeno líquido 35. El envío del líquido de purga puede ser episódico, es decir, que el líquido es extraído del vaporizador de una manera periódica, según un ciclo, con el fin de tener unas cantidades de líquido que permitan un análisis correcto.
El oxígeno es vaporizado en el intercambiador de emergencia 37 en gran cantidad, cuando las necesidades del cliente son particularmente elevadas o cuando el aparato de separación de aire no funciona a pleno régimen, en el caso de una avería, por ejemplo.
Por el contrario, durante los periodos en los que las necesidades del cliente no son particularmente elevadas y el aparato de separación funciona con normalidad, un caudal líquido rico en oxígeno que constituye al menos el 2% del caudal nominal de oxígeno gaseoso 19 y preferentemente alrededor del 1% del caudal nominal es enviado hacia el almacenamiento. Este caudal líquido es enviado el vaporizador de emergencia únicamente si el nivel en el almacenamiento sobrepasa un umbral, siendo este umbral ordinariamente el de la capacidad máxima del almacenamiento 31. De esta manera, este caudal enviado el vaporizador de emergencia constituye el demasiado-lleno del almacenamiento 31. El oxígeno vaporizado es enviado al cliente.
Esto permite recuperar las moléculas de la purga en el líquido 121, y, por lo tanto, reducir la producción total del aparato (ahorro de energía de alrededor del 1% al 2% como máximo).
Si el nivel del almacenamiento 31 está por debajo del umbral, en particular si el almacenamiento no está lleno, se llena el almacenamiento 31 enviando allí al líquido 121.
La mayor parte del líquido del almacenamiento proviene de un camión-cisterna 61 o del mismo aparato con el caudal 21, que puede ser desviado hacia el almacenamiento de una manera puntual. El líquido en el almacenamiento que proviene del camión tiene una pureza del 99,5% mol. El líquido 121 puede ser más puro, tan puro o más que el líquido procedente del camión-cisterna 61.
El envío de este líquido puro 121 al almacenamiento 31 por el conducto 33 no corre el riesgo de alterar la pureza del líquido en el almacenamiento.
Por el contrario, puede considerarse enviar igualmente al almacenamiento en el caso de una parada de la columna, a los líquidos acumulados en la cuba de la columna de baja presión y/o de media presión por los conductos 21 y 51. Estos líquidos tendrán, evidentemente, una pureza inferior a la del líquido procedente del camión-cisterna 61 o a la del líquido 121. En algunos casos, el cliente puede soportar a corto plazo una reducción de la pureza del líquido vaporizado en el vaporizador de emergencia. Una válvula 41 permite regular los caudales de estos líquidos acumulados enviados a través de la línea 33 al almacenamiento 31.
En la Figura 2, un caudal de aire comprimido y depurado 1 es enfriado en un intercambiador de calor 3 y dividido en dos. Un caudal 7 es extraído del intercambiador a un nivel intermedio, despresurizado en una turbina 9 y enviado a una columna de baja presión 15 de una doble columna bajo forma gaseosa. Otro caudal 5 se enfría en el intercambiador de calor 3 y es enviado a la columna de media presión 13.
Los caudales enriquecidos de nitrógeno y de oxígeno son enviados desde la columna de media presión a la columna de baja presión de una manera continua. En la cuba de la columna de baja presión 15, el oxígeno líquido se acumula alrededor del hervidor 17. Un caudal de oxígeno gaseoso 19 que contiene el 98% de oxígeno es extraído de la cuba de la columna de baja presión 15 y se calienta en el intercambiador 3 como el caudal 27 de oxígeno de baja presión antes de sufrir una eventual compresión. Un caudal de purga 21 que contiene las impurezas es extraído de la cuba de la columna 15 permanentemente para evitar la acumulación de impurezas en la cuba de la columna. Esta extracción líquida constituye la única extracción rica en oxígeno del sistema de columnas. Un primer conducto conecta la cuba de la columna BP con el almacenamiento 31 para llevar allí al líquido de purga 21 permanentemente (ya sea continuamente, ya sea por lotes regulares), salvo en el caso de que el sistema de columnas no funcione. El almacenamiento 31 alimenta a un vaporizador de emergencia 37 con el oxígeno líquido 35.
