CA2017271A1 - Procede et installation de production d'oxygene gazeux sous haute pression - Google Patents
Procede et installation de production d'oxygene gazeux sous haute pressionInfo
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Abstract
L'oxygène est produit sous une pression de quelques bars par un premier appareil d'adsorption PSA, puis introduit par l'extrémité de sortie d'un adsorbeur d'un deuxième appareil d'adsorption PSA. Puis de l'air sous la haute pression est introduit par l'extrémité d'entrée du même adsorbeur. On peut ainsi supprimer le compresseur d'oxygène.
Description
2~ 727:~
La présenke invention est relative à un procédé de production d'oxygène gazeux sous une pression dite haute pression éventuellement variable dans le temps, du type dans lequel on produit l'oxygène gazeux sous une moyenne pression superieure à la pression atmospherique et inferieure à la haute pression, cette moyenne pression pouvant egalement etre variable dans le temps, puis on amène cet oxygène gazeux à la haute pression.
Certains procedes de production d'oxygane ne permettent pas de produire directement ce gaz sous des hautes pressions de l'ordre de lO à
15 bars. En particulier, le proc~de de séparation d'air par adsorption PSA (Pressure Swing Adsorption), qui utilise les propriétés d'adsorption pré~érentielle pour l'azote de certains tamis moléculaires æéolitiques ~type 5A ou 13X), permet de produire de l'oxygane jusqu'à une teneur de l'ordre de 95 %, mais ses performances diminuent lorsque la pression la plus haute du cycle d'adsorption dépasse quelques bars. Il est alors nécessaire de comprimer l'oxygène produit ~on désignera par ce terme de l'oxygène pur ou un gaz à forte teneur en oxygène) au moyen d'un compresseur d'oxygène pour atteindre la haute pression désirée.
Les compresseurs d'oxyyène sont des appareils beaucoup plus coûteux que les compresseurs d'air et nécessitent des mesures de sécurité
poussées. Ainsi, le co~t associé à un tel compresseur peut representer jusqu'à 25 % de l'investissement total d'une installation PSA.
L'invention a pour but de permettre de supprimer le compresseur d'oxygane.
A cet ef~et, l'invention a pour objet un procédé du type precite, caracterise en ce qu'on Eait subir à chacun des n adsorbeurs d'un appareil d'adsorption PSA (Pressure Swing Adsorption) haute pression un cycle de durée T comprenant les phases suivantes, le cycle etant decalé d'un temps T/n d'un adsorbeur au suivant :
~a) une phase de première remontee en pression à partir d'une pression basse du cycle inferieure à la moyenne pression, au cours de laquelle on introduit l'oxygane moyenne pression à une première extremite, ou extremite de sortie, de l'adsorbeur ;
(b) une phase de seconde remonteè en pression jusqu'à la haute pression ;
(c) une phase de production à la haute pression, pendant laquelle on introduit par la deuxiame extrémité, ou extrémité d'entrée, de l'adsorbeur un gaz sensiblement sous la haute pression contenant au ` 2~727~
moins un constituant plus adsorbable que l'oxygène, ce gaz étant notamment de l'air, ladite première extrémite étant ouverte ; et (d) une phase de décompression jusqu'à la pression basse du cycle.
Le cycle peut comporter, entre les phases (c) et (d), une phase de production complémentaire ~ la haute pression par décompression co-courant de l'adsorbeur, l'extremite d'entree étant ferm~e.
Dans un mode de mise en oeuvre, on produit l'oxygène moyenne pression par séparation d'air au mo~en d'un appareil d'adsorption PSA
basse pression fonctionnant entre la moyenne pression et une basse pression inférieure à cette dernière.
De préférence, le cycle de chaque adsorbeur de l'appareil PSA
basse pression comprend une phase de production ~ la moyenne pression simultanée a la phase (a) d'un adsorbeur de l'appareil PSA haute pression et pendant laquelle l'extrémité de sortie d'oxygène de l'adsorbeur de l'appareil PSA ba~se pression est reliée à ladite première extrémite de l'adsorbeur de l'appareil PSA haute pression.
~ 'invention a également pour objet une installation destinée à
la mise en oeuvre d'un tel procédé, et plus précisément une lnstallation de production d'oxygène gazeux sous une pression dite haute pression éventuellement variable dans le temps, du type comprenant des moyens de production d'oxygène gazeux sous une moyenne pression supérieure ~ la pression at~osphérique et infêrieure a la haute pression, cette moyenne pression pouvant également etre variable dans le temps, et des moyens de compression pour amener cet oxyg~ne gazeux à la haute pression, caractérisée en ce que les moyens de compression comprennent un appareil d'adsorption PSA (Pressure Swing Adsorption) haute pression comprenant lui-même des moyens d'alimentation en un gaz sous haute pression contenant au moins un constituant plus adsorbable que l'oxygène, notamment d'alimentation en air.
Quelques exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant etre décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement le principe de l'invention ;
- la figure 2 représente schématiquement une installation conforme a l'invention et mettant en oeuvre le principe de la figure 1 ;
- la figure 3 est un diagramme illustrant le fonctionnement de l'installation de la figure 2 ; et 2~72~
' .
- les figures 4 et 5 sont des diagrammes analogues correspondant à deux variantes.
Suivant l'exemple de la figure 1, pour produire de l'oxygène sous une haute pression de l'ordre de 10 ~ lS bars, on utilise deux appareils d'adsorption PSA, à savoir un appareil 1 dit appareil basse pression et un appareil 2 dit appareil haute pression, un compresseur d'air moyenne pression 3 et un compresseur d'air haute pression 4.
De l'air atmosphérique, comprimé sous une moyenne pression de l'ordre de 2 à 5 bars par le compresseur 3, est séparé par l'appareil 1, qui produit d'une part, par une conduite S, sous la moyenne pression, de l'oxygène à une teneur pouvant aller jusqu'~ 95 % environ, et d'autre part, par une conduite 6, un gaz résiduaire sous une basse pression qui peut etre la pression atmosphérique ou inférieure à celle-ci.
