ES2859549T3 - Aparato y procedimiento de separación de aire por destilación criogénica - Google Patents

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Abstract

Aparato de separación de aire que comprende una doble columna que comprende una columna de media presión (27) y una columna de baja presión (29), un intercambiador principal (21), un vaporizador (41), un compresor principal (2), unos medios para enviar cualquier aire a tratar en la doble columna al compresor principal para producir aire sustancialmente a la presión P1 de la columna de media presión, unos medios (5) para enviar una parte del aire sustancialmente a una presión elevada P2 al intercambiador principal y después al vaporizador, un conducto para enviar aire al menos parcialmente condensado en el vaporizador a al menos una de las columnas, un conducto para enviar aire a la presión P1 a la columna de media presión, unos medios de presurización (39) constituidos por una primera bomba, un conducto para extraer oxígeno líquido de la columna de baja presión y para enviarlo a los medios de presurización, un conducto para enviar oxígeno líquido presurizado a una presión inferior a 9 bares abs de los medios de presurización al vaporizador, un conducto para envirar oxígeno gaseoso del vaporizador al intercambiador principal para recalentarse para formar un primer caudal de oxígeno gaseoso, caracterizado por que comprende una segunda bomba de líquido de purga (63), un conducto de purga para enviar oxígeno líquido de purga (43) del vaporizador a la segunda bomba de líquido de purga para presurizarlo, no estando el conducto de purga conectado a un almacenamiento de líquido de purga, y por que comprende - o bien un conducto para enviar oxígeno presurizado desde la segunda bomba al intercambiador principal (21) para vaporizarse y formar un segundo caudal de oxígeno gaseoso, - o bien un intercambiador (21A) distinto del intercambiador principal y un conducto para enviar oxígeno presurizado desde la segunda bomba al intercambiador para vaporizarse y formar un segundo caudal de oxígeno gaseoso, por que comprende un conducto de aire comprimido conectado al compresor principal y a un conducto unido a la doble columna, estando el intercambiador principal, o según el caso, el intercambiador, conectado al conducto de aire comprimido conectado al compresor principal y al conducto conectado a la doble columna, y por que comprende un almacenamiento gaseoso bajo presión (3) conectado al intercambiador (21, 21A) de vaporización de oxígeno de purga para recoger el oxígeno gaseoso.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y procedimiento de separación de aire por destilación criogénica
La presente invención se refiere a un aparato y a un procedimiento de separación de aire por destilación de aire, conforme a los preámbulos de las reivindicaciones 1 y 3 respectivamente y conocido por el documento WO-A-10/109149.
En particular, se refiere a la producción de oxígeno gaseoso a una presión inferior a 9 bares abs, incluso inferior a 5 bares abs. El oxígeno gaseoso puede contener eventualmente menos del 98% en moles de oxígeno.
Es necesario producir grandes cantidades de oxígeno que tenga estas características para alimentar los aparatos de oxicombustión, entre otros.
Se conoce por el documento WO-A-10/109149 vaporizar un caudal de oxígeno líquido a baja presión en un vaporizador externo para producir oxígeno gaseoso que se recalienta después en un intercambiador principal.
Se conoce vaporizar la purga de una columna de destilación a fin de recuperar las frigorías, por ejemplo por el documento US-A-5408831.
Los documentos US-A-5765396 y US-A-5251451 describen unas instalaciones según el preámbulo de la reivindicación 1.
Por el contrario, la presente invención propone vaporizar la purga de desconcentración de un vaporizador en un intercambiador a fin de recuperar las frigorías, siendo este vaporizador el intercambiador que permite vaporizar un líquido del aparato a presión para producir un producto gaseoso bajo presión.
Es deseable enviar la purga a un almacenamiento gaseoso bajo presión que permita mantener una producción estable tanto de caudal como de presión.
Según un objeto de la invención, se prevé un aparato según la reivindicación 1.
Opcionalmente:
el intercambiador conectado al conducto de oxígeno de purga es el intercambiador principal.
el intercambiador conectado al conducto de oxígeno de purga es un intercambiador distinto del intercambiador principal. el intercambiador comprende unos pasos conectados a un conducto de entrada de aire de alimentación y unos pasos conectados a un conducto de entrada de fluido frigorígeno, procedente eventualmente de la doble columna.
