EP2856050A2 - Appareil et procédé de séparation cryogénique d'un mélange de monoxyde de carbone et de méthane ainsi que d'hydrogène et/ou d'azote - Google Patents

Appareil et procédé de séparation cryogénique d'un mélange de monoxyde de carbone et de méthane ainsi que d'hydrogène et/ou d'azote

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EP2856050A2
EP2856050A2 EP13727260.5A EP13727260A EP2856050A2 EP 2856050 A2 EP2856050 A2 EP 2856050A2 EP 13727260 A EP13727260 A EP 13727260A EP 2856050 A2 EP2856050 A2 EP 2856050A2
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EP
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column
methane
liquid
carbon monoxide
gas
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Pascal Marty
Jean-Jacques Talbot
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F25J2290/40—Vertical layout or arrangement of cold equipments within in the cold box, e.g. columns, condensers, heat exchangers etc.
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    • F25J2290/42—Modularity, pre-fabrication of modules, assembling and erection, horizontal layout, i.e. plot plan, and vertical arrangement of parts of the cryogenic unit, e.g. of the cold box

Definitions

  • Apparatus and method for cryogenic separation of a mixture of carbon monoxide and methane and hydrogen and / or nitrogen The present invention relates to an apparatus and method for cryogenically separating a mixture of carbon monoxide, methane and hydrogen and possibly nitrogen.
  • the mixtures may consist of:
  • Nitrogen with hydrogen impurities, carbon monoxide and methane (cold box nitrogen wash).
  • An object of the invention is to make more compact a cryogenic separation apparatus of a mixture of carbon monoxide, hydrogen and methane when the methane must be produced under pressure.
  • Another object of the invention is, in certain cases, to reduce the maximum height of a cryogenic separation apparatus of a mixture of carbon monoxide, hydrogen and methane. This reduces the cost of the device as well as the transportation costs.
  • the liquid methane withdrawn from the tank of the CO / CH 4 column can be pressurized in a pump to be stored and / or sent to a customer or to be sent to the top of the methane wash column, if necessary.
  • an apparatus for the cryogenic separation of a mixture of methane, carbon monoxide and hydrogen and optionally nitrogen comprising a first separation unit comprising at least a first column and or a phase separator, the first separation unit being supplied with the mixture, a first pipe for removing a gas enriched in hydrogen and possibly nitrogen from the first unit, a second pipe for discharging a liquid containing methane and monoxide of carbon of the first column or phase separator, a second column connected to the second pipe, a third pipe connected to the tank of the second column to withdraw a liquid enriched in methane and a fourth pipe connected to the head of the second.
  • the second column for withdrawing a gas enriched in carbon monoxide or nitrogen, the first column and / or one or more separator (s) of being arranged below the second column, the two columns or the second column and the phase separator (s) having the same main axis, so that the methane-enriched liquid is produced at a higher pressure that the pressure of the tank of the second column, the second column comprising a tank reboiler characterized in that, where appropriate, when the apparatus comprises a first column, it does not include means for sending overhead gas from the first column to heat the bottom reboiler of the second column and in that the second conduit is a pipe connected to the tank of the first column.
  • the apparatus comprises:
  • a pump connected to the third pipe, disposed closer to the ground than the tank of the second column.
  • an auxiliary column whose head is optionally connected to the pump and whose tank is connected to the head of the first column by means for sending gas from the head of the first column to the tank of the auxiliary column and by means for sending liquid from the tank of the auxiliary column to the head of the first column, the auxiliary column being arranged next to the first column.
  • the auxiliary column is arranged so that its tank is farther from the ground than the head of the first column.
  • the auxiliary column is attached to the second column.
  • the first unit comprises a pre-treatment column, a line for feeding the mixture from the pre-treatment column to the first column, the auxiliary column being fixed to the pre-treatment column.
  • the apparatus comprises a post-treatment column downstream of the second column, the auxiliary column being fixed to the post-treatment column.
  • the first unit comprises a methane scrubbing column, which column is connected to the first column to feed it with the mixture which is a bottom liquid of the methane scrubbing column, the head of the methane scrubbing column being connected to the pump.
  • the first unit comprises a phase separator and means for supplying liquid phase separator as the mixture which feeds the first column.
  • the first unit comprises a washing column and the first column, the washing liquid being rich in carbon monoxide, as well as means for sending the tank liquid from the wash column to the first column.
  • the first unit comprises a washing column, the washing liquid being rich in nitrogen, the washing column constituting the first column.
  • the first unit comprises a nitrogen wash column
  • the second liquid contains methane and nitrogen
  • the second column produces a nitrogen enriched gas
  • a cryogenic separation process of a mixture of methane and carbon monoxide as well as hydrogen and optionally nitrogen in which a first separation of the mixture is carried out using at least a first column or a phase separator fed by the mixture, to produce a methane-enriched fluid containing carbon monoxide and / or nitrogen connected to the tank of the first column or phase separator, the fluid is separated in a second column to produce a gas enriched in carbon monoxide and optionally nitrogen and a methane-enriched liquid, the first column or the phase separator is arranged below the second column, the two columns or the second column and the phase separator having the same main axis, so that the liquid enriched in methane is pressurized at least in part by hydrostatic pressure, the second e column comprising a bottom reboiler characterized in that the bottom reboiler is heated by a gas other than a top gas of the first column and in that the methane-enriched fluid comes from the tank of
  • the bottom reboiler is heated by a cycle gas which is carbon monoxide.
  • a head gas of the first column is heated in an exchanger where the mixture cools.
  • the pump is on the ground.
  • a top gas of the first column is sent to the tank of an auxiliary column and of the methane-enriched liquid to the top of the column, the auxiliary column being arranged next to the first column.
