EP1063485B1 - Appareil et procédé de séparation d'air par distillation cryogénique - Google Patents

Appareil et procédé de séparation d'air par distillation cryogénique Download PDF

Info

Publication number
EP1063485B1
EP1063485B1 EP00401768A EP00401768A EP1063485B1 EP 1063485 B1 EP1063485 B1 EP 1063485B1 EP 00401768 A EP00401768 A EP 00401768A EP 00401768 A EP00401768 A EP 00401768A EP 1063485 B1 EP1063485 B1 EP 1063485B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pressure column
low
sent
column
condenser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00401768A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1063485A1 (fr
Inventor
François De Bussy
Frédéric Judas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1063485A1 publication Critical patent/EP1063485A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1063485B1 publication Critical patent/EP1063485B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04872—Vertical layout of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, heat exchangers etc.
    • F25J3/04878—Side by side arrangement of multiple vessels in a main column system, wherein the vessels are normally mounted one upon the other or forming different sections of the same column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04303—Lachmann expansion, i.e. expanded into oxygen producing or low pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/0446—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the heat generated by mixing two different phases
    • F25J3/04466—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the heat generated by mixing two different phases for producing oxygen as a mixing column overhead gas by mixing gaseous air feed and liquid oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/04—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system
    • F25J2200/06—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system in a classical double column flow-sheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/50—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/40—One fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/30—External or auxiliary boiler-condenser in general, e.g. without a specified fluid or one fluid is not a primary air component or an intermediate fluid
    • F25J2250/52—One fluid being oxygen enriched compared to air, e.g. "crude oxygen"

