CA2152010A1 - Procede et installation de production d'oxygene gazeux sous pression - Google Patents
Procede et installation de production d'oxygene gazeux sous pressionInfo
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Abstract
Dans ce procédé du type "à pompe", l'air est réparti en plusieurs flux. Un premier flux est comprimé à la moyenne pression, refroidi et envoyé à la double colonne de distillation. Un deuxième flux est comprimé au-dessus de 25 bars environ, mai au-dessous de la pression de condensation par vaporisation de l'oxygène liquide sous pression, puis refroidi jusqu'à une température intermédiaire, où une partie de l'air poursuit son refroidissement et est liquéfié, puis détendu et envoyé à la double colonne, tandis que le reste est turbiné. Application aux installations de production d'oxygène de grande taille.
Description
21$20lo La présente invention est relative à un procédé de proauction d'oxygene gazeux sous pression du type dans lequel : on distille de l'air dans une instal-lation à double colonne~de distillation qui comprend une colonne moyenne pression fonctionnant sous une pression dite moyenne pression, une colonne basse pression fonctionnant sous une pression dite basse pression, e-une ligne d'échange thermiqùe pour mettre l'air à
distiller en relation d'échange thermique avec les produits souti-és de la double colonne; on soutire de l'oxygène liquide de la colonne basse pression; on amène cet oxygène liquide à une pression de vaporisation d'oxygène d'au moins 13 bars environ, et on le vaporise et on le réchauffe sous cette pression de vaporisation, par échange de chaleur avec de l'air à distiller en cour~
de refroidissement.
Dans le présent mémoire, les pressions indiquées sont des pressions absolues. De plus, on entenc par "condensation" et "vaporisation" soit une condensa-tion ou une vaporisation proprement dite, soit unepseudo-condens~tion ou une pseudo-vaporisation, selon que les pressions sont subcritiques ou supercritiques.
Les procédés du type ci-dessus, dits procédés -- "à pompe", pr~sentent l'avantage de supprimer ou de réduire la nécessité de compresseurs d'oxygène gazeux, qui sont des machines coûteuses, posant de sérieu~
problèmes de f_abilité et dont le rendement est générale-ment médiocre.
L'invention a pour but de fournir un procéde "à pompe" offrant une grande liberté de régulation des paramètres de fonctio~nement et particulièrement bien adapté, du point de vue de la consommation énergétique spécifique ainsi que de la production de liquide, auY
.
- - 21S2olo installations ce grande taille, c'est-à-dire produisant au moins 700 tcnnes d'oxygene par jour.
A ~et effet, l'invention a'pour objet un procede de production d'oxygène gazeux du type precite, caractérisé en ce que :
- cn comprimé une première fraction de 1'2ir a distiller à une première pression voisine de la moyenne pression, on refroidit cet air jusqu'au voisinage de son point de rosée dans la ligne d'échange thermique, et on l'envoie dans la double colonne;
- cn comprime une deuxième fraction de l'air à distiller à une haute pression d'air, notamment au moins égale à ~5 bars environ, inférieure à la pression de condensation de l'air par échange de chaleur avec l'oxygène en ccurs de vaporisation sous ladite pression de vaporisaticr. d'oxygène, on refroidit cet air, et on en liquéfie une partie, que l'on détend ensuite avant de l'introduire dans la double colonne, tandis qu'une autre partie de l'air sous la haute pression d`air est sorti de la ligne d'échange thermique à une température intermédiaire ~e refroidissement et est détendu à 1 moyenne pression dans une turbine de détente, puis est envoyé dans la colonne moyenne pression; et - cn soutire au moins un produit liquide de l'installation~
~~ Le procédé suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caracteristiques suivantes :
- cn comprime une troisième fraction de l'air à distiller à une pression intermédiaire entre lesdites première et haute pressions d'air, on la refroidit, on la liquéfie, cn la detend et on l'introduit dans la double colonne, - ladite deuxième fraction d'air est portée à une pression d'air intermédiaire, n'est refroidie cue partiellement, puis est surpressée par une soufflante 2ls2olo froide, réintrcduite dans ]a ligne d'echange thermique, et refroidie j~squ'à ladite temperature intermédiaire, à laquelle cet air est de nouveau sorti de la lisne d'échange thermique, détendu à la moyenne pression dans ladite turbine de détente, laquelle est couplée à 12 soufflante froide, et envoyé dans la double colonne;
- une partie de la troisième fraction d'air est détendue à la moyenne pression, après refroidissement partiel, dans une seconde turbine couplée à une souf-flante de surpression de ladite deuxième fraction d'air, puis est envoyée à la colonne moyenne pression;
- une partie de l'air à la première pression est sorti de 12 ligne d'échange thermique à une troisième température in.ermédiaire de refroidissement, et détendu à la basse pression dans une turbine d'insufflation avan.
d'être introduit en un point intermédiaire de la colonne basse pression;
- ladite pression de vaporisation d'oxygène est sensiblement la pression de production.
L'invention a également pour objet une installation ~P production d'oxygène gazeux destinée c la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus. Cette installation, cu type comprenant : une double colonne de distillation d'air qui comprend une colonne moyenne pression fonctlonnant sous une pression dite moyenne pression, et une colonne basse pression fonctionnant sous une pression cite basse pression; une ligne d'échange thermique pour mettre l'air à distiller en relation d'échange ther~ique avec des produits issu~ de la double colonne; des moyens pour soutirer de l'oxygène liquide de la colonne basse pression; et des moyens pour amene-cet oxygène liquide à une pression de vaporisatior.
d'oxygène d'au moins 13 bars environ, la ligne d'échange thermique comprenant des moyens pour mettre l'oxygène liquide sous ledite pression de vaporisation en relatior.
- ~ 21~20lo d'échange thermique avec de l'air à distiller en cours de refroidissement, est caractérisée en ce qu'elle comprend:
- des premiers moyens de compression pour comprimer une première fraction de l'air à distiller a une première pression vo~sine de la moyenne pression, et des passages de la ligne d'échange thermique reliés d'une part à ces premiers moyens de compression et d'autre p2rt à la double co~onne;
- des deuxièmes moyens de compression pour comprimer une deuxième fraction de l'air à distiller à
une haute pression d'air, notamment au moins égale à 25 bars environ, inférieure à la pression de condensation de l'air par échange de chaleur avec l'oxygène en cours de vaporisation sous ladite pression de vaporisation;
- 1~ ligne d'échange thermique comprenant ces passages d'air haute pression pour refroidir ladite deuxième fraction d'air jusqu'a une température interm.é-diaire et pour refroidir plus avant et liquéfier une partie de cette deuxieme fraction, et l'installation comprenant des moyens de détente de cette partie liqué-fiée, reliés a la double colonne;
- une turbine de détente dont l'aspiration est reliée aux passages d'air haute pression et dont l'échappement est reliée a la double colonne; et - des moyens pour soutirer au moins un produit liquide de l'installation.