  • the first unit comprises a pre-treatment column, a line for feeding the mixture from the pre-treatment column to the first column, the auxiliary column being fixed to the pre-treatment column.
  • the apparatus comprises a post-treatment column downstream of the second column, the auxiliary column being attached to the post-treatment column.
  • the first unit comprises a methane wash column, the wash tank liquid being fed to the first column as the mixture and pressurized methane enriched liquid being fed to the wash column.
  • the first unit comprises a washing column fed with a washing liquid being rich in carbon monoxide or nitrogen, the washing column liquid being sent to the first column.
  • the process produces liquid methane as final product from the vessel of the second column.
  • the first unit comprises a nitrogen wash column
  • the second liquid contains methane and nitrogen
  • the second column produces a nitrogen enriched gas
  • FIG. 1 represents a methane scrubbing process according to the prior art
  • FIGS. 2 and 3 represent methane scrubbing processes according to the invention
  • FIG. 4 represents a partial condensation process according to the prior art
  • FIG. 5 represents a partial condensation process according to the invention
  • FIG. 6 represents a carbon monoxide washing process according to the prior art
  • FIG. 7 represents a method of washing with carbon monoxide.
  • FIG. 8 represents a nitrogen washing process according to the prior art
  • FIG. 9 represents a nitrogen washing process according to the invention.
  • a mixture of hydrogen, carbon monoxide and methane 1 is purified in unit 3 to remove water and carbon dioxide.
  • the purified mixture cools in the main cryogenic exchanger 9 to be sent to a phase separator 7, where it is separated to form a hydrogen-enriched gas 11 and a methane-enriched liquid 13.
  • the gas 11 separates in a methane wash column 17 fed at the top by a washing liquid 41 rich in methane.
  • the bottom liquid of the column 17 is mixed with the liquid 13 to form the liquid 18 rich in CO and CH 4 and also containing the nitrogen sent to the top of a depletion column 19 (in English "flash column") having a tank reboiler 22.
  • the gas 21 withdrawn at the top of the column 19 is enriched in hydrogen and is heated in the exchanger 9 for recovery as a purge gas to a fuel system in general.
  • the bottom liquid 23 of the column 19 contains mainly carbon monoxide (and nitrogen) and methane and is expanded in the valve 25 and then sent for separation in the column CO / CH 4 27.
  • a gas 44 enriched in carbon monoxide is formed at the top of the column and a liquid enriched in methane 33 is formed in the bottom of the column.
  • the liquid 33 is divided in two, a part 37 being reheated (or not) in the main cryogenic exchanger 9 for recovery as a purge gas (or in liquid form bypassing the exchanger 9) at the pressure of the column CO / CH 4 (a few bars) and the other part being pressurized by a pump 36 to feed the head of the methane washing column 17 and for possible upgrading under pressure (fluid 38) in gaseous form via the main cryogenic exchanger 9 (or directly in liquid form by short-circuiting the exchanger 9).
  • a carbon monoxide cycle keeps the appliance cold. Carbon monoxide from the top of the column 27 is heated in the exchanger 9, sent as flow 45 to a compressor 51. Part of the Carbon monoxide is produced as pressurized gas 53 at the outlet of the compressor. Another part 57 cools in exchanger 9 and is divided in two. A portion 59 at an intermediate temperature of the exchanger 9 is expanded in a turbine 61 and sent via a valve 63 via line 65 to the compressor 51. Another part 67 continues to cool in the exchanger 9. A fraction 69 of the cooled carbon monoxide serves to heat the reboiler 22 of the depletion column 19 and is condensed.
  • Another fraction 71 serves to heat the bottom reboiler 31 of the CO / CH 4 column 27 and is mixed with the condensed fraction 69.
  • the entire flow rate 73 is expanded in a valve 75 and sent to the head condenser 29 of the CO column. / CH 4 where it vaporizes to form the flow of carbon monoxide 43 which mixes with the overhead gas of the CO / CH column.
  • phase separator 79 A part of the liquid 77 of the head condenser 29 is sent to a phase separator 79. From the phase separator 79 is withdrawn a liquid 81 which is sent to the exchanger 21 which cools the intermediate withdrawals of the methane washing column, the liquid 81 vaporizes and the gas is returned to the phase separator 79. The gas 83 of the phase separator 79 is sent to the inlet of the compressor 51 with the gas 43.
  • the three columns 17, 27, 19 are all placed on the ground, which increases the grip (the footprint) on the ground.
  • the column 27 is raised to a sufficient height.
  • the CO / CH 4 column 27 is placed above the depletion column 19, the two columns having the same main axis.
  • the methane enriched liquid 33 of the column vessel 27 passes through a height H to arrive at the pump 36 and is at a higher pressure due to the hydrostatic pressure. Some of the liquid at the elevated pressure can be taken to serve as a product downstream or upstream of the pump 36. The footprint of the columns of the cold box is thus reduced.
  • the sum of the heights of both columns 27 and 19 is less than height of the column 17, the length of the packet of the columns of the cold box is not modified.
  • the liquid phase 18 of the bottom of the washing column 17 is sent to the depletion column 19.
  • the function of this column is to eliminate the Residual hydrogen still dissolved in carbon monoxide.
  • the depletion column comprises a few additional trays at the top of the column, constituting an auxiliary column 20 with reduced diameter compared to column 19.
  • the gas phase is backwashed with liquid methane 39 to extract the carbon monoxide still dissolved.
  • the liquid / vapor traffic in this section 20 is quite low: all the other gas flows entering the exhaust column 19 are located below section 20.