Definitions

  • the invention proposed here relates to the field of gas distillation air and especially to a device and proceeds from air separation by cryogenic distillation. It improves the extraction efficiency of oxygen and so the energy performance on the patterns of distillation which does not ordinarily include a supply of liquefied air columns and whose cooling production is ensured by an air release (oil brake turbine, generator or auto-boosted).
  • the gains of this invention when it is implanted on an air separation unit are of 3.5% (see case below) in oxygen separation energy.
  • the basic distillation processes on which the invention can be used are processes that do not ordinarily involve feeding of liquid air in the distillation columns.
  • These basic processes are processes for separating gases from the air with air compression, pre-cooling of compressed air, air cleaning, cooling of air in a main exchanger, separation of air in a distillation column comprising at least one medium pressure column and a column low pressure and subcooling liquids coming in reflux of the medium pressure column to the low pressure column.
  • Double column (single cycle) producing low oxygen outlet pressure cold box.
  • An application case production of impure oxygen with medium pressure MP column and low pressure BP under pressure (recovery of the waste).
  • the loss of efficiency due to the reflux decline (more difficult distillation in the MP column) is sorely feel.
  • This invention will improve the efficiency in this case.
  • EP-A-0381319 discloses a column system in which an air flow rate vaporizes against a flow containing 95 vol.% oxygen.
  • US-A-5765396 relates to a conventional pump process in which a air flow condenses against liquid containing between 98 and 100 mol%.
  • US-A-5582035 and US-A-5291737 disclose separation methods of air with mixing column in which all the air enters the columns in gaseous form.
  • US-A-3754406 proposes to vaporize rich liquid from the column medium pressure of a double column against medium nitrogen gas pressure. Air is liquefied by heat exchange with liquid oxygen pumped and sent to the low pressure column.
  • an air separation apparatus according to claim 1.
  • At least partially condensed air sent to the Low pressure column is the only flow of liquefied air to the system of columns.
  • the apparatus comprises means for relaxing the air with production work before sending it to the second vaporizer-condenser and / or means to cool the air to its dew point before sending it to second vaporizer-condenser.
  • At least partially condensed air can be sent to the column low pressure and / or medium pressure column and / or other column of the column system.
  • the apparatus comprises a powered mixing column at the top by a rich oxygen liquid from the column tank-fed by a more volatile gas than the liquid rich in oxygen.
  • the low pressure column has no overhead condenser.
  • Gaseous air coming out of a turbine can be condensed into the second vaporizer / condenser against a part of the rich liquid coming out of the MP. This fraction of the latter vaporizes at the pressure of the BP and is then introduced into BP in a section under the rich liquid supply main.
  • the liquefied air is, for its part, introduced, for example, in the BP to a Intermediate section between the rich liquid and the poor liquid. (see diagram attached).
  • FIG. 1 is a diagram of an apparatus according to the prior art
  • FIG. 2 is a device diagram according to the invention.
  • an air flow rate of 5.25 bar is divided in two to form a flow 2 of 188135 Nm3 / h and a flow 81 of 12900 Nm3 / h.
  • Flow 2 is cools in exchanger 100 and is sent to the middle column vessel pressure 104.
  • the flow 81 is boosted to 8.7 bars, cooled partially in the exchanger 100 and relaxed in the insufflation turbine 103 before being sent in low pressure column 105.
  • the medium pressure column 104 operates at 5 bar and the low column pressure 105 operates at 1.3 bar.
  • the columns are thermally connected by a first condenser vaporizer 111.
  • the apparatus produces liquid oxygen 46 and liquid nitrogen 36.
  • rich liquid from the medium pressure column 104 is sent to the column low pressure 105 above the level of insufflation air.
  • Liquid oxygen 50 withdrawn into the bottom of the low pressure column is sent to the top of the mixing column 107 after being pumped to 5.1 bars.
  • a third air flow 90 cools completely in the exchanger 100 and feeds the mixing column into the tank.
  • a tank liquid 93 and optionally at least one intermediate liquid withdrawn from the column of mixture are sent to the low pressure column while a flow of oxygen containing 54 to 95 mol% oxygen is withdrawn at the top of the mixing column and warms up in exchanger 100 with 3100 Nm3 / h of medium nitrogen pressure and the low pressure residual.
  • the rich liquid 18 sent to the second vaporizer-condenser 109 constitutes 37% of the total flow of rich liquid and vaporizes in that one for then be sent to the low pressure column a few theoretical plateaus above the first vaporizer-condenser 111.
  • the apparatus may comprise an argon column or a pressure column intermediate between the medium and low pressures.
  • the frigories necessary for the apparatus can be produced by a Claude turbine or a nitrogen turbine or a combination of several turbines.
  • the low pressure column can contain at least two vaporizers condensers, the vessel vaporizer being supplied for example with nitrogen compressed.
  • the mixing column can operate at equal pressure, higher or less than average pressure.
  • a liquid coming from the apparatus and rich in nitrogen or oxygen can be pressurized, for example by a pump, and vaporized in the exchanger 100 or another exchanger, for example by heat exchange with air for supply a gaseous product under pressure.
  • the low pressure column can operate at a pressure between 1.5 and 10 bars. To produce oxygen directly under pressure, the column low pressure operates at between 4 and 10 bar.
  • Some of the air from the insufflation turbine can be sent to the mixing column.
  • the medium and low pressure columns can be built side by side side.
  • the process can allow gaseous oxygen production by drawing off a flow of gaseous oxygen in the bottom of the low pressure column.
  • the gas heats in the exchanger 100 and can optionally be compressed once warmed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

