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BRPI1003929A2 - processo e dispositivo para obter nitrogÊnio lÍquido por fracionamento de ar de baixa temperatura - Google Patents

processo e dispositivo para obter nitrogÊnio lÍquido por fracionamento de ar de baixa temperatura Download PDF

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BRPI1003929A2
BRPI1003929A2 BRPI1003929-5A BRPI1003929A BRPI1003929A2 BR PI1003929 A2 BRPI1003929 A2 BR PI1003929A2 BR PI1003929 A BRPI1003929 A BR PI1003929A BR PI1003929 A2 BRPI1003929 A2 BR PI1003929A2
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BR
Brazil
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pressure column
condenser
flow
column
high pressure
Prior art date
Application number
BRPI1003929-5A
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English (en)
Inventor
Alekseev Alexander
Original Assignee
Linde Ag
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Publication date
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Abstract

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA OBTER NITROGÊNIO LIQUIDO POR FRACIONAMENTO DE AR DE BAIXA TEMPERATURA. A presente invenção refere-se a um processo e um dispositivo que servem para obter nitrogênio liquido por fracionamento de ar de baixa temperatura em um sistema de coluna de destilação para separação de ni- trogênio - oxigênio o qual compreende uma coluna de alta pressão (28), uma coluna de baixa pressão (30), e um condensador superior de coluna de alta pressão (29) o qual está construído como um condensador - evaporador e compreende um compartimento de liquefação e um compartimento de evaporação. O ar de alimentação (1) é comprimido para uma primeira pressão dentro de um compressor de ar principal (3) e é subsequentemente purificado (5). Um fluxo de estrangulamento (21) o qual é formado por uma parte do ar de alimentação purificado (6) é liquefeito ou pseudoliquefeito em um tro- cador de calor principal (19) a uma segunda pressão a qual é mais alta do que a primeira pressão. O fluxo de estrangulamento (21) liquefeito ou pseu- doliquefeito é expandido (33) e subsequentemente introduzido no sistema de coluna de dilatação para a separação de nitrogênio - oxigênio. Pelo menos parte (35) do gás suspenso (34) da coluna de alta pressão (28) é introduzida no compartimento de liquefação do condensador superior de coluna de alta pressão (29) e é pelo menos parcialmente ali liquefeito. Na coluna de baixa pressão (30) um produto de nitrogênio (46) é gerado e pelo menos em parte removido como um produto líquido (51). Pelo menos parte do fluxo de estrangulamento expandido é introduzida como um fluxo de refrigerante (33, 233, 270) no compartimento de evaporação do condensador superior de coluna de alta pressão (29). O sistema de coluna de destilação para a separação de nitrogênio - oxigênio, além disso, compreende um condensador superior de coluna de baixa pressão (31) o qual está construído como um condensador - evaporador e compreende um compartimento de liquefação e um compartimento de evaporação. Pelo menos parte do nitrogênio suspenso (46) da coluna de baixa pressão (30) é introduzida no compartimento de Iiquefação do condensador superior de coluna de baixa pressão (31) e é pelo menos parcialmente ali liquefeito. Um líquido enriquecido de oxigênio (80) da região inferior da coluna de baixa pressão (30) é introduzido no comparti- mento de evaporação do condensador superior de coluna de baixa pressão (31) e é pelo menos parcialmente ali vaporizado.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO E DISPOSITIVO PARA OBTER NITROGÊNIO LÍQUIDO POR FRACIONA- MENTO DE AR DE BAIXA TEMPERATURA".
A presente invenção refere-se a um processo como pelo preâm- bulo da reivindicação 1.
A "primeira pressão" na qual o ar de alimentação é purificado é, por exemplo, de 0,5 Mpa a 1,2 MPa (5 a 12 bar), de preferência 0,55 MPa a 0,7 MPa (5,5 a 7,0 bar). É aproximadamente a mesma que a pressão de o- peração da coluna de alta pressão ou é um pouco acima desta. A "segunda pressão" é significativamente acima da primeira
pressão. Esta é, por exemplo, pelo menos de 5 MPa (50 bar), especifica- mente 5 a 8 MPa (50 a 80 bar), de preferência 5,5 a 7 MPa (55 a 70 bar).
O "trocador de calor principal" pode ser formado de uma ou mais seções de trocador de calor paralelas e/ou em série, por exemplo, de um ou mais blocos de trocador de calor de placa.