Dans des conditions qui seront expliquées en détail plus loin, l'oxygène moyenne pression est repris par l'appareil 2, auquel aboutit la conduite 5, cet appareil 2 étant egalement aliment~ par de l'air sous la haute pression fourni par le compresseur 4. L'appareil 2 Eournit d'une part de l'oxygène sous la haute pression, par une conduite 7, et d'autre part, par une conduite 8, un gaz résiduaire sous une basse pression qui est par exemple la pression atmospherique.
La figure 2 represQnte de Eaçon plus detaillée une installation correspondant à la figure 1, dans laquelle cha~ue appareil PSA comprend deux adsorbeurs, respectivement 10,11 et 12,13. Ces adsorbeurs sont emplis d'un adsorbant qui adsorbe préférentiellement l'azote par rapport à l'oxygène, notamment d'un tamis moleculaire de type 5A ou 13X.
Eventuellement, chaque adsorbeur peut comporter à sa base une couche d'un autre adsorbant ayant une action de dessication, notamment d'alumine ou de gel de silice.
Chaque adsorbeur comporte à son extrémité in~érieure une entrée et à son extrémité supérieure une sortie. Lorsque le gaz traité circule de l'entrée a la sortie, ceci définit un sens de circulation dit co-courant. Le sens de circulation opposé est dit contre-courant.
Dans le cas où l'on ,utilise du tamis moléculaire 5A, si la différence entre la pression basse du PSA HP et la pression haute du PSA
BP est de l'ordre de 2 bars et la pression de l'oxygene ~IP est de 10 a 15 bars, le volume d'adsorbant nécessaire au PSA HP est entre 10 et 15 fois 2~27~
plus petit que celui du PSA BP, le debit d'air fourni au PSA HP étant de plu5 3 à a fois plus faible que le d~bit d'ai:r ~ourni au PSA sP~
Une conduite 14 relie la sortie du compresseur 3 aux entrées des adsorbeurs 10 e~ 11, lesquelles sont égal.ement reliées a la conduite 6 de mise à l'air de gaz résiduaire ; cette dernière est equipée d'un organe de reglage de débit 15.
La conduite 5 est reliee à la sortie de chaque adsorbeur 10 à
13 et comprend un organe de réglage de debit 18. Des conduites 19 d'élution et 20 d'equilibrage, munies chacune d'un organe de reglage de débit, relient entre elles les sorties des adsorbeurs 10 et 11.
Une conduite 21 relie la sortie du compresseur 4 aux entrées des adsorbeurs 12 et 13, lesquelles sont egalement reliées à la conduite 8 de mise à l'air de gaz residuaire ; cette dernière est équipée d'un organe de réglage 22. Les conduites 6 et 8 debouchent dans une conduite de mise à l'air commune 23 equipee d'un silencieux 24.
Les sorties des adsorbeurs 12 et 13 sont reliees à la conduite 7 de production d'oxygane haute pression par l'intermédiaire d'un réservoir-tampon 25, et elles sont reliées entre elles par une conduite d'équilibrage 26 munie d'un organe de réglage de débit.
L'installati.on comporte encore un certain nombre de vannes permettant d'ef~ectuer le cycle de fonctionnement qui va être décrit ci-dessous en regard de la figure 3.
Sur la figure 3, o~ les temps t sont portés en abscisses et les pressions absolues Y en oraonnées, les traits orientés par des flèches indiquent les mouvements et destinations des courants gazeux ; lorsque les flèches sont paralleles à l'axe des ordonnées, elles indiquent, en outre, le sens de circulation dans un adsorbeur : lorqu'une flèche est dans le sens des ordonnées crolssantes (vers le haut du diagramme), le sens du courant dans l'adsorbeur~est à co-courant ; si la flèche dirigée vers le haut est située au-dessous du trait indiquant la pression dans l'adsorbeur, le courant pénètre dans l'adsorbeur par l'extremite d'entrée de l'adsorbeur ; si la flèche, dirigée vers le haut, est située au-dessus du trait indiquant la pression, le courant sort de l'adsorbeur par l'extrémite de sortie de l'adsorbeur, les extrémités dlentrée et de sortie étant respectivement celles du ga~ introduit dans l'adsorbeur considéré et du gaæ soutiré de ce même adsorbeur en phase de production ;
lorsqulune flèche est dans le sens des ordonnees decroissantes (vers le 2~1~2~
bas du diagramme), le sens du courant dans l'adsorbeur est à
contre-courant. Si la ~lèche dirigée vers le bas est situ~e au-dessous du trait indiquant la pression de l'adsorbeur, le courant sort de l'adsorbeur par l'extrémité d'entrée de l.'adsorbeur ; si la flèche dirigée vers le bas est situee au-dessus du trait indiquant la pression, le courant pénetre dans l'adsorbeur par l'extrémité de sortie de l'adsorbeur, }es extremités d'entree et de sortie etant toujours celles du gaz introduit et du gaz soutiré en phase de production. D'autre part, on a indiqué en traits pleins les courants gazeux qui concernent exclusivement un adsorbeur et en traits pointillés les courants gazeux èn provenance ou en direction d'autres absorbeurs.
La figure 3 comprend en fait deux diagrammes, dont un diagramme inférieur Dl illustrant le cycle, dit "cycle BP" d'un adsorbeur de l'appareil l, par exemple de l'adsorbeur 10, et un diagramme supérieur D2 illustrant celui, dit "cycle HP", de l'adsorbeur correspondant de l'appareil 2, ~ui est par exemple l'adsorbeur 12. Les cycles des deux autres adsorbeurs ll et 13 s'en déduisent par décalage dans le temps de T/2, o~ T désigne la durée du cycle.
Dans cet exemple, les phases des deux cycles se correspondent dans le temps et seront donc deorites parallèlement. Le cycle BP évolue entre la pression atmosphérique Pa et une pression haute Pbp comprise entre 3 et 5 bars, tandis que le cycle HP évolue entre la pression atmosphérique et une pression haute Php située par exemple entre 10 et 15 bars. Les durées T des cycles HP et BP sont les mêmes, de l'ordre de 1 à
La présenke invention est relative à un procédé de production d'oxygène gazeux sous une pression dite haute pression éventuellement variable dans le temps, du type dans lequel on produit l'oxygène gazeux sous une moyenne pression superieure à la pression atmospherique et inferieure à la haute pression, cette moyenne pression pouvant egalement etre variable dans le temps, puis on amène cet oxygène gazeux à la haute pression.