L'invention proposée ici est relative au domaine de la distillation des gaz de l'air et en particulier à un appareil et procède de séparation d'air par distillation cryogénique. Elle permet d'améliorer le rendement d'extraction d'oxygène et ainsi les performances énergétiques sur les schémas de distillation ne comportant pas ordinairement d'alimentation d'air liquéfié dans les colonnes et dont la production frigorifique est assurée par une détente d'air (turbine à frein d'huile, génératrice ou auto-boostée). Les gains de cette invention lorsqu'elle est implantée sur une unité de séparation d'air sont de 3.5% (cf. cas présenté ci-dessous) en énergie de séparation de l'oxygène.
Ceci constitue une avancée importante dans un domaine déjà bien exploré où les gains supérieurs à 1% sont les bienvenus notamment dans les pays où le coût de l'énergie est important.
Les procédés de distillation de base sur lesquels l'invention peut être utilisée, sont des procédés qui ne comportent pas ordinairement d'alimentation d'air liquide dans les colonnes de distillation.
Ces procédés de base sont des procédés de séparation des gaz de l'air avec compression d'air, pré refroidissement d'air comprimé, épuration d'air, refroidissement d'air dans un échangeur principal, séparation d'air dans une colonne de distillation comprenant au moins une colonne moyenne pression et une colonne basse pression et sous-refroidissement des liquides venant en reflux de la colonne moyenne pression vers la colonne basse pression.
Parmi les schémas concernés, nous pouvons citer :
Double colonne (simple cycle) produisant de l'oxygène basse pression sortie boíte froide.
Un cas d'application : production d'oxygène impur avec colonne moyenne pression MP et basse pression BP sous pression (valorisation du résiduaire). Dans ce cas, la perte de rendement due à la baisse de reflux (distillation plus difficile dans la colonne MP) se fait cruellement sentir. Cette invention permettra d'améliorer le rendement dans ce cas.
Double colonne avec colonne de mélange
Sur ce type de schéma produisant de l'oxygène directement sous pression (5 bars par exemple) en ne mettant que le minimum d'énergie dans l'appareil (par rapport à un schéma à pompe), on atteint pour un rendement de 99 % O2, une production de 1.1 % d'azote MP (une caractérisation possible de la surpuissance de rectification en azote gazeux moyenne pression) (turbine d'insufflation, 2000 t/j, oxygène à 95 % et 5 bars, nombre important de plateaux).
Pour des tailles d'appareil plus petites, le rendement de 99 % ne peut plus être atteint. Là encore, un gain en rendement est obtenu avec cette invention.
Sur ces deux schémas, nous allons pouvoir ainsi augmenter les rendements d'oxygène (ou la quantité d'azote moyenne pression produite si le rendement d'oxygène est déjà haut) et ainsi améliorer les performances énergétiques de l'unité de séparation d'air. Ceci conduit bien sûr à faire des économies d'argent importantes.
Il est connu de EP-A-0556516 de condenser un débit d'air provenant d'une turbine d'insufflation dans un vaporiseur condenseur, soit à un niveau intermédiaire de la colonne basse pression, soit alimenté par un liquide provenant de la colonne moyenne pression ou de la colonne basse pression. L'air ainsi liquéfié est envoyé à la colonne basse pression mais ne constitue pas le seul apport d'air liquide à l'appareil puisque de l'air est également liquéfié dans le condenseur de cuve de l'appareil et envoyé aux deux colonnes de la double colonne.
EP-A-0381319 décrit un système de colonnes dans lequel un débit d'air se vaporise contre un débit contenant 95 vol.% d'oxygène.
