EP1098152A1 - Procédé et appareil de séparation d'air par distillation cryogénique - Google Patents

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EP1098152A1
EP1098152A1 EP00403001A EP00403001A EP1098152A1 EP 1098152 A1 EP1098152 A1 EP 1098152A1 EP 00403001 A EP00403001 A EP 00403001A EP 00403001 A EP00403001 A EP 00403001A EP 1098152 A1 EP1098152 A1 EP 1098152A1
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liquid
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air
sent
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EP00403001A
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Jean-Yves Lehman
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Definitions

  • the present invention relates to an air separation process and apparatus by cryogenic distillation.
  • it relates to a method and apparatus for air separation by cryogenic distillation in which a liquid flow, in particular a liquid comprising at least 85 mol% of oxygen, coming from a column of cryogenic distillation is pressurized and vaporized by heat exchange with a flow air to be distilled.
  • US-A-5,901,578 describes a method of air separation in which a flow liquid oxygen is pumped, sent to a phase separator, sent from the separator phases to a heat exchanger where it partially vaporizes and returned to the phase separator. A gas flow from the phase separator is heated in the exchanger and serves as a product. Liquid oxygen flow is taken as product between the pump and the phase separator.
  • EP-A-0464630 describes a method of air separation in which a flow liquid oxygen is pumped, sent to a phase separator, sent from the separator phases to a first heat exchanger where it partially vaporizes and is returned to the phase separator. A gas flow from the phase separator is reheated in a second exchanger and used as a product. Liquid oxygen flow is taken as a product between the phase separator and the first exchanger.
  • the liquid flow coming from the phase separator is mixed with the liquid flow coming from the device and intended for the exchanger downstream of the liquid flow withdrawal.
  • the liquid withdrawn from step vi) is a liquid product.
  • phase separator no longer receives the flow of liquid from of the device but only the partially vaporized flow coming from the exchanger, its size is reduced and its cost will be lower.
  • Air 1 is compressed in a compressor 2, cooled in 4 and purified in the adsorbent beds 6. Then it is divided into three. A flow 8 is sent to the column medium pressure 11 of a double column. Another flow is boosted in the booster 14, cooled in exchanger 9, expanded in the blowing turbine 16 and sent to the low pressure column 12 of the double column.
  • Another air flow is compressed in the booster 19 at a pressure high, cooled in exchanger 9 and sent in liquid form to the middle column pressure and the low pressure column.
  • Liquid flows enriched with oxygen and nitrogen are sent from the medium pressure column to the low pressure column after a sub step cooling (not shown).
  • a liquid flow 33 containing at least 85 mol% of oxygen and preferably between 95 and 99.9 mol% of oxygen is pressurized in pump 34 to a pressure between 1 and 10 bar and sent to the exchanger 9 where it partially vaporizes.
  • the partially vaporized flow 39 is sent to a phase separator 37.
  • a flow gas 40 from the phase separator is sent to the exchanger 9 to heat up at the ambient temperature.
  • a liquid flow from the phase separator is partly sent to the exchanger 9 after mixing with the pressurized liquid flow coming from the pump 34.
  • a other liquid flow 36 is withdrawn either continuously or from time to time upstream of the point where the other two liquid flows mix.
  • This other liquid flow can be a liquid product or simply a devolution to avoid the accumulation of hydrocarbons or nitrogen oxides in the phase separator.
  • the phase separator can be integrated with the heat exchanger.

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Abstract

Dans un appareil de séparation, un débit de liquide 33 se vaporise partiellement dans un échangeur 9 avant d'être envoyé à un séparateur de phases 37. Le débit liquide du séparateur de phases est divisé en une première partie qui est prélevée et une deuxième partie qui est mélangé avec le liquide 33 à vaporiser. <IMAGE>