  • it is therefore justified to reduce the diameter in the upper section 20 of the depletion column: it then takes the name of "auxiliary column" (minaret).
  • the auxiliary column 20 fits about one meter in the exhaust column 19.
  • An innovation of the present invention consists in relocating the auxiliary column 20 of exhaust head, for example by fixing it on the side of the washing column 17. This relocation can be carried out elsewhere in the cold box (on a another column, for example, such as the second column 27 or a post-treatment column such as a denitrogenation column) as long as the auxiliary column 20 remains positioned under load on the lower part of the depletion column 19. idea can reduce both:
  • a mixture of hydrogen, carbon monoxide and methane 1 is purified in unit 3 to remove water and carbon dioxide.
  • the purified mixture cools in a main cryogenic exchanger 9 to be sent to a phase separator 7, where it is separated to form a hydrogen-enriched gas 11 and a methane-enriched liquid 13.
  • the liquid 13 is sent to the top of a depletion column 19 having a bottom reboiler 22.
  • the gas 21 withdrawn at the top of the column 101 is enriched in hydrogen and is heated in the exchanger 9 for recovery as a gas purge to a fuel system in general ....
  • the bottom liquid 23 of column 19 contains mainly carbon monoxide and methane and is sent to separate in the column CO / CH 4 27.
  • a gas enriched in carbon monoxide is formed at the top of the column.
  • column and a methane enriched liquid 33 is formed in the bottom of the column. The liquid is heated in the exchanger to serve as fuel.
  • the liquid 33 is divided in two, a part 37 being reheated (or not) in the main cryogenic exchanger 9 for recovery as a purge gas (or in liquid form by short-circuiting the exchanger 9) at the pressure of the column CO / CH 4 (a few bars) and the other part 35 being pressurized by a pump 36 for possible upgrading under pressure (fluid 38) in gaseous form via the main cryogenic exchanger 9 (or directly in liquid form bypassing the exchanger 9).
  • a carbon monoxide cycle keeps the appliance cold.
  • Carbon monoxide from the top of the column 27 is heated in the exchanger 9, sent as flow 45 to a compressor 51. Part of the carbon monoxide is produced as pressurized gas at the outlet of the compressor. Another part 57 cools in exchanger 9 and is divided in two. A portion 59 at an intermediate temperature of the exchanger 9 is expanded in a turbine 61 and sent via a valve 63 via line 65 to the compressor 51. Another part 67 continues to cool in the exchanger 9. A fraction 69 of the cooled carbon monoxide serves to heat the reboiler 22 of the column 19 and is condensed. Another fraction 71 serves to heat the bottom reboiler 31 of the CO / CH 4 column 27 and is mixed with the condensed fraction 69. The entire flow rate 73 is expanded in a valve 75 and sent to the head condenser 29 of the CO column. / CH 4 where it vaporizes to form the flow of carbon monoxide 43 which will supply the compressor 51 after passing through the exchanger 9.
  • the column 27 is positioned above the column 19, which is itself positioned above the phase separator 7. it is also possible to place the phase separator 7 next to the two columns 101, 27.
  • a mixture of hydrogen, carbon monoxide, nitrogen and methane 1 is purified in unit 3 to remove water and dioxide of carbon.
  • the purified mixture cools in an exchanger 9 to be sent to a phase separator 7 where it is separated to form a hydrogen-enriched gas 11 and a methane-enriched liquid 13.
  • the gas 11 separates in a carbon monoxide washing column 601 fed at the top by a washing liquid 623 rich in carbon monoxide.
  • the bottom liquid of the column 601 is mixed with the liquid 13 to form the liquid 18 and the formed liquid is sent to the top of a depletion column 19 (in English "flash column") having a bottom reboiler 22.
  • the gas 21 withdrawn at the top of the column 19 is enriched in hydrogen and is heated in the exchanger 9 for recovery as a purge gas to a fuel system in general.
  • the vessel liquid 23 of the column 19 contains mainly carbon monoxide and methane and is sent to separate in the column CO / CH 4 27.
  • a gas enriched in carbon monoxide 43 is formed at the top of the column and a liquid enriched in methane 33 is formed in the bottom of the column.
  • the liquid 33 is divided in two, a part 37 being reheated (or not) in the main cryogenic exchanger 9 for recovery as a purge gas (or in liquid form by short-circuiting the exchanger 9) at the pressure of the column CO / CH 27 (a few bars) and the other part being pressurized by a pump 36 for possible upgrading under pressure (fluid 38), in gaseous form via the main cryogenic exchanger 9 (or directly in liquid form by short-circuiting the exchanger 9).
  • a carbon monoxide cycle keeps the appliance cold. Carbon monoxide from the top of the column 27 is heated in the exchanger 9, sent as flow 45 to a compressor 51. Part of the carbon monoxide is produced as pressurized gas at the outlet of the compressor. Another part 57 cools in exchanger 9 and is divided in two. A portion 59 is expanded in a valve 63 and then sent via line 65 to the compressor 51. Another part is divided into two fractions. A fraction 69 of the cooled carbon monoxide serves to heat the bottom reboiler 22 of the depletion column 19 and is condensed. Another fraction 71 serves to heating the bottom reboiler 31 of the column CO / CH 4 27 and is mixed with the condensed fraction 71.
  • the entire flow 73 is expanded in a valve and sent to the top condenser 619 of the column CO / CH 4 where it vaporizes to form the carbon monoxide fluid 43.
  • a carbon monoxide bath 29 at the top of the column 27 supplies the condenser 619 with gas to be condensed.
  • the overhead gas 635 of the column 27 is sent to the denitrogenation column 603 having a top condenser 615.
