ES2237008T3 - Procedimiento y dispositivo para la obtencion de oxigeno a presion sobreatmosferica. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para la obtencion de oxigeno a presion sobreatmosferica.Info
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Abstract
Procedimiento para la obtención de oxígeno a presión sobreatmosférica a través de la desintegración del aire a baja temperatura en un sistema de rectificación, que presenta al menos una columna de presión (13) y una columna de baja presión (14), siendo comprimido (3) el aire de empleo (1) a una primera presión, que es aproximadamente igual a la presión de funcionamiento de la columna de presión (13), al menos una primera corriente parcial (11) del aire de empleo (7) es refrigerada a la primera presión en un intercambiador de calor principal (8) y es introducida en la columna de presión (13), siendo llevada (16) una segunda corriente parcial (12, 17) del aire de empleo (7) comprimido a la primera presión a una segunda presión, siendo extraída desde la columna de baja presión (14) una corriente de oxígeno (31), siendo llevada (32) en el estado líquido a una presión de salida, que es más alta que la presión de servicio de la columna de baja presión (14), siendo evaporada a través de intercambio de calor indirecto (18) con la segunda corriente parcial (12, 17) aguas abajo de la compresión (16) a la segunda presión, siendo calentada inicialmente en el intercambiador de calor principal (8) y siendo descargada como producto (34), siendo expandida (22) una corriente del proceso (21) con efecto de prestación de trabajo y siendo alimentada (23), a la columna de baja presión (14), caracterizado porque la segunda corriente parcial (12) es llevada aguas arriba del intercambiador de calor indirecto (18) por medio de un compresor frío (16) a la segunda presión y siendo utilizada al menos una parte de la energía mecánica generada durante la expansión (22) de prestación de trabajo para el accionamiento del compresor frío (16).
Description
Procedimiento y dispositivo para la obtención de
oxígeno a presión sobreatmosférica.
La invención se refiere a un procedimiento para
la obtención de oxígeno según el preámbulo de la reivindicación 1
de la patente.
Se conocen a partir del documento US 5626036 un
procedimiento de este tipo y un dispositivo correspondiente.
La invención tiene el cometido de configurar un
procedimiento de este tipo de una manera más favorable desde el
punto de vista energético.
Este cometido se resuelve a través de las
características mencionadas en la reivindicación 1.
En la invención no se lleva la corriente de
producto de oxígeno propiamente dicha a una presión elevada por
medio del compresor frío accionado por la máquina de expansión,
como se describe en el documento DE 2544350, sino una corriente
parcial de aire, que sirve para la evaporación de la corriente de
oxígeno extraída en forma líquida bajo una presión elevada. A pesar
de esta transmisión indirecta de la energía sobre la corriente de
producto de oxígeno se ha comprobado en el marco de la invención que
de esta manera se puede conseguir un efecto mayor, es decir, que la
presión de salida del oxígeno es más alta en el compresor frío, con
la misma pérdida de frío, que en el procedimiento conocido
anteriormente.
La primera presión, a la que se comprimen la
primera y la segunda corriente parcial del aire, está en una
medida insignificante por encima de la presión de funcionamiento de
la columna de presión. La diferencia de presión está dimensionada de
una manera preferida de tal forma que la primera corriente parcial
del aire pueden superar la resistencia de la circulación entre el
compresor de aire y la columna de presión sin medidas de
modificación de la presión, y está, por ejemplo, entre 0,1 y 0,5
bares.
Las presiones de funcionamiento en la cabeza de
las columnas de rectificación está, por ejemplo, entre 2,5 y 10
bares, de una manera preferida entre 4 y 7 bares en la columna de
presión y entre 1,05 y 4 bares, de una manera preferida entre 1,1 y
1,5 bares en la columna de baja presión.
Con preferencia, en el procedimiento se emplea un
compresor de aire como única máquina accionada externamente. Éste
lleva a todo el aire a la primera presión, que representa al mismo
tiempo la presión de entrada de la máquina de expansión y el
compresor frío. De esta manera, se puede obtener el producto de
oxígeno bajo una presión de salida, que está, por ejemplo, entre
0,5 y 4 bares, de una manera preferida entre 1 y 3 bares por encima
de la presión de funcionamiento de la columna de baja presión, sin
que con ello esté implicado un consumo adicional de energía frente
a la obtención del producto de oxígeno a la presión de la columna
de baja presión.
La corriente parcial de aire comprimido fría es
condensada al menos parcialmente, de una manera preferida
totalmente o de forma esencialmente completa durante el intercambio
indirecto de calor con el oxígeno de evaporación. El condensado es
expandido a continuación y el alimentado a la columna de presión
y/o a la columna de baja presión.
