CA2830826C - Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique - Google Patents

Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique Download PDF

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Abstract

Dans un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une unité de séparation comprenant une colonne moyenne pression (23) et une colonne basse pression (25), on envoie un débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve (61), où il s'épure pour former un liquide de cuve contenant au moins 98% mol. d'oxygène et on soutire du liquide de cuve comme produit,on envoie un débit d'air surpressé à une deuxième pression supérieure à la première pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et à un vaporiseur d'oxygène liquide (51),on soutire un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne pression, on l'envoie à un rebouilleur intermédiaire de la colonne basse pression et on envoie le gaz condensé à la tête de la colonne moyenne pression, et on envoie un gaz riche en azote ou de l'air à un rebouilleur de cuve (36) de la colonne basse pression et on envoie le liquide qui s'y condense à la colonne moyenne pression.

Description

PROCEDE ET APPAREIL DE SEPARATION D'AIR
PAR DISTILLATION CRYOGENIQUE
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique.
L'invention propose en particulier une méthode de production d'oxygène pur utilisant une unité de séparation d'air à double vaporiseur.
Le procédé selon l'invention permet la production d'oxygène liquide pur (contenant au moins 99% mol., voire au moins 99,6% mol. d'oxygène) sur un appareil produisant de l'oxygène gazeux impur (inférieur à 97% mol., voire à
96%
mol.) à faible pression, par exemple dans le cadre d'un appareil pour l'oxycombustion.
Les schémas d'unités de séparation d'air (ASU) produisant l'oxygène destiné à une centrale à charbon à oxycombustion comprennent en général deux vaporiseurs (voire trois) situés entre la colonne moyenne pression (colonne MP) et la colonne basse pression (colonne BP). L'installation de ces deux vaporiseurs permet de réduire la pression de la colonne MP jusqu'à une valeur de l'ordre de 3 bar absolus, ce qui permet de minimiser la consommation énergétique de l'ASU.
La pureté de l'oxygène produit par ce type de centrale est typiquement comprise entre 95 et 97% mol. 02. La vaporisation de l'oxygène est assurée dans un vaporiseur dédié. Les frigories de vaporisation de l'oxygène liquide sont utilisées pour condenser de l'air gazeux. Un procédé de ce genre est connu de US-A-4936099 et de EP-A-0547946.
Par ailleurs, on peut tenter de profiter de l'installation d'un tel ASU pour produire de l'azote liquide pur et de l'oxygène pur (pureté de l'ordre de 99,6%), stockés puis destinés au commerce liquide par camions.
La production d'azote liquide ne pose pas de difficulté majeure, car il suffit de rajouter des plateaux en haut de la colonne MP pour atteindre la pureté
désirée, sans impact sur le reste du procédé de l'ASU, à part le coût de l'énergie de liquéfaction.
En revanche, la production d'oxygène pur (> 99,6%) induit un impact plus important sur le procédé ; en effet, la pureté du liquide produit est nettement
2 supérieure à celle de l'oxygène gazeux livré à la centrale à oxyconnbustion.
Il est donc nécessaire d'installer une petite colonne supplémentaire, récupérant une fraction du débit liquide recueilli dans la colonne BP (en cuve ou à un plateau intermédiaire), le distillant, ce qui permet de récupérer en bas de cette petite colonne additionnelle l'oxygène pur destiné au commerce par camions. Le retour gazeux depuis la colonne de LOX pur s'effectue alors au même niveau que le piquage de liquide dans la colonne BP.
Néanmoins, la pression de la colonne MP est tellement basse qu'il n'est pas possible d'utiliser un des débits gazeux entrant ou sortant de la colonne MP
ni de la colonne BP pour se condenser dans le vaporiseur de cuve de la colonne de LOX pure additionnelle (leur température de condensation est trop basse).