L'installation peut notamment comprendre un compresseur d'~ir unique a n étages, lesdits premiers moyens de compression étant constitués par un certain nombre ~ d'ét~es, avec ~ < n, et lesdits deuxiemes moyens de comFr-ssion étant constitués par l'ensemble du compresseur Des exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenan. être décrits en regard des dessins ~, 2ls2ol o -annexés, sur lesquels les Figures 1 à 3 représentent respectivement .rois installations de production d'oxy-gène conformes à l'invention.
L'installation de distillation d'air repré-sentée à la Figure 1 comprend essentiellement : un compresseur d'air l; u~ appareil 2 d'épuration de l'air comprimé en eau et en C02 par adsorption, cet appareil comprenant deux bouteilles d'adsorption 2A, 2B dont l'une fonctionne en adsorption pendant que l'autre est en cours de régénératian; un ensemble turbine-soufflante 3 comprenant une ~urbine de détente 4 et une soufflante ou surpresseur 5 d3nt les arbres sont couplés, la soufflante étant éventuel~eme~t équi.pée d'un réfrigérant (non représenté); un échangeur de chaleur 6 constituant 12 ligne d'échange thermique de l'installation; une double colonne de distillation 7 comprenant une colonne moyenne pression 8 surmontée d'une colonne basse pression 9, avec un vaporiseur-condenseur 10 mettant la vapeur de tête (azote) de la colonne 8 en relation d'échange thermique avec le liquide de cuve (oxygène) de la colonne 9; un réservoir d'oxygène liquide 11 dont le fond est relié c une pompe d'oxy~ène liquide 12; et un réservoir d'azote liquide 13 dont le fond est relié à une pompe d'azote liquide 14.
Cet~e installation est principalement destinée à fournir, via une conduite 15, de l'oxygène gazeux sous une haute pression prédéterminée, qui peut être comprise e~tre environ 13 bars et quelques dizaines de bars. Il s'~git de quantités importantes d'oxygène gazeux, au moins égales à 700 t/jour envi~on et pouvan.
atteindre plusieurs milliers de tonnes par jour.
Pou cela, de l'oxygène liquide soutiré de 12 cuve de la colonne 9 via une conduite 16 est stocké dans le réservoir ll Un débit d'oxygène, soutiré de ce réservoir, est amené à la haute pression par la pompe 12 ~, 21~2-olo à l'état liqui~e, puis vaporisé et réchauffé sous cette haute pression dans des passages 17 de l'échangeur 6.
La chaleur nécessaire à cette vaporisation et à ce réchauffase, ainsi qu'au réchauffage et éventuelle-ment à la vapo-isation d'autres fluides soutirés de la double colonne, est fourhie par l'air à distiller, d2ns les conditions suivantes.
Le compresseur 1 est un compresseur multi-étages, à n étages. La totalité de l'air atmosphérique entrant est comprimé par les ~ premiers étages à la moyenne pression, qui est ]a pression de onctionnement de la colonne Z, puis est prérefroidi en 18 et refroidi au voisinage de la température ambiante en 19, est épuré
dans l'une, 2A ~ar exemple, des bouteilles d'adsorption, et divisé en deux fractions.
La première fraction, sous la moyenne pression, repr~sentant par exemple 40% environ du débit d'air traité, est refroidie, du bout chaud au bout frcid de la ligne d'echange thermique 6, dans des passages 20 de celle-ci, jusqu'au voisinage de son point de rosée, puis est direc~ement introduite en cuve de la colonne 8.
Le reste de l'cir épuré en 2A est renvoyé à l'entrée du (p + 1) ème étage du compresseur 1 et est comprimé par les étages sui~ants jusqu'à une première haute pression d'air, nettemer~ supérieure à la moyenne pression de la colonne 8, en ~ratique supérieure à 9 bars.
L'~ir ainsi comprimé, prérefroidi en l9A, est de nouveau divisé en deux flux.
Le Qremier flux, représentant au moins 45% du débit d'air tr~ité, est surpressé à une aeuxième haute pression par le surpresseur 5, lequel est entrainé par la turbine 4. ~ette deuxieme haute pression d'air est comprise entre 25 bars environ et la pression de conden-sation de l'ai~ par vaporisation de l'oxygène sous la haute pression d'oxygène~
.
Le Fremier flux d'air est alors introduit au bout chaud de l'échangeur 6 et refroidi en totalité
jusqu'à une température intermédiaire. A cette températu-re, une fraction de l'air poùrsuit son refroidissement et est liquéfiée dans des passages 20A de l'échangeur, puis est détendue pour^partie à la basse pression dans une vanne de détente 21 et pour partie à la moyenne pression dans une vanne de détente 21A et introduite respectivement a un niveau intermédiaire dans la colonne 9 et dans la partie inférieure de la colonne 8. Le reste de l'air est nétendu à la moyenne pression dans la turbine 4 puis envoyé directement, via une conduite 22, à la base de la colonne 8.
Le deuxieme flux est introduit sous la première haute pression dans la ligne d'échange 6, refroidi et liquéfié jusqu'au bout froid de celle-ci dans des passages 20~, détendu dans une vanne de détente 2~B
et réuni au cou-ant issu de la vanne de détente 21A.
On ~econnait par ailleurs sur la Figure 1 les conduites habituelles des installations à double colonne, celle représent6e étant du type dit "a minaret", c'est-à-dire avec prcduction d'azote sous la basse pression :
les conduites 23 à 25 d'injection dans la colonne 9, à
des niveaux crcissants, de "liquide riche" (air enrichi en oxygène) détendu, de "liquide pauvre inférieur" (azote impur) détendu et de "liquide pauvre supérieur" (azote pratiquement Furj détendu, respectivement, ces trois fluides étant respectivement soutirés à la base, en un point intermédiaire et au sommet de la colonne 8; et les conduites 26 de soutirage d'azote gazeux partant du sommet de la c~lonne 9 et 27 d'évacuation du gaz rési-duaire (azote impur) partant du niveau d'injection du liquide pauvre inférieur. L'azote basse pression est réchauffé dans des passages 28 de l'échangeur 6 puis récupéré via un~ conduite 2~, tandis que le gaz résiduai-- ~, 2l~2olo re, après rechzuffement dans des passages 30 de l'échan-geur, est utilisé pour régénérer une bouteille d'adsorp-tion, la bouteille 2B dans l'exemple considéré, avant d'être évacué via une conduite 31.
5On voit encore sur la Figure 1 qu'une partie de l'azote liquide moy,e'nne pression est, après détente dans une vanne de détente 32, stockée dans le réservoir 13, et qu'une production d'azote liquide et/ou d'oxygene liquide est fournie via une conduite 33 (pour l'azote) 10et/ou 34 (pour l'oxygène). De plus, l'installation produit, outre l'azote gazeux basse pression provenant directement de la tête de la colonne 9 et l'oxygène gazeux haute pression, de l'azote gazeux sous pression, obtenu par vapcrisation dans la ligne d'échange thermique 15d'un débit d'azote liquide prélevé dans la conduite 33 via une conduite 35. Cette vaporisation d'azote peut notamment s'effectuer par condensation de l'air contenu dans les passaaes 20A ou 20B.