O "sistema de coluna de destilação para separação de nitrogênio - oxigênio" compreende exatamente duas colunas de destilação, a saber uma coluna de alta pressão e uma coluna de baixa pressão (30). Colunas de destilação adicionais para a separação de nitrogênio - oxigênio não existem no sistema. Colunas de destilação adicionais para outras tarefas de separa- ção, por exemplo, para obter um gás nobre podem ser providas, em princí- pio. No entanto, de preferência, a invenção refere-se a processos e disposi- tivos os quais, além da coluna de alta pressão e da coluna de baixa pressão, não compreendem nenhuma outra coluna de separação adicional. Além disso, o "sistema de coluna de destilação para separação
de nitrogênio - oxigênio" também compreende um único condensador supe- rior de coluna de alta pressão para liqüefazer o gás suspenso da coluna de alta pressão, cujo condensador superior de coluna de alta pressão está construído como um condensador - evaporador e compreende um compar- timento de liquefação e um único compartimento de evaporação. No proces- so e no dispositivo, portanto, nenhum condensador adicional é utilizado para liqüefazer o gás suspenso da coluna de alta pressão. O condensador supe- rior de coluna de alta pressão compreende somente um compartimento de evaporação, isto quer dizer, todas as partes do compartimento de evapora- ção comunicam umas com as outras. O condensador superior de coluna de alta pressão especificamente, não é operado utilizando uma pluralidade de meios de resfriamento de composições diferentes, mas de preferência so- mente com um único meio de resfriamento. Geralmente, o condensador su- perior de coluna de alta pressão também compreende somente um único compartimento de liquefação dentro do qual pelo menos parte do gás sus- penso da coluna de alta pressão é liqüefeito. O "fluxo de estrangulamento" é resfriado e liqüefeito por troca de
calor indireta dentro do trocador de calor principal ou - em pressão supercrí- tica, pseudoliquefeito. A expansão do fluxo de estrangulamento antes de sua introdução no sistema de coluna de destilação para a separação de nitrogê- nio - oxigênio é costumeiramente executada em uma válvula reguladora; alternativamente, uma expansão de produção de trabalho pode ser executa- da em uma turbina de líquido. Na expansão do fluxo de estrangulamento uma mistura de duas fases se forma, a qual consiste predominantemente em líquido.
Tais processos de líquido nos quais o frio é transferido em um trocador de calor para um fluxo de ar de alta pressão (o "fluxo de estrangu- lamento") são conhecidos da EP 316768 A2 (figura 1), US 5660059 ou DE 102004046344. Todos estes processos compreendem um sistema de duas colunas convencional no qual o condensador superior de coluna de alta pressão (condensador principal) é resfriado pelo líquido de fundo da coluna de baixa pressão.
Uma desvantagem destes processos conhecidos é a alta lique- fação preliminar do ar introduzido no sistema de coluna de destilação. Isto leva a uma eficiência de separação diminuída e por meio disto a um consu- mo de energia relativamente alto do sistema. Portanto, o objetivo da invenção é indicar um processo do tipo
mencionado no início e um dispositivo correspondente o qual tem um con- sumo de energia especificamente baixo. O dispêndio sobre o aparelho deve ser mantido dentro de limites neste caso.
Este objetivo é conseguido pelas características da parte carac- terizante da reivindicação 1, isto quer dizer, por um processo no qual a colu- na dupla clássica é substituída por duas colunas as quais ambas têm um condensador superior. O fluxo de estrangulamento expandido é introduzido pelo menos em parte no condensador superior de coluna de alta pressão e ali gera o nitrogênio líquido o qual pode ser aplicado como um refluxo para a coluna de alta pressão e/ou a coluna de baixa pressão e/ou pode ser obtido diretamente como um produto líquido pressurizado. Deste modo o frio conti- do no fluxo de estrangulamento pode ser utilizado especificamente eficien- temente e um consumo de energia especificamente baixo resulta.