Certains procedes de production d'oxygane ne permettent pas de produire directement ce gaz sous des hautes pressions de l'ordre de lO à
15 bars. En particulier, le proc~de de séparation d'air par adsorption PSA (Pressure Swing Adsorption), qui utilise les propriétés d'adsorption pré~érentielle pour l'azote de certains tamis moléculaires æéolitiques ~type 5A ou 13X), permet de produire de l'oxygane jusqu'à une teneur de l'ordre de 95 %, mais ses performances diminuent lorsque la pression la plus haute du cycle d'adsorption dépasse quelques bars. Il est alors nécessaire de comprimer l'oxygène produit ~on désignera par ce terme de l'oxygène pur ou un gaz à forte teneur en oxygène) au moyen d'un compresseur d'oxygène pour atteindre la haute pression désirée.
Les compresseurs d'oxyyène sont des appareils beaucoup plus coûteux que les compresseurs d'air et nécessitent des mesures de sécurité
poussées. Ainsi, le co~t associé à un tel compresseur peut representer jusqu'à 25 % de l'investissement total d'une installation PSA.
L'invention a pour but de permettre de supprimer le compresseur d'oxygane.
A cet ef~et, l'invention a pour objet un procédé du type precite, caracterise en ce qu'on Eait subir à chacun des n adsorbeurs d'un appareil d'adsorption PSA (Pressure Swing Adsorption) haute pression un cycle de durée T comprenant les phases suivantes, le cycle etant decalé d'un temps T/n d'un adsorbeur au suivant :
~a) une phase de première remontee en pression à partir d'une pression basse du cycle inferieure à la moyenne pression, au cours de laquelle on introduit l'oxygane moyenne pression à une première extremite, ou extremite de sortie, de l'adsorbeur ;
(b) une phase de seconde remonteè en pression jusqu'à la haute pression ;
(c) une phase de production à la haute pression, pendant laquelle on introduit par la deuxiame extrémité, ou extrémité d'entrée, de l'adsorbeur un gaz sensiblement sous la haute pression contenant au ` 2~727~
moins un constituant plus adsorbable que l'oxygène, ce gaz étant notamment de l'air, ladite première extrémite étant ouverte ; et (d) une phase de décompression jusqu'à la pression basse du cycle.
Le cycle peut comporter, entre les phases (c) et (d), une phase de production complémentaire ~ la haute pression par décompression co-courant de l'adsorbeur, l'extremite d'entree étant ferm~e.
Dans un mode de mise en oeuvre, on produit l'oxygène moyenne pression par séparation d'air au mo~en d'un appareil d'adsorption PSA
basse pression fonctionnant entre la moyenne pression et une basse pression inférieure à cette dernière.
De préférence, le cycle de chaque adsorbeur de l'appareil PSA
basse pression comprend une phase de production ~ la moyenne pression simultanée a la phase (a) d'un adsorbeur de l'appareil PSA haute pression et pendant laquelle l'extrémité de sortie d'oxygène de l'adsorbeur de l'appareil PSA ba~se pression est reliée à ladite première extrémite de l'adsorbeur de l'appareil PSA haute pression.
~ 'invention a également pour objet une installation destinée à
la mise en oeuvre d'un tel procédé, et plus précisément une lnstallation de production d'oxygène gazeux sous une pression dite haute pression éventuellement variable dans le temps, du type comprenant des moyens de production d'oxygène gazeux sous une moyenne pression supérieure ~ la pression at~osphérique et infêrieure a la haute pression, cette moyenne pression pouvant également etre variable dans le temps, et des moyens de compression pour amener cet oxyg~ne gazeux à la haute pression, caractérisée en ce que les moyens de compression comprennent un appareil d'adsorption PSA (Pressure Swing Adsorption) haute pression comprenant lui-même des moyens d'alimentation en un gaz sous haute pression contenant au moins un constituant plus adsorbable que l'oxygène, notamment d'alimentation en air.
Quelques exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant etre décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement le principe de l'invention ;
- la figure 2 représente schématiquement une installation conforme a l'invention et mettant en oeuvre le principe de la figure 1 ;
- la figure 3 est un diagramme illustrant le fonctionnement de l'installation de la figure 2 ; et 2~72~
' .
- les figures 4 et 5 sont des diagrammes analogues correspondant à deux variantes.
Suivant l'exemple de la figure 1, pour produire de l'oxygène sous une haute pression de l'ordre de 10 ~ lS bars, on utilise deux appareils d'adsorption PSA, à savoir un appareil 1 dit appareil basse pression et un appareil 2 dit appareil haute pression, un compresseur d'air moyenne pression 3 et un compresseur d'air haute pression 4.
De l'air atmosphérique, comprimé sous une moyenne pression de l'ordre de 2 à 5 bars par le compresseur 3, est séparé par l'appareil 1, qui produit d'une part, par une conduite S, sous la moyenne pression, de l'oxygène à une teneur pouvant aller jusqu'~ 95 % environ, et d'autre part, par une conduite 6, un gaz résiduaire sous une basse pression qui peut etre la pression atmosphérique ou inférieure à celle-ci.
Dans des conditions qui seront expliquées en détail plus loin, l'oxygène moyenne pression est repris par l'appareil 2, auquel aboutit la conduite 5, cet appareil 2 étant egalement aliment~ par de l'air sous la haute pression fourni par le compresseur 4. L'appareil 2 Eournit d'une part de l'oxygène sous la haute pression, par une conduite 7, et d'autre part, par une conduite 8, un gaz résiduaire sous une basse pression qui est par exemple la pression atmospherique.
La figure 2 represQnte de Eaçon plus detaillée une installation correspondant à la figure 1, dans laquelle cha~ue appareil PSA comprend deux adsorbeurs, respectivement 10,11 et 12,13. Ces adsorbeurs sont emplis d'un adsorbant qui adsorbe préférentiellement l'azote par rapport à l'oxygène, notamment d'un tamis moleculaire de type 5A ou 13X.
