EP1063484B1 - Procédé et installation de séparation d'un mélange gazeux par distillation cryogénique - Google Patents
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- EP1063484B1 EP1063484B1 EP00401767A EP00401767A EP1063484B1 EP 1063484 B1 EP1063484 B1 EP 1063484B1 EP 00401767 A EP00401767 A EP 00401767A EP 00401767 A EP00401767 A EP 00401767A EP 1063484 B1 EP1063484 B1 EP 1063484B1
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- F25J2245/50—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being oxygen
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Definitions
- the present invention relates to a method and installation of separation of a gaseous mixture, for example air, by cryogenic distillation according to the preamble of claims 1 and 11, respectively.
- a method and such an installation are known from JP-A-49 117 364 and US-A-2 711 685.
- the invention relates in particular a process for producing gas under pressure.
- JP-A-49117364 suggests spraying part of the liquid intended for the pump in a dedicated exchanger to produce the gas of barrage.
- An object of the invention is to simplify the installation.
- an air flow 1 to 6 bar is sent to the exchanger 3. After partial cooling, it is divided into two. Flow 5 continues cooling and liquefies in the exchanger, while the flow 7 is expanded in a Claude turbine and sent to a double column comprising a medium pressure column 9 and a low pressure column 11. Liquefied flow 5 is split between the two columns of the double column or sent to a single columns.
- a flow 13 enriched in oxygen is withdrawn from the bottom of the column medium pressure 9 and sent to an intermediate point in the lower column pressure 11.
- a flow of liquid nitrogen is sent from the medium pressure column at the head of the low pressure column.
- a flow 15 containing at least 80% oxygen is withdrawn from the the low pressure column 11, pressurized to 30 bar in the pump 17 and sent in the exchanger 3 where it vaporizes and heats up to room temperature.
- Part 21 of this flow is sent as barrier gas to the pump 17.
- the barrier gas can come from a gas network 18 under pressure having the same main component as flow 15 but also being pure or purer than this flow.
- This network gas can be used as a barrier gas if its pressure is higher than that of suction from pump 17.
- the external source can be a liquid storage 20 other than a column of system distillation. The liquid is then vaporized either in the exchanger 3 or in a dedicated exchanger after a possible pressurization step to supply the pump barrier gas 17.
- the residual nitrogen 19 of the low pressure column heats up in the exchanger 3.
- the same barrier gas is sent to the pump 23 which is used to send liquid oxygen to storage 25 and to pump 27 of the film vaporizer connecting the medium pressure column and the low pressure column and to the pump 29 of rise of rich liquid.
- the same barrier gas can also be sent to the pump that transfers liquid oxygen from the low pressure column tank to the - condenser at the head of the medium pressure column.
- the pressurized liquid sent to the top of the mixing column can come from a pump whose barrier gas is common to all other pumps.
- barrier gases possibly of different purities rather than a common barrier gas for all pumps for pressurizing a liquid with the same component main.
- barrier gas is common, its purity is equal to or higher than the purest liquid pressurized by a system pump which it serves as a barrier gas and its pressure is greater than the pressure of the pump with the highest suction pressure it serves dam gas.
- the pumped liquid will be rich in oxygen but it is also known to pump liquids rich in nitrogen or argon or in the processes of separation of mixtures of hydrogen, of monoxide of carbon and methane, into methane.
- the barrier gas has the same main component than the pumped liquid or even, in addition, that it is at least as pure as this liquid, if not more pure.
- the barrier gas may have a very different from the pumped liquid.
- oxygen does not must especially by containing nitrogen whereas the presence of argon is not harmful; for other applications the opposite is true.
- a gas rich in argon or nitrogen can serve as barrier gas. Even air can sometimes act as a barrier gas.
- an external source of liquid oxygen (therefore a external source other than a system column) is connected to means to vaporize at least some of this liquid and means to send the steam thus formed at the first pump to serve as barrier gas.
- an external source of a gas is constituted by a pipe of purer oxygen than the liquid to be pumped from a network.
- the pipe is connected to means to send this pressurized gas to the first pump to serve as barrier gas.
