EP2795215A1 - Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique - Google Patents

Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique

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EP2795215A1
EP2795215A1 EP12815737.7A EP12815737A EP2795215A1 EP 2795215 A1 EP2795215 A1 EP 2795215A1 EP 12815737 A EP12815737 A EP 12815737A EP 2795215 A1 EP2795215 A1 EP 2795215A1
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EP
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air
compressors
column system
pressure
sent
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EP12815737.7A
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Alain Guillard
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F25J2230/40—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being air

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for air separation by cryogenic distillation.
  • EP-A-0504029 discloses a pump cycle based on the concept of a single machine with a single large high-pressure air compressor.
  • the motor technology varies: in fact beyond 25 MW, there is no motor on the market other than synchronous, the current technology of asynchronous motors not allowing to cross this course without taking a very big industrial risk.
  • Compressive function compression, motor, starting equipment and associated electrical: 45% to 50%.
  • a booster compressor is a compressor that compresses a gas from a pressure above atmospheric pressure (in English "booster"). It is also possible to compress all the air at high pressure and not to use a booster or to use only blowers coupled to an air and nitrogen turbine, as in EP-A-0504029, so that all the power is introduced by a single high-pressure air compressor.
  • the provisions level of the exchange line, the number and type of turbines coupled to a booster and distillation columns allow to make the productions compatible with the purities, pressures and flows requested by the customer.
  • the present invention results from the fact that for a customer requesting the supply of product or products at a given flow rate, a given purity and a given pressure, this supply necessarily corresponds to a power which results in a given air flow and pressure of high air given.
  • the number N of high-pressure compressors is between 3 and 10, to supply the air to the cold box of the apparatus of separation meeting customer needs.
  • N of high-pressure compressors is between 3 and 10, to supply the air to the cold box of the apparatus of separation meeting customer needs.
  • 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 compressors in parallel can be used.
  • a single cold box for example using 25MW of minimum compression
  • a single associated purification unit traditionally only one large compressor is used synchronous type.
  • the present invention provides to use at least three compressors small enough to be driven by asynchronous motors to power the single cold box.
  • N air flows at about ambient pressure are sent to one of the N air compressors
  • each of the N compressors compresses the air at a first pressure greater than 12 bar abs and less than 30 bar absolute, N being equal to or greater than 3 and the total power of the N compressors being greater than 10MW,
  • the air is sent at the first pressure of the N compressors to a single purification unit to remove water and carbon dioxide and the purified air is cooled in the purification unit before sending it to a single column system in a single cold box where the air is separated by cryogenic distillation,
  • N compressors being each driven by a single motor, these N motors being asynchronous and having a maximum power below
  • N is equal to 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10.
  • the N air compressors each send at most 100% / N of the air they compress to the column system.
  • each of the compressors sends at least 90% of its air to the column system, or even to the same column of the column system.
  • each of the compressors produces air at the same pressure each compressor compresses the same flow
  • At least two compressors compress the same flow - only two compressors compress the same flow
  • each compressor compresses a different flow
  • At least one compressor compresses a flow rate different from that compressed by another compressor
  • each of the motors is connected to a starter of a given type, the type of starter for each motor being either irrespective of reactance or autotransformer.
  • the total power of the N compressors is less than 25XN MW, or 150MW for N compressors.
  • the total power of the N compressors is greater than 25MW, or even greater than 40MW.
  • the compression of the N airflows to a first pressure covers the case where the first pressure is that of the mixed compressed flow rates, and at least a compressor compresses to a final pressure that differs by not more than 20%, or even more than 10% of that first pressure.
  • the lack of pressure of a compressor can be compensated by an outlet pressure greater than the first pressure of another of the N compressors.
  • an apparatus for separating air by cryogenic distillation comprising a single system of columns in a single cold box, N air compressors connected to receive air at the pressure of 30.degree. and designed to produce air at a first pressure greater than 12 bar abs, N being at least 3, each of the compressors being driven by a single asynchronous motor, the total power of the compressors being at least 10MW , a single purification unit to purify air at the first pressure from the N compressors, pipes to send purified air from the purification unit to the column system, a pipe to extract an enriched flow in nitrogen of the column system, a pipe for withdrawing an oxygen enriched flow from the column system, the apparatus not comprising an engine or steam turbine driving an air booster.