El procedimiento según la invención es
especialmente adecuado para la obtención de oxígeno no puro con una
pureza de 80 a 99,5% mol, de una manera preferida de 90 a 95% mol
a presión sobreatmosférica.
En el procedimiento, a la expansión de prestación
de trabajo se puede alimentar, por ejemplo, nitrógeno desde la
cabeza de la columna de presión o cualquier otra fracción desde la
columna de presión. De una manera preferida, la corriente del
proceso, que es sometida a la expansión de prestación de trabajo,
se forma, sin embargo, a través de una tercera corriente parcial del
aire de aplicación comprimido a la primera presión.
En principio, es posible realizar el intercambio
indirecto de calor, en el que el producto de oxígeno es evaporado
contra la segunda corriente parcial de condensación del aire, en el
intercambiador de calor principal. No obstante, a tal fin está
previsto de una manera preferida un condensador adicional, separado
del intercambiador de calor principal, que está configurado como
evaporador de circulación; de una manera alternativa a ello, en
principio, también es posible emplear un intercambiador de calor a
contracorriente o un evaporador de película de caída como
condensador adicional.
Además, es favorable que una parte de la energía
mecánica, generada con la expansión de prestación de trabajo, sea
cedida a una instalación de frenado. La instalación de frenado puede
estar formada, por ejemplo, por un soplante de frenado y/o por un
generador de frenado y se encuentra fuera de la caja fría, que sirve
para el aislamiento de las partes frías del aparato. De esta
manera, se puede ceder energía al medio ambiente y se puede obtener
de esta manera el frío necesario para el procedimiento, sin que sea
empleada una máquina de expansión adicional. De una manera
preferida, la máquina de expansión, el compresor de frío y la
instalación de frenado están acoplados mecánicamente de forma
inmediata, por ejemplo a través de un árbol común.
Además, la invención se refiere a un dispositivo
según la reivindicación 5 de la patente.
La invención así como otros detalles de la
invención se explican en detalle a continuación con la ayuda de un
ejemplo de realización representado de forma esquemática en el
dibujo.
El aire atmosférico 1 es comprimido después de
circular a través de un filtro 2 en un compresor de aire 3 a una
primera presión, que es aproximadamente igual que la presión de
servicio de la columna de presión 13. (Para superar las pérdidas del
conducto, la primera presión debe ser ligeramente mayor que la
presión de la columna de presión, por ejemplo menos que 1 bar, de
una manera preferida 0,5 bares o menos). Después de la eliminación
del calor de compresión en el refrigerador siguiente 4, el aire 5
comprimido a la primera presión circula hacia una instalación de
purificación 6, que se forma por medio de una pareja de dispositivos
de adsorción de tamices moleculares conmutables. El aire comprimido
a la primera presión fluye después de la instalación de
purificación 6 a través del conducto 7 hacia el intercambiador de
calor principal 8 y es refrigerado allí, por una parte,
aproximadamente hasta el punto de rocío. El aire frío 9 es dividido
en 10 en una primera corriente parcial 11 y una segunda corriente
parcial 12. La primera corriente parcial 11 es alimentada
directamente a la columna de presión 13 del sistema de
rectificación, y en concreto directamente por encima de la cola. El
sistema de rectificación presenta, además, una columna de baja
presión 14, que está en relación de intercambio de calor con la
columna de presión 13 a través de un
condensador-evaporador común, el condensador
principal 15.
La segunda corriente parcial 12 es lleva a una
segunda presión más elevada en un compresor frío 16, es conducida a
través del conducto 17 hacia un condensador adicional 18, que está
configurado como evaporador decirculación (no se representa), y es
licuado allí esencialmente en su totalidad. El aire licuado 19 es
introducido a través de una válvula 20 en la columna de presión 13,
o bien por la cola (ver el dibujo) o por un lugar intermedio, que
se encuentra algunas plantas teóricas o bien prácticas por encima de
la alimentación de la primera corriente parcial 11.
Otra parte del aire 7 comprimido a la primera
presión y purificado a continuación es conducido a una temperatura
intermedia fuera del intercambiador de calor principal 8 y forma la
tercera corriente parcial 21. Esta corriente parcial es expandida
en una turbina de expansión 22 con efecto de prestación de trabajo
aproximadamente a la presión de la columna de baja presión y es
conducida a través del conducto 23 directamente a la columna de baja
presión 14. La turbina de expansión 22 está acoplada a través de un
árbol común con el compresor frío 16 y con un generador de freno no
representado.