L'invention décrite ici propose d'utiliser comme fluide se condensant, une fraction de l'air gazeux sortant de la ligne d'échange et qui va par la suite entrer dans l'échangeur dédié assurant la vaporisation de la production d'oxygène pur (qu'on désigne par le terme d'air HP). Ce débit d'air est comprimé en amont de la ligne d'échange principale par le surpresseur (BAC) de l'unité.
La pression de ce débit est de l'ordre de 4,5 bars abs, supérieure à celle de la colonne MP, et telle que sa température de bulle soit supérieure à la température d'équilibre de l'oxygène liquide pur.
L'écart de température entre le débit d'air considéré et l'oxygène pur est de l'ordre de 2 à 3 C, valeur assez élevée, ce qui permet d'installer un vaporiseur de petite taille.
Dans l'invention, selon la variante de la Figure 1, la production d'oxygène liquide pur est gratuite en termes d'énergie de séparation et ne joue pas sur l'énergie de séparation de la production de l'oxygène gazeux impur. Il faut juste payer l'énergie de liquéfaction. L'appoint frigorifique peut être effectué par un système de liquéfaction indépendant de l'ASU.
L'invention propose une méthode permettant de produire de l'oxygène pur (Pureté > 99,6%) sur une unité de séparation d'air à double vaporiseur, typiquement utilisée pour l'oxycombustion, dont la majorité de l'oxygène est produite à une pureté de l'ordre de 95 à 97%.
3 En effet, sur ce type de procédé, hormis l'air HP, il n'existe pas de fluide disponible à température de condensation suffisamment haute pour réaliser le rebouillage de la colonne d'oxygène pur.
A l'heure actuelle, il n'existe pas de solution référencée pour produire de l'oxygène pur sur une unité de séparation d'air à double vaporiseur.
On pourrait utiliser, dans ce but, un débit soutiré à un niveau intermédiaire (et donc à température plus élevée) dans la ligne d'échange principale, mais ceci complexifierait le procédé. Ce serait également moins efficace car il s'agirait d'utiliser de la chaleur sensible contre de la chaleur latente.
On trouve fréquemment des unités de séparation d'air (ASU) à un seul vaporiseur, où une petite colonne produisant de production l'oxygène ultra-pur est rajoutée en cuve de la colonne BP. Dans ce cas, la pression de la colonne MP
est de l'ordre de 5 à 6 bars et le rebouillage de la colonne de LOX ultra pur est assuré par une fraction du débit d'air gazeux alimentant la colonne MP.
EP-A-0793069 décrit un procédé selon le préambule de la revendication 1.
Selon ce procédé, de l'air à une première pression est utilisé pour vaporiser de l'oxygène dans un vaporiseur et de l'air à une deuxième pression, plus élevée que la première, est utilisée pour le rebouillage d'une colonne d'oxygène pur.
US-A-5916262 décrit un procédé de production d'oxygène à deux puretés, utilisant une colonne d'épuration d'oxygène chauffé en cuve par de l'air. De l'oxygène liquide pressurisé par pompe est également vaporisé dans la ligne d'échange principale par échange de chaleur avec de l'air surpressé.
La présente invention propose de produire de l'oxygène pur sur un schéma à double vaporiseur en installant une colonne d'oxygène pur supplémentaire, dont la pression est égale à la pression de la colonne BP.
Selon un objet de l'invention, il est prévu, un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une unité de séparation comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression, reliées thermiquement entre elles, la colonne basse pression comprenant un rebouilleur de cuve et un rebouilleur intermédiaire, et une colonne d'oxygène pur dans lequel i) on envoie de l'air gazeux épuré puis refroidi à une première pression dans une ligne d'échange à la colonne moyenne pression,
4 ii) on envoie un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression, iii) on soutire un gaz riche en azote de la colonne basse pression, iv) on soutire un liquide riche en oxygène contenant au plus 97% mol.