  • Each of the compressors may comprise at least 4 stages.
  • Each of the compressors may comprise the same number of stages. Possibly one of the N compressors can provide some of its air elsewhere than the system of columns. Similarly, the column system can also receive air from a compressor other than the N compressors.
  • the column system receives only air from the N compressors and / or the N compressors send all their air to the column system.
  • a high pressure compressor compresses air from atmospheric pressure to between 12 and 35 bar absolute.
  • the N compressors can all be of the same model, this model being preferably predefined by the manufacturer. If not at least one of the compressors may be of one model and at least one other may be of another model, the total number of models used to compress the air of the apparatus not exceeding 2 or 3 or 4 or 5 .
  • the same type of compressor could be used, in terms of outlet pressure and air flow to be compressed.
  • a larger or smaller number of the same compressor could be used. This would reduce the stocks of spare parts, since the parts for a compressor of one device will be used not only for other compressors of the same device but also for compressors of other devices.
  • a single air separation unit cold box BF contains a single column system and an exchanger for cooling the air to the distillation temperature.
  • the air to be distilled 7 has previously been purified in a single purification unit E to remove water and carbon dioxide.
  • the apparatus produces at least one product 9 which may be oxygen gas and / or nitrogen gas and / or liquid oxygen and / or liquid nitrogen and / or argon gas and / or liquid argon.
  • the air at atmospheric pressure is compressed in three compressors C1, C2, C3. Each of these compressors preferably has the same capacity. Each compressor compresses the air at the purification pressure, preferably equal to at least 12 bar abs, preferably less than 35 bar abs.
  • the three air flows 1, 2.3 compressed in the compressors C1, C2, C3 are combined in a single flow 6 and purified together in the unit E.
  • All the air sent to the single cold box comes from the compressors C1, C2, C3 and the compressors C1, C2, C3 send all their air 6 to the cold box BF.
  • Each compressor C1, C2, C3 is driven by a single asynchronous motor M1, M2, M3.
  • Each motor M1, M2, M3 has a starter D1, D2, D3 res pect if, these d em er rs r were direct type (in English "direct online), reactance (in English” self ") or autotransformer. None of the motors are started by a soft starter or a dimmer, which greatly simplifies the installation.
  • Each of the compressors C1, C2, C3 comprises at least 4 stages.
  • the cold box, and therefore the three compressors treat the air to produce at least 4000 tons per day of oxygen.
  • each compressor treats at least 6666 tons per day of air.
  • the three compressors are driven by motors preferably at constant speed.
  • the total power of the three compressors is greater than 10MW or greater than 25MW, or even greater than 40MW but less than 75MW.
  • the three compressors can each process the same rate, all a different rate, or two the same rate and the third a different rate.
  • each compressor compresses the air from atmospheric pressure to the same first pressure; however, some variation in pressure can be tolerated.
  • a compressor may have a pressure which differs at most 20% (or at most 10%) of the pressure of the flow 6 formed by mixing the compressed flow.
  • a cold box BF of air separation apparatus contains a column system and an exchanger for cooling the air to the distillation temperature.
  • the air to be distilled 7 has previously been purified in a purification unit E to remove water and carbon dioxide.
  • the apparatus produces at least one product 9 which may be oxygen gas and / or nitrogen gas and / or liquid oxygen and / or liquid nitrogen and / or argon gas and / or liquid argon.
  • the air at atmospheric pressure is compressed in five compressors C1, C2 C3, C4, C5, connected in parallel. Each of these compressors preferably has the same capacity. Each compressor compresses the air at the purification pressure, preferably equal to at least 12 bar abs, preferably less than 35 bar abs.
  • the five air flows 1, 2, 3, 4, 5 compressed in the compressors C1, C2, C3, C4, C5 are combined in a single flow 6 and purified together in the unit E.
  • Each of the compressors C1, C2, C3, C4, C5 comprises at least 4 stages.