El oxígeno bruto líquido 24 procedente de la cola
de la columna de presión 13 y el nitrógeno líquido 25 procedente
del condensador principal 15 son refrigerados en el dispositivo a
contracorriente 26 de sobreenfriamiento y son aplicados a través de
las válvulas 27 y 28, respectivamente, sobre la columna de baja
presión 14. En la cabeza de la columna de baja presión 14 se extrae
gas residual 29 libre de nitrógeno y es descargado después del
calentamiento inicial en el dispositivo de contracorriente 26 de
sobreenfriamiento y en el intercambiador de calor principal 8 a
través del conducto 30. También se puede emplear como gas de
regeneración en la instalación de purificación 6 (no se
representa).
Como producto de cola de la columna de baja
presión 14 se obtiene oxígeno líquido con la pureza necesaria. Una
parte es extraída como líquido a través del conducto 31, es llevada
por medio de una bomba 32 a la presión de salida necesaria y es
evaporada a esta presión en el condensador adicional 18. El
producto de oxígeno a presión en forma de gas circula a través del
conducto 33 hacia el intercambiador de calor y es descargado a
través del conducto 34 ligeramente por debajo de temperatura
ambiente.
Claims (8)
1. Procedimiento para la obtención de oxígeno a
presión sobreatmosférica a través de la desintegración del aire a
baja temperatura en un sistema de rectificación, que presenta al
menos una columna de presión (13) y una columna de baja presión
(14), siendo comprimido (3) el aire de empleo (1) a una primera
presión, que es aproximadamente igual a la presión de
funcionamiento de la columna de presión (13), al menos una primera
corriente parcial (11) del aire de empleo (7) es refrigerada a la
primera presión en un intercambiador de calor principal (8) y es
introducida en la columna de presión (13), siendo llevada (16) una
segunda corriente parcial (12, 17) del aire de empleo (7)
comprimido a la primera presión a una segunda presión, siendo
extraída desde la columna de baja presión (14) una corriente de
oxígeno (31), siendo llevada (32) en el estado líquido a una
presión de salida, que es más alta que la presión de servicio de la
columna de baja presión (14), siendo evaporada a través de
intercambio de calor indirecto (18) con la segunda corriente
parcial (12, 17) aguas abajo de la compresión (16) a la segunda
presión, siendo calentada inicialmente en el intercambiador de
calor principal (8) y siendo descargada como producto (34), siendo
expandida (22) una corriente del proceso (21) con efecto de
prestación de trabajo y siendo alimentada (23), a la columna de
baja presión (14), caracterizado porque la segunda corriente
parcial (12) es llevada aguas arriba del intercambiador de calor
indirecto (18) por medio de un compresor frío (16) a la segunda
presión y siendo utilizada al menos una parte de la energía
mecánica generada durante la expansión (22) de prestación de
trabajo para el accionamiento del compresor frío (16).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la corriente del proceso, que es
sometida a la expansión (22) de prestación de trabajo, se forma a
través de una tercera corriente parcial (21) del aire de empleo (7)
comprimido a la primera presión.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el intercambio de calor indirecto se
realiza en un condensador adicional (18) separado del
intercambiador de calor principal (8).
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque una parte de la
energía mecánica generada durante la expansión (22) de prestación
de trabajo es cedida a una instalación de frenado.
5. Dispositivo para la obtención de oxígeno a
presión sobreatmosférica a través de la desintegración del aire a
baja temperatura, con un sistema de rectificación, que presenta al
menos una columna de presión (13) y una columna de baja presión
(14), con un compresor de aire (3) para la compresión de aire de
empleo (1) a una primera presión, que es aproximadamente igual a la
presión de servicio de la columna de presión (13), con un primer
conducto parcial de aire (5, 7, 9, 11), que está conectado con el
compresor de aire (3) y con la columna de presión (13) y que conduce
a través de un intercambiador de presión principal (8), con un
conducto de producto de oxígeno (31, 33, 34), que está conectado
con la columna de baja presión (14), presenta un medio (32) para la
elevación de la presión, configurado como conducto de líquido entre
la columna de baja presión (14) y el medio (32) para la elevación
de la presión y está conectado con el espacio de evaporación de un
condensador - evaporador (18), con un segundo conducto parcial de
aire (5, 7, 9, 12, 17), que conduce desde el compresor de aire (3)
a través de un compresor siguiente (16) hasta el espacio de
licuación del condensador - evaporador (18), y con una máquina de
expansión (22), caracterizado porque el compresor siguiente
está configurado como compresor frío (16) y porque la máquina de
expansión (22) está acoplada con el compresor frío (16).
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado por un tercer conducto parcial de aire (21),
que conduce desde el compresor de aire (3) hacia la máquina de
expansión (22).
7. Dispositivo según la reivindicación 5 ó 6,
caracterizado porque el condensador - evaporador (18) se
forma por un condensador adicional (18) separado del intercambiador
de calor principal (8).
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
5 a 7, caracterizado porque la máquina de expansión (22)
está acoplada en una instalación de frenado.
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