Apesar de tais sistemas de coluna serem conhecidos por si, por exemplo, da US 6499312, nestes processos conhecidos o condensador su- perior de coluna de alta pressão não é resfriado com um fluxo de ar estran- guiado mas com o líquido de fundo da coluna de alta pressão. Em contraste, a invenção tem a vantagem que uma fração de composição constante (e, portanto, uma temperatura de ebulição constante) é utilizada no lado de e- vaporação do condensador superior de coluna de alta pressão. Especifica- mente, sob uma carga mutável (subcarga / sobrecarga) isto, portanto, forne- ce uma operação das colunas especificamente estável. Mesmo se sob uma mudança de carga a composição das frações dentro das colunas mudar, a temperatura superior da coluna de alta pressão permanece constante e as pressões de operação das colunas não precisam ser ajustadas. Além disso, o ar líquido do fluxo de estrangulamento (aproximadamente 21% em mol de conteúdo de oxigênio) ferve a uma temperatura mais baixa do que o líquido de fundo da coluna de alta pressão (no mínimo 32 % em mol, geralmente 36 a 40 % em mol de conteúdo de oxigênio); portanto a pressão de operação da coluna de alta pressão pode ser mantida relativamente baixa na invenção e o processo opera especificamente favoravelmente energicamente. O fluxo de estrangulamento expandido pode ser alimentado dire-
tamente ou indiretamente para o compartimento de evaporação do conden- sador superior de coluna de alta pressão. No primeiro caso, o fluxo de refrigerante é introduzido diretamen- te no compartimento de evaporação do condensador superior de coluna de alta pressão imediatamente a jusante da expansão do fluxo de estrangula- mento. O fluxo de refrigerante pode ser formado neste caso pelo fluxo de estrangulamento inteiro ou por uma parte a qual é ramificada imediatamente após a expansão.
Alternativamente, ou em adição, pelo menos parte do fluxo de estrangulamento expandido está sujeita a uma separação de fase e o fluxo de refrigerante é formado por pelo menos parte da fase líquida da separação de fase. De preferência, a separação de fase é executada em um ponto in- termediário da coluna de alta pressão. Neste caso, o fluxo de estrangula- mento (ou uma sua parte) é introduzido na coluna de alta pressão em um ponto intermediário e o fluxo de refrigerante é retirado novamente de um e- quipamento de coletamento de líquido (por exemplo, um copo) disposto nes- te ponto intermediário. O ponto intermediário está situado, por exemplo, i- mediatamente acima da sexta até a décima segunda, de preferência da oita- va até a décima primeira, placa teórica do fundo no caso de uma extensão total de, por exemplo, 40 a 90, de preferência 40 a 60, placas teóricas dentro da coluna de alta pressão (de acordo com a pureza de produto desejada). De preferência, o frio requerido para produzir a liquefação é ge-
rado em um circuito de ar de duas turbinas, como descrito na reivindicação 4, as duas máquinas de expansão estão geralmente formadas por turbinas de expansão. Estas de preferência têm a mesma pressão de admissão (no nível da pressão intermediária ou acima) e/ou a mesma pressão de saída (no nível da primeira pressão).
É conveniente se a energia mecânica gerada nas máquinas de expansão for transferida por acoplamento mecânico para dois recompresso- res conectados em série nos quais parte do ar é adicionalmente comprimida da pressão intermediária para a alta pressão como é o assunto da reivindi- cação 5. O fluxo de alta pressão pode então ser utilizado como o fluxo de estrangulamento. Alternativamente, ou além disso, os dois fluxos de turbina são formados pelo fluxo de alta pressão; neste caso a geração de frio e por meio disto a produção de líquido pode ser adicionalmente aumentada, sem que energia precise ser suprida de fora.
Em uma modalidade preferida, todo o frio utilizado no condensa- dor superior de coluna de alta pressão é tornado disponível pelo fluxo de refrigerante. O fluxo de refrigerante do fluxo de estrangulamento é, portanto, o único fluxo de alimentação para o compartimento de evaporação do con- densador superior de coluna de alta pressão.
Além disso, o vapor gerado dentro do compartimento de evapo- ração do condensador superior de coluna de alta pressão pode ser introdu- zido na coluna de baixa pressão, especificamente no seu fundo. Este serve ali como vapor ascendente, de preferência este forma todo o vapor ascen- dente dentro da coluna de baixa pressão.
Em uma modalidade específica do processo de acordo com a invenção, nem a coluna de alta pressão nem a coluna de baixa pressão compreende um refervedor para gerar o vapor ascendente de líquido da co- luna correspondente.
Além disso, é conveniente se, dentro do compartimento de eva- poração do condensador superior de coluna de alta pressão, somente uma evaporação parcial é executada e a fração de líquido remanescente é intro- duzida no compartimento de evaporação do condensador superior de coluna de baixa pressão. Do último, uma pequena quantidade de purga pode ser retirada no estado líquido.
