EP0863362A1 - Procédé d'alimentation d'une unité consommatrice d'un gaz à plusieurs pressions - Google Patents

Procédé d'alimentation d'une unité consommatrice d'un gaz à plusieurs pressions Download PDF

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EP0863362A1
EP0863362A1 EP98400516A EP98400516A EP0863362A1 EP 0863362 A1 EP0863362 A1 EP 0863362A1 EP 98400516 A EP98400516 A EP 98400516A EP 98400516 A EP98400516 A EP 98400516A EP 0863362 A1 EP0863362 A1 EP 0863362A1
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supplying
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Emmanuel Garnier
Didier Magnet
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Definitions

  • the present invention relates to a method and an installation of a unit consuming a gas at several pressures.
  • it relates to a process for supplying an oxygen-consuming steelworks to two presses.
  • Electric steelworks are supplied with oxygen either by vaporization of liquid oxygen either by an air separation device on the site.
  • Oxygen consumption is periodic.
  • the oxygen produced is compressed to a pressure significantly higher than that of use, by example, it is compressed to 30 bars while the operating pressure is around 12 bars.
  • This high pressure oxygen is stored in buffer tanks which empty when consumption increases and fill when consumption decreases.
  • the air separation device roughly consistently produces average consumption over a cycle from a steelworks oven.
  • the average total oxygen consumption i.e. consumption of burners, refining lances and possibly nozzles and post-combustion injectors if not confused with burners
  • the average total oxygen consumption is most often higher (or sometimes slightly lower) than instantaneous consumption in the refining lances. Even if the average consumption is lower than the instant consumption, the device could be - if economically justified - slightly oversized so that we can still apply the ideas that are the subject of this patent application. This effect is particularly marked when there is a post-combustion stage.
  • the minimum pressure specified today for the whole the need for oxygen is in fact dictated by the need for the refining lances.
  • the pressure at the inlet of the lance is generally of the order of 12 to 15 bars. he it is accepted that burners (including injectors possibly dedicated to the afterburner) can be supplied with oxygen at a lower pressure (of the order of 5 bars or even less). (The injectors are sometimes the burners, which are also used in this case for post-combustion).
  • One of the aims of the invention is to supply a consuming unit a gas by reducing the energy needs linked to food.
  • Another object of the invention is to limit the maximum pressure of oxygen stored by the supply system, thereby reducing costs investment.
  • a supply method is provided of a unit consuming a gas at several pressures comprising a high pressure and a low pressure in which gas is produced at high pressure and sent to the consuming unit.
  • FIG. 1 shows a process diagram according to the prior art
  • Figure 2 shows a process diagram according to the invention.
  • an air separation device 1 generates a flow oxygen 3 to 30 bars. This oxygen is expanded to 13 bars and sent to an oven with an electric arc 9, part being sent to the burners 9A and the other part being sent to the refining lances 9B.
  • oxygen is supplied at 15 bar by the air separation 1 which can be a VSA type device or a cryogenic distillation. Oxygen can also be produced by vaporization of liquid under pressure.
  • the gaseous oxygen 3 to 15 bars is directed as a priority to the refining lances 9B of an electric arc furnace 9, when these consume oxygen.
  • a buffer tank 5 is installed on the supply circuit of the other consuming elements of the oven 9, in particular the burners 9A. The tank keeps the oxygen pressure above the minimum allowable for these elements (5 to 15 bars) when the oxygen production is diverted to the lances. At the same time, part of the oxygen produced by the apparatus 1 can be sent to the other elements, if the production is sufficient for the lances.
  • the buffer tank 5 and the other consuming elements of the oven (burners 9A, etc.) if they consume, are supplied with additional oxygen, previously intended for the lances.
  • the investment of a compressor compressing oxygen to 30 bars is significantly larger than that of a compressor compressing at 12-15 bars. The overall investment will therefore be less.
  • the compressors compressing to 12-15 bars are standard and have delivery times shorter than for machines compressing to 30 bars.
  • Another air separation device 11 supplies vaporized liquid to the oven 9.