  • Each compressor C1, C2, C3, C4, C5 is driven by a single asynchronous motor M1, M2, M3, M4, M5.
  • Each motor M1, M2, M3, M4, M5 has a respective starter D1, D2, D3, D4, D5, these starters being of the direct type (in English "direct online), reactance (in English” self ") or autotransformer. None of the motors are started by a soft starter or a dimmer, which greatly simplifies the installation.
  • the five compressors can each process the same rate, each a different rate or there may be pairs of compressors with the same rate.
  • the total power of the five compressors is greater than 10MW or greater than 25MW, or even greater than 40MW but less than 125MW.
  • the only cold box, and therefore the five compressors treats the air to produce at least 4000 tons per day of oxygen.
  • each compressor treats at least 4000 tons per day of air.
  • the five compressors are driven by motors preferably at a substantially constant speed.
  • each compressor compresses the air from atmospheric pressure to the same first pressure; however, some variation in pressure can be tolerated.
  • a compressor may have a pressure that differs by at most 20% (or at most 10%) from the pressure of the flow 6 formed by mixing the compressed flow rates.
  • the air separation apparatuses according to the invention may comprise an air blower driven by an air turbine, for example sending the expanded air to a column of the cold box, or by a nitrogen turbine.
  • the apparatuses do not include an air blower driven by a steam turbine or a motor, since this would imply an energy input into the system other than by sending compressed air of the N compressors.
  • Compressors of products for oxygen or nitrogen, can be used, which are driven for example by motors.
  • the invention applies to processes where the total power of the compressors is less than 150 MW.

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Abstract

Un appareil de séparation d 'air par distillation cryogénique comprend N compresseurs d'air (C1, C2, C3), reliés pour recevoir de l'air à la pression ambiante et conçus pour produire de l'air à une première pression supérieure à 12 bars abs, N étant au moins égal à 3, chacun des compresseurs étant entraîné par un seul moteur asynchrone (M1, M2, M3), la puissance totale des compresseurs étant au moins égale à 10MW.

Description

Procédé et appareil de séparation d'air par distillation cryogénique
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique.
Afin de limiter les coûts d'ingénierie et permettre par de la répétitivité des gains achats, des gammes d'appareils de séparation d'air standardisés ont été crées allant jusqu'à des tonnages de l'ordre de 700 MT/J, voire 1000 MT/J. Ces productions standardisées ne correspondent pas toujours exactement aux besoins du ou des clients en terme de débit et/ou pression mais le coût sur ces petites unités est le facteur principal d'optimisation, et la standardisation répond bien à ce critère clef.
Au delà de ces capacités, car l'énergie prend une importance de plus en plus notable, des unités dites modulaires ont été introduites, l'orientation cette fois étant de standardiser certains morceaux clefs, mais de suivre au plus près les besoins des clients et de prendre en compte dans le dimensionnement les contraintes parallèles de l'énergie et l'investissement.
EP-A-0504029 décrit un cycle à pompe basé sur la notion de mono machine avec un unique gros compresseur haute pression d'air.
Cette approche permet des gains notables en investissement par rapport au cycle à pompe traditionnel, en introduisant toute l'énergie nécessaire avec cette unique machine d'air dont la pression de refoulement peut être entre environ 12 bara à 35 bara, quelles que soient les puretés et pressions des productions demandées. Mais cette unique machine, lorsque nous arrivons à de très grosses puissances, est difficilement réalisable et se démarre avec des artifices de démarrage complexe et coûteux au niveau des moteurs, appelés gradateurs. Le nombre de constructeurs de plus est extrêmement réduit, ce qui limite, sans l'annuler cependant, l'intérêt technico-économique de cette approche. Certains de ces problèmes sont décrits dans « Turbomachinery Limitations for Large Air Séparation Plants » de Wolentarski , Cryogénie Processes and Equipment Conférence, Century 2~Emerging Technology Conférences, San Francisco, California, août 19-21 , 1980. Pour des questions de maintenance et de fiabilité, des pièces de rechange sont achetées pour toutes ces machines critiques, aussi bien au niveau des compresseurs que des moteurs. Il est tout à fait acceptable d'avoir un unique jeu de pièces de rechange pour un regroupement de machines identiques installées sur le même site, voire dans le même pays.