Eventuellement, chaque adsorbeur peut comporter à sa base une couche d'un autre adsorbant ayant une action de dessication, notamment d'alumine ou de gel de silice.
Chaque adsorbeur comporte à son extrémité in~érieure une entrée et à son extrémité supérieure une sortie. Lorsque le gaz traité circule de l'entrée a la sortie, ceci définit un sens de circulation dit co-courant. Le sens de circulation opposé est dit contre-courant.
Dans le cas où l'on ,utilise du tamis moléculaire 5A, si la différence entre la pression basse du PSA HP et la pression haute du PSA
BP est de l'ordre de 2 bars et la pression de l'oxygene ~IP est de 10 a 15 bars, le volume d'adsorbant nécessaire au PSA HP est entre 10 et 15 fois 2~27~
plus petit que celui du PSA BP, le debit d'air fourni au PSA HP étant de plu5 3 à a fois plus faible que le d~bit d'ai:r ~ourni au PSA sP~
Une conduite 14 relie la sortie du compresseur 3 aux entrées des adsorbeurs 10 e~ 11, lesquelles sont égal.ement reliées a la conduite 6 de mise à l'air de gaz résiduaire ; cette dernière est equipée d'un organe de reglage de débit 15.
La conduite 5 est reliee à la sortie de chaque adsorbeur 10 à
13 et comprend un organe de réglage de debit 18. Des conduites 19 d'élution et 20 d'equilibrage, munies chacune d'un organe de reglage de débit, relient entre elles les sorties des adsorbeurs 10 et 11.
Une conduite 21 relie la sortie du compresseur 4 aux entrées des adsorbeurs 12 et 13, lesquelles sont egalement reliées à la conduite 8 de mise à l'air de gaz residuaire ; cette dernière est équipée d'un organe de réglage 22. Les conduites 6 et 8 debouchent dans une conduite de mise à l'air commune 23 equipee d'un silencieux 24.
Les sorties des adsorbeurs 12 et 13 sont reliees à la conduite 7 de production d'oxygane haute pression par l'intermédiaire d'un réservoir-tampon 25, et elles sont reliées entre elles par une conduite d'équilibrage 26 munie d'un organe de réglage de débit.
L'installati.on comporte encore un certain nombre de vannes permettant d'ef~ectuer le cycle de fonctionnement qui va être décrit ci-dessous en regard de la figure 3.
Sur la figure 3, o~ les temps t sont portés en abscisses et les pressions absolues Y en oraonnées, les traits orientés par des flèches indiquent les mouvements et destinations des courants gazeux ; lorsque les flèches sont paralleles à l'axe des ordonnées, elles indiquent, en outre, le sens de circulation dans un adsorbeur : lorqu'une flèche est dans le sens des ordonnées crolssantes (vers le haut du diagramme), le sens du courant dans l'adsorbeur~est à co-courant ; si la flèche dirigée vers le haut est située au-dessous du trait indiquant la pression dans l'adsorbeur, le courant pénètre dans l'adsorbeur par l'extremite d'entrée de l'adsorbeur ; si la flèche, dirigée vers le haut, est située au-dessus du trait indiquant la pression, le courant sort de l'adsorbeur par l'extrémite de sortie de l'adsorbeur, les extrémités dlentrée et de sortie étant respectivement celles du ga~ introduit dans l'adsorbeur considéré et du gaæ soutiré de ce même adsorbeur en phase de production ;
lorsqulune flèche est dans le sens des ordonnees decroissantes (vers le 2~1~2~
bas du diagramme), le sens du courant dans l'adsorbeur est à
contre-courant. Si la ~lèche dirigée vers le bas est situ~e au-dessous du trait indiquant la pression de l'adsorbeur, le courant sort de l'adsorbeur par l'extrémité d'entrée de l.'adsorbeur ; si la flèche dirigée vers le bas est situee au-dessus du trait indiquant la pression, le courant pénetre dans l'adsorbeur par l'extrémité de sortie de l'adsorbeur, }es extremités d'entree et de sortie etant toujours celles du gaz introduit et du gaz soutiré en phase de production. D'autre part, on a indiqué en traits pleins les courants gazeux qui concernent exclusivement un adsorbeur et en traits pointillés les courants gazeux èn provenance ou en direction d'autres absorbeurs.
La figure 3 comprend en fait deux diagrammes, dont un diagramme inférieur Dl illustrant le cycle, dit "cycle BP" d'un adsorbeur de l'appareil l, par exemple de l'adsorbeur 10, et un diagramme supérieur D2 illustrant celui, dit "cycle HP", de l'adsorbeur correspondant de l'appareil 2, ~ui est par exemple l'adsorbeur 12. Les cycles des deux autres adsorbeurs ll et 13 s'en déduisent par décalage dans le temps de T/2, o~ T désigne la durée du cycle.
Dans cet exemple, les phases des deux cycles se correspondent dans le temps et seront donc deorites parallèlement. Le cycle BP évolue entre la pression atmosphérique Pa et une pression haute Pbp comprise entre 3 et 5 bars, tandis que le cycle HP évolue entre la pression atmosphérique et une pression haute Php située par exemple entre 10 et 15 bars. Les durées T des cycles HP et BP sont les mêmes, de l'ordre de 1 à
3 mn par exemple.
Les cycles BP et HP comprennent les phases suivantes :
(1) de t = O à tl :
. cycle BP : l'adsorbeur 10 produit de l'oxygène moyenne pression à
co-courant et à une pression croissant iusqu'à la pression Pbp, de l'air étant introduit à co-courant par son entrée.
. cycle HP : l'adsorbeur 12 est recomprimé à contre-courant de la pression atmosphérique à une pression au plus égale à Pbp, par introduction d'une partie du gazl~produit par l'adsorbeur lO.
(2) de tl à t2 :
. cycle BP : l'adsorbeur 10 est décomprimé à co-courant jusqu'à la pression Pel par équilibrage de pressions avec l'autre adsorbeur 11 en d~bat de recompression (phase ~5) décrite ci-desso~s).
.
.