Abstract

Dans un procédé d'alimentation d'une unité (9) consommatrice d'un gaz à plusieurs pressions, le gaz est produit à la pression la plus élevée et est envoyé à l'unité. Quand la consommation de l'unité baisse, au moins une partie du gaz à haute pression est stockée dans un réservoir-tampon (5). <IMAGE>

Description

La présente invention est relative à un procédé et une installation d'une unité consommatrice d'un gaz à plusieurs pressions. En particulier, elle concerne un procédé d'alimentation d'une aciérie consommatrice d'oxygène à deux pressions.
Les aciéries électriques sont alimentées en oxygène soit par vaporisation d'oxygène liquide soit par un appareil de séparation d'air sur le site. La consommation d'oxygène est périodique. L'oxygène produit est comprimé à une pression nettement supérieure à celle d'utilisation, par exemple, il est comprimé à 30 bars tandis que la pression d'utilisation est de l'ordre de 12 bars. Cet oxygène à haute pression est stocké dans des réservoirs-tampon qui se vident quand la consommation augmente et se remplissent quand la consommation diminue. L'appareil de séparation d'air produit à peu près constamment la moyenne de la consommation sur un cycle de four d'aciérie.
La moyenne de la consommation totale d'oxygène (à savoir la consommation des brûleurs, des lances d'affinage et éventuellement des tuyères et des injecteurs de post-combustion s'ils ne sont pas confondus avec les brûleurs) est le plus souvent supérieure (ou parfois légèrement inférieure) à la consommation instantanée dans les lances d'affinage. Même dans le cas où la moyenne de la consommation est inférieure à la consommation instantanée, l'appareil pourra être - si économiquement justifié - légèrement surdimensionné afin de pouvoir quand même appliquer les idées faisant l'objet de cette demande de brevet. Cet effet est particulièrement marqué quand il y a une étape de post-combustion.
D'autre part, la pression minimale spécifiée aujourd'hui pour l'ensemble du besoin en oxygène est en fait dictée par le besoin des lances d'affinage. La pression à l'entrée de la lance est généralement de l'ordre de 12 à 15 bars. Il est admis que les brûleurs (y compris les injecteurs éventuellement dédiés à la post-combustion) peuvent être alimentés en oxygène à une plus basse pression (de l'ordre de 5 bars ou même moins). (Les injecteurs sont parfois les brûleurs, qui sont aussi dans ce cas utilisés pour la post-combustion).
L'un des buts de l'invention est d'alimenter une unité consommatrice d'un gaz en réduisant les besoins énergétiques liés à l'alimentation.
Un autre but de l'invention est de limiter la pression maximale d'oxygène stocké par l'installation d'alimentation, réduisant ainsi les coûts d'investissement de celle-ci.
Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé d'alimentation d'une unité consommatrice d'un gaz à plusieurs pressions comprenant une haute pression et une basse pression dans lequel le gaz est produit à la haute pression et envoyé à l'unité consommatrice.
Selon d'autres aspects de l'invention,
  • une partie du gaz à haute pression est stockée dans un réservoir-tampon à une pression qui varie entre les haute et basse pressions
  • ladite partie du gaz à haute pression est stockée dans le réservoir-tampon quand la demande de gaz à haute-pression est réduite ou arrêtée
  • l'unité est une aciérie consommatrice d'oxygène à plusieurs pressions
  • la haute pression est celle de l'alimentation des lances d'affinage (et éventuellement des tuyères) d'une aciérie et/ou la basse pression est celle des brûleurs d'une aciérie
  • le gaz est un gaz de l'air produit à la haute pression par un appareil de séparation constitué par un appareil de distillation cryogénique ou un appareil de séparation par adsorption.
  • on complète par un liquide vaporisé provenant d'une source autre que l'appareil de séparation quand les besoins instantanés des lances en gaz sont supérieurs à la production maximale de l'appareil de séparation ou bien lorsque la moyenne de consommation sur un cycle est supérieure à la production moyenne maximale pendant ce cycle.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu
  • une installation d'une unité consommatrice d'un gaz à plusieurs pression comprenant une haute pression et une basse pression
  • des moyens pour fournir une première partie du gaz à l'unité à la haute pression.
  • des moyens pour stocker une deuxième partie du gaz à une pression entre la haute pression et la basse pression dans un réservoir
  • des moyens pour envoyer du gaz du réservoir à l'unité
Selon d'autres aspects de l'invention, il est prévu
  • un appareil de production de gaz relié à l'unité et au réservoir
  • des moyens pour fournir du gaz provenant d'une source autre que l'appareil de production à l'unité.
L'invention sera maintenant décrite en se référant aux dessins dont
   la figure 1 montre un schéma de procédé selon l'art antérieur et
   la figure 2 montre un schéma de procédé selon l'invention.
Dans la figure 1, un appareil de séparation d'air 1 génère un débit d'oxygène 3 à 30 bars. Cet oxygène est détendu à 13 bars et envoyé à un four à arc électrique 9, une partie étant envoyée aux brûleurs 9A et l'autre partie étant envoyée aux lances d'affinage 9B.
Quand la consommation du four 9 baisse, au moins une partie de l'oxygène est stockée à 30 bars dans un réservoir-tampon 5.
Dans la figure 2, l'oxygène est fourni à 15 bars par l'appareil de séparation d'air 1 qui peut être un appareil de type VSA ou un appareil de distillation cryogénique. L'oxygène peut aussi être produit par vaporisation de liquide sous pression.
L'oxygène gazeux 3 à 15 bars est dirigé en priorité vers les lances d'affinage 9B d'un four à arc électrique 9, lorsque celles-ci consomment de l'oxygène. Un réservoir-tampon 5 est installé sur le circuit d'alimentation des autres éléments consommateurs du four 9, notamment les brûleurs 9A. Le réservoir maintient la pression de l'oxygène au-dessus du minimum admissible pour ces éléments (de 5 à 15 bars) lorsque la production d'oxygène est déviée vers les lances. En même temps, une partie de l'oxygène produit par l'appareil 1 peut être envoyée aux autres éléments, si la production est suffisante pour les lances. Quand les lances ne consomment plus d'oxygène, le réservoir-tampon 5 et les autres éléments consommateurs du four (brûleurs 9A, etc...), s'ils consomment, sont alimentés par l'oxygène supplémentaire, auparavant destiné aux lances.
Comme l'oxygène n'est comprimé qu'à la pression maximale utilisée par le four, la consommation d'énergie est réduite par rapport à celle de l'art antérieur.
L'investissement d'un compresseur comprimant l'oxygène à 30 bars est nettement plus important que celui d'un compresseur comprimant à 12-15 bars. L'investissement global sera donc moindre. De plus, les compresseurs comprimant à 12-15 bars sont standards et présentent des délais de livraison plus courts que pour des machines comprimant à 30 bars.
Un autre appareil de séparation d'air 11 fournit du liquide vaporisé au four 9.