Comme expliqué dans d'autres demandes de 20brevet qui décrivent des procédés "à pompe" et "à paliers décalés", c'est-à-dire dans lesquels comme dans lz présente invention, l'air qui apporte l'essentiel de la chaleur de vap~risation de l'oxygène se condense 2U-dessous de la ~-mpérature de vaporisation de cet oxygène 25(voir par exemple les demandes de brevet français n 91-~~ 02 917, 91-lS ~35, 92-02 462, 92-07 662 et 93-04 274), le bilan frigorifique de l'installation est équilibré, avec un écart de temperature au bout chaud de la lisne d'échange ther~ique de l'ordre de 3C, en soutirant de 30l'installation au moins un produit (oxygène et/ou azote) sous forme liquide, via le~ conduites 33 et/ou 34.
Dans le procédé ci-dessus, le fait de ne comprimer une partie de l'air entrant qu'à la moyenne pression réduit la quantite de liquide qu'il est néces-35saire de soutLrer de l'installation. Ceci est très 2l52olo avanta~eux dans le cas des ~rosses installations, où les quantités de licuide soutirees avec les procédés de l'art antérieur sont importantes. De plus, le fait de devoir soutirer une quantité réduite de liquide est parfaitement compatible avec les conditions d'exploitation de ces grosses installations, ~ui doivent généralement produire également une c~rtaine quantité de liquide.
Par ailleurs, les calculs montrent que le procédé décrit ci-dessus conduit à une énergie spécifique de production d'oxygène tres avantageuse.
L'installation représentée à la Figure 2 est destinée à produire de l'oxygène gazeux sous une pression élevée, par exe~ple de l'ordre de 40 bars. Elle comprend essentiellement deux compresseurs d'air 41 et 42, un appareil 43 d épuration par adsorption, une double colonne de distillation 44 constituée d'une colonne moyenne pression 45, fonctionnant sous environ 6 bars, surmontée d'une colonne basse pression 46, fonctionnant sous une pression légèrem~nt supérieure à 1 bar, une ligne d'échange thermique 47, un sous-refroidisseur 48, une pompe à oxygene liquide 49, une soufflante froide 50, une première turbine 51 dont la roue est montée sur le meme arbre que celle de la soufflante f-oide, et une deuxième turbin- 52 freinée par un frein approprié 53 tel qu'un alternateur.
~ On reconnait sur le dessin les conduites classiques de ~ double colonne, à savoir : une condulte 54 de remontée en un point intermédiaire de la colonne 46, après sous-refroidissement en 48 et détente à 12 basse pression ~ans une vanne de détente 55, du "liquide riche" (air en~ichi en oxycJène) recueilli en cuve de lz colonne 45; une conduite 56 de remontée en tête de 1~
colonne 46, apres sous-refroidissement en 48 et détente à la basse pression dans une vanne de détente 57, de "liquide pauvrf" (azote à E)eU près pur) soutiré en tete _ . . .
-- ~ 10 2ls2ol~
de la colonne 45; et une conduite S8 de soutirage d'azote impur, constituant le gaz résiduaire W de l'installation, cette conduite partant de la tête de la colonne 46, traversant le sous-refroidisseur 48 puis se raccordant à des passages 59 de réchauffement d'azote de la ligne d'échange 47. L'azote i,mpur ainsi réchauffé jusqu'a la température ambiante est évacué de l'installation via une conduite 60.
La pompe 49 aspire l'oxygène liquide sous environ 1 bar en cuve de la colonne 46, le porte à la pression de production désirée et l'introduit dans des passages 61 de vaporisation-réchauffement d'oxygène de la ligne d'échange.
L'air à distiller, comprimé à la moyenne pression par le compresseur 41 et épuré en eau et en C02 en 43, est divisé en deux flux.
Le ~remier flux est directement refroidi dans des passages 62 de la ligne d'échange 47. A une tempér2-ture Tl relativement froide mais supérieure à la tempéra-ture du bout frcid de cette ligne d'échange, une fraction de cet air est ~orti de la Ligne d'échange, détendu à 12 basse pression dans la turbine 52, et insufflé en un point intermédiaire de la colonne 46 via une conduite 63.
Le reste de l'air moyenne pression poursuit son refroi-dissement jusqu'au bout froid de la ligne d'échange, où
il se trouve au voisinage dQ son point de rosée, puis est envoyé en cuve de-la colonne 45.
Le reste de l'air issu de l'appareil 43 est comprimé à une première haute pression, par exemple àe 16,5 bars, par le compresseur 42, puis pénètre dans des passages 64 de refroidissement d'air de la ligne d'échan-ge A une température intermédiaire T2 inférieure à la température ambiante, nettement supérieure à Tl et voisine de la température de vaporisation de l'oxygène, - ~ 11 2ls2ol 0 une partie de cet air est sortie de la ligne d'echange via une condu~te 65 et amenée à l'aspiration de la souffl~nte froLde 50. Celle-ci porte cet air à la haute pression de 23 ~ars et, via une conduite 66, l'air ainsi surpresse est renvoye dans la ligne d'échange, à une temperature T3 superieu~e à T2, et poursuit son refroi-dissement dans des passages d'air surpresse 67 de cette derniere. Une ~artie de l'air vehiculé par les passages 67 est de nou~eau sorti de la ligne d'échange à une deuxième température intermédiaire T4 inférieure à T2 et supérieure à T1, et détendu à la moyenne pression (6 bars) dans la turbine 51. L'air qui s'échappe de cette turbine est envoyé en cuve de la colonne 45. Le reste de l'air véhiculé par les passages 67 poursuit son refroi-dissement jusq~'au bout froid de la ligne d'échange, en étant liquéfié puis sous-refroidi. Il est ensuite détendu à la moyenne pression dans une vanne de detente 68 et envoye quelques plateaux au-dessus de la cuve de 12 colonne 45. De même, l'air vehicule par les passages 64 et non sortie 7ia la conduite 65 est refroidi jusqu'au bout froid de la ligne d'echange, puis détendu à 12 moyenne pressian dans une vanne de détente 69 et envoyé
quelques plate~ux au-dessus de la cuve de la colonne 45~
Co~me expliqué dans la demande FR 92 02 462 precitee, la compression d'une partie au moins de l'air sous la première haute pression de la temperature intermediaire ~2, qui est voisine du palier de vaporisa-tion de l'oxyg~ne, à la température T3 introduit dans la ligne d'echan~e, entre ces deux températures, une quantité de ch~leur qui compense sensiblement l'excedent de froid produit par cette vaporisation. On remarcue qu'entre T3 et T2, l'oxygène échange de la chaleur avec la totalite de l'air à 16,5 bars et avec l'air surpressé
à 23 bars. On Feut ainsi obtenir un diagramme d'échange thermique (e~thalpie en ordonnees, temperature en 21-~20lo i2 abscisses) tres favorable, avec un faible écart de temperature, de l'ordre de 2 à 3C, au bout chaud de la ligne d'echange.