Description

La présente invention est relative à un procédé et appareil de séparation d'air par distillation cryogénique. En particulier, elle est relative à un procédé et appareil de séparation d'air par distillation cryogénique dans lequel un débit de liquide, en particulier un liquide comprenant au moins 85% molaires d'oxygène, provenant d'une colonne de distillation cryogénique est pressurisé et vaporisé par échange de chaleur avec un débit d'air destiné à être distillé.
US-A-5,901,578 décrit un procédé de séparation d'air dans lequel un débit d'oxygène liquide est pompé, envoyé à un séparateur de phases, envoyé du séparateur de phases à un échangeur de chaleur où il se vaporise partiellement et renvoyé au séparateur de phases. Un débit gazeux du séparateur de phases est réchauffé dans l'échangeur et sert de produit. Un débit d'oxygène liquide est prélevé comme produit entre la pompe et le séparateur de phases.
EP-A-0464630 décrit un procédé de séparation d'air dans lequel un débit d'oxygène liquide est pompé, envoyé à un séparateur de phases, envoyé du séparateur de phases à un premier échangeur de chaleur où il se vaporise partiellement et renvoyé au séparateur de phases. Un débit gazeux provenant du séparateur de phases est réchauffé dans un deuxième échangeur et sert de produit. Un débit d'oxygène liquide est prélevé comme produit entre le séparateur de phases et le premier échangeur.
Il est un objet de l'invention d'améliorer la sécurité des procédés ci-dessus et de réduire la taille du séparateur de phases.
Selon un objet de l'invention, le procédé de séparation d'air par distillation pour produire un produit gazeux dans leque :
  • i) on refroidit de l'air dans un échangeur de chaleur et on l'envoie à un appareil de distillation cryogénique ;
  • ii) on sépare l'air dans l'appareil cryogénique pour former des fluides enrichis en oxygène et azote et au moins un liquide ;
  • iii) on envoie du liquide à l'échangeur de chaleur où il se vaporise partiellement
  • iv) on envoie le débit partiellement vaporisé à un séparateur de phases ;
  • v)on soutire un débit gazeux du séparateur de phases et on le réchauffe dans un échangeur de chaleur ;
  • vi) on renvoie une partie du débit liquide du séparateur de phases à l'échangeur et on prélève une autre partie du liquide,
    • est caractérisé en ce que, dans l'étape iii) le liquide est envoyé directement à l'échangeur, éventuellement après avoir été pressurisé et n'est pas envoyé au séparateur de phases avant d'être envoyé à l'échangeur.
    Optionnellement tout l'air destiné à la distillation est envoyé à l'échangeur où se vaporise le liquide et le débit gazeux du séparateur de phases se réchauffe dans ce même échangeur.
    Le débit liquide provenant du séparateur de phases est mélangé avec le débit liquide provenant de l'appareil et destiné à l'échangeur en aval du point de prélèvement du débit liquide.
    Le liquide prélevé de l'étape vi) est un produit liquide.
    Selon un autre objet de l'invention, il est prévu une installation de séparation d'air comprenant :
  • i) un appareil de séparation d'air comprenant au moins une colonne
  • ii) un échangeur des moyens pour envoyer un débit d'air à l'échangeur pour le refroidir et des moyens pour envoyer l'ai refroidi à une colonne de l'appareil de séparation d'air
  • iii) des moyens pour soutirer un liquide d'une colonne de l'appareil de séparation d'air
  • iv) des moyens pour envoyer le liquide à l'échangeur un séparateur de phases des moyens pour envoyer le liquide partiellement vaporisé de l'échangeur au séparateur de phases
  • v) des moyens pour envoyer un gaz du séparateur de phases à un échangeur de chaleur
  • vi) des moyens pour envoyer une partie du liquide du séparateur de phases à l'échangeur et pour prélever une autre partie du liquide de séparateur de phases caractérisée en ce que les moyens pour envoyer le liquide de l'appareil de séparation à l'échangeur ne sont pas reliés au séparateur de phases.
    • Optionnellement :
    • l'installation comprend des moyens pour envoyer tout l'air à distiller à l'échangeur.
    • l'installation comprend des moyens pour mélanger le liquide provenant du séparateur de phases et le liquide provenant de l'appareil de séparation en amont de l'échangeur et en aval des moyens de prélèvement de l'autre partie liquide provenant du séparateur de phases.
    Ainsi il n'est pas nécessaire d'envoyer tout le liquide à vaporiser de l'appareil de séparation au séparateur de phases avant de l'envoyer à l'échangeur.
    Comme le séparateur de phases ne reçoit plus le débit de liquide provenant de l'appareil mais seulement le débit partiellement vaporisé provenant de l'échangeur, sa taille est réduite et son coût sera moindre.
    L'invention sera maintenant décrite en plus de détail en se référant à la Figure 1 qui est un schéma d'une installation selon l'invention.
    L'air 1 est comprimé dans un compresseur 2, refroidi en 4 et épuré dans les lits d'adsorbants 6. Ensuite il est divisé en trois. Un débit 8 est envoyé à la colonne moyenne pression 11 d'une double colonne. Un autre débit est surpressé dans le surpresseur 14, refroidi dans l'échangeur 9, détendu dans la turbine d'insufflation 16 et envoyé à la colonne basse pression 12 de la double colonne.
    D'autres moyens de production de frigories tels qu'une turbine Claude ou le biberonnage pourraient être envisagés.
    Un autre débit d'air est comprimé dans le surpresseur 19 à une pression élevée, refroidi dans l'échangeur 9 et envoyé sous forme liquide à la colonne moyenne pression et la colonne basse pression.
    Des débits liquide enrichis en oxygène et en azote sont envoyés de la colonne moyennes pression à la colonne basse pression après une étape de sous refroidissement (non-illustré).
    Un débit liquide 33 contenant au moins 85% molaires d'oxygène et de préférence entre 95 et 99.9% molaires d'oxygène est pressurisé dans la pompe 34 à une pression entre 1 et 10 bar et envoyé à l'échangeur 9 où il se vaporise partiellement. Le débit partiellement vaporisé 39 est envoyé à un séparateur de phases 37. Un débit gazeux 40 du séparateur de phases est envoyé à l'échangeur 9 pour se réchauffer à la température ambiante.
    Un débit liquide du séparateur de phases est envoyé en partie à l'échangeur 9 après s'être mélangé avec le débit liquide pressurisé provenant de la pompe 34. Un autre débit liquide 36 est prélevé soit en continu soit de temps en temps en amont du point où les deux autres débits liquides se mélangent. Cet autre débit liquide peut être un produit liquide ou simplement une purge de déconcentration pour éviter l'accumulation d'hydrocarbures ou d'oxydes d'azote dans le séparateur de phases.
    Comme dans le procédé de US-A-5901578 tout le liquide est envoyé au séparateur de phases et le débit de liquide prélevé en amont de celui-ci, il y aura obligatoirement un risque d'explosion accru.
    Le séparateur de phases peut être intégré avec l'échangeur de chaleur.

