EP0884543A1 - Procédé et installation de séparation d'air par distillation cryogénique - Google Patents

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EP0884543A1
EP0884543A1 EP98401366A EP98401366A EP0884543A1 EP 0884543 A1 EP0884543 A1 EP 0884543A1 EP 98401366 A EP98401366 A EP 98401366A EP 98401366 A EP98401366 A EP 98401366A EP 0884543 A1 EP0884543 A1 EP 0884543A1
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EP
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column
flow
liquid
air
condenser
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Withdrawn
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EP98401366A
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Jean-Pierre Tranier
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
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    • F25J2250/50—One fluid being oxygen

Definitions

  • the present invention relates to a method and an installation for cryogenic distillation.
  • Processes of this type are known from DE-A-3843359 and DE-A-3643359 in which the air of the blowing turbine is cooled by heat exchange with a gas flow enriched with oxygen.
  • SU-A-739316 and SU-A-1231343 disclose air cooling from an insufflation turbine with a nitrogen flow withdrawn from the medium pressure column.
  • EP-A-0 081 473 suggests cooling the expanded air in the turbine insufflation by heat exchange with an air flow intended for the column medium pressure.
  • EP-A-153 673 describes an apparatus in which the supply air flow is cooled by exchanging heat with nitrogen from the top of the column low pressure.
  • FR-A-1 289 009 describes the cooling of the supply air against a flow pumped liquid oxygen.
  • EP-A-0 556 516 describes the cooling of the blown air against rich liquid.
  • EP-A-605 262 proposes to spray the purges under pressure liquid oxygen to avoid the risk of hydrocarbon explosion.
  • the purpose of the present invention is to enhance the frigories contained in a liquid from the double column effectively.
  • an installation is also provided. according to claim 8.
  • Figure 1 shows a nitrogen production plant similar to those described in FR-A-2 578 532, EP-A-153 673 and EP-A-575 591. It includes a heat exchange line 1 and a double column of distillation 2. The latter consists of a medium pressure column 3 operating under a pressure of the order of 8 to 10 bars and a column low pressure operating under a pressure of the order of 4 to 5 bars. Each of these columns has a head condenser 5,6 respectively.
  • a first flow of compressed air 7 at a slight pressure above the medium pressure is cooled near its point of dew through the exchange line 1 and introduced at the base of column 3.
  • the rich liquid in equilibrium with this air, collected in the tank of column 3 is expanded at low pressure in an expansion valve 8 and introduced into a intermediate point of column 4.
  • the descending liquid enriched with oxygen comes to the tank to cool the main condenser 5 to reflux in column 3.
  • Some of the same liquid is again expanded, up to a pressure of the order of 1 bar in an expansion valve 9 then serves to cool the auxiliary condenser 6 to ensure reflux into the column 4.
  • the same liquid after vaporization is sent against the current by a pipe 11 through the exchange line 1 to constitute the waste gas of the installation.
  • the vapor which rises in column 4 is enriched with nitrogen and this is nitrogen which is condensed by the auxiliary condenser 6.
  • a second air flow 12 is expanded in an insufflation turbine 13, cools in the exchanger 14 and is introduced into the lower column pressure 4.
  • a purge liquid flow 15 containing about 82% oxygen is withdrawn from the auxiliary condenser, is pressurized by pump 16 and sent to the exchanger 14 where it vaporizes. The vaporized purge flow is then evacuated of the installation.
  • Nitrogen gas 17 is drawn off at the top of column 4 as product. There is also a small production of liquid nitrogen 18.
  • the low pressure column 4 has no head condenser.
  • the oxygen in the tank of column 4 is withdrawn as product and a liquid purge flow 20 of this tank is vaporized by exchange heat with the blown air, after a possible pressurization step.
  • the purge liquid which is used to cool the air coming from the turbine also could be a purge from another column of the installation (Etienne column, argon column).

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Abstract

L'air provenant d'une turbine d'insufflation (13) et destiné à la colonne basse pression d'une double colonne (2) est refroidi par échange de chaleur indirect avec un liquide (15, 20). Ce liquide est un débit de purge d'un condenseur (5, 6) du système.