d'oxygène en cuve de la colonne basse pression, v) on envoie un premier débit de liquide riche en oxygène à un vaporiseur et on envoie l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange, vi) on envoie un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve, où il s'épure pour former un liquide de cuve contenant au moins 98% mol, d'oxygène, vii) on envoie un débit d'air surpressé à une deuxième pression supérieure à la première pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur, viii) on soutire un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne pression, on l'envoie au rebouilleur intermédiaire de la colonne basse pression et on envoie le gaz condensé à
la tête de la colonne moyenne pression, et ix) on envoie un gaz riche en azote ou de l'air au rebouilleur de cuve de la colonne basse pression et on envoie le liquide qui s'y condense à la colonne moyenne pression caractérisé en ce que l'on soutire du liquide de cuve de la colonne d'oxygène pur comme produit, on envoie de l'air surpressé à la deuxième pression au vaporiseur pour vaporiser le premier débit de liquide riche en oxygène et le premier débit de liquide riche en oxygène est moins riche en oxygène que le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
Selon d'autres aspects facultatifs de l'invention :
- on pressurise le premier débit de liquide riche en oxygène en amont du vaporiseur.
- le premier débit de liquide riche en oxygène et le deuxième débit de liquide riche en oxygène ont la même pureté.
- on divise de l'air surpressé à la deuxième pression en deux parties, on envoie une première partie d'air surpressé à la deuxième pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et on envoie une deuxième partie d'air surpressé à la deuxième pression au vaporiseur.
- on envoie de l'air à la première pression au rebouilleur de cuve de la colonne basse pression pour le chauffer.

- tout l'air est divisé en un débit à la première pression et un débit à la deuxième pression en amont de la ligne d'échange.
- le premier débit de liquide riche en oxygène est moins riche en oxygène que le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
5 - le premier débit de liquide riche en oxygène se vaporise partiellement dans le vaporiseur, le liquide formé constituant le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
- le débit d'air surpressé à la deuxième pression chauffe d'abord le rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et ensuite le vaporiseur.
- de l'air à la première pression se refroidit dans la ligne d'échange et est envoyé sous forme gazeuse à la colonne moyenne pression.
- un liquide cryogénique d'une source auxiliaire est envoyé à la double colonne.
Les termes moyenne pression et basse pression désignent simplement que la colonne moyenne pression opère à une pression plus élevée que la colonne basse pression. Ces termes sont communs dans l'art et clairs pour l'homme de l'art.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression, reliées thermiquement entre elles, la colonne basse pression comprenant un rebouilleur de cuve et un rebouilleur intermédiaire, et une colonne d'oxygène pur, une ligne d'échange , un vaporiseur , des moyens pour envoyer de l'air gazeux épuré puis refroidi à une première pression de la ligne d'échange à la colonne moyenne pression, des moyens pour envoyer un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un gaz riche en azote de la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un liquide riche en oxygène contenant au plus 97% mol. d'oxygène en cuve de la colonne basse pression, des moyens pour envoyer un premier débit de liquide riche en oxygène au vaporiseur, une conduite pour envoyer l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange, des moyens pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve, où
il s'épure pour former un liquide de cuve contenant au moins 98% mol. d'oxygène,
6 un surpresseur, une conduite pour envoyer un débit d'air surpressé à une deuxième pression supérieure à la première pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur, des conduites pour soutirer un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne pression, pour l'envoyer au rebouilleur intermédiaire de la colonne basse pression et pour envoyer le gaz condensé à la tête de la colonne moyenne pression et des conduites pour envoyer un gaz riche en azote ou de l'air au rebouilleur de cuve de la colonne basse pression et pour envoyer le liquide qui s'y condense à la colonne moyenne pression caractérisé en ce qu'il comprend une conduite pour soutirer du liquide de cuve de la colonne d'oxygène pur comme produit et des moyens pour envoyer de l'air surpressé à la deuxième pression du surpresseur au vaporiseur.