Pelo menos parte do líquido obtido dentro do compartimento de liquefação do condensador superior de coluna de alta pressão pode ser in- traduzida na coluna de baixa pressão e adicionalmente ali separada.
Um fluxo de oxigênio bruto líquido do fundo da coluna de alta pressão é de preferência introduzido na coluna de baixa pressão.
Além do fluxo de estrangulamento, um fluxo de ar de fraciona- mento o qual é formado por outra parte do ar de alimentação purificado é introduzido no estado gasoso na coluna de alta pressão, especificamente no seu fundo. O fluxo de ar de fracionamento pode ser formado por parte dos dois fluxos de turbina a jusante da expansão de produção de trabalho. Em um processo de acordo com a invenção, de preferência pelo menos 50 % em mol, especificamente 50 a 60 % em mol, da quantidade to- tal do ar de alimentação introduzido no sistema de coluna de destilação para separação de nitrogênio - oxigênio é introduzido no estado líquido no siste- ma de coluna de destilação para separação de nitrogênio - oxigênio.
A invenção, além disso, refere-se a um dispositivo para obter o nitrogênio líquido por fracionamento de ar de baixa temperatura de acordo com a reivindicação 14.
A invenção e também os detalhes adicionais da invenção serão descritos em mais detalhes daqui em diante com referência a modalidades exemplares mostradas esquematicamente nos desenhos. Nos desenhos:
Figura 1 mostra uma primeira modalidade exemplar de um pro- cesso de acordo com a invenção,
Figura 2 mostra uma segunda modalidade exemplar na qual so- mente o sistema de coluna de destilação está mostrado,
Figura 3 mostra o sistema de frio da primeira modalidade exem- plar em detalhes e
Figuras 4 a 6 mostram variantes adicionais do sistema de frio. A figura 1 está subdividida por três retângulos traçados em Ii- nhas tracejadas nas partes de processo de pré-tratamento de ar, sistema de frio e sistema de coluna de destilação para separação de nitrogênio - oxigê- nio (da esquerda para a direita).
O ar que entra 1 é alimentado através de um filtro 2 para um compressor de ar principal 3 e ali comprimido para uma primeira pressão de 0,55 a 0,7 MPa (5,5 a 7,0 bar) e em um equipamento de pré-resfriamento 4 é resfriado de volta a aproximadamente a temperatura ambiente, por exemplo, por troca de calor indireta em um trocador de calor ou por troca de calor dire- ta em um resfriador de contato direto.
O ar pré-resfriado é purificado na primeira pressão em um equi- pamento de purificação 5 o qual contém adsorsores de peneira molecular. O ar purificado 6 (AIR) é alimentado para o sistema frio o qual serve para res- friar o ar de alimentação e para gerar o frio de liquefação. Ali, o ar de alimen- tação purificado 6 é primeiro pelo menos em parte misturado com um fluxo de ar de retorno 7 para fornecer um fluxo de circuito 8. O fluxo de circuito 8 é adicionalmente comprimido para uma pressão intermediária de 3 a 4 MPa (30 a 40 bar) em um compressor de circuito 9 que tem um pós-resfriador 10.
Todo o ar de pressão intermediária 11 é adicionalmente comprimido em dois recompressores conectados em série 12, 14 para uma alta pressão de pelo menos 5 MPa (50 bar), especificamente entre 5 a 8 MPa (50 e 80 bar), de preferência para 5,5 a 0,7 MPa (55 a 7 bar). Os recompressores 12, 14 são seguidos por pós-resfriadores 13, 15, respectivamente. O ar de alta pressão 16 é dividido em dois subfluxos 17, 18. O
primeiro subfluxo 17 compreende um fluxo de estrangulamento e um primei- ro fluxo de turbina os quais juntos entram na extremidade quente de um tro- cador de calor principal 19 e são resfriados para uma primeira temperatura intermediária a qual está entre a temperatura ambiente e o ponto de orvalho do ar. Nesta temperatura intermediária, o primeiro fluxo de turbina 20 é rami- ficado do primeiro subfluxo. O restante é adicionalmente resfriado para a extremidade fria do trocador de calor principal e pseudoliquefeito e forma o fluxo de estrangulamento 21 o qual compreende um pouco mais do que a metade da quantidade de ar total 1. O primeiro fluxo de turbina 20 é expan- dido produzindo trabalho dentro de uma primeira turbina (fria) 22 para apro- ximadamente a primeira pressão e para uma temperatura a qual está uns poucos graus acima da temperatura de orvalho. O primeiro fluxo de turbina expandido 23 é completamente ou substancialmente completamente gasoso e forma uma primeira parte de um fluxo de ar de fracionamento gasoso 24. O restante 25 é alimentado para a extremidade fria do trocador de calor prin- cipal 19 e novamente aquecido para aproximadamente a temperatura ambi- ente.