US-A-5765396 concerne un procédé à pompe classique dans lequel un débit d'air se condense contre du liquide contenant entre 98 et 100 mol.%.
US-A-5582035 et US-A-5291737 divulguent des procédés de séparation d'air avec colonne de mélange dans lequel tout l'air rentre dans les colonnes sous forme gazeuse.
US-A-3754406 propose de vaporiser du liquide riche de la colonne moyenne pression d'une double colonne contre de l'azote gazeux moyenne pression. De l'air est liquéfié par échange de chaleur avec de l'oxygène liquide pompé et envoyé à la colonne basse pression.
Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'air selon la revendication 1.
Optionnellement l'air au moins partiellement condensé envoyé à la colonne basse pression constitue le seul débit d'air liquéfié envoyé au système de colonnes.
De préférence, l'appareil comprend des moyens pour détendre l'air avec production de travail avant de l'envoyer au deuxième vaporiseur-condenseur et /ou des moyens pour refroidir l'air à son point de rosée avant de l'envoyer au deuxième vaporiseur-condenseur.
L'air au moins partiellement condensé peut être envoyé à la colonne basse pression et/ou à la colonne moyenne pression et/ou à une autre colonne du système de colonnes.
Préférablement, l'appareil comprend une colonne de mélange alimentée en tête par un liquide riche en oxygène provenant de la colonne basse pression et alimentée en cuve par un gaz plus volatil que le liquide riche en oxygène.
Il peut y avoir des moyens pour soutirer un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne pression.
De préférence, la colonne basse pression n'a pas de condenseur de tête.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation selon la revendication 7.
Selon d'autres aspects facultatifs :
  • on détend le deuxième débit dans une turbine avant d'en envoyer au moins une partie au deuxième vaporiseur-condenseur ;
  • on envoie un liquide riche en oxygène de la colonne basse pression en tête d'une colonne de mélange et on envoie un gaz plus volatil que le liquide en cuve de la colonne de mélange, par exemple de l'air ;
  • on soutire de l'azote en tête de la colonne moyenne pression ;
De l'air gazeux sortant d'une turbine peut être condensé dans le deuxième vaporiseur/condenseur contre une partie du liquide riche sortant de la MP. Cette fraction de ce dernier se vaporise à la pression de la BP et est introduite ensuite en BP dans un tronçon sous l'alimentation en liquide riche principale. L'air liquéfié est, quant à lui, introduit, par exemple, dans la BP à un tronçon intermédiaire entre le liquide riche et le liquide pauvre. (cf. schémas ci-joint).
L'avantage déterminant de l'ajout de ce deuxième vaporiseur/condenseur est qu'il crée en distillant une partie du liquide riche, de l'air liquide qui vient assurer le reflux dans le tronçon supérieur de la BP en complément du liquide pauvre. Le diagramme de distillation en BP se trouve ainsi amélioré. Même s'il y a moins d'air qui alimente la MP à cause d'une augmentation du débit d'insufflation (taux de détente plus faible), l'effet global va dans le sens d'une amélioration de la puissance de rectification.
L'invention sera maintenant décrite en plus de détail en se référant aux figures suivantes :
La figure 1 est un schéma d'un appareil selon l'art antérieur, la figure 2 est un schéma d'appareil selon l'invention.
Dans la figure 1, un débit d'air à 5,25 bars est divisé en deux pour former un débit 2 de 188135 Nm3/h et un débit 81 de 12900 Nm3 /h. Le débit 2 se refroidit dans l'échangeur 100 et est envoyé à la cuve de la colonne moyenne pression 104. Le débit 81 est surpressé à 8,7 bars, refroidi partiellement dans l'échangeur 100 et détendu dans la turbine d'insufflation 103 avant d'être envoyé en colonne basse pression 105.