Selon d'autres objets facultatifs de l'invention, il est prévu que l'appareil comprenne :
- une conduite pour envoyer un liquide du vaporiseur en tête de la colonne d'oxygène pur et/ou - une conduite pour envoyer un liquide de cuve de la colonne basse pression en tête de la colonne d'oxygène pur - les moyens pour envoyer l'air surpressé du surpresseur au vaporiseur sont reliés au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur de sorte que l'air destiné au vaporiseur passe à travers le rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur.
- les moyens pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur sont constitués par la conduite pour envoyer un liquide de cuve de la colonne basse pression en tête de la colonne d'oxygène pur.
- des moyens pour diviser l'air surpressé à la deuxième pression en deux parties, les moyens pour envoyer de l'air surpressé à la deuxième pression du surpresseur au vaporiseur et la conduite pour envoyer un débit d'air surpressé à la deuxième pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur étant reliés de sorte qu'une partie d'air surpressé est envoyée au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et une autre partie d'air surpressé est envoyée au vaporiseur et en ce que les moyens pour envoyer l'air surpressé du surpresseur au vaporiseur sont reliés au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur de sorte que l'air destiné au vaporiseur passe à travers le rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur.
7 Le vaporiseur ne fait pas partie d'une colonne de distillation ou d'épuisement.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une unité de séparation comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression, reliées thermiquement entre elles, la colonne basse pression comprenant un rebouilleur de cuve et un rebouilleur intermédiaire et une colonne d'oxygène pur dans lequel i) on envoie de l'air gazeux épuré puis refroidi à une première pression dans une ligne d'échange à la colonne moyenne pression, ii) on envoie un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression, iii) on soutire un gaz riche en azote de la colonne basse pression, iv) on soutire un liquide riche en oxygène contenant au plus 97% mol.
d'oxygène en cuve de la colonne basse pression, y) on envoie un premier débit de liquide riche en oxygène à un vaporiseur et on envoie l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange, vi) on envoie un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve, où il s'épure pour former un liquide de cuve contenant au moins 98% mol., vii) on envoie un débit d'air surpressé à une deuxième pression supérieure à la première pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur, viii) on soutire un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne pression, on l'envoie au rebouilleur intermédiaire de la colonne basse pression et on envoie le gaz condensé à la tête de la colonne moyenne pression, et ix) on envoie un gaz riche en azote ou de l'air au rebouilleur de cuve de la colonne basse pression et on envoie le liquide qui s'y condense à la colonne moyenne pression caractérisé en ce que on soutire du liquide de cuve de la colonne d'oxygène pur comme produit et en ce que le premier débit de liquide riche en oxygène est moins riche en oxygène que le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
Selon d'autres caractéristiques facultatives :
- on pressurise le premier débit de liquide riche en oxygène en amont du vaporiseur.
8 - - on envoie un deuxième débit d'air surpressé à la deuxième pression au vaporiseur.
- le premier débit de liquide riche en oxygène se vaporise partiellement dans le vaporiseur, le liquide formé constituant le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
- le débit d'air surpressé chauffe d'abord le rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et ensuite le vaporiseur.
- un liquide cryogénique d'une source auxiliaire est envoyé à la double colonne.
- la colonne moyenne pression opère à entre 2,5 et 4,5 bars abs.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression, reliées thermiquement entre elles, la colonne basse pression comprenant un rebouilleur de cuve et un rebouilleur intermédiaire et une colonne d'oxygène pur, une ligne d'échange, un vaporiseur, des moyens pour envoyer de l'air gazeux épuré puis refroidi à une première pression de la ligne d'échange à la colonne moyenne pression, des moyens pour envoyer un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un gaz riche en azote de la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un liquide riche en oxygène contenant au plus 97% mol. d'oxygène en cuve de la colonne basse pression, des moyens pour envoyer un premier débit de liquide riche en oxygène au vaporiseur, une conduite pour envoyer l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange, des moyens pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve , où il s'épure pour former un liquide de cuve contenant au moins 98% mol. d'oxygène, un surpresseur, une conduite pour envoyer un débit d'air surpressé à une deuxième pression supérieure à la première pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur, des conduites pour soutirer un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne pression, pour l'envoyer au rebouilleur intermédiaire de la colonne basse pression et pour envoyer le gaz condensé à la tête de la colonne moyenne pression et des conduites pour envoyer un gaz riche en azote ou de l'air au rebouilleur de cuve de la colonne basse pression et pour envoyer le liquide qui
9 PCT/FR2012/050742 s'y condense à la colonne moyenne pression caractérisé en ce qu'il comprend une conduite pour soutirer du liquide de cuve de la colonne d'oxygène pur comme produit et une conduite pour envoyer un liquide (53) du vaporiseur (51) en tête de la colonne d'oxygène pur (49).