O segundo subfluxo do ar de alta pressão 16 forma um segundo fluxo de turbina 18. Este é expandido produzindo trabalho de aproximada- mente a temperatura ambiente e a alta pressão em uma segunda turbina (quente) 26, do mesmo modo para aproximadamente a primeira pressão. O segundo fluxo de turbina expandido 27 entra, a uma segunda temperatura intermediária, no trocador de calor principal 19 novamente e é combinado ali com a parte 25 do primeiro subfluxo expandido 23 de modo a formar o fluxo de retorno 7 e novamente ser alimentado para o compressor de circuito 9.
O fluxo de ar de fracionamento gasoso 24 (AIR) e o fluxo de es- trangulamento 21 (JT-AIR) entram no sistema de coluna de destilação para separação de nitrogênio - oxigênio o qual compreende uma coluna de alta pressão 28, um condensador superior de coluna de alta pressão 29, uma coluna de baixa pressão 30 e um condensador superior de coluna de baixa pressão 31. A pressão de operação da coluna de alta pressão 28 está entre 0,55 e 0,7 MPa (5,5 e 7,0 bar). O fluxo de ar de fracionamento 14 é alimen- tado imediatamente no fundo da coluna de alta pressão 28 no estado gaso- so. o fluxo de estrangulamento 21 é expandido dentro de uma válvula regu- ladora 32 para uma pressão abaixo de 0,4 MPa (4 bar) e é introduzido com- pletamente como o fluxo de refrigerante 33 no compartimento de evaporação do condensador superior de coluna de alta pressão.
O gás suspenso 34 da coluna de alta pressão 28 consiste em ni- trogênio virtualmente puro e é conduzido como uma primeira parte 35 (em uma quantidade molar a qual é um pouco menor do que a metade da quan- tidade de ar que entra 1) no compartimento de liquefação do condensador superior de coluna de alta pressão 29 e é completamente ali liqüefeito. O líquido 36 gerado dentro do condensador superior de coluna de alta pressão é aplicado como uma primeira parte 37 como retorno para a coluna de alta pressão 28. O restante 38 após o resfriamento em um trocador de calor de contracorrente de sub-resfriamento 39 é resfriado e aplicado através de uma válvula reguladora 40 como retorno para a coluna de baixa pressão 30 a qual é operada a uma pressão abaixo de 0,4 MPa (4 bar). O líquido que o- corre no fundo da coluna de alta pressão 28 é alimentado como um fluxo de oxigênio bruto líquido 41 através do trocador de calor de contracorrente de sub-resfriamento 39 e uma válvula reguladora 42 para dentro do comparti- mento de evaporação do condensador superior de coluna de baixa pressão 31.
O fluxo de refrigerante 33 é virtualmente completamente vapori- zado dentro do condensador superior de coluna de alta pressão, somente uma quantidade relativamente pequena, requerida para purgar e controlar, é retirada no estado líquido. O vapor 43 gerado dentro do compartimento de evaporação do condensador superior de coluna de alta pressão 29 é intro- duzido diretamente na região inferior da coluna de baixa pressão 30. A fra- ção 44 de líquido remanescente do compartimento de evaporação do con- densador superior de coluna de alta pressão 29 é passada através de uma válvula reguladora 45 para o compartimento de evaporação do condensador superior de coluna de baixa pressão 31. O líquido enriquecido de oxigênio 80 o qual ocorre no fundo da
coluna de baixa pressão 30 é, após o sub-resfriamento dentro do trocador de calor de contracorrente de sub-resfriamento 39 e do estrangulamento, do mesmo modo introduzido no compartimento de evaporação do condensador superior de coluna de baixa pressão 31. O nitrogênio suspenso 46 da coluna de baixa pressão 30 é pas-
sada para dentro do compartimento de liquefação do condensador superior de coluna de baixa pressão 31 e essencialmente completamente ali liqüefei- to. O líquido que ocorre no fundo da coluna de alta pressão 28 é alimentado como um fluxo de oxigênio bruto líquido 41 através do trocador de calor de contracorrente de sub-resfriamento 39 e uma válvula reguladora 42 para dentro do compartimento de evaporação do condensador superior de coluna de baixa pressão 31 o qual está a uma pressão de 0,14 a 0,16 MPa (1,4 a 1,6 bar).