  • the tank liquid 613 of the denitrogenation column 603 is vaporizes in the head condenser 615 and is mixed with the fluid 43 to form the fluid 45 which is sent to the compressor 51 via the exchanger 9.
  • the nitrogen-enriched overhead gas 617 is heated in the exchanger 9 and directed to a network fuel.
  • the carbon monoxide necessary for washing in the column 603 is provided by the fluids 609 and 61 1 withdrawn at the discharge of the compressor 51. Part of these fluids is sent as flow 623 at the top of the washing column 601.
  • the establishment of a denitrogenation column may be applicable in all the cases mentioned above when the nitrogen must be partially or completely removed from the product gas.
  • the column CO / CH 4 27 is positioned above the exhaust column 19 so that the flow rich in liquid methane 35 is hydrostatically pressurized upstream of the pump 36.
  • Figure 8 shows a nitrogen washing process in which a mixture of hydrogen, carbon monoxide, nitrogen and methane 1 comes out of a Rectisol ® 804 type unit and is purified in a unit of purification 3 to remove water, methanol and CO 2 (adsorbing methanol or any other solvent used in an upstream washing may also be required in all the cases mentioned above).
  • the purified mixture 5 is cooled in the exchanger 9 and then sent to a phase separator 7.
  • the gas of the phase separator 7 is mixed with an uncooled portion 6 of the gas 5 to form the flow 1 1.
  • Part of the flow 1 1 is used to heat the bottom reboiler 851 of a column N 2 / CH 4 850, being partially condensed.
  • the partially condensed flow is sent to a phase separator 809.
  • the liquid 819 of the separator 809 is rich in methane and is sent to the pump 36.
  • the gas 827 of the separator 809 joins the gas 821 of the separator 7, is cooled in the exchanger 9, then separated in a phase separator 807 and the product gas 814 feeds the nitrogen washing column 81 1 to be separated.
  • the column 81 1 is fed at the top by a liquid flow 833 produced by the liquefaction of a flow rate 831 of nitrogen gas in the exchanger 9. Another portion 835 of the condensed nitrogen is mixed with the overhead gas 829 heated from column 81 1 containing hydrogen and sent to the extraction unit CO 2 / H 2 S (Rectisol ® for example) 804 for heat exchange; the formed gas 843 leaves the apparatus ..
  • the tank liquid 847 of the nitrogen wash column 81 1 is expanded and then sent to a phase separator 845.
  • the product gas 853 is heated in the exchanger 9 as a purge gas.
  • the liquid 849 feeds the N 2 / CH 4 850 column to form a gas flow 852 depleted of methane and enriched in nitrogen and a liquid flow enriched in methane.
  • the liquid flow enriched with methane 35 is sent to the pump 36, then feeds a phase separator 821.
  • the gas 825 is sent to the exchanger 9 to produce a gaseous phase rich in methane.
  • the liquid 823 can also be sent to the exchanger 9 to produce a phase rich in methane gas under pressure, or bypass the exchanger 9 to produce liquid methane under pressure as the final product. It is also possible to produce a phase rich in methane gas or liquid at low pressure by vaporizing liquid taken upstream of the pump 36.
  • the column N 2 / CH 4 850 is disposed above the scrubbing column with nitrogen 81 1.

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Abstract

Un appareil de séparation cryogénique d'un mélange (5) de méthane, monoxyde de carbone et hydrogène comprend une première unité de séparation comprenan tune première colonne (19), la première unité de séparation étant alimentée par le mélange (5), une première conduite pour sortir un gaz enrichi en hydrogène(21) de la première unité, une deuxième conduite pour sortir un liquide (23) contenant du méthaneet du monoxyde de carbone de la première unité, une deuxième colonne (27) reliée à la deuxième conduite, une troisième conduite reliée à la cuve de la deuxième colonne pour soutirer un liquide enrichi en méthane (33) et une quatrième conduite reliée à la tête de la deuxième colonne pour soutirer un gaz enrichi en monoxyde de carbone(43),la première colonne étant disposée en dessous de la deuxième colonne, les deux colonnes ayant le même axe principal, de sorte que le liquide enrichi en méthane (33) est produit à une pression plus élevée que la pression de la cuve de la deuxième colonne.

Description

Appareil et procédé de séparation cryogénique d'un mélange de monoxyde de carbone et de méthane ainsi que d'hydrogène et/ou d'azote La présente invention est relative à un appareil et procédé de séparation cryogénique d'un mélange de monoxyde de carbone, de méthane et d'hydrogène et éventuellement de l'azote.
Les mélanges peuvent être constitués par :
du monoxyde de carbone, d'hydrogène, avec les impuretés méthane et d'azote (boite froide H2/CO).
de l'azote avec les impuretés hydrogène, monoxyde de carbone et méthane (boite froide lavage à l'azote).
Il est connu d'effectuer une première séparation par voie cryogénique d'un mélange de monoxyde de carbone, d'hydrogène et de méthane pour produire un gaz riche en hydrogène et un mélange liquide contenant principalement du CO, du CH4 (et l'azote). Ce deuxième mélange est typiquement séparé dans une colonne CO/CH4 pour produire un gaz enrichi en monoxyde de carbone (et contenant l'azote) et un liquide enrichi en méthane.
On peut dénombrer plusieurs méthodes pour effectuer la première séparation.
Il est connu d'effectuer la première séparation du mélange de monoxyde de carbone, d'hydrogène et de méthane pour éliminer l'hydrogène par condensation partielle suivie d'une deuxième séparation du deuxième mélange contenant principalement du monoxyde de carbone (et azote) et du méthane dans une colonne CO/CH4.