La colonne moyenne pression 104 opère à 5 bars et la colonne basse pression 105 opère à 1,3 bar. Les colonnes sont reliées thermiquement par un premier vaporiseur condenseur 111.
L'appareil produit de l'oxygène liquide 46 et de l'azote liquide 36. Le liquide riche de la colonne moyenne pression 104 est envoyé à la colonne basse pression 105 au-dessus du niveau d'air d'insufflation.
De l'oxygène liquide 50 soutiré en cuve de la colonne basse pression est envoyé en tête de la colonne de mélange 107 après être pompé à 5,1 bars. Un troisième débit d'air 90 se refroidit complètement dans l'échangeur 100 et alimente la colonne de mélange en cuve. Un liquide de cuve 93 et éventuellement au moins un liquide intermédiaire soutirés de la colonne de mélange sont envoyés à la colonne basse pression alors qu'un débit d'oxygène contenant 54 à 95 mol % d'oxygène est soutiré en tête de colonne de mélange et se réchauffe dans l'échangeur 100 avec 3100 Nm3/h d'azote moyenne pression et le résiduaire basse pression.
Dans la figure 2, on retrouve les mêmes colonne et échangeurs alimentés de la même façon sauf que tout l'air 86 de la turbine d'insufflation est envoyé au deuxième vaporiseur-condenseur 109 où il se condense contre une partie du liquide riche 18 qui s'y vaporise au moins partiellement. L'air liquéfié est détendu dans une vanne et envoyé à la colonne basse pression quelques plateaux en dessus du point d'injection de liquide pauvre provenant de la colonne basse pression.
Le liquide riche 18 envoyé au deuxième vaporiseur-condenseur 109 constitue 37% du débit total de liquide riche et se vaporise dans celui-là pour être ensuite envoyé à la colonne basse pression quelques plateaux théoriques au-dessus du premier vaporiseur-condenseur 111.
Ceci permet de soutirer 11400 Nm3/h d'azote gazeux moyenne pression 30.
Résultats de l'application de cette invention sur un schéma à colonne de mélange
Schéma de base
Figure 1		 Ajout du condenseur 109
(Figure 2)
Débit d'air (Nm3 /h) 274700 274700
Débit O2 (Nm3/h) 60000 60000
PuretéO2 (rendement 99 %) 95 mol.% 95 mol.%
Pression O2 (bars abs) 5 5
Débit NGMP 30 (Nm3/h) 3100 11400
Débit NGMP/débit d'air (%) 1.1 4.1
Gain Energie + 3.5 %
L'appareil peut comprendre une colonne argon ou une colonne à pression intermédiaire entre les moyenne et basse pressions.
Les frigories nécessaires à l'appareil peuvent être produites par une turbine Claude ou une turbine d'azote ou par une combinaison de plusieurs turbines.
La colonne basse pression peut contenir au moins deux vaporiseur condenseurs, le vaporiseur de cuve étant alimenté par exemple par de l'azote comprimé.
La colonne de mélange peut opérer à une pression égale, supérieure ou inférieure à la moyenne pression.
Un liquide provenant de l'appareil et riche en azote ou oxygène peut être pressurisé, par exemple par une pompe, et vaporisé dans l'échangeur 100 ou un autre échangeur, par exemple par échange de chaleur avec de l'air pour fournir un produit gazeux sous pression.
La colonne basse pression peut opérer à une pression entre 1,5 et 10 bars. Pour produire l'oxygène directement sous pression, la colonne basse pression opère à entre 4 et 10 bars.
Une partie de l'air de la turbine d'insufflation peut être envoyée à la colonne de mélange.
Les colonnes moyenne et basse pression peuvent être construites côte à côte.
Le procédé peut permettre une production d'oxygène gazeux en soutirant un débit d'oxygène gazeux en cuve de la colonne basse pression. Le gaz se réchauffe dans l'échangeur 100 et peut éventuellement être comprimé une fois réchauffé.