20~727:~
. cycle HP : l'adsorbeux 12 est recomprimé jusqu'~ la pression Pe2, simultanément à co-courant par de l'air introduit par son entrée et à
contre-courant par du gaz provenant de l'équilibraye de pressions avec le second adsorbeur 13 en phase (5) decrite ci-dessous.
~3) de t2 à t3 :
. cycle BP : l'adsorbeur 10 est dêcomprimé à contre-courant jusqu'à
la pression atmosphérique par mise à l'air.
. cycle HP : l'adsorbeur 12 est recomprimé à co-courant par de l'air, jusqu'à une pression sensiblement égale à Php.
Les cycles BP et HP comprennent les phases suivantes :
(1) de t = O à tl :
. cycle BP : l'adsorbeur 10 produit de l'oxygène moyenne pression à
co-courant et à une pression croissant iusqu'à la pression Pbp, de l'air étant introduit à co-courant par son entrée.
. cycle HP : l'adsorbeur 12 est recomprimé à contre-courant de la pression atmosphérique à une pression au plus égale à Pbp, par introduction d'une partie du gazl~produit par l'adsorbeur lO.
(2) de tl à t2 :
. cycle BP : l'adsorbeur 10 est décomprimé à co-courant jusqu'à la pression Pel par équilibrage de pressions avec l'autre adsorbeur 11 en d~bat de recompression (phase ~5) décrite ci-desso~s).
.
.
20~727:~
. cycle HP : l'adsorbeux 12 est recomprimé jusqu'~ la pression Pe2, simultanément à co-courant par de l'air introduit par son entrée et à
contre-courant par du gaz provenant de l'équilibraye de pressions avec le second adsorbeur 13 en phase (5) decrite ci-dessous.
~3) de t2 à t3 :
. cycle BP : l'adsorbeur 10 est dêcomprimé à contre-courant jusqu'à
la pression atmosphérique par mise à l'air.
. cycle HP : l'adsorbeur 12 est recomprimé à co-courant par de l'air, jusqu'à une pression sensiblement égale à Php.
(4) de t3 à t4 :
. cycle BP : l'adsorbeur 10 est soumis à une elution à pression sensiblement égale à la pression atmosphérique à l'aide de gaz prélevé
sur la production de l'autre adsorbeur 11 en phase (1) décrite ci-dessus, le gaz circulant à contre-courant.
. cyclè HP : l'adsorbeur 12 produit à co-courant de l'oxygene à une pression voisine de Php, de l'air ~tant introduit ~ co-courant par l'entrée de cet adsorbeur.
~5) de t4 à t5 :
. cycle BP : l'adsorbeur 10 est recomprimé de la pression atmosphérique à la pression intermédiaire Pel d'une part par introduction à co-courant d'air à traiter r par son extrémité d'entree, d'autre part par introduction à contre-courant de gaz riche en oxygène provenant de l'adsorbeur 11 en phase (2~ décrite ci-dessus, c'est-à-dire par équilibrage de pression entre les deux adsorbeurs.
. cycle HP : l'adsorbeur 12 est décomprimé à co-courant jusqu'à une pression intermédiaire Pe2. Le gaz extrait sert à recomprimer à
contre-courant l'autre adsorbeur 13 en phase (2) d~crite ci-dessus, c'est-à-dire par équilibrage de pressions entre les deux adsorbeurs.
(6) de t5 à t6 = T :
. cycle BP : l'adsorbeur 10 est recomprimé iusqu'à une pression très proche de Pbp par de l'air introduit à co-courant.
. cycle HP : l'adsorbeur est décomprimé à contre-couxant jusqu'à la pression atmosphérique, par mise~à l'air.
Il est à noter que les durées des di~férentes phases (1) à (6) ne sont égales pour les deux cycles que pour des raisons de simplicite, mais pourxai~nt ê~re différentes. Cependant, si les phases (1) des deux cycles, où les deux adsorbeurs 10 et 12 sont branchés en séries, ne sont , 2~2~
pas simultanees et de même duree, il est nécessaire d'utiliser une capaclt~ tampon supplémentaire.pour l'oxygène moyenne pression.
De préf~rencet l'oxygène haute pression produit en phase t4) est stocké dans le réservoir-tampon 2S pour ~ournir une production régulière sur la ligne 7. Comme indiqué en pointille, on peut en variante, pendant la phase ~3) du cycle HP, recomprimer simultanément l'adsorbeur 12 par de l'air introduit à co-courant et par du gaz introduit à contre-courant et provenant de la capaclt~ tampon 25. Par ailleurs, en choisissant les durees des phases de fason que t4 - tl =
T/2, les compresseurs 3 et 4 alimentent en continu les appareils 1 et 2 respecti~s.
En variante encore, comme indique en pointillé sur la fi~ure 3, la phase (l) du cycle HP peut s'accompagner d'une élution, en laissant un debit de ga~ s'echapper par l'entree de l'adsorbeur, ou bien cette phase (l) peut être divisee en deux etapes : de t=O à t'1, elution à la pression atmospherique par de l'oxygène produit par l'adsorbeur lO, et, de t'l ~ tl, recompression par de l'oxygène moyenne pression de la pression atmospherique ~ Pbp.
Le cycle representé ~ la figure 4 correspond au cas o~ chaque appareil 1,2 comporte trois adsorbeurs. Les cycles sont decalés de T j3 d'un adsorbeur BP (ou HP) au suivant On retrouve poux l'essentiel les : mêmes phases que precédemment, dans le meme ordre, à ceci pres que la recompression de l'adsorbeur BP est effectu~.e sans admission d'air, c'est-à-dire uniquement a contre-courant, par equilibrage de pressions en phase (5) puis, en phase (6), par introduction d'oxygene moyenne pression prélevé à la sortie d'un autre adsorbeur BP en phase tl). Par contre, les durées des phases sont différentes entre les deux cycles, seule la phase (1) etant simultanee pour les deux cycles de t = O à tl = t'1 = T/3. De plus, les phases (4) des deux cycles se terminent au meme instant t4 =
t'4 5 2T/3 ; les deux compresseurs d'air alimentent par consequent en continu les appareils respectifs 1 et 2.