Según otro objeto de la invención, se prevé un procedimiento según la reivindicación 3.
Opcionalmente:
el oxígeno de purga se presuriza a una presión de al menos 10 bares abs, preferentemente al menos 15 bares abs, incluso al menos 20 bares abs en la segunda bomba.
el oxígeno de purga se vaporiza en el intercambiador principal.
el oxígeno de purga se vaporiza en el intercambiador diferente del intercambiador principal.
una cantidad variable del segundo caudal de oxígeno gaseoso se mezcla con el primer caudal a fin de producir un caudal mezclado sustancialmente constante.
el oxígeno líquido extraído de la columna de baja presión contiene al menos un 80% en moles de oxígeno el oxígeno líquido extraído de la columna de baja presión constituye el único caudal que contiene al menos un 80% en moles de oxígeno extraído de la columna de baja presión.
el oxígeno líquido extraído de la columna de baja presión contiene como máximo un 98% en moles oxígeno
La invención se describirá más en detalle en referencia a las figuras que ilustran unos aparatos de separación de aire según la invención.
En la Figura 1, el aparato comprende una línea de intercambio 21 y una doble columna constituida por una columna de media presión 27 y una columna de baja presión 29.
Todo el aire 1 se comprime en el compresor principal 2 para producir aire a presión P1 sustancialmente igual a la presión de la columna de media presión 27. El aire a la presión P1 se enfría en un enfriador 7, se depura en una unidad de depuración 9 y se divide en tres fracciones. La primera fracción 11 está se somete a sobrepresión en un sobrepresor, que puede estar constituido por el último nivel del compresor principal, último nivel que forma parte de la segunda parte del compresor. La presión P1 es inferior a 5 bares abs, incluso a 4,5 bares abs, preferiblemente inferior a 4 bares, y más preferiblemente inferior a 3,5 bares abs.
La primera fracción 11 se lleva a una presión P2 mediante el multiplicador de presión (booster 5) o un compresor independiente 5 y se enfría a esta presión en un enfriador (no ilustrado) antes de ser enviada a la línea de intercambio 21. La línea de intercambio está constituida por un intercambiador de calor indirecto de aluminio con placas soldadas. La fracción 11 se envía después en forma gaseosa a un vaporizador 41 en el que se condensa al menos parcialmente antes de expandirse y enviarse a la columna de presión media 27. La presión P2 es inferior a 15 bares abs, preferiblemente inferior a 10 bares, y más preferiblemente inferior a 6 bares abs. La fracción 11 es inferior a la mitad del caudal 1, y preferiblemente inferior a una tercera parte del caudal 1.
La segunda fracción 13 a la presión P1 se enfría completamente en la línea de intercambio 21 y se divide en dos flujos. El primer flujo 23 se envía a un evaporador de tanque 33 de la columna de baja presión 29 en el que se condensa al menos parcialmente y se envía a la columna de media presión, mezclado con el caudal 11. El segundo flujo 25 se envía en forma gaseosa a la columna de media presión 27.
La tercera fracción 15 se somete a sobrepresión en un sobrepresor 17, se enfría parcialmente en la línea de intercambio 21, se extrae de la línea de intercambio a un nivel intermedio de esta y se expande en una turbina 19 acoplada al sobrepresor 17 antes de enviarse a la columna de baja presión 29.
Un caudal de líquido enriquecido con oxígeno 55, un caudal intermedio 53 y un caudal líquido rico en nitrógeno 51 se extraen de la columna de media presión 27, se enfrían en el intercambiador 31, se expanden y se envían a diferentes niveles de la columna de baja presión 29.
Se condensa el nitrógeno gaseoso de media presión 49 en un vaporizador intermedio 35 de la columna de baja presión 29 y se envía como reflujo a la parte superior de la columna de media presión 27. Otro caudal de nitrógeno gaseoso de media presión 47 se recalienta en la línea de intercambio.