L'appareil peut également comprendre une conduite pour envoyer un liquide de cuve de la colonne basse pression en tête de la colonne d'oxygène pur.
Les moyens pour envoyer l'air surpressé du surpresseur au vaporiseur peuvent être reliés au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur de sorte que l'air destiné au vaporiseur passe à travers le rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur.
Les moyens pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur peuvent être constitués par la conduite pour envoyer un liquide de cuve de la colonne basse pression en tête de la colonne d'oxygène pur.
L'appareil peut comprendre des moyens pour diviser l'air surpressé à la deuxième pression en deux parties, les moyens pour envoyer de l'air surpressé
à
la deuxième pression du surpresseur au vaporiseur et la conduite pour envoyer un débit d'air surpressé à la deuxième pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur étant reliés de sorte qu'une partie d'air surpressé est envoyée au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et une autre partie d'air surpressé est envoyée au vaporiseur.
L'appareil peut comprendre des moyens pour envoyer un liquide cryogénique à la colonne basse pression d'une source extérieure.
L'appareil peut comprendre une conduite pour envoyer le débit d'air surpressé du rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur au vaporiseur et une conduite pour envoyer l'air du vaporiseur à la colonne moyenne pression et/ou à la colonne basse pression.
Selon une autre variante l'appareil comprend une conduite pour envoyer le débit d'air surpressé du rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur directement à la colonne moyenne pression et/ou à la colonne basse pression.
La principale caractéristique innovante de l'invention présentée ici est que le rebouillage de la colonne d'oxygène pur est réalisé par une fraction du débit d'air gazeux sortant de la ligne d'échange principale, comprimée par un surpresseur à la pression requise pour la vaporisation d'oxygène dans le vaporiseur (air HP). Cette fraction d'air HP se condense partiellement ou totalement dans le condenseur de la colonne d'oxygène pur.
5 Selon une variante, le débit d'air surpressé partiellement condensé, éventuellement après avoir séparé la partie condensée (qui est alors envoyée dans la colonne MP), est ensuite envoyé dans le vaporiseur produit où il finit de se condenser totalement. La condensation partielle de l'air surpressé permet, avec un débit quasi-nominal de production du GOX et la même pression, de faire
10 fonctionner le vaporiseur en cuve de colonne pur, puis celui du vaporiseur produit. Le rebouillage de la colonne d'oxygène liquide pur est donc gratuit par rapport à l'énergie nécessaire pour vaporiser la production.
La pression de ce débit d'air est supérieure à la pression de la colonne MP
(typiquement de l'ordre de 4,5 bar abs. contre 3,2 bar abs.).
On prélève une partie du liquide impur dans le vaporiseur produit (au même niveau et à la place de la purge de déconcentration du vaporiseur) que l'on envoie dans la colonne d'oxygène liquide pur qui est une colonne à distiller sensiblement à la même pression que le vaporiseur produit..
Le reflux gazeux impur issu de la colonne d'oxygène pur est mélangé avec le flux gazeux issu du vaporiseur produit, les deux flux constituant le débit nominal de production du GOX impur.
Le liquide pur est prélevé en cuve de la colonne d'oxygène pur. Il sert aussi de purge de déconcentration de l'ensemble de l'appareil.