On a aussi indique sur la figure 4, en pointille, la variante du cycle HP dans laquelle il est prevu, en fin de decompression, une phase d'elution de l'adsorbeur à la pression atmosphérique par du gaz produit par un adsorbeur BP en phase (1). De mêmej la fin de la recompression de l'adsorbeur HP (phase ~3)) peut faire appel, comme 2~727~
précédemment, à la fois à de l'oxygène haute pression ~à contre-courant) et à de l'air haute pression (à co-courant).
La figure 5 montre un cycle tout à fait analogue ~ celui de la figure 4, dans sa version comportant une phase d'elution dans le cycle HP, mis en oeuvre avec des appareils 1 e~ 2 à quatre adsorbeurs. Le cycle BP diffère de celui de la figure 4 par le fait que le gaz d'elution n'est plus préleve sur la production de l'adsorbeur BP en phase (1), mais proviant d'une seconde décompression à co-courant d'un autre adsorbeur BP, de t2 à t"2 < t3. Avec les notations de la figure 3, on a t 1 = t'1 =
T/4, t"2 = t'3 = T/2, t4 = t'~ = 3T/4, t6 = t'6 = T. Comme la phase (4) du cycle HP a pour duree T/4, la production d'oxygène haute pression est continue, et le reservoir tampon 25 peut être supprime. De plus, comme repxesenté, la recompression finale de l'adsorbeur HP (phase (3)) peut s'effectuer uniquement à contre-courant au moyen d'oxygène haute pression.
La relation t'4 - t'3 = tl = T/4 a pour conséquence que les deux compresseurs d'air alimentent de nouveau en permanence les appareils 1 et 2.
Dans le présent mémoire, on entend par "équilibrage" une opér~tion consistant ~ relier deux adsorbeurs ayant des pressions dif~érentes, en vue de reauire la di~férence de pressions ; cette opération peut être soit poursuivie jusyu'à égalisation des pressions, soit interrompue avant d'obtenir cette égalisation.
L'installation représentée à la figure 2 correspond aux cycles représentés en traits pleins sur la figure 3. L'homme de métier comprendra aisement comment elle doit être modifiée pour mettre en oeuvre les autres cycles décrits ci-dessus.
Il faut encore noter que le nombre d'adsorbeurs et les adsorbants des appareils 1 et 2 peuvent atre différents, ainsi qve les durées des deux cycles. Les pressions haute et basse du cycle BP peuvent être choisies dans des gammes très diverses.
En variante encore :
- les pressions de production~ de l'oxygène moyenne pression et de l'oxygène haute pression peuvent être variables au cours d'un même cycle ;
20~7~7~
g - la production d'oxygène haute pression peut ~tre completee par une production par debut de decompre.ssion ~ co-courant, l'entree de l'adsorbeur etant fermee ;
- la pression basse du cycle HP peut être inferieure à la pressi.on atmospherique, une pompe a vide ou analogue etant alors utilis~e en fin de decompression ;
- l'alimentation en air de l'appareil 1 peut etre obtenue par prelèvement d'air à la sortie d'un etage intermédiaire du compresseur 4.
Le rôle essentiel de l'appareil 2 est de comprimer a la haute pression pUi9 de chasser l'oxygène ainsi comp:rimé, au moyen de l'air HP.
Si la haute pression n'est pas trop elevee, l~appareil 2 produira en outre une petite quanti-te d'oxygene haute pression supplementaire a partir de l'air HP introduit.
~ e nombreuses variantes sont possibles pour le cycle BP.
L'oxygène moyenne pression peut même 8tre fourni par un appareil autre que PSA.
. cycle BP : l'adsorbeur 10 est soumis à une elution à pression sensiblement égale à la pression atmosphérique à l'aide de gaz prélevé
sur la production de l'autre adsorbeur 11 en phase (1) décrite ci-dessus, le gaz circulant à contre-courant.
. cyclè HP : l'adsorbeur 12 produit à co-courant de l'oxygene à une pression voisine de Php, de l'air ~tant introduit ~ co-courant par l'entrée de cet adsorbeur.
~5) de t4 à t5 :
. cycle BP : l'adsorbeur 10 est recomprimé de la pression atmosphérique à la pression intermédiaire Pel d'une part par introduction à co-courant d'air à traiter r par son extrémité d'entree, d'autre part par introduction à contre-courant de gaz riche en oxygène provenant de l'adsorbeur 11 en phase (2~ décrite ci-dessus, c'est-à-dire par équilibrage de pression entre les deux adsorbeurs.
. cycle HP : l'adsorbeur 12 est décomprimé à co-courant jusqu'à une pression intermédiaire Pe2. Le gaz extrait sert à recomprimer à
contre-courant l'autre adsorbeur 13 en phase (2) d~crite ci-dessus, c'est-à-dire par équilibrage de pressions entre les deux adsorbeurs.
(6) de t5 à t6 = T :
. cycle BP : l'adsorbeur 10 est recomprimé iusqu'à une pression très proche de Pbp par de l'air introduit à co-courant.
. cycle HP : l'adsorbeur est décomprimé à contre-couxant jusqu'à la pression atmosphérique, par mise~à l'air.
Il est à noter que les durées des di~férentes phases (1) à (6) ne sont égales pour les deux cycles que pour des raisons de simplicite, mais pourxai~nt ê~re différentes. Cependant, si les phases (1) des deux cycles, où les deux adsorbeurs 10 et 12 sont branchés en séries, ne sont , 2~2~
pas simultanees et de même duree, il est nécessaire d'utiliser une capaclt~ tampon supplémentaire.pour l'oxygène moyenne pression.
De préf~rencet l'oxygène haute pression produit en phase t4) est stocké dans le réservoir-tampon 2S pour ~ournir une production régulière sur la ligne 7. Comme indiqué en pointille, on peut en variante, pendant la phase ~3) du cycle HP, recomprimer simultanément l'adsorbeur 12 par de l'air introduit à co-courant et par du gaz introduit à contre-courant et provenant de la capaclt~ tampon 25. Par ailleurs, en choisissant les durees des phases de fason que t4 - tl =
T/2, les compresseurs 3 et 4 alimentent en continu les appareils 1 et 2 respecti~s.