El oxígeno líquido 37, que contiene al menos un 80% en moles de oxígeno y eventualmente como máximo un 98% en moles de oxígeno, se extrae en el tanque de la columna de baja presión 29, se presuriza mediante una bomba 39 a una presión inferior a 9 bares abs, incluso inferior a 5 bares abs y se envía al vaporizador 41. A parte de una purga de líquido 43, el oxígeno se vaporiza en el vaporizador 41 por intercambio de calor con la fracción de aire 11 a la presión P2. Este oxígeno forma después el primer caudal de oxígeno gaseoso presurizado 45 que se recalienta en la línea de intercambio 21. La fracción de aire 11 se encuentra parcialmente condensada y se envía a la doble columna.
El líquido de purga 43 se presuriza hasta una presión de al menos 10 bares abs, o de al menos 15 bares abs, incluso al menos 20 bares abs en una bomba 63 y después se vaporiza en la línea de intercambio 21. El segundo caudal gaseoso así producido 59 se envía a un almacenamiento gaseoso bajo presión 3 y se expande para mezclarse con el caudal 45 a través del conducto 61.
Aquí, la vaporización de líquido de purga se efectúa utilizando principalmente calor sensible, de manera que ningún caudal de aire que sale del intercambiador 21 se condensa totalmente, incluso no se condensa.
Alternativamente, como se ilustra en la Figura 2, el líquido de purga presurizado 43 puede vaporizarse en un intercambiador auxiliar 21A, distinto de la línea de intercambio, contra un caudal de aire 25A y con un caudal de fluido frigorígeno, por ejemplo un caudal de nitrógeno 57A que se recalienta desde el procedimiento de separación.
El caudal 25A enfriado en el intercambiador 21A se mezcla con el caudal enfriado 25 y el caudal de nitrógeno 57A recalentado en el intercambiador 21A se mezcla con el caudal recalentado 57.
El segundo caudal de oxígeno gaseoso 59, 61, formado por la vaporización, se puede utilizar como gas de respaldo durante una interrupción de la producción de oxígeno gaseoso 45.
Así, el único caudal de aire que sirve para vaporizar el oxígeno de purga 43 permanece en forma gaseosa en el intercambiador 21A y la vaporización se realiza por intercambio de calor sensible.
Para todas las figuras, una cantidad variable del segundo caudal de oxígeno gaseoso se mezcla con el primer caudal a fin de producir un caudal mezclado sustancialmente constante.
Esta cantidad variable del líquido de purga vaporizado se puede mezclar con el primer caudal 45 para suavizar las variaciones de caudales debida, por ejemplo, a variaciones de la presión de la red de oxígeno.
Al detectar una reducción de presión en la línea 45, debida, por ejemplo, a una demanda incrementada de oxígeno, se puede descomprimir oxígeno y se puede enviar desde el almacenamiento 3 hacia la línea 45 por el conducto 61. En caso de avería del aparato de separación de aire, el caudal de oxígeno 45 se reducirá o será inexistente. En este caso, el caudal de oxígeno 63 del almacenamiento 3 puede suministrar a un cliente, el tiempo en que se ponga en marcha un vaporizador de emergencia, para evitar cualquier parada de producción.