Suivant les puissances, la technologie des moteurs varie : en effet au-delà d e 25 MW, il n'y a pas sur le marché de moteur autre que synchrone, la technologie actuelle des moteurs asynchrones ne permettant pas de franchir ce cap sans prendre un très gros risque industriel.
L'article « Oxygen Plants : 10 years of development and opération » dans
CEP juillet 1979 décrit l'usage de moteurs synchrones et explique que trois tailles de moteurs synchrones sont stockées pour remplacer les compresseurs européens du groupe Air Liquide, en cas de panne.
D'une façon générale, le coût de matériel d'une unité de séparation d'air avec les cycles à compresseur d'air unique haute pression (hors stockages et vaporisation et utilités haute tension) se décomposent en quatre parties principales :
i) Fonction compression (compression, moteur, équipement de démarrage et électrique associé) : 45% à 50%.
ii) Fonction boîte froide et associés : 30% à 35%.
iii) Fonction épuration partie chaude de l'air avant entrée dans la boîte froide : 10% à 15%.
iv) Divers : 5% à 10%.
Il est donc clair que la réduction des coûts et l'augmentation de la fiabilité des compresseurs, des moteurs et l'équipement de démarrage est une priorité.
Avec les procédés utilisant un surpresseur froid entraîné par une turbine, tel que décrit dans US-A-5475870, ou les procédés tels que décrit dans EP-A-0504029, toute la puissance est introduite par le compresseur d'air haute pression. Un surpresseur est un compresseur qui comprime un gaz à partir d'une pression supérieure à la pression atmosphérique (en anglais « booster »). Il est également possible de comprimer tout l'air à la haute pression et de ne pas utiliser de surpresseur ou d'utiliser uniquement des surpresseurs couplés à une turbine d'air et d'azote, comme dans EP-A-0504029, de sorte que toute la puissance est introduite par un seul compresseur d'air haute pression. Les dispositions au niveau de la ligne d'échange, le nombre et le type de turbines couplées à un surpresseur et les colonnes de distillation permettent rendre les productions compatibles avec les puretés, pressions et débits demandés par le client.
La présente invention résulte du fait que pour un client demandant la fourniture de produit ou produits à un débit donné, une pureté donné et une pression donnée, cette fourniture correspond nécessairement à une puissance qui se traduit par un débit d'air donné et une pression d'air élevée donnée.
Afin de conserver l'intérêt d'être au plus proche des besoins des clients, mais en standardisant la partie clef pour permettre des gains de répétitivité sur cette partie et des gains par effet de volume auprès des fournisseurs, mais aussi et surtout en se mettant juste en deçà de seuils technologiques, techniques voire économiques (où il y a un nombre conséquents de fournisseurs potentiels), le nombre N de compresseurs haute pression est entre 3 et 10, pour fournir l'air à la boîte froide de l'appareil de séparation répondant aux besoins du client. Par exemple 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 compresseurs en parallèle peuvent être utilisés.
Pour une seule boîte froide (par exemple utilisant 25MW de compression minimum) ayant une seule unité d'épuration associée, traditionnellement un seul grand compresseur est utilisé de type synchrone. La présente invention prévoit d'utiliser au moins trois compresseurs suffisamment petits pour pouvoir être entraînés par des moteurs asynchrones pour alimenter l'unique boîte froide.
Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans lequel :
i) on envoie N débits d'air à environ la pression ambiante chacun à un des N compresseurs d'air,
ii) chacun des N compresseurs comprime l'air à une première pression supérieure à 12 bars abs et inférieure à 30 bars absolus, N étant égal ou supérieure à 3 et la puissance totale des N compresseurs étant supérieure à 10MW,
iii) on envoie l'air à la première pression des N compresseurs à une seule unité d'épuration pour éliminer l'eau et le dioxyde de carbone et on refroidit l'air épuré dans l'unité d'épuration avant de l'envoyer à un seul système de colonnes dans une seule boîte froide où l'air est séparé par distillation cryogénique,
iv) on extrait un débit enrichi en oxygène et/ou un débit enrichi en azote du système de colonnes, et v) on envoie de l'air de chacun des N compresseurs au système de colonnes à travers l'unité d'épuration, sans envoyer de l'air à la première pression à un surpresseur d'air entraîné par un moteur ou une turbine à vapeur, et
vi) les N compresseurs étant chacun entraîné par un seul moteur, ces N moteurs étant asynchrones et ayant une puissance maximale en dessous de
25MW.
Selon d'autres aspects facultatifs :
tout l'air envoyé au système de colonnes provient des N compresseurs.
- N est égale à 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10.
les N compresseurs d'air envoient chacun au plus 100%/N de l'air qu'ils compriment au système de colonnes.
tout l'air des N compresseurs d'air est envoyé à l'unique unité d'épuration et à l'unique boîte pour y être séparé
- chacun des compresseurs envoie au moins 90% de son air au système de colonnes, voire à la même colonne du système de colonnes.
chacune des compresseurs produit de l'air à la même pression chacun des compresseurs comprime le même débit
au moins deux des compresseurs compriment le même débit - seuls deux compresseurs compriment le même débit
chaque compresseur comprime un débit différent
au moins un compresseur comprime un débit différent de celui comprimé par un autre compresseur
au moins une partie du débit d'air de chaque compresseur est détendue avant d'être envoyée au système de colonnes.
chacun des moteurs est relié à un démarreur d'un type donné, le type de démarreur pour chaque moteur étant soit d irect soit par réactance soit autotransformeur.
la puissance totale des N compresseurs est inférieure à 25XN MW, soit 150MW pour N compresseurs.
la puissance totale des N compresseurs est supérieure à 25MW, voire supérieure à 40MW.
La compression des N débits d'air jusqu'à une première pression couvre le cas où la première pression est celle des débits comprimés mélangés, et au moins un compresseur comprime jusqu'à une pression finale qui diffère d'au plus 20%, voire d'au plus 10% de cette première pression. Ainsi le manque de pression d'un compresseur peut être compensé par une pression de sortie supérieure à la première pression d'un autre des N compresseurs.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant un seul système de colonnes dans une seule boîte froide, N compresseurs d'air reliés pour recevoir de l'air à la pression d'ambiante et conçus pour produire de l'air à une première pression supérieure à 12 bars abs, N étant au moins égal à 3, chacun des compresseurs étant entraîné par un seul moteur asynchrone, la puissance totale des compresseurs étant au moins égale à 10MW, une seule unité d'épuration pour épurer de l'air à la première pression provenant des N compresseurs, des conduites pour envoyer de l'air épuré de l'unité d'épuration au système de colonnes, une conduite pour soutirer un débit enrichi en azote du système de colonnes, une conduite pour soutirer un débit enrichi en oxygène du système de colonnes, l'appareil ne comprenant pas de moteur ou de turbine à vapeur entraînant un surpresseur d'air.
Chacun des compresseurs peut comprendre au moins 4 étages.
Chacun des compresseurs peut comprendre le même nombre d'étages. Eventuellement un des N compresseurs peut fournir une partie de son air ailleurs qu'au système de colonnes. De même le système de colonnes peut aussi recevoir de l'air d'un compresseur autre que les N compresseurs.
Dans une variante, le système de colonne reçoit uniquement de l'air des N compresseurs et/ou les N compresseurs envoient tout leur air au système de colonnes.
Un compresseur haute pression comprime de l'air à partir de la pression atmosphérique jusqu'à entre 12 et 35 bars absolus.
Les N compresseurs peuvent être tous du même modèle, ce modèle étant de préférence prédéfini par le fabricant. Sinon au moins un des compresseurs peut être d'un modèle et au moins un autre peut être d'un autre modèle, le nombre total de modèles utilisés pour comprimer l'air de l'appareil ne dépassant pas 2 ou 3 ou 4 ou 5.