En variante encore, comme indique en pointillé sur la fi~ure 3, la phase (l) du cycle HP peut s'accompagner d'une élution, en laissant un debit de ga~ s'echapper par l'entree de l'adsorbeur, ou bien cette phase (l) peut être divisee en deux etapes : de t=O à t'1, elution à la pression atmospherique par de l'oxygène produit par l'adsorbeur lO, et, de t'l ~ tl, recompression par de l'oxygène moyenne pression de la pression atmospherique ~ Pbp.
Le cycle representé ~ la figure 4 correspond au cas o~ chaque appareil 1,2 comporte trois adsorbeurs. Les cycles sont decalés de T j3 d'un adsorbeur BP (ou HP) au suivant On retrouve poux l'essentiel les : mêmes phases que precédemment, dans le meme ordre, à ceci pres que la recompression de l'adsorbeur BP est effectu~.e sans admission d'air, c'est-à-dire uniquement a contre-courant, par equilibrage de pressions en phase (5) puis, en phase (6), par introduction d'oxygene moyenne pression prélevé à la sortie d'un autre adsorbeur BP en phase tl). Par contre, les durées des phases sont différentes entre les deux cycles, seule la phase (1) etant simultanee pour les deux cycles de t = O à tl = t'1 = T/3. De plus, les phases (4) des deux cycles se terminent au meme instant t4 =
t'4 5 2T/3 ; les deux compresseurs d'air alimentent par consequent en continu les appareils respectifs 1 et 2.
On a aussi indique sur la figure 4, en pointille, la variante du cycle HP dans laquelle il est prevu, en fin de decompression, une phase d'elution de l'adsorbeur à la pression atmosphérique par du gaz produit par un adsorbeur BP en phase (1). De mêmej la fin de la recompression de l'adsorbeur HP (phase ~3)) peut faire appel, comme 2~727~
précédemment, à la fois à de l'oxygène haute pression ~à contre-courant) et à de l'air haute pression (à co-courant).
La figure 5 montre un cycle tout à fait analogue ~ celui de la figure 4, dans sa version comportant une phase d'elution dans le cycle HP, mis en oeuvre avec des appareils 1 e~ 2 à quatre adsorbeurs. Le cycle BP diffère de celui de la figure 4 par le fait que le gaz d'elution n'est plus préleve sur la production de l'adsorbeur BP en phase (1), mais proviant d'une seconde décompression à co-courant d'un autre adsorbeur BP, de t2 à t"2 < t3. Avec les notations de la figure 3, on a t 1 = t'1 =
T/4, t"2 = t'3 = T/2, t4 = t'~ = 3T/4, t6 = t'6 = T. Comme la phase (4) du cycle HP a pour duree T/4, la production d'oxygène haute pression est continue, et le reservoir tampon 25 peut être supprime. De plus, comme repxesenté, la recompression finale de l'adsorbeur HP (phase (3)) peut s'effectuer uniquement à contre-courant au moyen d'oxygène haute pression.
La relation t'4 - t'3 = tl = T/4 a pour conséquence que les deux compresseurs d'air alimentent de nouveau en permanence les appareils 1 et 2.
Dans le présent mémoire, on entend par "équilibrage" une opér~tion consistant ~ relier deux adsorbeurs ayant des pressions dif~érentes, en vue de reauire la di~férence de pressions ; cette opération peut être soit poursuivie jusyu'à égalisation des pressions, soit interrompue avant d'obtenir cette égalisation.
L'installation représentée à la figure 2 correspond aux cycles représentés en traits pleins sur la figure 3. L'homme de métier comprendra aisement comment elle doit être modifiée pour mettre en oeuvre les autres cycles décrits ci-dessus.
Il faut encore noter que le nombre d'adsorbeurs et les adsorbants des appareils 1 et 2 peuvent atre différents, ainsi qve les durées des deux cycles. Les pressions haute et basse du cycle BP peuvent être choisies dans des gammes très diverses.
En variante encore :
- les pressions de production~ de l'oxygène moyenne pression et de l'oxygène haute pression peuvent être variables au cours d'un même cycle ;
20~7~7~
g - la production d'oxygène haute pression peut ~tre completee par une production par debut de decompre.ssion ~ co-courant, l'entree de l'adsorbeur etant fermee ;
- la pression basse du cycle HP peut être inferieure à la pressi.on atmospherique, une pompe a vide ou analogue etant alors utilis~e en fin de decompression ;
- l'alimentation en air de l'appareil 1 peut etre obtenue par prelèvement d'air à la sortie d'un etage intermédiaire du compresseur 4.
Le rôle essentiel de l'appareil 2 est de comprimer a la haute pression pUi9 de chasser l'oxygène ainsi comp:rimé, au moyen de l'air HP.
Si la haute pression n'est pas trop elevee, l~appareil 2 produira en outre une petite quanti-te d'oxygene haute pression supplementaire a partir de l'air HP introduit.
~ e nombreuses variantes sont possibles pour le cycle BP.
L'oxygène moyenne pression peut même 8tre fourni par un appareil autre que PSA.
Claims (13)
1. Procédé de production d'oxygène gazeux sous une pression dite haute pression éventuellement variable dans le temps, du type dans lequel on produit l'oxygène gazeux sous une moyenne pression supérieure à la pression atmosphérique et inférieure à la haute pression, cette moyenne pression pouvant également être variable dans le temps, puis on amène cet oxygène gazeux à la haute pression, caractérisé en ce qu'on fait subir à chacun des n adsorbeurs d'un appareil d'adsorption PSA
(Pressure Swing Adsorption) haute pression un cycle de durée T
comprenant les phases suivantes, le cycle étant décalé d'un temps T/n d'un adsorbeur au suivant:
(a)une phase de première remontée en pression à partir d'une pression basse du cycle inférieure à la moyenne pression, au cours de laquelle on introduit l'oxygène moyenne pression à une première extrémité, ou extrémité de sortie, de l'adsorbeur;
(b)une phase de seconde remontée en pression jusqu'à la haute pression;
(c)une phase de production à la haute pression, pendant laquelle on introduit par la deuxième extrémité, ou extrémité d'entrée, de l'adsorbeur un gaz sensiblement sous la haute pression contenant au moins un constituant plus adsorbable que l'oxygène, ce gaz étant notamment de l'air, ladite première extrémité étant ouverte; et (d)une phase de décompression jusqu'à la pression basse du cycle.