La soufflante 50 qui assure cet~e compression est entraînee par la turbine 51, de sorte qu'aucune énergie exterieure n'est nécessaire. Compte-tenu des pertes mécaniques, la quantite de froid produite par cette turbine est legèrement superieure à la chaleur de compression, et l'excedent contribue au maintien en froid de l'installation. Le solde des frigories nécessaires pour ce maintien en froid est fourni par la turbine 52, ou, en variante, si l'oxygene à produire doit avoir une pureté elevée, par détente d'air ou d'azote à la moyenne pression dans une turbine, de fa,con classique.
Le ~rès bon rendement energetique assure par l'utilisation de la soufflante froide 50 est conservé
ici, avec en outre l'avantage, comme précédemment, d'une production de liquide moindre, voire nulle dans ce cas, et egalement avec l'avantage d'une alimentation simpli-fiee de la turbine d'insufflation 52.
L'installation peut également produire de l'oxygène sous une pression suffisamment basse pour permettre la vaporisation d'oxygène par condensation d'air à la plus haute pression d'air du procédé. Cette pression d'oxygène serait par exemple inférieure à 8 bars. Ainsi, o~ a indiqué en traits mixtes à la Figure
distiller en relation d'échange thermique avec les produits souti-és de la double colonne; on soutire de l'oxygène liquide de la colonne basse pression; on amène cet oxygène liquide à une pression de vaporisation d'oxygène d'au moins 13 bars environ, et on le vaporise et on le réchauffe sous cette pression de vaporisation, par échange de chaleur avec de l'air à distiller en cour~
de refroidissement.
Dans le présent mémoire, les pressions indiquées sont des pressions absolues. De plus, on entenc par "condensation" et "vaporisation" soit une condensa-tion ou une vaporisation proprement dite, soit unepseudo-condens~tion ou une pseudo-vaporisation, selon que les pressions sont subcritiques ou supercritiques.
Les procédés du type ci-dessus, dits procédés -- "à pompe", pr~sentent l'avantage de supprimer ou de réduire la nécessité de compresseurs d'oxygène gazeux, qui sont des machines coûteuses, posant de sérieu~
problèmes de f_abilité et dont le rendement est générale-ment médiocre.
L'invention a pour but de fournir un procéde "à pompe" offrant une grande liberté de régulation des paramètres de fonctio~nement et particulièrement bien adapté, du point de vue de la consommation énergétique spécifique ainsi que de la production de liquide, auY
.
- - 21S2olo installations ce grande taille, c'est-à-dire produisant au moins 700 tcnnes d'oxygene par jour.
A ~et effet, l'invention a'pour objet un procede de production d'oxygène gazeux du type precite, caractérisé en ce que :
- cn comprimé une première fraction de 1'2ir a distiller à une première pression voisine de la moyenne pression, on refroidit cet air jusqu'au voisinage de son point de rosée dans la ligne d'échange thermique, et on l'envoie dans la double colonne;
- cn comprime une deuxième fraction de l'air à distiller à une haute pression d'air, notamment au moins égale à ~5 bars environ, inférieure à la pression de condensation de l'air par échange de chaleur avec l'oxygène en ccurs de vaporisation sous ladite pression de vaporisaticr. d'oxygène, on refroidit cet air, et on en liquéfie une partie, que l'on détend ensuite avant de l'introduire dans la double colonne, tandis qu'une autre partie de l'air sous la haute pression d`air est sorti de la ligne d'échange thermique à une température intermédiaire ~e refroidissement et est détendu à 1 moyenne pression dans une turbine de détente, puis est envoyé dans la colonne moyenne pression; et - cn soutire au moins un produit liquide de l'installation~
~~ Le procédé suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caracteristiques suivantes :
- cn comprime une troisième fraction de l'air à distiller à une pression intermédiaire entre lesdites première et haute pressions d'air, on la refroidit, on la liquéfie, cn la detend et on l'introduit dans la double colonne, - ladite deuxième fraction d'air est portée à une pression d'air intermédiaire, n'est refroidie cue partiellement, puis est surpressée par une soufflante 2ls2olo froide, réintrcduite dans ]a ligne d'echange thermique, et refroidie j~squ'à ladite temperature intermédiaire, à laquelle cet air est de nouveau sorti de la lisne d'échange thermique, détendu à la moyenne pression dans ladite turbine de détente, laquelle est couplée à 12 soufflante froide, et envoyé dans la double colonne;
- une partie de la troisième fraction d'air est détendue à la moyenne pression, après refroidissement partiel, dans une seconde turbine couplée à une souf-flante de surpression de ladite deuxième fraction d'air, puis est envoyée à la colonne moyenne pression;
- une partie de l'air à la première pression est sorti de 12 ligne d'échange thermique à une troisième température in.ermédiaire de refroidissement, et détendu à la basse pression dans une turbine d'insufflation avan.
d'être introduit en un point intermédiaire de la colonne basse pression;
- ladite pression de vaporisation d'oxygène est sensiblement la pression de production.
L'invention a également pour objet une installation ~P production d'oxygène gazeux destinée c la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus. Cette installation, cu type comprenant : une double colonne de distillation d'air qui comprend une colonne moyenne pression fonctlonnant sous une pression dite moyenne pression, et une colonne basse pression fonctionnant sous une pression cite basse pression; une ligne d'échange thermique pour mettre l'air à distiller en relation d'échange ther~ique avec des produits issu~ de la double colonne; des moyens pour soutirer de l'oxygène liquide de la colonne basse pression; et des moyens pour amene-cet oxygène liquide à une pression de vaporisatior.
d'oxygène d'au moins 13 bars environ, la ligne d'échange thermique comprenant des moyens pour mettre l'oxygène liquide sous ledite pression de vaporisation en relatior.
- ~ 21~20lo d'échange thermique avec de l'air à distiller en cours de refroidissement, est caractérisée en ce qu'elle comprend:
- des premiers moyens de compression pour comprimer une première fraction de l'air à distiller a une première pression vo~sine de la moyenne pression, et des passages de la ligne d'échange thermique reliés d'une part à ces premiers moyens de compression et d'autre p2rt à la double co~onne;
- des deuxièmes moyens de compression pour comprimer une deuxième fraction de l'air à distiller à
une haute pression d'air, notamment au moins égale à 25 bars environ, inférieure à la pression de condensation de l'air par échange de chaleur avec l'oxygène en cours de vaporisation sous ladite pression de vaporisation;
- 1~ ligne d'échange thermique comprenant ces passages d'air haute pression pour refroidir ladite deuxième fraction d'air jusqu'a une température interm.é-diaire et pour refroidir plus avant et liquéfier une partie de cette deuxieme fraction, et l'installation comprenant des moyens de détente de cette partie liqué-fiée, reliés a la double colonne;
- une turbine de détente dont l'aspiration est reliée aux passages d'air haute pression et dont l'échappement est reliée a la double colonne; et - des moyens pour soutirer au moins un produit liquide de l'installation.