Par combinaison de ces 3 à 10 compresseurs entre eux, sachant que pour chaque modèle, il y a une souplesse potentielle de l'ordre de 20% en débit et 30% en pression de sortie, l'ensemble de toutes les puissances nécessaires à n'importe quel besoin en terme de produit, débit, pression, pureté correspondant à une puissance entre environ 10 MW peut être couvert, en choisissant les éléments utilisés en aval des compresseurs, par exemple les turbines, les surpresseurs, les échangeurs, les pompes et les colonnes de distillation et en choisissant la façon de les connecter entre eux, de manière connue à l'homme de l'art. Par exemple un appareil peut être utilisé dans lequel tout l'air est comprimé à une seule haute pression, une partie de l'air à la haute pression est refroidi dans la ligne d'échange et le reste est comprimé dans un surpresseur et ensuite détendu dans une turbine entraînant le surpresseur, avant d'être envoyé à la distillation. D'autres variantes possibles comprennent l'usage d'une turbine d'air supplémentaire qui envoie l'air à l'atmosphère ou d'un surpresseur froid couplé à une turbine d'air destiné à la distillation.
Pour la plupart des appareils de séparation d'air à construire dans le monde ou dans un pays donné, un même type de compresseur pourrait être utilisé, en termes de pression de sortie et débit d'air à comprimer. Selon l'appareil, un nombre plus ou moins grand d'un même compresseur pourraient être utilisé. Ceci permettrait de réduire les stocks de pièces de rechange, puisque les pièces pour un compresseur d'un appareil serviront non seulement pour les autres compresseurs du même appareil mais aussi pour les compresseurs d'autres appareils.
En positionnant juste devant les seuils technologiques de ces machines, juste en dessous de 25 MW par exemple, seulement des moteurs asynchrones peuvent être installés, ainsi permettant de gagner en fiabilité, ces machines étaient plus robustes que les moteurs synchrones.
La puissance étant relativement moins importante, des démarrages directs, voire par réactance ou autotransformateur, des moteurs de ces machines peuvent être effectués au lieu de passer par des gradateurs ou démarreurs progressifs (en anglais « soft starter ») fort coûteux pour les moteurs de très grosses capacités.
Les compresseurs peuvent être des compresseurs centrifuges ou axiaux. Des appareils selon l'invention vont être décrits en plus de détail en se référant aux figures qui montrent des dessins schématiques. Dans la Figure 1 , une unique boîte froide BF d'appareil de séparation d'air contient un unique système de colonnes et un échangeur permettant de refroidir l'air à la température de distillation. L'air à distiller 7 a précédemment été épuré dans une unique unité d'épuration E pour enlever l'eau et le dioxyde de carbone.
L'appareil produit au moins un produit 9 pouvant être de l'oxygène gazeux et/ou de l'azote gazeux et/ou de l'oxygène liquide et/ou de l'azote liquide et/ou de l'argon gazeux et/ou de l'argon liquide.
L'air à la pression atmosphérique est comprimé dans trois compresseurs C1 , C2, C3. Chacun de ces compresseurs a de préférence la même capacité. Chaque compresseur comprime l'air à la pression d'épuration, de préférence égale à au moins 12 bars abs, de préférence inférieure à 35 bars abs. Les trois débits d'air 1 , 2,3 comprimé dans les compresseurs C1 , C2, C3 sont réunis en un seul débit 6 et épurés ensemble dans l'unité E.
Tout l'air envoyé à l'unique boîte froide provient des compresseurs C1 , C2, C3 et les compresseurs C1 , C2, C3 envoient tout leur air 6 à la boîte froide BF.
Chaque compresseur C1 , C2, C3 est entraîné par un seul moteur asynchrone M1 , M2, M3. Chaque moteur M1 , M2, M3 a un démarreur D1 , D2, D3 res pect if, ces d ém a rreu rs éta n t d u type direct (en anglais « direct online), réactance (en anglais « self ») ou autotransformeur. Aucun des moteurs n'est démarré par un démarreur progressif ou un gradateur, ce qui simplifie énormément l'installation.
Chacun des compresseurs C1 , C2, C3 comprend au moins 4 étages.