Claims (13)

  1. Appareil de séparation d'air comprenant un système de colonnes comprenant au moins une double colonne comprenant une colonne moyenne pression (104) et une colonne basse pression (105) reliées thermiquement entre elles par un premier vaporiseur-condenseur (111) où se condense le gaz de tête de la colonne moyenne pression, des moyens pour envoyer de l'air comprimé et épuré à un échangeur de chaleur (100) où il se refroidit, des moyens (2) pour envoyer de l'air refroidi à la colonne moyenne pression sous forme gazeuse, des moyens pour envoyer un fluide enrichi en oxygène de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression où il se sépare par distillation cryogénique, des moyens pour envoyer un fluide enrichi en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un fluide riche en azote et un fluide riche en oxygène de la colonne basse pression, un deuxième vaporiseur-condenseur (109), des moyens (86) pour envoyer de l'air au deuxième vaporiseur-condenseur où il se condense au moins partiellement et des moyens pour envoyer l'air au moins partiellement condensé à la colonne basse pression, et l'air au moins partiellement condensé envoyé à la colonne basse pression (104) comprenant le seul débit d'air liquéfié envoyé au système de colonnes, le liquide envoyé au deuxième vaporiseur-condenseur provenant de la colonne moyenne pression, l'appareil comprenant des moyens pour envoyer une partie du liquide de cuve de la colonne moyenne pression (104) directement à la colonne basse pression (105) à un premier niveau et une autre partie (18) du liquide de cuve de la colonne moyenne pression au deuxième vaporiseur-condenseur (109) et des moyens pour envoyer le liquide vaporisé dans le deuxième vaporiseur-condenseur à la colonne basse pression à un niveau inférieur au premier niveau, le liquide (18) envoyé au deuxième vaporiseur-condenseur contenant entre 22 et 70 mol.%, éventuellement entre 22 et 35 mol.% d'oxygène.
  2. Appareil selon l'une des revendications 1 comprenant des moyens (103) pour détendre l'air avec production de travail avant de l'envoyer au deuxième vaporiseur-condenseur (109).
  3. Appareil selon l'une des revendications précédentes comprenant des moyens pour refroidir l'air à son point de rosée avant de l'envoyer au deuxième vaporiseur-condenseur (109).
  4. Appareil selon l'une des revendications précédentes comprenant une colonne de mélange (107) alimentée en tête par un liquide riche en oxygène (50) provenant de la colonne basse pression et alimentée en cuve par un gaz (90) plus volatil que le liquide riche en oxygène.
  5. Appareil selon l'une des revendications précédentes comprenant des moyens (30) pour soutirer un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne pression.
  6. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel la colonne basse pression n'a pas de condenseur de tête.
  7. Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans un appareil comprenant au moins une double colonne avec une colonne moyenne pression (104) et une colonne basse pression (105) reliées thermiquement entre elles par un premier vaporiseur-condenseur (111), dans lequel on envoie un débit d'air (2) épuré, comprimé et refroidi à la colonne moyenne pression, sous forme gazeuse, on envoie un fluide enrichi en oxygène de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression, où il se sépare par distillation cryogénique, on envoie un fluide enrichi en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression, on soutire un fluide riche en oxygène et un fluide riche en azote de la colonne basse pression, on envoie un deuxième débit d'air (86) épuré, comprimé et refroidi à un deuxième vaporiseur-condenseur (109) où il se condense au moins partiellement par échange de chaleur avec un liquide (18) provenant de la colonne moyenne pression (104), on envoie l'air au moins partiellement condensé à la colonne basse pression, le liquide (18) envoyé au deuxième vaporiseur-condenseur contenant entre 22 et 70 mol.% d'oxygène, éventuellement entre 22 et 35 mol.% d'oxygène, l'air liquéfié dans le deuxième vaporiseur-condenseur constituant le seul débit d'air liquéfié envoyé au système de colonnes, une partie du liquide de cuve de la colonne moyenne pression étant envoyée directement à la colonne basse pression à un premier niveau, une autre partie du liquide de cuve étant envoyée au deuxième vaporiseur-condenseur où il se vaporise, et le liquide vaporisé étant envoyé à la colonne basse pression à un niveau inférieur au premier niveau.
  8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel on détend le deuxième débit dans une turbine (103) avant d'en envoyer au moins une partie au deuxième vaporiseur-condenseur (109).
  9. Procédé selon la revendication 7 ou 8 dans lequel on envoie un liquide riche en oxygène (50) de la colonne basse pression en tête d'une colonne de mélange (109) et on envoie un gaz (90) plus volatil que le liquide en cuve de la colonne de mélange (107).
  10. Procédé selon la revendication 7, 8 ou 9 dans lequel on soutire de l'azote (30) en tête de la colonne moyenne pression (104), éventuellement sous forme gazeuse.
  11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10 dans lequel on soutire un liquide et/ou un gaz riche en oxygène en cuve de la colonne basse pression, éventuellement en tant que produit(s).
  12. Procédé selon l'une des revendications 7 à 11 dans lequel la colonne basse pression opère à entre 1,5 et 10 bar abs, éventuellement entre 3 et 10 bar abs.
  13. Procédé selon l'une des revendications 7 à 12 dans lequel le gaz de tête de la colonne basse pression (105) ne se condense pas dans un condenseur.
EP00401768A 1999-06-22 2000-06-21 Appareil et procédé de séparation d'air par distillation cryogénique Expired - Lifetime EP1063485B1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9907931 1999-06-22
FR9907931A FR2795496B1 (fr) 1999-06-22 1999-06-22 Appareil et procede de separation d'air par distillation cryogenique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1063485A1 EP1063485A1 (fr) 2000-12-27
EP1063485B1 true EP1063485B1 (fr) 2005-04-06