L'appoint de frigories peut être apporté par un liquéfacteur indépendant, par exemple par production d'azote liquide, à partir d'azote pur (issu d'un minaret), qui serait alors rajouté sous forme liquide dans l'appareil. S'il n'y a pas de production d'azote pur liquide, on peut envisager de liquéfier de l'azote résiduaire dans un liquéfacteur indépendant.
Si la production de liquide pur est faible, on peut aussi envisager d'avoir un système de production de froid intégré à l'ASU.
L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures, qui illustrent des procédés de séparation d'air selon l'invention.
11 Dans la Figure 1, l'air est séparé dans un ASU comprenant une double colonne de séparation d'air, comprenant une colonne moyenne pression 23 et une colonne basse pression 25. Des frigories pour la séparation sont fournies par détente d'azote moyenne pression dans une turbine 47. L'appareil comprend une colonne d'oxygène liquide pur 49, une pompe 57, un vaporiseur 51 et une ligne d'échange 63.
L'air 1 est pressurisé par un compresseur 3 à une pression entre 2,5 et 4,5 bars abs. L'air est ensuite épuré dans une unité d'épuration 5 par adsoprtion.
L'air épuré 7 est divisé en deux parties. Une partie 9 est surpressée dans un surpresseur 13 jusqu'à une pression d'entre 4.et 20 bars abs et puis refroidie dans la ligne d'échange 63 jusqu'au bout froid. L'air 9 est divisé en deux fractions 15, 17. Une fraction 15 est envoyée au vaporiseur 51 où elle sert à vaporiser partiellement de l'oxygène liquide comprenant au plus 97 % mol. d'oxygène, pour produire l'oxygène gazeux 59 qui se réchauffe dans la ligne d'échange 63. Ce gaz 59 est envoyé à une unité d'oxycombustion. Un liquide riche en oxygène 53 est soutiré du vaporiseur 51 comme purge. L'air se trouve condensé. L'autre fraction de l'air 17 est envoyée au rebouilleur de cuve 61 de la colonne d'oxygène pur 49. Cette colonne comporte le rebouilleur de cuve et des moyens d'échange de chaleur et de matière au-dessus de ce rebouilleur. De l'oxygène liquide 65 comprenant au plus 97% mol. d'oxygène est envoyé en tête de la colonne 49 et s'enrichit pour former le produit liquide 71 soutiré en cuve et contenant au moins 98% mol. d'oxygène. L'oxygène gazeux de tête de la colonne 49 est envoyé en cuve de la colonne basse pression 25. L'air condensé 17 se mélange avec l'air condensé provenant du vaporiseur 51 et, après détente dans une vanne 21, est envoyé à la colonne MP 23, qui opère à entre 2,5 et 4,5 bars abs.
Une autre partie 11 de l'air est refroidie dans la ligne d'échange 63, est envoyée au rebouilleur de cuve 35 de la colonne BP 25, s'y condense au moins partiellement et est envoyée en cuve de la colonne MP 23, en dessous du point d'arrivée d'air liquide 19.
Du liquide enrichi en oxygène 27 est soutiré de la cuve de la colonne MP
23, refroidi dans le sous-refroidisseur 33, détendu et envoyé à la colonne BP
25.
Du liquide 29 est soutiré de la colonne MP 23, refroidi dans le sous-refroidisseur 33, détendu et envoyé à la colonne BP 25. Du liquide riche en azote 31 est
12 soutiré de la tête de la colonne MP 23, refroidi dans le sous-refroidisseur 33, détendu et envoyé à la tête de la colonne BP 25.
De l'azote basse pression 39 est soutiré en tête de la colonne BP, réchauffé dans le sous-refroidisseur 33 et réchauffé dans la ligne d'échange 63.
De l'azote moyenne pression 41 est divisé en deux pour former une partie 43 et une partie 45. La partie 43 sert à chauffer le rebouilleur intermédiaire 37 de la colonne basse pression 25. La partie 45 se réchauffe dans la ligne d'échange 63, est détendue dans la turbine 47 et est renvoyée à la ligne d'échange 63.