Claims (10)

  1. Procédé d'alimentation d'une unité consommatrice d'un gaz à plusieurs pressions comprenant une haute pression et une basse pression dans lequel le gaz est produit à la haute pression et envoyé à l'unité consommatrice (9).
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel une partie du gaz à haute pression est stockée dans un réservoir tampon (5) à une pression qui varie entre les haute et basse pressions.
  3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel la partie du gaz à haute pression est stockée dans un réservoir-tampon (5) quand la demande de gaz à haute pression est réduite ou arrêtée.
  4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel l'unité 9 est une aciérie consommatrice d'oxygène à plusieurs pressions.
  5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel la haute pression est celle de l'alimentation des lances d'affinage (9B) d'une aciérie et/ou la basse pression est celle des brûleurs (9A) d'une aciérie.
  6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le gaz est un gaz de l'air produit à la haute pression par un appareil de séparation constitué par un appareil de distillation cryogénique ou un appareil de séparation par adsorption.
  7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel on complète par un liquide vaporisé provenant d'une source autre que l'appareil de séparation quand les besoins instantanés en gaz sont supérieurs à la production maximale de l'appareil de séparation ou bien lorsque la moyenne de consommation sur un cycle est supérieure à la production moyenne maximale pendant ce cycle.
  8. Installation d'alimentation d'une unité (9) consommatrice d'un gaz à plusieurs pressions comprenant une haute pression et une basse pression
    des moyens (13) pour fournir une première partie du gaz à l'unité à la haute pression
    des moyens pour stocker une deuxième partie du gaz à une pression variant entre la haute pression et la basse pression dans un réservoir (5)
    des moyens (15) pour envoyer du gaz du réservoir à l'unité.
  9. Installation selon la revendication 8 comprenant un appareil de production de gaz (1) relié à l'unité (9) et au réservoir (5).
  10. Installation selon la revendication 9 comprenant des moyens (11) pour fournir du gaz provenant d'une source autre que l'appareil de production (1) à l'unité (9).
EP98400516A 1997-03-04 1998-03-04 Procédé d'alimentation d'une unité consommatrice d'un gaz à plusieurs pressions Withdrawn EP0863362A1 (fr)

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