Il est également connu d'effectuer une première séparation du mélange dans une colonne de lavage au monoxyde de carbone ou au méthane ou à l'azote pour produire le deuxième mélange de monoxyde de carbone et de méthane. Ce deuxième mélange est ensuite séparé dans une colonne CO/CH4. Un but de l'invention est de rendre plus compact un appareil de séparation cryogénique d'un mélange de monoxyde de carbone, d'hydrogène et de méthane lorsque le méthane doit être produit sous pression.
Un autre but de l'invention est, dans certains cas, de diminuer la hauteur maximale d'un appareil de séparation cryogénique d'un mélange de monoxyde de carbone, d'hydrogène et de méthane. Ceci permet de réduire le coût de l'appareil ainsi que les coûts de transport.
Le méthane liquide soutiré de la cuve de la colonne CO/CH4 peut être pressurisé dans une pompe pour être ensuite stocké et/ou envoyé à un client ou pour être envoyé en tête de la colonne de lavage au méthane, le cas échéant.
Il est un autre but de la présente invention d'alimenter la pompe de méthane liquide par un liquide pressurisé par pression hydrostatique en surélevant la cuve de la colonne CO/CH4.
Les caractéristiques du préambule sont connues de EP-A-1080765.
Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation cryogénique d'un mélange de méthane, de monoxyde de carbone et d'hydrogène et éventuellement de l'azote comprenant une première unité de séparation comprenant au moins une première colonne et/ou un séparateur de phases, la première unité de séparation étant alimentée par le mélange, une première conduite pour sortir un gaz enrichi en hydrogène et éventuellement en azote de la première unité, une deuxième conduite pour sortir un liquide contenant du méthane et du monoxyde de carbone de la première colonne ou du séparateur de phases, une deuxième colonne reliée à la deuxième conduite, une troisième conduite reliée à la cuve de la deuxième colonne pour soutirer un liquide enrichi en méthane et une quatrième conduite reliée à la tête de la deuxième colonne pour soutirer un gaz enrichi en monoxyde de carbone ou en azote, la première colonne et/ou un ou plusieurs séparateur(s) de phases étant disposée(s) en dessous de la deuxième colonne, les deux colonnes ou la deuxième colonne et le (ou les) séparateurs de phases ayant le même axe principal, de sorte que le liquide enrichi en méthane est produit à une pression plus élevée que la pression de la cuve de la deuxième colonne, la deuxième colonne comprenant un rebouilleur de cuve caractérisé en ce que le cas échéant, quand l'appareil comprend une première colonne, il ne comprend pas de moyen pour envoyer de gaz de tête de la première colonne pour chauffer le rebouilleur de cuve de la deuxième colonne et en ce que la deuxième conduite est une conduite reliée à la cuve de la première colonne.
Selon d'autres aspects facultatifs, l'appareil comprend :
une pompe reliée à la troisième conduite, disposée plus près du sol que la cuve de la deuxième colonne.
une colonne auxiliaire dont la tête est éventuellement reliée à la pompe et dont la cuve est reliée à la tête de la première colonne par des moyens pour envoyer du gaz de la tête de la première colonne à la cuve de la colonne auxiliaire et par des moyens pour envoyer du liquide de la cuve de la colonne auxiliaire vers la tête de la première colonne, la colonne auxiliaire étant disposée à côté de la première colonne.
la colonne auxiliaire est disposée de sorte que sa cuve est plus loin du sol que la tête de la première colonne.
la colonne auxiliaire est fixée à la deuxième colonne.
la première unité comprend une colonne de prétraitement, une conduite pour amener le mélange de la colonne de prétraitement à la première colonne, la colonne auxiliaire étant fixée à la colonne de pré-traitement.
- l'appareil comprend une colonne de post-traitement en aval de la deuxième colonne, la colonne auxiliaire étant fixée à la colonne de post-traitement.
la première unité comprend une colonne de lavage au méthane, cette colonne étant reliée à la première colonne pour l'alimenter avec le mélange qui est un liquide de cuve de la colonne de lavage au méthane, la tête de la colonne de lavage au méthane étant reliée à la pompe.
la première unité comprend un séparateur de phases et des moyens pour amener du liquide du séparateur de phases comme le mélange qui alimente la première colonne.
la première unité comprend une colonne de lavage et la première colonne, le liquide de lavage étant riche en monoxyde de carbone, ainsi que des moyens pour envoyer le liquide de cuve de la colonne de lavage à la première colonne.
la première unité comprend une colonne de lavage, le liquide de lavage étant riche en azote, la colonne de lavage constituant la première colonne.
- des moyens pour produire du méthane liquide comme produit final. la première unité comprend une colonne de lavage à l'azote, le deuxième liquide contient du méthane et de l'azote et la deuxième colonne produit un gaz enrichi en azote.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation cryogénique d'un mélange de méthane et de monoxyde de carbone ainsi que d'hydrogène et éventuellement d'azote dans lequel une première séparation du mélange est réalisée utilisant au moins une première colonne ou un séparateur de phase alimentée par le mélange, pour produire un fluide enrichi en méthane et contenant du monoxyde de carbone et/ou de l'azote reliée à la cuve de la première colonne ou du séparateur de phase, le fluide est séparé dans une deuxième colonne pour produire un gaz enrichi en monoxyde de carbone et éventuellement en azote et un liquide enrichi en méthane, la première colonne ou le séparateur de phase est disposée en dessous de la deuxième colonne, les deux colonnes ou la deuxième colonne et le séparateur phase ayant le même axe principal, de sorte que le liquide enrichi en méthane est pressurisé au moins en partie par pression hydrostatique, la deuxième colonne comprenant un rebouilleur de cuve caractérisé en ce que le rebouilleur de cuve est chauffé par un gaz autre qu'un gaz de tête de la première colonne et en ce que le fluide enrichi en méthane provient de cuve de la première colonne, le cas échéant.