Description

La présente invention concerne un procédé et une installation de distillation cryogénique.
En particulier, elle est relative à un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une double colonne comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression dans lequel
  • a) un premier débit d'air est envoyé à la colonne moyenne pression où il se sépare en un liquide enrichi en oxygène et une vapeur enrichie en azote
  • b) un deuxième débit d'air est détendu dans une turbine d'insufflation, refroidi et envoyé à la colonne basse pression
  • c) des fluides enrichis en azote et en oxygène sont produits dans la colonne basse pression.
    • Des procédés de ce type sont connus de DE-A-3843359 et DE-A-3643359 dans lequel l'air de la turbine d'insufflation est refroidi par échange de chaleur avec un débit gazeux enrichi en oxygène.
    SU-A-739316 et SU-A-1231343 divulguent le refroidissement de l'air provenant d'une turbine d'insufflation avec un débit d'azote soutiré de la colonne moyenne pression.
    Dans le « Proceedings of the British Cryogenics Council Conference, 13-15 November 1973 », on propose de refroidir l'air insufflé avec un débit de gaz résiduaire provenant de la colonne basse pression.
    EP-A-0 081 473 suggère de refroidir l'air détendu dans la turbine d'insufflation par échange de chaleur avec un débit d'air destiné à la colonne moyenne pression.
    EP-A-153 673 décrit un appareil dans lequel le débit d'air insufflé est refroidi en échangeant de la chaleur avec de l'azote de tête de la colonne basse pression.
    FR-A-1 289 009 décrit le refroidissement de l'air insufflé contre un débit d'oxygène liquide pompé.
    EP-A-0 556 516 décrit le refroidissement de l'air insufflé contre du liquide riche.
    II est fréquemment nécessaire de chauffer un débit liquide provenant de la colonne, par exemple afin de le vaporiser (voir EP-A-640 802).
    Ainsi il a été proposé de vaporiser un débit de purge du condenseur de cuve dans l'échangeur principal de l'appareil mais ceci oblige de fabriquer un échangeur principal ayant un passage supplémentaire.
    EP-A-605 262 propose de vaporiser sous pression les purges d'oxygène liquide pour éviter le risque d'explosion d'hydrocarbures.
    Le but de la présente invention est de valoriser les frigories contenues dans un liquide de la double colonne de manière efficace.
    Selon la présente invention il est prévu un procédé selon la revendication 1.
    Selon d'autres aspects de l'invention :
    • le débit liquide est au moins partiellement vaporisé par échange de chaleur avec l'air insufflé.
    • le débit liquide provient de la double colonne.
    • le débit liquide est un débit de purge provenant de la double colonne ou d'une autre colonne de l'installation.
    • la colonne moyenne pression et la colonne basse pression sont reliées thermiquement par un condenseur de cuve de la colonne basse pression et le débit de purge est un débit de purge de ce condenseur.
    • la colonne basse pression a un condenseur de tête refroidi par un débit enrichi en oxygène et le débit liquide est un débit de purge provenant du condenseur de tête.
    • le débit liquide est pressurisé avant d'échanger de la chaleur avec l'air insufflé.
    Selon la présente invention, il est également prévu une installation selon la revendication 8.
    Selon d'autres aspects de l'invention
    • le condenseur est un condenseur de cuve ou un condenseur de tête de la colonne basse pression.
    Deux exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits en regard du dessin annexé, sur lequel :
    • les figures 1 et 2 sont des schémas d'installations suivant l'invention
    La figure 1 montre une installation de production d'azote similaire à celles décrites dans FR-A-2 578 532, EP-A-153 673 et EP-A-575 591. Elle comprend une ligne d'échange thermique 1 et une double colonne de distillation 2. Cette dernière est constituée d'une colonne moyenne pression 3 fonctionnant sous une pression de l'ordre de 8 à 10 bars et d'une colonne basse pression fonctionnant sous une pression de l'ordre de 4 à 5 bars. Chacune de ces colonnes comporte un condenseur de tête 5,6 respectivement.
    Un premier débit d'air 7 comprimé à une pression légèrement supérieure à la moyenne pression est refroidi au voisinage de son point de rosée à travers la ligne d'échange 1 et introduit à la base de la colonne 3. Le liquide riche en équilibre avec cet air, recueilli en cuve de la colonne 3 est détendu à la basse pression dans une vanne de détente 8 et introduit en un point intermédiaire de la colonne 4. Dans celle-ci, le liquide descendant s'enrichit en oxygène et vient en cuve refroidir le condenseur principal 5 pour assurer le reflux dans la colonne 3. Une partie du même liquide est de nouveau détendue, jusqu'à une pression de l'ordre de 1 bar dans une vanne de détente 9 puis sert à refroidir le condenseur auxiliaire 6 pour assurer le reflux dans la colonne 4. Le même liquide après vaporisation est envoyé à contre courant par une conduite 11 à travers la ligne d'échange 1 pour constituer le gaz résiduaire de l'installation.
    La vapeur qui monte dans la colonne 4 s'enrichit en azote et c'est de l'azote qui est condensé par le condenseur auxiliaire 6.
    Un deuxième débit d'air 12 est détendu dans une turbine d'insufflation 13, se refroidit dans l'échangeur 14 et est introduit dans la colonne basse pression 4. Un débit liquide de purge 15 contenant environ 82% d'oxygène est soutiré du condenseur auxiliaire, est pressurisé par la pompe 16 et envoyé à l'échangeur 14 où il se vaporise. Le débit de purge vaporisé est ensuite évacué de l'installation.
    De l'azote gazeux 17 est soutiré en tête de la colonne 4 comme produit. Il y a également une petite production d'azote liquide 18.
    Dans la variante de la figure 2 la colonne basse pression 4 n'a pas de condenseur de tête. L'oxygène de la cuve de la colonne 4 est soutiré comme produit et un débit de purge liquide 20 de cette cuve se vaporise par échange de chaleur avec l'air insufflé,après une éventuelle étape de pressurisation.
    Le liquide de purge qui sert à refroidir l'air provenant de la turbine d'insufflation pourrait également être une purge provenant d'une autre colonne de l'installation (colonne Etienne, colonne argon).