La boîte froide, et donc les trois compresseurs, traitent de l'air pour produire au moins 4000 tonnes par jour d'oxygène. Ainsi chaque compresseur traite au moins 6666 tonnes par jour d'air. Les trois compresseurs sont entraînés par des moteurs de préférence à vitesse constante.
La puissance totale des trois compresseurs est supérieure à 10MW ou supérieure à 25MW, voire supérieure à 40MW mais inférieure à 75MW.
Les trois compresseurs peuvent traiter chacun le même débit, tous un débit différent, ou deux le même débit et le troisième un débit différent.
Ici chaque compresseur comprime l'air à partir de la pression atmosphérique jusqu'à une même première pression ; or une certaine variation de pression peut être tolérée. Par exemple, un compresseur peut avoir une pression qui diffère au plus de 20% (voire au plus de 10%) de la pression du débit 6 formé en mélangeant les débit comprimés.
Il sera facilement compris que l'invention peut s'étendre aux appareils ayant quatre compresseurs, cinq compresseurs ou six compresseurs en parallèle. Le cas précis des cinq compresseurs est illustré dans la Figure 2.
Dans la Figure 2, une boîte froide BF d'appareil de séparation d'air contient un système de colonnes et un échangeur permettant de refroid ir l'air à la température de distillation. L'air à distiller 7 a précédemment été épuré dans une unité d'épuration E pour enlever l'eau et le dioxyde de carbone.
L'appareil produit au moins un produit 9 pouvant être de l'oxygène gazeux et/ou de l'azote gazeux et/ou de l'oxygène liquide et/ou de l'azote liquide et/ou de l'argon gazeux et/ou de l'argon liquide.
L'air à la pression atmosphérique est comprimé dans cinq compresseurs C1 , C2 C3, C4, C5, connectés en parallèle. Chacun de ces compresseurs a de préférence la même capacité. Chaque compresseur comprime l'air à la pression d'épuration, de préférence égale à au moins 12 bars abs, de préférence inférieure à 35 bars abs. Les cinq débits d'air 1 , 2, 3, 4, 5 comprimé dans les compresseurs C1 , C2, C3, C4, C5 sont réunis en un seul débit 6 et épurés ensemble dans l'unité E.
Tout l'air envoyé à la boîte froide provient des compresseurs C1 , C2, C3,
C4, C5 et les compresseurs C1 , C2, C3, C4, C5 envoient tout leur air à la boîte froide BF.
Chacun des compresseurs C1 , C2, C3, C4, C5 comprend au moins 4 étages.
Chaque compresseur C1 , C2, C3, C4, C5 est entraîné par un seul moteur asynchrone M1 , M2, M3, M4, M5. Chaque moteur M1 , M2, M3, M4, M5 a un démarreur D1 , D2, D3, D4, D5 respectif, ces démarreurs étant du type direct (en anglais « direct online), réactance (en anglais « self ») ou autotransformeur. Aucun des moteurs n'est démarré par un démarreur progressif ou un gradateur, ce qui simplifie énormément l'installation.
Les cinq compresseurs peuvent traiter chacun le même débit, chacun un débit différent ou il peut y avoir des paires de compresseurs ayant le même débit.
La puissance totale des cinq compresseurs est supérieure à 10MW ou supérieure à 25MW, voire supérieure à 40MW mais inférieure à 125MW. L'unique boîte froide, et donc les cinq compresseurs, traite de l'air pour produire au moins 4000 tonnes par jour d'oxygène. Ainsi chaque compresseur traite au moins 4000 tonnes par jour d'air. Les cinq compresseurs sont entraînés par des moteurs de préférence à vitesse sensiblement constante.
Ici chaque compresseur comprime l'air à partir de la pression atmosphérique jusqu'à une même première pression ; or une certaine variation de pression peut être tolérée. Par exemple, un compresseur peut avoir une pression qui diffère au plus de 20% (voire au plus de 10%) de la pression du débit 6 formé en mélangeant les débits comprimés.