(Pressure Swing Adsorption) haute pression un cycle de durée T
comprenant les phases suivantes, le cycle étant décalé d'un temps T/n d'un adsorbeur au suivant:
(a)une phase de première remontée en pression à partir d'une pression basse du cycle inférieure à la moyenne pression, au cours de laquelle on introduit l'oxygène moyenne pression à une première extrémité, ou extrémité de sortie, de l'adsorbeur;
(b)une phase de seconde remontée en pression jusqu'à la haute pression;
(c)une phase de production à la haute pression, pendant laquelle on introduit par la deuxième extrémité, ou extrémité d'entrée, de l'adsorbeur un gaz sensiblement sous la haute pression contenant au moins un constituant plus adsorbable que l'oxygène, ce gaz étant notamment de l'air, ladite première extrémité étant ouverte; et (d)une phase de décompression jusqu'à la pression basse du cycle.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé
en ce que le cycle comporte, entre les phases (c) et (d), une phase de production complémentaire à la haute pression par décompression à co-courant de l'adsorbeur, l'extrémité d'entrée étant fermée.
en ce que le cycle comporte, entre les phases (c) et (d), une phase de production complémentaire à la haute pression par décompression à co-courant de l'adsorbeur, l'extrémité d'entrée étant fermée.
3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé
en ce que, pendant au moins une partie de la phase (b), on introduit de l'oxygène haute pression par ladite première extrémité de l'adsorbeur.
en ce que, pendant au moins une partie de la phase (b), on introduit de l'oxygène haute pression par ladite première extrémité de l'adsorbeur.
4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pendant au moins une partie de la phase (b), on effectue un équilibrage de pressions avec un autre adsorbeur en phase (d).
5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pendant au moins une partie de la phase (b), on introduit ledit gaz par ladite deuxième extrémité de l'adsorbeur.
6. Procédé suivant l'une quelconque des reven-dications 1 à 3, caractérisé en ce que le cycle comprend, entre la fin de la phase (d) et le début de la phase (a) ou simultané-ment à cette dernière, une phase (e) d'élution à contre-courant au moyen d oxygène prélevé sur la production d'oxygène moyenne pression.
7. Procédé suivant l'une quelconque des reven-dications 1 à 3, caractérisé en ce que la pression basse du cycle est inférieure à la pression atmosphérique.
8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé
en ce qu'on produit l'oxygène moyenne pression par séparation d'air au moyen d'un appareil d'adsorption PSA basse pression fonctionnant entre la moyenne pression et une basse pression inférieure à cette dernière.
en ce qu'on produit l'oxygène moyenne pression par séparation d'air au moyen d'un appareil d'adsorption PSA basse pression fonctionnant entre la moyenne pression et une basse pression inférieure à cette dernière.
9. Procédé suivant la revendication 8, caractérisé
en ce que le cycle de chaque adsorbeur de l'appareil PSA basse pression comprend une phase de production à la moyenne pression simultanée à la phase (a) d'un adsorbeur de l'appareil PSA haute pression et pendant laquelle l'extrémité de sortie d'oxygène de l'adsorbeur de l'appareil PSA base pression est reliée à ladite première extrémité de l'adsorbeur de l'appareil PSA haute pression.
en ce que le cycle de chaque adsorbeur de l'appareil PSA basse pression comprend une phase de production à la moyenne pression simultanée à la phase (a) d'un adsorbeur de l'appareil PSA haute pression et pendant laquelle l'extrémité de sortie d'oxygène de l'adsorbeur de l'appareil PSA base pression est reliée à ladite première extrémité de l'adsorbeur de l'appareil PSA haute pression.
10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, 8 ou 9, caractérisé en ce que n = 4 et en ce que la phase (c) a comme dutée T/4.
11. Installation de production d'oxygène gazeux sous une pression dite haute pression éventuellement variable dans le temps, du type comprenant des moyens de production d'oxygène gazeux sous une moyenne pression supérieure à la pression atmosphérique et inférieure à la haute pression, cette moyenne pression pouvant également être variable dans le temps, et des moyens de compression pour amener cet oxygène gazeux à
la haute pression, caractérisée en ce que les moyens de compression comprennent un appareil d'adsorption PSA (Pressure Swing Adsorption) haute pression comprenant lui-même des moyens d'alimentation en un gaz sous haute pression contenant au moins un constituant plus adsorbable que l'oxygène, notamment d'ali-mentation en air.
la haute pression, caractérisée en ce que les moyens de compression comprennent un appareil d'adsorption PSA (Pressure Swing Adsorption) haute pression comprenant lui-même des moyens d'alimentation en un gaz sous haute pression contenant au moins un constituant plus adsorbable que l'oxygène, notamment d'ali-mentation en air.
12. Installation suivant la revendication 11, caractérisée en ce que les moyens de production d'oxygène gazeux sous la moyenne pression comprennent un appareil d'adsorption PSA basse pression relié à la sortie d'un compresseur d'air moyenne pression.
13. Installation suivant la revendication 12, caractérisée en ce que, ledit gaz étant de l'air, lesdits moyens d'alimentation sont constitués par un compresseur d'air à au moins deux étages dont un étage intermédiaire alimente également l'appareil PSA basse pression.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR8906789A FR2647431B1 (fr) | 1989-05-24 | 1989-05-24 | Procede et installation de production d'oxygene gazeux sous haute pression |
FR8906789 | 1989-05-24 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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CA2017271A1 true CA2017271A1 (fr) | 1990-11-24 |
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CA002017271A Abandoned CA2017271A1 (fr) | 1989-05-24 | 1990-05-22 | Procede et installation de production d'oxygene gazeux sous haute pression |
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US (1) | US5078757A (fr) |
CA (1) | CA2017271A1 (fr) |
FR (1) | FR2647431B1 (fr) |
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