De l'oxygène liquide est soutiré de la cuve de la colonne BP et divisé en deux.
Une partie 55 est pressurisée dans la pompe 57 en amont du vaporiseur 51 et le reste 65 est envoyé en tête de la colonne d'oxygène pur 49 sans avoir été
pressurisé.
La tête de la colonne d'oxygène pur 49 se trouve donc à la même pression que la cuve de la colonne basse pression 25. Tout ou une partie du liquide de purge peut également alimenter la tête de la colonne 49.
Un débit de liquide cryogénique 69, par exemple de l'azote liquide, est envoyé en tête de la colonne BP pour tenir le procédé en froid.
Le procédé de la Figure 1 bis diffère de celui de la Figure 1 en ce que la colonne 49 est alimentée en tête exclusivement par la purge 53 du vaporiseur 51, suite à une étape de détente dans une vanne. Le rebouilleur de cuve 61 de la colonne 49 est toujours chauffé par l'air surpressé 17, l'air ainsi condensé
étant mélangé avec l'air surpressé 15 qui a servi à chauffer le vaporiseur 51. Il est également possible d'alimenter la colonne avec du liquide de purge 53 et de l'oxygène liquide 65 provenant de la cuve de la colonne basse pression 25.
Le procédé de la Figure 2 diffère de celui de la Figure 1 en ce que le débit d'air 9 est envoyé d'abord au vaporiseur de cuve 61 de la colonne d'oxygène pur 49 et ensuite au vaporiseur 51 où il se condense. L'air ainsi formé est détendu dans la vanne 21 et envoyé à la colonne moyenne pression 23. La fraction d'air 11 se refroidit dans la ligne d'échange 11 et est envoyée à la cuve de la colonne moyenne pression 23 sans avoir été détendue ou comprimée en aval du compresseur 3.
Le rebouilleur intermédiaire 37 est toujours chauffé par de l'azote moyenne pression 43 mais une autre partie de l'azote moyenne pression 73 est comprimée dans un surpresseur froid 71 à partir d'une température cryogénique et envoyée
13 au rebouilleur de cuve 35. L'azote condensé est détendu dans une vanne 36 et envoyé en tête de la colonne MP 23. L'oxygène de cuve 55 de la colonne basse pression est entièrement pressurisé dans la pompe 57 envoyé au vaporiseur 51 où il se vaporise partiellement. Le gaz vaporisé constitue le produit d'oxygène gazeux 59 contenant moins que 97% mol. d'oxygène. Le liquide non-vaporisé 53 alimente la tête de la colonne 49. L'oxygène gazeux 67 de tête de la colonne est mélangé avec l'oxygène gazeux 59. L'oxygène liquide 71 constitue le produit liquide. Dans ce cas, la colonne d'oxygène pur 49 n'opère pas à la même pression que la colonne BP 25.
Le procédé de la Figure 1 ou 1 bis peut utiliser de l'azote pour chauffer le rebouilleur de cuve 35 et le procédé de la Figure 2 peut utiliser de l'air pour chauffer le rebouilleur de cuve 35.

Claims (9)

Revendications
1. Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une unité
de séparation comprenant une colonne moyenne pression (23) et une colonne basse pression (25), reliées thermiquement entre elles, la colonne basse pression comprenant un rebouilleur de cuve (35) et un rebouilleur intermédiaire (37) et une colonne d'oxygène pur (49) dans lequel i) on envoie de l'air gazeux épuré puis refroidi à une première pression dans une ligne d'échange à la colonne moyenne pression, ii) on envoie un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression, iii) on soutire un gaz riche en azote de la colonne basse pression, iv) on soutire un liquide riche en oxygène contenant au plus 97% mol.