O gás frio do condensador superior de coluna de baixa pressão 31 é primeiramente passado através do trocador de calor de contracorrente de sub-resfriamento 39, resfriando os líquidos. Posteriormente, este flui atra- vés das linhas 56 e 57 para o trocador de calor principal e resfria ali os fluxos de ar quente. Através da linha 62, o condensador superior de coluna de bai- xa pressão 31 é também purgado retirando uma pequena quantidade de Ii- quido (purga). O gás remanescente 57/58 (Gás de Refugo/ Reg.) é fornecido quente para o ambiente (amb) diretamente (60) ou indiretamente (61) após utilização como gás de regeneração 59 no equipamento de regeneração 5. O líquido 47 do compartimento de liquefação do condensador superior de coluna de baixa pressão 31 é aplicado como uma primeira parte 48 como retorno para a coluna de baixa pressão 30. O restante 49, 51 está disponível a uma pressão maior do que 0,3 MPa (3 bar) como um produto de nitrogênio líquido (LIN para armazenamento) e armazenado em um tanque de líquido o qual não está mostrado. Pelo estrangulamento 53 de uma pe- quena subquantidade 52, o nitrogênio líquido 49, 51 pode ser sub-resfriado em um sub-resfriador de nitrogênio 50. O nitrogênio 54 vaporizado no curso disto é misturado com o gás remanescente 56 do condensador superior de coluna de baixa pressão 31 (refugo).
Uma pequena quantidade do gás suspenso 35 da coluna de alta pressão 28 pode ser obtida no estado gasoso como um produto de nitrogê- nio pressurizado 63, 64. Esta fração (PGAN) da coluna de alta pressão 28 é do mesmo modo conduzida através do trocador de calor principal 19 e con- tribui para o resfriamento dos fluxos de ar quentes.
Na figura 2, o fluxo de estrangulamento 21 é expandido dentro da válvula reguladora 232 primeiro somente para a pressão de operação da coluna de alta pressão 28 e passado para esta em um ponto intermediário. Dentro da coluna de alta pressão uma separação de fase acontece. Pelo menos parte da fração de líquido do fluxo de estrangulamento expandido é então introduzido como o fluxo de refrigerante 270, 233 após um estrangu- lamento adicional 271 correspondente dentro do compartimento de evapora- ção do condensador superior de coluna de alta pressão. A fração gasosa do fluxo de estrangulamento 21 está por meio disto disponível como vapor as- cendente dentro da coluna de alta pressão 28.
Nas figuras 3 a 7 vários circuitos do sistema frio estão mostrados cada um dos quais podem ser combinados com qualquer um dos sistemas de coluna de destilação descritos nas figuras 1 e 2.
A figura 3 mostra meramente uma ampliação de detalhe da figu- ra 1. Esta variante tem a vantagem que a turbina quente 26 expande de uma pressão especificamente alta (a alta pressão na qual o fluxo de estrangula- mento 21 também está) e uma temperatura relativamente alta corresponden- te. O pré-resfriamento do segundo fluxo de turbina 18 no trocador de calor principal 19 não é necessário neste caso. Nenhuma linha é requerida do tro- cador de calor principal 19 para a turbina quente 26, e o trocador de calor pode ser produzido simplesmente e economicamente.
Na figura 4, como uma variante, o segundo fluxo de turbina 18 é
também pré-resfriado no trocador de calor principal 419.
Na modalidade exemplar da figura 5 a pressão de admissão da segunda turbina (quente) 26 é mais baixa e está no nível da pressão inter- mediária. Para este propósito o segundo fluxo de turbina 518 já está ramifi- cado do fluxo de circuito 11 comprimido para a pressão intermediária a mon- tante dos dois recompressores 12, 14, pré-resfriado no trocador de calor principal 19 e finalmente alimentado para a turbina 26.
Na figura 6 o trocador de calor principal 19 é adicionalmente res- friado por uma máquina fria 666. Tal máquina fria pode também ser suple- mentada na variante da figura 4.