Selon d'autres aspects facultatifs de l'invention :
le rebouilleur de cuve est chauffé par un gaz de cycle qui est le monoxyde de carbone.
un gaz de tête de la première colonne se réchauffe dans un échangeur où se refroidit le mélange.
- tout l e gaz de tête de la première colonne se réchauffe dans l'échangeur. le liquide enrichi en méthane est pressurisé en partie par une pompe disposée plus près du sol que la cuve de la deuxième colonne,
la pompe est au sol.
- on envoie un gaz de tête de la première colonne à la cuve d'une colonne auxiliaire et du liquide enrichi en méthane à la tête de la colonne, la colonne auxiliaire étant disposée à côté de la première colonne.
la première unité comprend une colonne de prétraitement, une conduite pour amener le mélange de la colonne de prétraitement à la première colonne, la colonne auxiliaire étant fixée à la colonne de pré-traitement.
l'appareil comprend une colonne de post-traitement en aval de la deuxième colonne, la colonne auxiliaire étant fixée à la colonne de post-traitement.
la première unité comprend une colonne de lavage au méthane, le liquide de cuve de la colonne de lavage étant envoyé à la première colonne comme le mélange et du liquide enrichi en méthane pressurisé étant envoyé à la colonne de lavage.
la première unité comprend une colonne de lavage, alimentée par un liquide de lavage étant riche en monoxyde de carbone ou en azote, le liquide de cuve de la colonne de lavage étant envoyé à la première colonne.
- le procédé produit du méthane liquide comme produit final provenant de la cuve de la deuxième colonne.
la première unité comprend une colonne de lavage à l'azote, le deuxième liquide contient du méthane et de l'azote et la deuxième colonne produit un gaz enrichi en azote.
L'invention sera décrite en plus de détail par rapport aux Figures.
La Figure 1 représente un procédé de lavage au méthane selon l'art antérieur, les Figures 2 et 3 représentent des procédés de lavage au méthane selon l'invention, la Figure 4 représente un procédé de condensation partielle selon l'art antérieur, la Figure 5 représente un procédé de condensation partielle selon l'invention, la Figure 6 représente un procédé de lavage au monoxyde de carbone selon l'art antérieur, la Figure 7 représente un procédé de lavage au monoxyde de carbone selon l'invention, la Figure 8 représente un procédé de lavage à l'azote selon l'art antérieur et la Figure 9 représente un procédé de lavage à l'azote selon l'invention.
Selon la Figure 1 , un mélange d'hydrogène, de monoxyde de carbone et de méthane 1 est épuré dans l'unité 3 pour enlever l'eau et le dioxyde de carbone. Le mélange épuré 5 se refroidit dans échangeur cryogénique principal 9 pour être envoyé à un séparateur de phases 7, où il est séparé pour former un gaz 1 1 enrichi en hydrogène et un liquide 13 enrichi en méthane. Le gaz 11 se sépare dans une colonne 17 de lavage au méthane alimentée en tête par un liquide de lavage 41 riche en méthane.
Le liquide de cuve de la colonne 17 est mélangé avec le liquide 13 pour former le liquide 18 riche en CO et CH4 et contenant aussi l'azote envoyé en tête d'une colonne d'épuisement 19 (en anglais « flash column ») ayant un rebouilleur de cuve 22. Le gaz 21 soutiré en tête de la colonne 19 est enrichi en hydrogène et se réchauffe dans l'échangeur 9 pour valorisation en tant que gaz de purge vers un réseau de carburant en général.
Le liquide de cuve 23 de la colonne 19 contient principalement du monoxyde de carbone (et azote) et du méthane et est détendu dans la vanne 25 puis envoyé pour séparation dans la colonne CO/CH4 27. Un gaz 44 enrichi en monoxyde de carbone est formé en tête de la colonne et un liquide enrichi en méthane 33 est formé en cuve de la colonne. Le liquide 33 est divisé en deux, une partie 37 étant réchauffée (ou pas) dans l'échangeur cryogénique principal 9 pour valorisation comme gaz de purge (ou sous forme liquide en bipassant l'échangeur 9) à la pression de la colonne CO/CH4 (quelques bars) et l'autre partie 35 étant pressurisée par une pompe 36 pour alimenter la tête de la colonne de lavage au méthane 17 et pour valorisation éventuelle sous pression (fluide 38) sous forme gazeuse via l'échangeur cryogénique principal 9 (ou directement sous forme liquide en court-circuitant l'échangeur 9).
Un cycle de monoxyde de carbone assure le maintien en froid de l'appareil. Le monoxyde de carbone provenant de la tête de la colonne 27 est réchauffé dans l'échangeur 9, envoyé comme débit 45 à un compresseur 51 . Une partie du monoxyde de carbone est produit comme gaz 53 sous pression à la sortie du compresseur. Une autre partie 57 se refroidit dans l'échangeur 9 et est divisée en deux. Une partie 59 à une température intermédiaire de l'échangeur 9 est détendue dans une turbine 61 et envoyée par une vanne 63 par la conduite 65 au compresseur 51 . Une autre partie 67 poursuit son refroidissement dans l'échangeur 9. Une fraction 69 du monoxyde de carbone refroidi sert à chauffer le rebouilleur de cuve 22 de la colonne d'épuisement 19 et se trouve condensée. Une autre fraction 71 sert à chauffer le rebouilleur de cuve 31 de la colonne CO/CH4 27 et est mélangée avec la fraction condensée 69. Le débit entier 73 est détendu dans une vanne 75 et envoyé au condenseur de tête 29 de la colonne CO/CH4 où il se vaporise pour former le débit de monoxyde de carbone 43 qui se mélange avec le gaz de tête de la colonne CO/CH .