L'installation peut notamment comprendre un compresseur d'~ir unique a n étages, lesdits premiers moyens de compression étant constitués par un certain nombre ~ d'ét~es, avec ~ < n, et lesdits deuxiemes moyens de comFr-ssion étant constitués par l'ensemble du compresseur Des exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenan. être décrits en regard des dessins ~, 2ls2ol o -annexés, sur lesquels les Figures 1 à 3 représentent respectivement .rois installations de production d'oxy-gène conformes à l'invention.
L'installation de distillation d'air repré-sentée à la Figure 1 comprend essentiellement : un compresseur d'air l; u~ appareil 2 d'épuration de l'air comprimé en eau et en C02 par adsorption, cet appareil comprenant deux bouteilles d'adsorption 2A, 2B dont l'une fonctionne en adsorption pendant que l'autre est en cours de régénératian; un ensemble turbine-soufflante 3 comprenant une ~urbine de détente 4 et une soufflante ou surpresseur 5 d3nt les arbres sont couplés, la soufflante étant éventuel~eme~t équi.pée d'un réfrigérant (non représenté); un échangeur de chaleur 6 constituant 12 ligne d'échange thermique de l'installation; une double colonne de distillation 7 comprenant une colonne moyenne pression 8 surmontée d'une colonne basse pression 9, avec un vaporiseur-condenseur 10 mettant la vapeur de tête (azote) de la colonne 8 en relation d'échange thermique avec le liquide de cuve (oxygène) de la colonne 9; un réservoir d'oxygène liquide 11 dont le fond est relié c une pompe d'oxy~ène liquide 12; et un réservoir d'azote liquide 13 dont le fond est relié à une pompe d'azote liquide 14.
Cet~e installation est principalement destinée à fournir, via une conduite 15, de l'oxygène gazeux sous une haute pression prédéterminée, qui peut être comprise e~tre environ 13 bars et quelques dizaines de bars. Il s'~git de quantités importantes d'oxygène gazeux, au moins égales à 700 t/jour envi~on et pouvan.
atteindre plusieurs milliers de tonnes par jour.
Pou cela, de l'oxygène liquide soutiré de 12 cuve de la colonne 9 via une conduite 16 est stocké dans le réservoir ll Un débit d'oxygène, soutiré de ce réservoir, est amené à la haute pression par la pompe 12 ~, 21~2-olo à l'état liqui~e, puis vaporisé et réchauffé sous cette haute pression dans des passages 17 de l'échangeur 6.
La chaleur nécessaire à cette vaporisation et à ce réchauffase, ainsi qu'au réchauffage et éventuelle-ment à la vapo-isation d'autres fluides soutirés de la double colonne, est fourhie par l'air à distiller, d2ns les conditions suivantes.
Le compresseur 1 est un compresseur multi-étages, à n étages. La totalité de l'air atmosphérique entrant est comprimé par les ~ premiers étages à la moyenne pression, qui est ]a pression de onctionnement de la colonne Z, puis est prérefroidi en 18 et refroidi au voisinage de la température ambiante en 19, est épuré
dans l'une, 2A ~ar exemple, des bouteilles d'adsorption, et divisé en deux fractions.
La première fraction, sous la moyenne pression, repr~sentant par exemple 40% environ du débit d'air traité, est refroidie, du bout chaud au bout frcid de la ligne d'echange thermique 6, dans des passages 20 de celle-ci, jusqu'au voisinage de son point de rosée, puis est direc~ement introduite en cuve de la colonne 8.
Le reste de l'cir épuré en 2A est renvoyé à l'entrée du (p + 1) ème étage du compresseur 1 et est comprimé par les étages sui~ants jusqu'à une première haute pression d'air, nettemer~ supérieure à la moyenne pression de la colonne 8, en ~ratique supérieure à 9 bars.
L'~ir ainsi comprimé, prérefroidi en l9A, est de nouveau divisé en deux flux.
Le Qremier flux, représentant au moins 45% du débit d'air tr~ité, est surpressé à une aeuxième haute pression par le surpresseur 5, lequel est entrainé par la turbine 4. ~ette deuxieme haute pression d'air est comprise entre 25 bars environ et la pression de conden-sation de l'ai~ par vaporisation de l'oxygène sous la haute pression d'oxygène~
.
Le Fremier flux d'air est alors introduit au bout chaud de l'échangeur 6 et refroidi en totalité
jusqu'à une température intermédiaire. A cette températu-re, une fraction de l'air poùrsuit son refroidissement et est liquéfiée dans des passages 20A de l'échangeur, puis est détendue pour^partie à la basse pression dans une vanne de détente 21 et pour partie à la moyenne pression dans une vanne de détente 21A et introduite respectivement a un niveau intermédiaire dans la colonne 9 et dans la partie inférieure de la colonne 8. Le reste de l'air est nétendu à la moyenne pression dans la turbine 4 puis envoyé directement, via une conduite 22, à la base de la colonne 8.
Le deuxieme flux est introduit sous la première haute pression dans la ligne d'échange 6, refroidi et liquéfié jusqu'au bout froid de celle-ci dans des passages 20~, détendu dans une vanne de détente 2~B
et réuni au cou-ant issu de la vanne de détente 21A.
On ~econnait par ailleurs sur la Figure 1 les conduites habituelles des installations à double colonne, celle représent6e étant du type dit "a minaret", c'est-à-dire avec prcduction d'azote sous la basse pression :
les conduites 23 à 25 d'injection dans la colonne 9, à
des niveaux crcissants, de "liquide riche" (air enrichi en oxygène) détendu, de "liquide pauvre inférieur" (azote impur) détendu et de "liquide pauvre supérieur" (azote pratiquement Furj détendu, respectivement, ces trois fluides étant respectivement soutirés à la base, en un point intermédiaire et au sommet de la colonne 8; et les conduites 26 de soutirage d'azote gazeux partant du sommet de la c~lonne 9 et 27 d'évacuation du gaz rési-duaire (azote impur) partant du niveau d'injection du liquide pauvre inférieur. L'azote basse pression est réchauffé dans des passages 28 de l'échangeur 6 puis récupéré via un~ conduite 2~, tandis que le gaz résiduai-- ~, 2l~2olo re, après rechzuffement dans des passages 30 de l'échan-geur, est utilisé pour régénérer une bouteille d'adsorp-tion, la bouteille 2B dans l'exemple considéré, avant d'être évacué via une conduite 31.
5On voit encore sur la Figure 1 qu'une partie de l'azote liquide moy,e'nne pression est, après détente dans une vanne de détente 32, stockée dans le réservoir 13, et qu'une production d'azote liquide et/ou d'oxygene liquide est fournie via une conduite 33 (pour l'azote) 10et/ou 34 (pour l'oxygène). De plus, l'installation produit, outre l'azote gazeux basse pression provenant directement de la tête de la colonne 9 et l'oxygène gazeux haute pression, de l'azote gazeux sous pression, obtenu par vapcrisation dans la ligne d'échange thermique 15d'un débit d'azote liquide prélevé dans la conduite 33 via une conduite 35. Cette vaporisation d'azote peut notamment s'effectuer par condensation de l'air contenu dans les passaaes 20A ou 20B.