El oxígeno se vaporiza en el vaporizador de emergencia 37 u gran cantidad, cuando las necesidades del cliente son particularmente elevadas o cuando el aparato de separación de aire no funciona a pleno régimen, en el caso de una avería, por ejemplo.
Por el contrario, durante los periodos en los que las necesidades del cliente no son particularmente elevadas, de oxígeno gaseoso y el aparato de separación funciona con normalidad, un caudal líquido rico en oxígeno que constituye menos del 2% del caudal nominal del oxígeno gaseoso 19 y preferentemente el 1% del caudal nominal, es enviado hacia el almacenamiento. Este caudal líquido es enviado al vaporizador de emergencia si el nivel en el almacenamiento sobrepasa un umbral, siendo este umbral ordinariamente el de la capacidad máxima del almacenamiento 31. De esta manera, este caudal al vaporizador de emergencia constituye el demasiadolleno del almacenamiento 31. El oxígeno vaporizado es enviado al cliente.
Esto permite recuperar las moléculas de la purga en el líquido 21, y reducir, por lo tanto, la producción total del aparato (ahorro de energía alrededor del 1% al 2% como máximo).
Si el nivel en el almacenamiento 31 está por debajo del umbral, en particular cuando el almacenamiento no está lleno, se llena el almacenamiento 31 enviando allí el líquido 21. En un funcionamiento normal, por lo tanto, el líquido del almacenamiento no es enviado al vaporizador de emergencia, si no se alcanza el nivel máximo. Sin embargo, el envío desde el almacenamiento hacia el vaporizador de emergencia puede sr necesario, en el caso de una reducción de la producción del sistema de columnas o por un aumento de las necesidades del cliente. El caudal de purga 21 tiene una pureza molar en oxígeno superior a la del caudal 19.
La mayor parte del líquido en el almacenamiento procede de un camión-cisterna 61 o del mismo aparato con un caudal líquido extraído de una manera puntual (no ilustrado), que puede ser enviado hacia el almacenamiento. El líquido en el almacenamiento que procede del camión tiene una pureza del 99,5 % mol. Puede ser necesaria una bomba para enviar el líquido de purga 21 hacia el almacenamiento.
El caudal de purga 21 puede ser más puro, tan puro o más que el líquido que alimenta al almacenamiento procedente del camión-cisterna 61, por ejemplo.
El líquido del almacenamiento 31 puede ser vaporizado en un vaporizador de emergencia 37 y enviado a un cliente en el caso de una avería del aparato de destilación y/o si la producción del aparato de destilación es insuficiente para suministrar al cliente.
En el caso en el que se parase el sistema de columnas, puede considerarse enviar igualmente al almacenamiento 31 los líquidos acumulados en las cubas de las columnas durante la parada. En el caso de la Figura 2, se trata de una columna de baja presión y de una columna de media presión, pero se comprenderá muy fácilmente que el invento se aplique en el caso en el que los líquidos acumulados enviados al almacenamiento puedan provenir de una columna de argón, de una columna de presión intermedia o de una columna de mezcla. Esta extracción de un líquido acumulado en el transcurso de una parada de una columna de argón, de una columna de presión intermedia o de una columna de mezcla se aplica igualmente en el caso de la Figura 1.
En el caso en el que los líquidos impuros sean enviados desde las cubas de las columnas hasta el almacenamiento durante la parada de una columna, es necesario, a veces, regular el envío del líquido al almacenamiento en función del nivel de líquido que haya en el almacenamiento. Tal regulación no es necesaria para el caso en el que los líquidos enviados al almacenamiento sean únicamente líquidos de purga permanentes muy puros.