Claims (14)

1. Processo para obter nitrogênio líquido por fracionamento de ar de baixa temperatura em um sistema de coluna de destilação para separa- ção de nitrogênio - oxigênio o qual compreende exatamente duas colunas de destilação, a saber uma coluna de alta pressão (28), uma coluna de baixa pressão (30), e também um único condensador superior de coluna de alta pressão (29) para liqüefazer o gás suspenso (34) da coluna de alta pressão (28), cujo condensador superior de coluna de alta pressão está construído como um condensador - evaporador e compreende um compartimento de liquefação e um único compartimento de evaporação, em que, no processo - o ar de alimentação (1) é comprimido para uma primeira pres- são dentro de um compressor de ar principal (3) e é subseqüentemente puri- ficado (5), - um fluxo de estrangulamento (21) o qual é formado por uma parte do ar de alimentação purificado (6) é liqüefeito ou pseudoliquefeito em um trocador de calor principal (19) a uma segunda pressão a qual é mais alta do que a primeira pressão, - o fluxo de estrangulamento (21) liqüefeito ou pseudoliquefeito é expandido (33) e subseqüentemente introduzido no sistema de coluna de dilatação para a separação de nitrogênio - oxigênio, - pelo menos parte (35) do gás suspenso (34) da coluna de alta pressão (28) é introduzida no compartimento de liquefação do condensador superior de coluna de alta pressão (29) e é pelo menos parcialmente ali li- qüefeito, e - na coluna de baixa pressão (30) um produto de nitrogênio (46) é gerado e pelo menos em parte removido como um produto líquido (51) caracterizado pelo fato de que - pelo menos parte do fluxo de estrangulamento expandido é in- troduzida como um fluxo de refrigerante (33, 233, 270) no compartimento de evaporação do condensador superior de coluna de alta pressão (29), - o sistema de coluna de destilação para a separação de nitro- gênio - oxigênio, além disso, compreende um condensador superior de co- Iuna de baixa pressão (31) o qual está construído como um condensador - evaporador e compreende um compartimento de liquefação e um comparti- mento de evaporação, - pelo menos parte do nitrogênio suspenso (46) da coluna de baixa pressão (30) é introduzida no compartimento de liquefação do conden- sador superior de coluna de baixa pressão (31) e é pelo menos parcialmente ali liqüefeito, e - um líquido enriquecido de oxigênio (80) da região inferior da coluna de baixa pressão (30) é introduzido no compartimento de evaporação do condensador superior de coluna de baixa pressão (31) e é pelo menos parcialmente ali vaporizado.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluxo de refrigerante (33) é introduzido diretamente no compar- timento de evaporação do condensador superior de coluna de alta pressão (29) imediatamente a jusante da expansão (32) do fluxo de estrangulamento (21).
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte do fluxo de estrangulamento expandido (232) está sujeita a uma separação de fase e o fluxo de refrigerante (233, (270) é formado por pelo menos parte da fase líquida da separação de fase, em que a separação de fase é executada especificamente em um ponto in- termediário da coluna de alta pressão (28).
4. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que - o ar de alimentação purificado (6) é pelo menos em parte mis- turado com um fluxo de retorno (7) para fornecer um fluxo de circuito (8), - o fluxo de circuito (8) é comprimido em um compressor de cir- cuito (9) para uma pressão intermediária a qual mais alta do que a primeira pressão, - um primeiro fluxo de turbina (20) o qual é formado por uma primeira parte do fluxo de circuito (11) a jusante do compressor de circuito (9) é expandido produzindo trabalho em uma primeira máquina de expansão (22), - um segundo fluxo de turbina (18) o qual é formado por uma se- gunda parte do fluxo de circuito (11) a jusante do compressor de circuito (9) é expandido produzindo trabalho em uma segunda máquina de expansão (26), e - pelo menos parte (25) do primeiro fluxo de turbina (23) expan- dido produzindo trabalho e/ou pelo menos parte do segundo fluxo de turbina (27) expandido produzindo trabalho é recirculado como o fluxo de retorno (7) para o fluxo de circuito (8).
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que - pelo menos parte do fluxo de circuito (11) comprimido para a pressão intermediária em dois recompressores (12, 14) conectados em série é comprimida para uma alta pressão a qual é mais alta do que a pressão intermediária e, especificamente, aproximadamente a mesma que a segunda pressão, em que - a primeira máquina de expansão (22) está mecanicamente a- coplada a um (12) dos dois recompressores, e - a segunda máquina de expansão (26) está mecanicamente a- copiada no outro (14) dos dois recompressores.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que todo o frio utilizado no condensador superi- or de coluna de alta pressão (29) é tornado disponível pelo fluxo de refrige- rante (33, 233, 270).