Comme expliqué dans d'autres demandes de 20brevet qui décrivent des procédés "à pompe" et "à paliers décalés", c'est-à-dire dans lesquels comme dans lz présente invention, l'air qui apporte l'essentiel de la chaleur de vap~risation de l'oxygène se condense 2U-dessous de la ~-mpérature de vaporisation de cet oxygène 25(voir par exemple les demandes de brevet français n 91-~~ 02 917, 91-lS ~35, 92-02 462, 92-07 662 et 93-04 274), le bilan frigorifique de l'installation est équilibré, avec un écart de temperature au bout chaud de la lisne d'échange ther~ique de l'ordre de 3C, en soutirant de 30l'installation au moins un produit (oxygène et/ou azote) sous forme liquide, via le~ conduites 33 et/ou 34.
Dans le procédé ci-dessus, le fait de ne comprimer une partie de l'air entrant qu'à la moyenne pression réduit la quantite de liquide qu'il est néces-35saire de soutLrer de l'installation. Ceci est très 2l52olo avanta~eux dans le cas des ~rosses installations, où les quantités de licuide soutirees avec les procédés de l'art antérieur sont importantes. De plus, le fait de devoir soutirer une quantité réduite de liquide est parfaitement compatible avec les conditions d'exploitation de ces grosses installations, ~ui doivent généralement produire également une c~rtaine quantité de liquide.
Par ailleurs, les calculs montrent que le procédé décrit ci-dessus conduit à une énergie spécifique de production d'oxygène tres avantageuse.
L'installation représentée à la Figure 2 est destinée à produire de l'oxygène gazeux sous une pression élevée, par exe~ple de l'ordre de 40 bars. Elle comprend essentiellement deux compresseurs d'air 41 et 42, un appareil 43 d épuration par adsorption, une double colonne de distillation 44 constituée d'une colonne moyenne pression 45, fonctionnant sous environ 6 bars, surmontée d'une colonne basse pression 46, fonctionnant sous une pression légèrem~nt supérieure à 1 bar, une ligne d'échange thermique 47, un sous-refroidisseur 48, une pompe à oxygene liquide 49, une soufflante froide 50, une première turbine 51 dont la roue est montée sur le meme arbre que celle de la soufflante f-oide, et une deuxième turbin- 52 freinée par un frein approprié 53 tel qu'un alternateur.
~ On reconnait sur le dessin les conduites classiques de ~ double colonne, à savoir : une condulte 54 de remontée en un point intermédiaire de la colonne 46, après sous-refroidissement en 48 et détente à 12 basse pression ~ans une vanne de détente 55, du "liquide riche" (air en~ichi en oxycJène) recueilli en cuve de lz colonne 45; une conduite 56 de remontée en tête de 1~
colonne 46, apres sous-refroidissement en 48 et détente à la basse pression dans une vanne de détente 57, de "liquide pauvrf" (azote à E)eU près pur) soutiré en tete _ . . .
-- ~ 10 2ls2ol~
de la colonne 45; et une conduite S8 de soutirage d'azote impur, constituant le gaz résiduaire W de l'installation, cette conduite partant de la tête de la colonne 46, traversant le sous-refroidisseur 48 puis se raccordant à des passages 59 de réchauffement d'azote de la ligne d'échange 47. L'azote i,mpur ainsi réchauffé jusqu'a la température ambiante est évacué de l'installation via une conduite 60.
La pompe 49 aspire l'oxygène liquide sous environ 1 bar en cuve de la colonne 46, le porte à la pression de production désirée et l'introduit dans des passages 61 de vaporisation-réchauffement d'oxygène de la ligne d'échange.
L'air à distiller, comprimé à la moyenne pression par le compresseur 41 et épuré en eau et en C02 en 43, est divisé en deux flux.
Le ~remier flux est directement refroidi dans des passages 62 de la ligne d'échange 47. A une tempér2-ture Tl relativement froide mais supérieure à la tempéra-ture du bout frcid de cette ligne d'échange, une fraction de cet air est ~orti de la Ligne d'échange, détendu à 12 basse pression dans la turbine 52, et insufflé en un point intermédiaire de la colonne 46 via une conduite 63.
Le reste de l'air moyenne pression poursuit son refroi-dissement jusqu'au bout froid de la ligne d'échange, où
il se trouve au voisinage dQ son point de rosée, puis est envoyé en cuve de-la colonne 45.
Le reste de l'air issu de l'appareil 43 est comprimé à une première haute pression, par exemple àe 16,5 bars, par le compresseur 42, puis pénètre dans des passages 64 de refroidissement d'air de la ligne d'échan-ge A une température intermédiaire T2 inférieure à la température ambiante, nettement supérieure à Tl et voisine de la température de vaporisation de l'oxygène, - ~ 11 2ls2ol 0 une partie de cet air est sortie de la ligne d'echange via une condu~te 65 et amenée à l'aspiration de la souffl~nte froLde 50. Celle-ci porte cet air à la haute pression de 23 ~ars et, via une conduite 66, l'air ainsi surpresse est renvoye dans la ligne d'échange, à une temperature T3 superieu~e à T2, et poursuit son refroi-dissement dans des passages d'air surpresse 67 de cette derniere. Une ~artie de l'air vehiculé par les passages 67 est de nou~eau sorti de la ligne d'échange à une deuxième température intermédiaire T4 inférieure à T2 et supérieure à T1, et détendu à la moyenne pression (6 bars) dans la turbine 51. L'air qui s'échappe de cette turbine est envoyé en cuve de la colonne 45. Le reste de l'air véhiculé par les passages 67 poursuit son refroi-dissement jusq~'au bout froid de la ligne d'échange, en étant liquéfié puis sous-refroidi. Il est ensuite détendu à la moyenne pression dans une vanne de detente 68 et envoye quelques plateaux au-dessus de la cuve de 12 colonne 45. De même, l'air vehicule par les passages 64 et non sortie 7ia la conduite 65 est refroidi jusqu'au bout froid de la ligne d'echange, puis détendu à 12 moyenne pressian dans une vanne de détente 69 et envoyé
quelques plate~ux au-dessus de la cuve de la colonne 45~
Co~me expliqué dans la demande FR 92 02 462 precitee, la compression d'une partie au moins de l'air sous la première haute pression de la temperature intermediaire ~2, qui est voisine du palier de vaporisa-tion de l'oxyg~ne, à la température T3 introduit dans la ligne d'echan~e, entre ces deux températures, une quantité de ch~leur qui compense sensiblement l'excedent de froid produit par cette vaporisation. On remarcue qu'entre T3 et T2, l'oxygène échange de la chaleur avec la totalite de l'air à 16,5 bars et avec l'air surpressé
à 23 bars. On Feut ainsi obtenir un diagramme d'échange thermique (e~thalpie en ordonnees, temperature en 21-~20lo i2 abscisses) tres favorable, avec un faible écart de temperature, de l'ordre de 2 à 3C, au bout chaud de la ligne d'echange.