    Claims (9)

    1. Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une double colonne (2) comprenant une colonne moyenne pression (3) et une colonne basse pression (4) dans lequel
      a) un premier débit d'air (7) est envoyé à la colonne moyenne pression où il se sépare en un liquide enrichi en oxygène et une vapeur enrichie en azote
      b) un deuxième débit d'air (12) est détendu dans une turbine d'insufflation (13), refroidi et envoyé à la colonne basse pression
      c) des fluides enrichis en azote et en oxygène sont produits dans la colonne basse pression
         le deuxième débit étant refroidi après l'étape de détente par échange de chaleur avec un débit liquide (15,20) caractérisé en ce que le débit liquide est un débit de purge.
    2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le débit de purge est au moins partiellement vaporisé par échange de chaleur avec l'air insufflé.
    3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le débit de purge provient de la double colonne.
    4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel le débit de purge provient d'une colonne argon ou une colonne Etienne associée à la double colonne.
    5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel la colonne moyenne pression et la colonne basse pression sont reliées thermiquement par un condenseur (5) de cuve de la colonne basse pression et le débit de purge (20) est un débit de purge de ce condenseur.
    6. Procédé selon la revendication 4 ou 5 dans lequel la colonne basse pression a un condenseur (6) de tête refroidi par un débit enrichi en oxygène et le débit liquide (15) est un débit de purge provenant du condenseur de tête.
    7. Procédé selon une des revendications précédentes dans lequel le débit liquide est pressurisé avant d'échanger de la chaleur avec l'air insufflé.
    8. Installation de séparation d'air par distillation cryogénique dans une double colonne (2) comprenant une colonne moyenne pression (3) et une colonne basse pression (4),
      des moyens pour envoyer un premier débit d'air refroidi (7) à la colonne moyenne pression,
      des moyens pour envoyer un deuxième débit d'air refroidi (12) à une turbine d'insufflation (13),
      des moyens pour envoyer le deuxième débit détendu à un échangeur de chaleur (14),
      des moyens pour envoyer le deuxième débit détendu de l'échangeur de chaleur à la colonne basse pression,
      des moyens pour envoyer un liquide de la cuve de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression,
      des moyens pour envoyer un liquide (15,20) à l'échangeur caractérisée en ce que le liquide envoyé à l'échangeur est un liquide de purge d'un condenseur de l'installation.
    9. Installation selon la revendication 9 dans laquelle le condenseur est un condenseur de cuve (5) ou un condenseur de tête (6) de la colonne basse pression ou un condenseur de colonne argon ou de colonne Etienne.
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