    Claims (7)

    1. Procédé de séparation d'air par distillation pour produire un produit gazeux dans lequel
      i) on refroidit de l'air dans un échangeur de chaleur (9) et on l'envoie à un appareil de distillation cryogénique (11,12) ;
      ii) on sépare l'air dans l'appareil cryogénique pour former des fluides enrichis en oxygène et azote et au moins un liquide :
      iii) on envoie du liquide à l'échangeur de chaleur où il se vaporise partiellement ;
      iv) on envoie le débit partiellement vaporisé (39) à un séparateur de phases (37);
      v) on soutire un débit gazeux du séparateur de phases et on le réchauffe dans un échangeur de chaleur ;
      vi) on renvoie une partie du débit liquide du séparateur de phases à l'échangeur et on prélève une autre partie du liquide (36),
      caractérisé en ce que, dans l'étape iii) le liquide est envoyé directement à l'échangeur, éventuellement après avoir été pressurisé et n'est pas envoyé au séparateur de phases avant d'être envoyé à l'échangeur.
    2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel tout l'air destiné à la distillation est envoyé à l'échangeur (9) où se vaporise le liquide et le débit gazeux (40) du séparateur de phases (37) se réchauffe dans ce même échangeur.
    3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le débit liquide provenant du séparateur de phases (37) est mélangé avec le débit liquide provenant de l'appareil et destiné à l'échangeur en aval du point de prélèvement du débit liquide (36).
    4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le liquide prélevé (36) de l'étape vi) est un produit liquide.
    5. Installation de séparation d'air comprenant
      i) un appareil de séparation d'air comprenant au moins une colonne (11,12)
      ii) un échangeur (9)
      iii) des moyens pour envoyer un débit d'air à l'échangeur pour le refroidir et des moyens pour envoyer l'ai refroidi à une colonne de l'appareil de séparation d'air (11)
      iv) des moyens pour soutirer un liquide (33) d'une colonne de l'appareil de séparation d'air
      v) des moyens pour envoyer le liquide à l'échangeur (9)
      vi) un séparateur de phases (37)
      vii) des moyens pour envoyer le liquide partiellement vaporisé (39) de l'échangeur au séparateur de phases
      viii) des moyens pour envoyer un gaz (40) du séparateur de phases à un échangeur de chaleur
      ix) des moyens pour envoyer une partie du liquide du séparateur de phases à l'échangeur et pour prélever une autre partie du liquide de séparateur de phases (36)
      caractérisée en ce que les moyens pour envoyer le liquide de l'appareil de séparation à l'échangeur ne sont pas reliés au séparateur de phases.
    6. Installation selon la revendication 5 comprenant des moyens pour envoyer tout l'air à distiller à l'échangeur.
    7. Installation selon la revendication 5 ou 6 comprenant des moyens pour mélanger le liquide provenant du séparateur de phases et le liquide provenant de l'appareil de séparation en amont de l'échangeur et en aval des moyens de prélèvement de l'autre partie liquide provenant du séparateur de phases.
    EP00403001A 1999-11-05 2000-10-27 Procédé et appareil de séparation d'air par distillation cryogénique Withdrawn EP1098152A1 (fr)

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