La soufflante 50 qui assure cet~e compression est entraînee par la turbine 51, de sorte qu'aucune énergie exterieure n'est nécessaire. Compte-tenu des pertes mécaniques, la quantite de froid produite par cette turbine est legèrement superieure à la chaleur de compression, et l'excedent contribue au maintien en froid de l'installation. Le solde des frigories nécessaires pour ce maintien en froid est fourni par la turbine 52, ou, en variante, si l'oxygene à produire doit avoir une pureté elevée, par détente d'air ou d'azote à la moyenne pression dans une turbine, de fa,con classique.
Le ~rès bon rendement energetique assure par l'utilisation de la soufflante froide 50 est conservé
ici, avec en outre l'avantage, comme précédemment, d'une production de liquide moindre, voire nulle dans ce cas, et egalement avec l'avantage d'une alimentation simpli-fiee de la turbine d'insufflation 52.
L'installation peut également produire de l'oxygène sous une pression suffisamment basse pour permettre la vaporisation d'oxygène par condensation d'air à la plus haute pression d'air du procédé. Cette pression d'oxygène serait par exemple inférieure à 8 bars. Ainsi, o~ a indiqué en traits mixtes à la Figure
2 une seconde ~ompe 70 comprimant de l'oxygène liquide à pureté reduite à une pression intermédiaire inférieure à 8 bars. Cet oxygène est vaporisé par condensation d'une partie correspendante dé l'air surpressé par la souf-flante 50, laquelle n'a à fournir que la chaleur de compensation de l'excédent de froid dû à la vaporisation de l'oxygène haute pression.
De ~ême, on a indiqué en traits mixtes à la Figure 2 une pQmpe 71 d'azote liquide moyenne pression 21~20lo amenant cet azote, soutiré de la colonne 45, à une pression inter~édiaire suffisamment basse pour permettre sa vaporisatio~ par condensation d'air à la plus haute pression du procédé, soit 23 bars.
On ~ également représenté sur la Figure 2 une conduite 72 de producti~n d'oxygène liquide soutiré de la cuve de la colonne 46, ainsi qu'une conduite 72A de production d'azote liquide provenant de la tête de la colonne 45.
L'installation de la Figure 3 est une variante de celle de la Figure 2. Dans cette variante, une fraction de l'air issu du compresseur 42 est surpres-sée par une soufflante chau~e 73, refroidie en 47 jusqu' 2 la température T2, surpressée de nouveau par la souf-flante froide 50, réintroduite dans la ligne d'échange à une température T3 supérieure à T2, puis traitée en deux flux difr~rents à partir de la température T4, comme précédemment. Le reste de l'air issu du compresseur 42 est refroidi dans des passages additionr.els 74 de l~
ligne d'échan~ 47 jusqu'à une température T5 comprise entre les températures T4 et T1, et, à cette température, une partie de cet air est sorti de la liyne d'échange, détendu à la m~venne pression dans une turbine addition-nelle 75 coupl~e à la souff]ante 73, puis envoyée en cuve de la colonne 45. Le reste de l'air véhiculé par les ~ passages 74 paursuit son refroidissement jusqu'au bout froid de la ligne d'échange, où il est liquéfié et sous-refroidi, puis ~st détendu à la moyenne pression dans une vanne de déten~e 76 et env~yé dans la partie inférieure de la colonne 45.
On comprend qu~ l'invention est compatible avec de nombre~ses variante~ d'installation de production d'oxygène gazeux sous pres,ion du type "a pompe" et "2 paliers décalés", notamment telles que décrites dans les 3S demandes de brevet précitées.
.
2l52olo L'~nvention est particulierement avantageuce, du point de we énergétique, lorsque la pression de vaporisation d'oxygène est supérieure à 2~ bars environ.
De ~ême, on a indiqué en traits mixtes à la Figure 2 une pQmpe 71 d'azote liquide moyenne pression 21~20lo amenant cet azote, soutiré de la colonne 45, à une pression inter~édiaire suffisamment basse pour permettre sa vaporisatio~ par condensation d'air à la plus haute pression du procédé, soit 23 bars.
On ~ également représenté sur la Figure 2 une conduite 72 de producti~n d'oxygène liquide soutiré de la cuve de la colonne 46, ainsi qu'une conduite 72A de production d'azote liquide provenant de la tête de la colonne 45.
L'installation de la Figure 3 est une variante de celle de la Figure 2. Dans cette variante, une fraction de l'air issu du compresseur 42 est surpres-sée par une soufflante chau~e 73, refroidie en 47 jusqu' 2 la température T2, surpressée de nouveau par la souf-flante froide 50, réintroduite dans la ligne d'échange à une température T3 supérieure à T2, puis traitée en deux flux difr~rents à partir de la température T4, comme précédemment. Le reste de l'air issu du compresseur 42 est refroidi dans des passages additionr.els 74 de l~
ligne d'échan~ 47 jusqu'à une température T5 comprise entre les températures T4 et T1, et, à cette température, une partie de cet air est sorti de la liyne d'échange, détendu à la m~venne pression dans une turbine addition-nelle 75 coupl~e à la souff]ante 73, puis envoyée en cuve de la colonne 45. Le reste de l'air véhiculé par les ~ passages 74 paursuit son refroidissement jusqu'au bout froid de la ligne d'échange, où il est liquéfié et sous-refroidi, puis ~st détendu à la moyenne pression dans une vanne de déten~e 76 et env~yé dans la partie inférieure de la colonne 45.
On comprend qu~ l'invention est compatible avec de nombre~ses variante~ d'installation de production d'oxygène gazeux sous pres,ion du type "a pompe" et "2 paliers décalés", notamment telles que décrites dans les 3S demandes de brevet précitées.
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2l52olo L'~nvention est particulierement avantageuce, du point de we énergétique, lorsque la pression de vaporisation d'oxygène est supérieure à 2~ bars environ.
Claims (12)
1. Procédé de production d'oxygène gazeux sous pression, du type dans lequel: on distille de l'air dans une installation à double colonne de distillation qui comprend une colonne moyenne pression fonctionnant sous une pression dite moyenne pression, une colonne basse pression fonctionnant sous une pression dite basse pression, et une ligne d'échange thermique pour mettre l'air à distiller en relation d'échange thermique avec des produits soutirés de la double colonne; on soutire de l'oxygène liquide de la colonne basse pression; on amène cet oxygène liquide à une pression de vaporisation d'oxygène d'au moins 13 bars environ, et on le vaporise et on le réchauffe sous cette pression de vaporisation, par échange de chaleur avec de l'air à distiller en cours de refroidissement, caractérisé en ce que:
- on comprime une première fraction de l'air à distiller à une première pression voisine de la moyenne pression, on refroidit cet air jusqu'au voisinage de son point de rosée dans la ligne d'échange thermique, et on l'envoie dans la double colonne;
- on comprime une deuxième fraction de l'air à distiller à une haute pression d'air, notamment au moins égale à 25 bars environ, inférieure à la pression de condensation de l'air par échange de chaleur avec l'oxygène en cours de vaporisation sous ladite pression de vaporisation d'oxygène, on refroidit cet air, et on en liquéfie une partie, que l'on détend ensuite avant de l'introduire dans la double colonne, tandis qu'une autre partie de l'air sous la haute pression d'air est sortie de la ligne d'échange thermique à une température intermédiaire de refroidissement et est détendue à la moyenne pression dans une première turbine de détente, puis est envoyée dans la double colonne; et - on soutire au moins un produit liquide de l'installation.