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Description
- on vaporise une partie du liquide pressurisé dans la première pompe dans l'échangeur où se refroidit au moins une partie du mélange gazeux ;
- au moins un gaz produit par la colonne se réchauffe dans l'échangeur où se refroidit au moins une partie du mélange gazeux ;
- seuls la partie du mélange gazeux et le liquide pressurisé dans la première pompe sont envoyés à l'échangeur;
- le liquide vaporisé pour former le gaz de barrage est pressurisé par une deuxième pompe, ce liquide pressurisé dans la deuxième pompe ayant la même composante principale que le liquide pressurisé dans la première pompe et étant aussi pur ou plus pur que le liquide pressurisé dans la première pompe ;
- le mélange gazeux est de l'air et le liquide pressurisé dans la première pompe est riche en oxygène, azote ou argon ;
- le mélange gazeux contient au moins 1 mol % de méthane, au moins 1 mol % de monoxyde de carbone, au moins 1 mol % d'hydrogène et/ou au moins 1 mol % d'azote et le liquide pressurisé dans la première pompe est riche en méthane; monoxyde de carbone, hydrogène ou azote ;
- le gaz de barrage est à une pression supérieure à la pression d'aspiration de la première pompe ;
- le gaz de barrage est envoyé à toutes les pompes du système pompant un liquide ayant la même composante principale que le liquide pompé par la première pompe.
- le système comprend une pompe d'envoi d'un liquide d'une des
colonnes au stockage et/ou une pompe de vaporiseur à film et/ou une pompe
d'envoi de liquide d'une colonne du système à une autre colonne du système et
dans lequel le gaz de barrage d'au moins une de ces pompes est
- i) un gaz provenant d'une source extérieure autre qu'une colonne du système et/ou
- ii) la vapeur produite en vaporisant un liquide provenant d'une source extérieure autre qu'une colonne du système et/ou
- iii) la vapeur produite en vaporisant une partie d'un liquide soutiré d'une colonne du système pressurisé dans la première ou une deuxième pompe.
- des moyens pour envoyer le liquide de la première et/ou de la deuxième pompe à l'échangeur et des moyens pour sortir le liquide vaporisé de l'échangeur.
- un autre échangeur de chaleur dans lequel se vaporise le liquide destiné à fournir le gaz de barrage.
- le mélange gazeux est de l'air et le système de colonnes comprend une triple colonne, une double colonne ou une simple colonne éventuellement associée avec une colonne argon et/ou une colonne de mélange.
- la première et éventuellement la deuxième pompe(s) est (sont) une (des) pompe(s) à labyrinthe.
- des moyens pour envoyer le même gaz de barrage à toutes les pompes du système pressurisant un liquide ayant la même composante principale que le liquide pressurisé par la première pompe.
- une pompe pour envoyer un liquide d'une colonne du système au stockage et/ou une pompe de vaporiseur à film et/ou une pompe pour envoyer du liquide d'une colonne ou un condenseur du système à une autre colonne ou un autre condenseur du système.
- le moyen pour envoyer un gaz de barrage d'au moins une des autres
pompes comprend
- i) une source extérieure d'un gaz autre qu'une colonne du système et des moyens pour envoyer ce gaz pressurisé à la première pompe pour servir de gaz de barrage et/ou
- ii) une source extérieure de liquide autre qu'une colonne du système et des moyens pour vaporiser au moins une partie de ce liquide et d'envoyer la vapeur ainsi formée à la première pompe pour servir de gaz de barrage et/ou
- iii) des moyens pour soutirer un liquide d'une colonne du système et d'en vaporiser au moins une partie en aval de la première ou de la deuxième pompe pour fournir un gaz de barrage pour la première pompe.
Claims (18)
- Procédé de séparation d'un mélange gazeux par distillation cryogénique dans lequel :on refroidit au moins une partie du mélange (1) comprimé et épuré dans un échangeur (3) ;on envoie le mélange refroidi à une colonne de distillation (9) d'un système comprenant au moins une colonne ;on soutire un liquide (15) d'une colonne (11) du système ;on pressurise le liquide dans une première pompe (17) ;caractérisé en ce que l'on utilise comme gaz de barrage au moins la première pompe du système (17, 23, 29) ;i) un gaz provenant d'au moins une source extérieure autre qu'une colonne du système et/ouii) la vapeur produite en vaporisant un liquide provenant d'une source extérieure autre qu'une colonne du système et/ouiii) la vapeur produite en vaporisant une partie d'un liquide soutiré d'une colonne du système pressurisé dans la première ou une deuxième pompe.
- Procédé selon la revendication 1 dans lequel on vaporise une partie du liquide (15) pressurisé dans la première pompe dans l'échangeur (3) où se refroidit au moins une partie (5) du mélange gazeux.
- Procédé selon la revendication 2 dans lequel au moins un gaz produit par la colonne se réchauffe dans l'échangeur (3) où se refroidit au moins une partie du mélange gazeux (5).
- Procédé selon la revendication 2 dans lequel seuls la partie du mélange gazeux et le liquide pressurisé dans la première pompe sont envoyés à l'échangeur.
- Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le liquide vaporisé pour former le gaz de barrage est pressurisé par une deuxième pompe, ce liquide ayant la même composante principale que le liquide pressurisé dans la première pompe et étant aussi pur ou plus pur que le liquide pressurisé dans la première pompe.
- Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le mélange gazeux est de l'air et le liquide pressurisé dans la première pompe est riche en oxygène, azote ou argon.
- Procédé selon une des revendications 1 à 5 dans lequel le mélange gazeux contient au moins 1 mol.% de méthane, au moins 1 mol.% de monoxyde de carbone, au moins 1 mol.% d'hydrogène et/ou au moins 1 mol.% d'azote et le liquide pressurisé dans la première pompe est riche en méthane, monoxyde de carbone, hydrogène ou azote.
- Procédé selon une des revendications 1 à 7 dans lequel le gaz de barrage est à une pression supérieure à la pression de la première pompe.
- Procédé selon une des revendications 1à 8 dans lequel le gaz de barrage est envoyé à toutes les pompes du système pompant un liquide ayant la même composante principale que le liquide pompé par la première pompe.
- Procédé selon une des revendications 1 à 9 dans lequel le système comprend une pompe (23) d'envoi d'un liquide d'une des colonnes au stockage (25) et/ou une pompe de vaporiseur à film (27)et/ou une pompe (29) d'envoi de liquide d'une colonne du système à une autre colonne du système et dans lequel le gaz de barrage d'au moins une de ces pompes comprendi) un gaz provenant d'au moins une source extérieure (18) autre qu'une colonne du système et/ouii) la vapeur produite en vaporisant un liquide provenant d'au moins une source extérieure (20) autre qu'une colonne du système et/ouiii) la vapeur produite en vaporisant une partie d'un liquide soutiré d'une colonne du système pressurisé dans la première ou une deuxième pompe.
- Installation de séparation d'un mélange gazeux par distillation cryogénique comprenant :un échangeur de chaleur (3),une première pompe (17) et éventuellement une deuxième pompe,un système de colonnes de distillation comprenant au moins une colonne (9, 11),des moyens pour envoyer au moins une partie du mélange gazeux à l'échangeur de chaleur et ensuite à une colonne du système, etdes moyens pour soutirer un liquide d'une colonne du système et de l'envoyer à au moins la première pompe (17, 23, 29), caractérisée en ce qu'elle comprendi) au moins une source extérieure d'un gaz autre qu'une colonne du système et des moyens pour envoyer ce gaz pressurisé à la première pompe pour servir de gaz de barrage et/ouii) au moins une source extérieure de liquide autre qu'une colonne du système et des moyens pour vaporiser au moins une partie de ce liquide et d'envoyer la vapeur ainsi formée à la première pompe pour servir de gaz de barrage et/ouiii) des moyens pour soutirer un liquide d'une colonne du système et d'en vaporiser au moins une partie en aval de la première ou de la deuxième pompe pour fournir un gaz de barrage pour la première pompe.
- Installation selon la revendication 11 comprenant des moyens pour envoyer le liquide de la première et/ou de la deuxième pompe à l'échangeur et des moyens pour sortir le liquide vaporisé de l'échangeur (3).
- Installation selon la revendication 11 ou 12 comprenant un autre échangeur de chaleur dans lequel se vaporise le liquide destiné à fournir le gaz de barrage.
- Installation selon l'une des revendications 11 à 13 dans laquelle le mélange gazeux est de l'air et le système de colonnes comprend une triple colonne, une double colonne (9,11) ou une simple colonne éventuellement associée avec une colonne argon et/ou une colonne de mélange.
- Installation selon la revendication 11 à 13 dans laquelle la première et éventuellement la deuxième pompe(s) est (sont) une (des) pompe(s) à labyrinthe.
- Installation selon la revendication 11 à 15 comprenant des moyens pour envoyer le même gaz de barrage à toutes les pompes du système comprimant un liquide ayant la même composante principale que le liquide comprimé par la première pompe.
- Installation selon la revendication 11 à 16 comprenant une pompe (23) pour envoyer un liquide d'une colonne du système au stockage (25) et/ou une pompe (27) de vaporiseur à film et/ou une pompe (29) pour envoyer du liquide d'une colonne ou un condenseur du système à une autre colonne ou un autre condenseur du système.
- Installation selon la revendication 17 dans lequel le moyen pour envoyer un gaz de barrage d'au moins une des autres pompes esti) au moins une source extérieure (18) d'un gaz autre qu'une colonne du système et des moyens pour envoyer ce gaz pressurisé à la première pompe pour servir de gaz de barrage et/ouii) au moins une source extérieure (20) de liquide autre qu'une colonne du système et des moyens pour vaporiser au moins une partie de ce liquide et d'envoyer la vapeur ainsi formée à la première pompe pour servir de gaz de barrage et/ouiii) des moyens (3) pour soutirer un liquide (15) d'une colonne du système et d'en vaporiser au moins une partie en aval de la première ou de la deuxième pompe pour fournir un gaz de barrage pour la première pompe.
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