Lo esencial es regular el envío de líquidos de purga muy puros (o eventualmente de una mezcla de líquidos de purga muy puros y de líquidos acumulados menos puros) de tal manera que el líquido enviado al vaporizador de emergencia tenga una pureza por encima de un umbral aceptable por el cliente.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento de separación de aire por destilación criogénica para suministrar un producto gaseoso, eventualmente a presión, en el cual:
a) se envía aire enfriado, depurado y comprimido en un sistema de columnas que incluye una columna de media presión (13) y una columna de baja presión (15)
b) se extrae de la columna de baja presión un caudal de líquido rico en oxígeno (19) que tiene un caudal nominal, se le vaporiza en un vaporizador principal (24) para formar un producto gaseoso y se extrae un caudal de purga líquido rico en oxígeno (121) que constituye como máximo el 2% del caudal nominal de producción del caudal rico en oxígeno del vaporizador principal,
c) se envía el caudal de purga líquido rico el oxígeno (121) a un almacenamiento (31), caracterizado por que
d) si el nivel de líquido en el almacenamiento sobrepasa un umbral correspondiente a la capacidad máxima del almacenamiento, se extrae un caudal líquido del almacenamiento que constituye como máximo el 2% del caudal nominal de producción del caudal rico en oxígeno y se envía a un vaporizador de emergencia para constituir una parte del producto gaseoso y
e) si el nivel de líquido en el almacenamiento está por debajo del umbral, se envía el caudal de purga líquido al almacenamiento, pero no se envía líquido del almacenamiento al vaporizador de emergencia (37) nada más que en el caso de una reducción de la producción del sistema de columnas o a un aumento de las necesidades de un cliente de un producto gaseoso.
2. Procedimiento según la reivindicación 1 en el cual se envía el caudal de purga líquido rico en oxígeno del vaporizador principal (24) al almacenamiento permanente o episódicamente, fuera de los periodos de parada y de arranque del sistema de columnas.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2 en el cual, durante una parada del sistema de columnas, el caudal de purga no es enviado al almacenamiento.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones precedentes en el cual, durante una parada del sistema de columnas, se llena el almacenamiento (31) por medio del líquido procedente de una cuba de al menos una columna (13, 15) del sistema de columnas.
5. Aparato de separación de aire por destilación criogénica que incluye un sistema de columnas que incluye a su vez una columna de media presión (13) una columna de baja presión (15), un almacenamiento (31), un vaporizador principal (24), unos medios para extraer de la columna de baja presión un caudal de líquido rico en oxígeno (19) que tiene un caudal nominal y enviarlo al vaporizador principal, unos medios para extraer un producto gaseoso formado por la vaporización del caudal de líquido, unos medios para extraer un caudal de purga líquido rico en oxígeno (121) que constituye como máximo el 2% del caudal nominal de producción del caudal rico en oxígeno del vaporizador principal (24), y unos medios para enviar el caudal de purga líquido rico en oxígeno (121) al almacenamiento (31), caracterizado por que el aparato incluye un vaporizador de emergencia (37) y unos medios de detección y de control para detectar el nivel de líquido en el almacenamiento y para desencadenar, únicamente, si el nivel sobrepasa un umbral correspondiente a la capacidad máxima del almacenamiento, la extracción de un caudal líquido del almacenamiento como máximo el 2% del caudal nominal de producción del caudal rico en oxígeno y el envío de este caudal al vaporizador de emergencia para constituir una parte del producto gaseoso, pudiendo detectar estos medios de detección y de control si el nivel de líquido en el almacenamiento está por debajo del umbral y, para desencadenar en este caso, el envío del caudal de purga líquido al almacenamiento y para impedir el envío del líquido del almacenamiento al vaporizador de emergencia salvo en el caso de una reducción de la producción del sistema de columnas o el aumento de las necesidades de un cliente de producto gaseoso.
6. Aparato según la reivindicación 5 que no incluye ningún medio de vaporización del líquido de purga por parte del vaporizador de emergencia (37).
7. Aparato según una de las reivindicaciones 5 ó 6 que incluye unos medios para alimentar el almacenamiento (31) con un líquido de una fuente exterior.
8. Aparato según una de las reivindicaciones 5, 6 ó 7 que incluye unos medios para enviar un líquido de la cuba de la columna de baja presión (15) al almacenamiento (31).
9. Aparato según una de las reivindicaciones 5 a 8 que incluye unos medios para enviar un líquido de la cuba de la columna de media presión al almacenamiento (31).
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