El caudal 37 es el único caudal que contiene más del 60% en moles de oxígeno extraído de la columna de baja presión. El almacenamiento 3 trabaja a una presión más elevada que el caudal 45.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Aparato de separación de aire que comprende una doble columna que comprende una columna de media presión (27) y una columna de baja presión (29), un intercambiador principal (21), un vaporizador (41), un compresor principal (2), unos medios para enviar cualquier aire a tratar en la doble columna al compresor principal para producir aire sustancialmente a la presión P1 de la columna de media presión, unos medios (5) para enviar una parte del aire sustancialmente a una presión elevada P2 al intercambiador principal y después al vaporizador, un conducto para enviar aire al menos parcialmente condensado en el vaporizador a al menos una de las columnas, un conducto para enviar aire a la presión P1 a la columna de media presión, unos medios de presurización (39) constituidos por una primera bomba, un conducto para extraer oxígeno líquido de la columna de baja presión y para enviarlo a los medios de presurización, un conducto para enviar oxígeno líquido presurizado a una presión inferior a 9 bares abs de los medios de presurización al vaporizador, un conducto para envirar oxígeno gaseoso del vaporizador al intercambiador principal para recalentarse para formar un primer caudal de oxígeno gaseoso, caracterizado por que comprende una segunda bomba de líquido de purga (63), un conducto de purga para enviar oxígeno líquido de purga (43) del vaporizador a la segunda bomba de líquido de purga para presurizarlo, no estando el conducto de purga conectado a un almacenamiento de líquido de purga, y por que comprende
- o bien un conducto para enviar oxígeno presurizado desde la segunda bomba al intercambiador principal (21) para vaporizarse y formar un segundo caudal de oxígeno gaseoso,
- o bien un intercambiador (21A) distinto del intercambiador principal y un conducto para enviar oxígeno presurizado desde la segunda bomba al intercambiador para vaporizarse y formar un segundo caudal de oxígeno gaseoso, por que comprende un conducto de aire comprimido conectado al compresor principal y a un conducto unido a la doble columna, estando el intercambiador principal, o según el caso, el intercambiador, conectado al conducto de aire comprimido conectado al compresor principal y al conducto conectado a la doble columna, y por que comprende un almacenamiento gaseoso bajo presión (3) conectado al intercambiador (21,21A) de vaporización de oxígeno de purga para recoger el oxígeno gaseoso.
2. Aparato según la reivindicación 1, en el que el intercambiador (21, 21A) comprende unos pasos conectados a un conducto de entrada de aire de alimentación y unos pasos conectados a un conducto de entrada de fluido frigorígeno, procedente eventualmente de la doble columna.
3. Procedimiento de separación de aire en un aparato que comprende una doble columna que comprende una columna de media presión (27) y una columna de baja presión (29), un intercambiador principal (21), un vaporizador (41), un compresor principal (2) y unos medios de presurización (43) constituidos por una primera bomba, en el que se envía todo el aire a tratar en la doble columna al compresor principal para producir aire sustancialmente a la presión P1 de la columna de media presión, se envía una parte del aire sustancialmente a una presión elevada P2 al intercambiador principal y después al vaporizador, se envía aire al menos parcialmente condensado en el vaporizador a al menos una de las columnas, se envía aire a la presión P1 a la columna de median presión, se extrae oxígeno líquido de la columna de baja presión y se presuriza, se envía oxígeno líquido presurizado a una presión inferior a 9 bares al vaporizador y se envía un primer caudal de oxígeno gaseoso desde el vaporizador al intercambiador principal para recalentarse, caracterizado por que el aparato comprende una segunda bomba de líquido de purga (63) y por que se presuriza el oxígeno líquido de purga (43) del vaporizador en la segunda bomba de líquido de purga, el oxígeno líquido de purga se presuriza sin haberse almacenado y después se evapora en un intercambiador, que es el intercambiador principal (21) o un intercambiador (21A) distinto del intercambiador principal por intercambio de calor con aire, comprimido en el compresor principal y destinado a la doble columna, para formar un segundo caudal de oxígeno gaseoso, y el segundo caudal de oxígeno gaseoso se envía a un almacenamiento gaseoso bajo presión (3) y sirve como producción de respaldo.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el oxígeno de purga (43) se presuriza a una presión de al menos 10 bares abs, preferentemente al menos 15 bares abs, incluso al menos 20 bares abs en la segunda bomba (63).
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 3 o 4, en el que una cantidad variable del segundo caudal de oxígeno gaseoso (61) se mezcla con el primer caudal (45) de oxígeno gaseoso a fin de producir un caudal mezclado sustancialmente constante.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 3 a 5, en el que el oxígeno líquido (37) extraído de la columna de baja presión (29) contiene al menos un 80% en moles de oxígeno.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que el oxígeno líquido (37) extraído de la columna de baja presión (29) constituye el único caudal que contiene al menos un 80% en moles de oxígeno extraído de la columna de baja presión.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 3 a 7, en el que el oxígeno líquido (37) extraído de la columna de baja presión (29) contiene como máximo un 98% en moles de oxígeno.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 3 a 8, en el que no se condensa totalmente ningún caudal de aire, incluso no se condensa en el intercambiador (21,21A) en el que se vaporiza el oxígeno de purga (43).
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