Une partie du liquide 77 du condenseur de tête 29 est envoyée à un séparateur de phases 79. Du séparateur de phases 79 on soutire un liquide 81 qui est envoyé à l'échangeur 21 qui refroidit les soutirages intermédiaires de la colonne de lavage au méthane, le liquide 81 s'y vaporise et le gaz est renvoyé au séparateur de phases 79. Le gaz 83 du séparateur de phases 79 est envoyé à l'entrée du compresseur 51 avec le gaz 43.
On notera que les trois colonnes 17, 27, 19 sont toutes posées au sol, ce qui augmente la prise (l'encombrement) au sol. Pour répondre à une hauteur hydrostatique nécessaire pour alimenter la pompe 36 en liquide riche en CH4 sans risque de cavitation, la colonne 27 est surélevée d'une hauteur suffisante.
Selon l'invention, comme indiqué Figure 2, la colonne CO/CH4 27 est placée au-dessus de la colonne d'épuisement 19, les deux colonnes ayant le même axe principal. Ainsi le liquide enrichi en méthane 33 de la cuve de la colonne 27 traverse une hauteur H pour arriver à la pompe 36 et se trouve à une pression plus élevée à cause de la pression hydrostatique. Une partie du liquide à la pression surélevée peut être prise pour servir de produit en aval ou en amont de la pompe 36. L'encombrement au sol des colonnes de la boite froide s'en trouve ainsi réduit. En outre, si la somme des hauteurs des deux colonnes 27 et 19 est inférieure la hauteur de la colonne 17, la longueur du paquet des colonnes de la boite froide n'est pas modifiée.
Dans une boite froide avec lavage au méthane classique comme illustrée à la Figure 1 , la phase liquide 18 du fond de cuve de la colonne de lavage 17 est envoyée vers la colonne d'épuisement 19. Celle-ci a pour fonction d'éliminer l'hydrogène résiduel encore dissout dans le monoxyde de carbone.
A la différence de la Figure 1 , pour améliorer la récupération de monoxyde de carbone, la colonne d'épuisement comprend quelques plateaux supplémentaires en tête de colonne, constituant une colonne auxiliaire 20 à diamètre réduit par rapport à la colonne 19. Dans cette section supplémentaire, la phase gazeuse est lavée à contre-courant par du méthane liquide 39 pour en extraire le monoxyde de carbone encore dissout. Le trafic liquide/vapeur dans cette section 20 est assez faible : tous les autres débits de gaz entrant dans la colonne d'épuisement 19 sont situés en dessous de la section 20. Afin d'assurer une bonne distribution liquide/vapeur et un bon contact entre les phases, il est donc justifié de diminuer le diamètre dans la section supérieure 20 de la colonne d'épuisement : elle prend alors le nom de « colonne auxiliaire » (minaret).
La colonne 19 est alimentée par le liquide de lavage 18 en dessous de la colonne auxiliaire. La colonne auxiliaire 20 est alimentée en tête par un liquide 39 riche en méthane provenant de la pompe 36. Le gaz de tête 21 de la colonne auxiliaire est envoyé après réchauffage dans l'échangeur 9 comme gaz de purge.
(A) Pour faciliter son support, la colonne auxiliaire 20 s'intègre sur environ un mètre dans la colonne d'épuisement 19.
D'autre part, la mise en place de la colonne CO/CH4 27 nécessitant une certaine élévation pour pouvoir alimenter la ou les pompes 36 de méthane positionnées en fond de cuve avec une hauteur nette d'aspiration (désignée par NPSH) disponible suffisante, dans la Figure 2, on propose de positionner la colonne CO/CH4 27 au dessus de la colonne d'épuisement 19 (avec ou sans la colonne auxiliaire 20). C'est souvent l'accumulation verticale de ces deux colonnes 1 9 , 27 o u d es tro i s co l o n n es 1 9 , 20 , 27 cumulées qui détermine le dimensionnement en hauteur du paquet des colonnes. La Figure 3 montre alors une autre variante qui permet de réduire la dimension verticale du paquet (« casing » en anglais) des colonnes (ensemble de la colonne d'épuisement 19 et la colonne CO/CH4 27).
Une innovation de la présente invention consiste à relocaliser la colonne auxiliaire 20 de tête de colonne d'épuisement, par exemple en la fixant sur le côté de la colonne de lavage 17. Cette relocalisation peut-être effectuée ailleurs dans la boite froide (sur une autre colonne par exemple, telle que la deuxième colonne 27 ou une colonne de post-traitement telle qu'une colonne de déazotation) pour autant que la colonne auxiliaire 20 reste positionnée en charge sur la partie inférieure de la colonne d'épuisement 19. Cette idée permet de réduire à la fois :
• la longueur de la virole de la partie inférieure de la colonne d'épuisement 19 pour la raison (A) mentionnée ci-avant
• l'élévation de la virole de la colonne CO/CH4 27 grâce au repositionnement de la colonne auxiliaire 20 (tout en s'assurant que la nouvelle élévation reste compatible avec le NPSH requis pour la ou les pompes de méthane).
Lorsque le paquet « colonnes « est dimensionné en hauteur par l'ensemble « colonne d'épuisement 19 + colonne CO/CH4 27 », cette hauteur s'en trouve donc réduite.