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que o vapor (43) gerado dentro do comparti- mento de evaporação do condensador superior de coluna de alta pressão (29) é introduzido na coluna de baixa pressão (30), especificamente no seu fundo.
8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que nem a coluna de alta pressão (28) nem a coluna de baixa pressão (30) compreende um refervedor para gerar o vapor ascendente de um líquido da coluna correspondente.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que uma fração (44) de líquido remanescente do compartimento de evaporação do condensador superior de coluna de alta pressão (29) é introduzida no compartimento de evaporação do condensador superior de coluna de baixa pressão (31).
10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que pelo menos parte (38) do líquido (36) ob- tido dentro do compartimento de liquefação do condensador superior de co- Iuna de alta pressão (29) é introduzida na coluna de baixa pressão (30).
11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que um fluxo de oxigênio bruto líquido (41) do fundo da coluna de alta pressão (28) é introduzido na coluna de baixa pres- são (30).
12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o fluxo de ar de fracionamento (24) o qual é formado por outra parte do ar de alimentação purificado (6) é introdu- zido como o fluxo de estrangulamento (21) no estado gasoso na coluna de alta pressão (28), especificamente no seu fundo, em que o fluxo de ar de fracionamento (24) compreende especificamente pelo menos parte do pri- meiro fluxo de turbina (23) expandido produzindo trabalho e/ou pelo menos parte do segundo fluxo de turbina (27) expandido produzindo trabalho.
13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que pelo menos 40 % em mol, especifica- mente pelo menos 50 % em mol, da quantidade total do ar de alimentação (1) introduzido no sistema de coluna de destilação para separação de nitro- gênio - oxigênio é introduzido no estado líquido no sistema de coluna de destilação para separação de nitrogênio - oxigênio (33, 232).
14. Dispositivo para obter nitrogênio líquido por fracionamento de ar de baixa temperatura que tem - um sistema de coluna de destilação para separação de nitro- gênio - oxigênio o qual compreende exatamente duas colunas de destilação, a saber uma coluna de alta pressão (28), uma coluna de baixa pressão (30), e também um único condensador superior de coluna de alta pressão (29) para liqüefazer o gás suspenso (34) da coluna de alta pressão (28), cujo condensador superior de coluna de alta pressão está construído como um condensador - evaporador e compreende um compartimento de liquefação e um único compartimento de evaporação, - um compressor de ar principal (3) para comprimir o ar de ali- mentação (1) para uma primeira pressão, - um equipamento de purificação para purificar (5) o ar de ali- mentação comprimido para a primeira pressão, - um meio para formar um fluxo de estrangulamento (21) por uma parte do ar de alimentação purificado (6), - um trocador de calor principal (19) para liqüefazer o pseudoli- quefazer o fluxo de estrangulamento a uma segunda pressão a qual é mais alta do que a primeira pressão, - um meio para expandir (32) o fluxo de estrangulamento (21) li- qüefeito ou pseudoliquefeito, - um meio para introduzir o fluxo de estrangulamento expandido no sistema de coluna de destilação para separação de nitrogênio - oxigênio, - um meio para introduzir pelo menos parte (35) do gás suspen- so (34) da coluna de alta pressão (28) no compartimento de liquefação do condensador superior de coluna de alta pressão (29) e que tem - um meio para remover como um produto líquido (51) um produ- to de nitrogênio (46) gerado dentro da coluna de baixa pressão (30), caracterizado por - um meio para introduzir pelo menos parte do fluxo de estrangu- lamento expandido como um fluxo de refrigerante (33, 233, 270) no compar- timento de evaporação do condensador superior de coluna de alta pressão (29), - um condensador superior de coluna de baixa pressão (31) o qual está construído como um condensador - evaporador e compreende um compartimento de liquefação e um compartimento de evaporação, - um meio para introduzir pelo menos parte do nitrogênio sus- penso (46) da coluna de baixa pressão (30) no compartimento de liquefação do condensador superior de coluna de baixa pressão (31) e por - um meio para introduzir um líquido enriquecido com oxigênio (80) da região inferior da coluna de baixa pressão (30) no compartimento de evaporação do condensador superior de coluna de baixa pressão (31).
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B08K Patent lapsed as no evidence of payment of the annual fee has been furnished to inpi [chapter 8.11 patent gazette]