Family

ID=9547139

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP00401768A Expired - Lifetime EP1063485B1 (fr) 1999-06-22 2000-06-21 Appareil et procédé de séparation d'air par distillation cryogénique

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6339938B1 (fr)
EP (1) EP1063485B1 (fr)
DE (1) DE60019198T2 (fr)
FR (1) FR2795496B1 (fr)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2830928B1 (fr) * 2001-10-17 2004-03-05 Air Liquide Procede de separation d'air par distillation cryogenique et une installation pour la mise en oeuvre de ce procede
US7296437B2 (en) * 2002-10-08 2007-11-20 L'air Liquide, Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process for separating air by cryogenic distillation and installation for implementing this process
GB0422635D0 (en) * 2004-10-12 2004-11-10 Air Prod & Chem Process for the cryogenic distillation of air
FR2930629B1 (fr) * 2008-04-23 2010-05-07 Air Liquide Appareil et procede de separation d'air par distillation cryogenique

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0682219A1 (fr) * 1994-05-10 1995-11-15 Praxair Technology, Inc. Procédé de rectification cryogénique pour la préparation d'oxygène sous pression élevée, avec l'ébullition de l'air

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4895583A (en) * 1989-01-12 1990-01-23 The Boc Group, Inc. Apparatus and method for separating air
FR2680114B1 (fr) * 1991-08-07 1994-08-05 Lair Liquide Procede et installation de distillation d'air, et application a l'alimentation en gaz d'une acierie.
US5257504A (en) * 1992-02-18 1993-11-02 Air Products And Chemicals, Inc. Multiple reboiler, double column, elevated pressure air separation cycles and their integration with gas turbines
EP0636845B1 (fr) * 1993-04-30 1999-07-28 The BOC Group plc Séparation d'air
US5765396A (en) * 1997-03-19 1998-06-16 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing high pressure nitrogen and high pressure oxygen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0682219A1 (fr) * 1994-05-10 1995-11-15 Praxair Technology, Inc. Procédé de rectification cryogénique pour la préparation d'oxygène sous pression élevée, avec l'ébullition de l'air

Also Published As

Publication number Publication date
FR2795496B1 (fr) 2001-08-03
US6339938B1 (en) 2002-01-22
EP1063485A1 (fr) 2000-12-27
DE60019198D1 (de) 2005-05-12
FR2795496A1 (fr) 2000-12-29
DE60019198T2 (de) 2006-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0713069B1 (fr) Procédé et installation de séparation d'air
EP1623172A1 (fr) Procede et installation de production de gaz de l`air sous pression par distillation cryogenique d`air
EP1189003B1 (fr) Procédé et installation de séparation d'air par distillation cryogénique
EP1143216B1 (fr) Procédé et appareil de production d'un fluide enrichi en oxygène par distillation cryogénique
FR2949846A1 (fr) Procede et installation de production d'oxygene par distillation d'air
EP3069091A2 (fr) Procédé et appareil de séparation d'air par distillation cryogénique
JP2000310481A (ja) 極低温空気分離方法及び設備
EP1063485B1 (fr) Appareil et procédé de séparation d'air par distillation cryogénique
CA2830826A1 (fr) Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
EP3058297B1 (fr) Procédé et appareil de séparation d'air par distillation cryogénique
EP0699884A1 (fr) Procédé et installation de production d'oxygène par distillation cryogénique
EP1106945B1 (fr) Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique
EP1132700B1 (fr) Procédé et installation de séparation d'air par distillation cryogénique
US20040244416A1 (en) Method for separating air by cryogenic distillation and installation therefor
FR2787559A1 (fr) Procede et installation de separation d'air par distillation cryogenique
FR2819046A1 (fr) Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
FR2787561A1 (fr) Procede de separation d'air par distillation cryogenique
FR2972794A1 (fr) Appareil et procede de separation d'air par distillation cryogenique
EP3913310A1 (fr) Procédé et appareil de séparation d'air par distillation cryogénique
FR2861841A1 (fr) Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
FR2974890A1 (fr) Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique.
FR2854232A1 (fr) Procede de distillation d'air pour produire de l'argon
FR2874249A1 (fr) Procede et installation de separation d'air par distillation cryogenique

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): DE FR GB

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

17P Request for examination filed

Effective date: 20010627

AKX Designation fees paid

Free format text: DE FR GB

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: L'AIR LIQUIDE, S.A. A DIRECTOIRE ET CONSEIL DE SUR

17Q First examination report despatched

Effective date: 20030319

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: DE BUSSY, FRANEOIS

Inventor name: JUDAS, FREDERIC

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): DE FR GB

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REF Corresponds to:

Ref document number: 60019198

Country of ref document: DE

Date of ref document: 20050512

Kind code of ref document: P

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 20050719

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20060110

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 20080523

Year of fee payment: 9

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20080521

Year of fee payment: 9

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 20090621

REG Reference to a national code

Ref country code: FR

Ref legal event code: ST

Effective date: 20100226

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20090630

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20080513

Year of fee payment: 9

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20090621

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20100101