- on comprime une première fraction de l'air à distiller à une première pression voisine de la moyenne pression, on refroidit cet air jusqu'au voisinage de son point de rosée dans la ligne d'échange thermique, et on l'envoie dans la double colonne;
- on comprime une deuxième fraction de l'air à distiller à une haute pression d'air, notamment au moins égale à 25 bars environ, inférieure à la pression de condensation de l'air par échange de chaleur avec l'oxygène en cours de vaporisation sous ladite pression de vaporisation d'oxygène, on refroidit cet air, et on en liquéfie une partie, que l'on détend ensuite avant de l'introduire dans la double colonne, tandis qu'une autre partie de l'air sous la haute pression d'air est sortie de la ligne d'échange thermique à une température intermédiaire de refroidissement et est détendue à la moyenne pression dans une première turbine de détente, puis est envoyée dans la double colonne; et - on soutire au moins un produit liquide de l'installation.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on comprime une troisième fraction de l'air à distiller à une pression intermédiaire entre lesdites première et haute pressions d'air, on la refroidit, on la liquéfie, on la détend et on l'introduit dans la double colonne.
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que ladite deuxième fraction d'air est portée à une pression d'air intermédiaire, n'est refroidie que partiellement, puis est surpressée par une soufflante froide, réintroduite dans la ligne d'échange thermique, et refroidie jusqu'à ladite température intermédiaire, à laquelle cet air est de nouveau sorti de la ligne d'échange thermique, détendu à la moyenne pression dans ladite turbine de détente, laquelle est couplée à la soufflante froide, et envoyé dans la double colonne.
4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'une partie de la troisième fraction d'air est détendue à la moyenne pression, après refroidissement partiel, dans une seconde turbine couplée à une soufflante de surpression de ladite deuxième fraction d'air, puis est envoyée à
la colonne moyenne pression.
la colonne moyenne pression.
5. Procédé suivant la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'une partie de l'air à la première pression est sortie de la ligne d'échange thermique à une troisième température intermédiaire de refroidissement, et détendue à la basse pression dans une turbine d'insufflation avant d'être introduite en un point intermédiaire de la colonne basse pression.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite pression de vaporisation d'oxygène est sensiblement la pression de production.
7. Installation de production d'oxygène gazeux sous pression, du type comprenant: une double colonne de distillation d'air qui comprend une colonne moyenne pression fonctionnant sous une pression dite moyenne pression, et une colonne basse pression fonctionnant sous une pression dite basse pression; une ligne d'échange thermique pour mettre l'air à distiller en relation d'échange thermique avec des produits issus de la double colonne; des moyens pour soutirer de l'oxygène liquide de la colonne basse pression; et des moyens pour amener cet oxygène liquide à une pression de vaporisation d'oxygène d'au moins 13 bars environ, la ligne d'échange thermique comprenant des moyens pour mettre l'oxygène liquide sous ladite pression de vaporisation en relation d'échange thermique avec de l'air à distiller en cours de refroidissement, caractérisée en ce qu'elle comprend:
- des premiers moyens de compression pour comprimer une première fraction de l'air à distiller à une première pression voisine de la moyenne pression, et des passages de la ligne d'échange thermique reliés d'une part à ces premiers moyens de compression et d'autre part à la double colonne;
- des deuxièmes moyens de compression pour comprimer une deuxième fraction de l'air à distiller à une haute pression d'air notamment au moins égale à 25 bars environ, inférieure à la pression de condensation de l'air par échange de chaleur avec l'oxygène en cours de vaporisation sous ladite pression de vaporisation;
- la ligne d'échange thermique comprenant des passages d'air haute pression pour refroidir ladite deuxième fraction d'air jusqu'à une température intermédiaire et pour refroidir plus avant et liquéfier une partie de cette deuxième fraction, et l'installation comprenant des moyens de détente de cette partie liquéfiée, reliés à la double colonne;
- une première turbine de détente dont l'aspiration est reliée aux passages d'air haute pression et dont l'échappement est relié à la double colonne; et - des moyens pour soutirer au moins un produit liquide de l'installation.
- des premiers moyens de compression pour comprimer une première fraction de l'air à distiller à une première pression voisine de la moyenne pression, et des passages de la ligne d'échange thermique reliés d'une part à ces premiers moyens de compression et d'autre part à la double colonne;
- des deuxièmes moyens de compression pour comprimer une deuxième fraction de l'air à distiller à une haute pression d'air notamment au moins égale à 25 bars environ, inférieure à la pression de condensation de l'air par échange de chaleur avec l'oxygène en cours de vaporisation sous ladite pression de vaporisation;
- la ligne d'échange thermique comprenant des passages d'air haute pression pour refroidir ladite deuxième fraction d'air jusqu'à une température intermédiaire et pour refroidir plus avant et liquéfier une partie de cette deuxième fraction, et l'installation comprenant des moyens de détente de cette partie liquéfiée, reliés à la double colonne;
- une première turbine de détente dont l'aspiration est reliée aux passages d'air haute pression et dont l'échappement est relié à la double colonne; et - des moyens pour soutirer au moins un produit liquide de l'installation.
8. Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour comprimer une troisième fraction de l'air à
distiller à une pression intermédiaire entre lesdites première et haute pressions d'air, la ligne d'échange thermique comportant des passages de refroidissement et de liquéfaction de cette troisième fraction, et une conduite reliant le bout froid de ces passages à la double colonne et équipée d'une vanne de détente.
distiller à une pression intermédiaire entre lesdites première et haute pressions d'air, la ligne d'échange thermique comportant des passages de refroidissement et de liquéfaction de cette troisième fraction, et une conduite reliant le bout froid de ces passages à la double colonne et équipée d'une vanne de détente.
9. Installation suivant la revendication 7 ou 8, caractérisée en ce qu'elle comprend un compresseur d'air unique à n étages, lesdits premiers moyens de compression étant constitués par un certain nombre p d'étages, avec p < n, et lesdits deuxièmes moyens de compression étant constitués par l'ensemble du compresseur.
10. Installation suivant la revendication 8, caractérisée en ce que les deuxièmes moyens de compression comprennent un compresseur dont le refoulement est relié au bout chaud de la ligne d'échange thermique, et une soufflante dont l'aspiration et le refoulement sont reliés à des points intermédiaires de cette dernière.
11. Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce que les deuxièmes moyens de compression comprennent une soufflante de surpression de ladite deuxième fraction d'air, couplée à une seconde turbine de détente d'une partie de ladite troisième fraction d'air.
12. Installation suivant la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que la soufflante froide est couplée à ladite première turbine, et en ce que l'installation comprend une turbine d'insufflation alimentée par une partie de l'air sous la première pression et dont l'échappement est relié à la colonne basse pression.
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