Les appareils de séparation d'air selon l'invention peuvent comprendre un surpresseur d'air entraîné par une turbine d'air, par exemple envoyant l'air détendu à une colonne de la boîte froide, ou par une turbine d'azote. Par contre, les appareils ne comprennent pas de surpresseur d'air entraîné par une turbine à vapeur ou un moteur, car cela sous-entendrait une entrée d'énergie dans le système autrement que par envoi d'air comprimé des N compresseurs.
Des compresseurs de produits, pour l'oxygène ou l'azote, peuvent par contre être utilisés, ceux-ci étant entraînés par exemple par des moteurs.
De manière générale, l'invention s'applique à des procédés où la puissance totale des compresseurs est inférieure à 150MW.

Claims

Revendications
1 . Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans lequel : i) on envoie N débits d'air à environ la pression ambiante chacun à un des N compresseurs d'air (C1 , C2, C3, C4, C5),
ii) chacun des N compresseurs comprime l'air à une première pression supérieure à 12 bars abs et inférieure à 35 bars absolus, N étant égal ou supérieur à 3 et la puissance totale des N compresseurs étant supérieure à 10MW,
iii) on envoie l'air à la première pression des N compresseurs à une seule unité d'épuration (E) pour éliminer l'eau et le dioxyde de carbone et on refroidit l'air épuré dans l'unité d'épuration avant de l'envoyer à un seul système de colonnes dans une seule boîte froide (BF) où l'air est séparé par distillation cryogénique, iv) on extrait un débit enrichi en oxygène et/ou un débit enrichi en azote (9) du système de colonnes, et
v) on envoie de l'air de chacun des N compresseurs au système de colonnes à travers l'unité d'épuration, sans envoyer de l'air à la première pression à un surpresseur d'air entraîné par un moteur ou une turbine à vapeur, et
vi) les N compresseurs étant chacun entraîné par un seul moteur, ces
N moteurs (M1 , M2, M3, M4, M5) étant asynchrones et ayant chacune une puissance maximale en dessous de 25MW.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel tout l'air envoyé au système de colonnes provient des N compresseurs (C1 , C2, C3, C4, C5).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel N est égale à 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel N compresseurs d'air (C1 , C2, C3, C4, C5) envoient chacun au plus 100%/N de l'air qu'ils compriment au système de colonnes.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel chacun des compresseurs (C1 , C2, C3, C4, C5) envoie au moins 90% de son air au système de colonnes, voire à la même colonne du système de colonnes.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une partie du débit d'air de chaque compresseur (C1 , C2, C3, C4, C5), est détendue avant d'être envoyée au système de colonnes.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel chacun des moteurs (M1 , M2, M3, M4, M5) est relié à un démarreur (D1 , D2, D3,
D4, D5) d'un type donné, le type de démarreur pour chaque moteur étant soit direct soit par réactance soit autotransformeur.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la puissance totale des N compresseurs (C1 , C2, C3, C4, C5), est inférieure à
25 x N MW.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la puissance totale des N compresseurs (C1 , C2, C3, C4, C5), est supérieure à 25MW, voire supérieure à 40MW.
10. Appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant un seul système de colonnes contenu dans une seule boîte froide (BF), N compresseurs d'air (C1 , C2, C3, C4, C5), reliés pour recevoir de l'air à la pression d'ambiante et conçus pour produire de l'air à une première pression supérieure à 12 bars abs, N étant au moins égal à 3, chacun des compresseurs étant entraîné par un seul moteur asynchrone (M1 , M2, M3, M4, M5), la puissance totale des N compresseurs étant au moins égale à 1 0MW, une seule unité d'épuration (E) pour épurer de l'air à la première pression provenant des N compresseurs, des conduites pour envoyer de l'air épuré de l'unité d'épuration au système de colonnes, une conduite pour soutirer un débit enrichi en azote du système de colonnes, une conduite pour soutirer un débit enrichi en oxygène du système de colonnes, l'appareil ne comprenant pas de moteur ou de turbine à vapeur entraînant un surpresseur d'air.
1 1 . Appareil selon la revendication 10 dans lequel chacun des compresseurs (C1 , C2, C3, C4, C5), comprend au moins 4 étages.
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