d'oxygène en cuve de la colonne basse pression, v) on envoie un premier débit de liquide riche en oxygène à un vaporiseur (51) et on envoie l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange, vi) on envoie un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve (61), où il s'épure pour former un liquide de cuve contenant au moins 98% mol. d'oxygène, vii) on envoie un débit d'air surpressé à une deuxième pression, supérieure à la première pression, au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur, viii) on soutire un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne pression, on l'envoie au rebouilleur intermédiaire de la colonne basse pression et on envoie le gaz condensé à la tête de la colonne moyenne pression, et ix) on envoie un gaz riche en azote ou de l'air au rebouilleur de cuve de la colonne basse pression et on envoie le liquide qui s'y condense à la colonne moyenne pression caractérisé en ce que l'on soutire du liquide de cuve de la colonne d'oxygène pur comme produit, on envoie de l'air surpressé à la deuxième pression au vaporiseur pour vaporiser le premier débit de liquide riche en oxygène et le premier débit de liquide riche en oxygène est moins riche en oxygène que le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on pressurise le premier débit de liquide riche en oxygène en amont du vaporiseur (51).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le premier débit de liquide riche en oxygène se vaporise partiellement dans le vaporiseur (51), le liquide formé constituant le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel le débit d'air surpressé à
la deuxième pression chauffe d'abord le rebouilleur de cuve (61) de la colonne d'oxygène pur (49) et ensuite le vaporiseur (51).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel un liquide cryogénique (69) d'une source auxiliaire est envoyé à la double colonne.
6. Appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une colonne moyenne pression (23) et une colonne basse pression (25), reliées thermiquement entre elles, la colonne basse pression comprenant un rebouilleur de cuve (35) et un rebouilleur intermédiaire (37) et une colonne d'oxygène pur (49), une ligne d'échange (63), un vaporiseur (51), des moyens pour envoyer de l'air gazeux épuré puis refroidi à une première pression de la ligne d'échange à la colonne moyenne pression, des moyens pour envoyer un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un gaz riche en azote de la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un liquide riche en oxygène contenant au plus 97% mol. d'oxygène en cuve de la colonne basse pression, des moyens pour envoyer un premier débit de liquide riche en oxygène au vaporiseur, une conduite pour envoyer l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange, des moyens pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve (61), où il s'épure pour former un liquide de cuve contenant au moins 98% mol. d'oxygène, un surpresseur (3), une conduite pour envoyer un débit d'air surpressé (17) à une deuxième pression supérieure à la première pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur, des conduites pour soutirer un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne pression, pour l'envoyer au rebouilleur intermédiaire de la colonne basse pression et pour envoyer le gaz condensé à la tête de la colonne moyenne pression et des conduites pour envoyer un gaz riche en azote ou de l'air au rebouilleur de cuve de la colonne basse pression et pour envoyer le liquide qui s'y condense à la colonne moyenne pression caractérisé en ce qu'il comprend une conduite pour soutirer du liquide de cuve (71) de la colonne d'oxygène pur comme produit et des moyens pour envoyer de l'air surpressé (15) à la deuxième pression du surpresseur au vaporiseur et en ce que les moyens pour envoyer l'air surpressé du surpresseur (3) au vaporiseur (51) sont reliés au rebouilleur de cuve (61) de la colonne d'oxygène pur (49) de sorte que l'air destiné au vaporiseur passe à travers le rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur.
7. Appareil selon la revendication 6 comprenant :
i) une conduite pour envoyer un liquide (53) du vaporiseur (51) en tête de la colonne d'oxygène pur (49) et/ou ii) une conduite pour envoyer un liquide de cuve (65) de la colonne basse pression (25) en tête de la colonne d'oxygène pur (49).
8. Appareil selon l'une des revendications 6 à 7 comprenant une conduite pour envoyer un liquide (53) du vaporiseur (51) en tête de la colonne d'oxygène pur (49) et une conduite pour envoyer un liquide de cuve (65) de la colonne basse pression (25) en tête de la colonne d'oxygène pur (49).
9. Appareil selon l'une des revendications 6 à 8 comprenant des moyens (69) pour envoyer un liquide cryogénique à la colonne basse pression d'une source extérieure.
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