Selon la Figure 4, un mélange d'hydrogène, de monoxyde de carbone et de méthane 1 est épuré dans l'unité 3 pour enlever l'eau et le dioxyde de carbone. Le mélange épuré 5 se refroidit dans un l'échangeur cryogénique principal 9 pour être envoyé à un séparateur de phases 7, où il est séparé pour former un gaz 1 1 enrichi en hydrogène et un liquide 13 enrichi en méthane. Le liquide 13 est envoyé en tête d'une colonne d'épuisement 19 ayant un rebouilleur de cuve 22. Le gaz 21 soutiré en tête de la colonne 101 est enrichi en hydrogène et se réchauffe dans l'échangeur 9 pour valorisation en tant que gaz de purge vers un réseau de carburant en général....
Le liquide de cuve 23 de la colonne 19 contient principalement du monoxyde de carbone et du méthane et est envoyé se séparer dans la colonne CO/CH4 27. Un gaz enrichi en monoxyde de carbone est formé en tête de la colonne et un liquide enrichi en méthane 33 est formé en cuve de la colonne. Le liquide 35 est réchauffé dans l'échangeur pour servir de carburant. Le liquide 33 est divisé en deux, une partie 37 étant réchauffée (ou pas) dans l'échangeur cryogénique principal 9 pour valorisation comme gaz de purge (ou sous forme liquide en court-circuitant l'échangeur 9) à la pression de la colonne CO/CH4 (quelques bars) et l'autre partie 35 étant pressurisée par une pompe 36 pour valorisation éventuelle sous pression (fluide 38) sous forme gazeuse via l'échangeur cryogénique principal 9 (ou directement sous forme liquide en bipassant l'échangeur 9).
Un cycle de monoxyde de carbone assure le maintien en froid de l'appareil.
Le monoxyde de carbone provenant de la tête de la colonne 27 est réchauffé dans l'échangeur 9, envoyé comme débit 45 à un compresseur 51 . Une partie du monoxyde de carbone est produite comme gaz 53 sous pression à la sortie du compresseur. Une autre partie 57 se refroidit dans l'échangeur 9 et est divisée en deux. Une partie 59 à une température intermédiaire de l'échangeur 9 est détendue dans une turbine 61 et envoyée par une vanne 63 par la conduite 65 au compresseur 51 . Une autre partie 67 poursuit son refroidissement dans l'échangeur 9. Une fraction 69 du monoxyde de carbone refroidi sert à chauffer le rebouilleur de cuve 22 de la colonne 19 et se trouve condensée. Une autre fraction 71 sert à chauffer le rebouilleur de cuve 31 de la colonne CO/CH4 27 et est mélangée avec la fraction condensée 69. Le débit entier 73 est détendu dans une vanne 75 et envoyé au condenseur de tête 29 de la colonne CO/CH4 où il se vaporise pour former le débit de monoxyde de carbone 43 qui va alimenter le compresseur 51 après passage dans l'échangeur 9.
On notera que les deux colonnes 19, 27 sont toutes posées au sol.
Pour l'innovation de la Figure 5, on notera qu'à la différence de la Figure 4, la colonne 27 est positionnée au-dessus la colonne 19, qui est elle-même positionnée au-dessus du séparateur de phases 7. Il est également possible de placer le séparateur de phases 7 à côté des deux colonnes 101 , 27.
Selon la Figure 6, un mélange d'hydrogène, de monoxyde de carbone, d'azote et de méthane 1 est épuré dans l'unité 3 pour enlever l'eau et le dioxyde de carbone. Le mélange épuré 5 se refroidit dans un échangeur 9 pour être envoyé à un séparateur de phases 7, où il est séparé pour former un gaz 1 1 enrichi en hydrogène et un liquide 13 enrichi en méthane. Le gaz 11 se sépare dans une colonne 601 de lavage au monoxyde de carbone alimentée en tête par un liquide de lavage 623 riche en monoxyde de carbone.
Le liquide de cuve de la colonne 601 est mélangé avec le liquide 13 pour former le liquide 18 et le liquide formé est envoyé en tête d'une colonne d'épuisement 19 (en anglais « flash column ») ayant un rebouilleur de cuve 22. Le gaz 21 soutiré en tête de la colonne 19 est enrichi en hydrogène et se réchauffe dans l'échangeur 9 pour valorisation en tant que gaz de purge vers un réseau de carburant en général....
Le liquide de cuve 23 de la colonne 19 contient principalement du monoxyde de carbone et du méthane et est envoyé se séparer dans la colonne CO/CH4 27. Un gaz enrichi en monoxyde de carbone 43 est formé en tête de la colonne et un liquide enrichi en méthane 33 est formé en cuve de la colonne. Le liquide 33 est divisé en deux, une partie 37 étant réchauffée (ou pas) dans l'échangeur cryogénique principal 9 pour valorisation comme gaz de purge (ou sous forme liquide en court-circuitant l'échangeur 9) à la pression de la colonne CO/CH 27 (quelques bars) et l'autre partie 35 étant pressurisée par une pompe 36 pour valorisation éventuelle sous pression (fluide 38), sous forme gazeuse via l'échangeur cryogénique principal 9 (ou directement sous forme liquide en court- circuitant l'échangeur 9).
Un cycle de monoxyde de carbone assure le maintien en froid de l'appareil. Le monoxyde de carbone provenant de la tête de la colonne 27 est réchauffé dans l'échangeur 9, envoyé comme débit 45 à un compresseur 51 . Une partie du monoxyde de carbone est produit comme gaz 53 sous pression à la sortie du compresseur. Une autre partie 57 se refroidit dans l'échangeur 9 et est divisée en deux. Une partie 59 est détendue dans une vanne 63 puis envoyée par la conduite 65 au compresseur 51 . Une autre partie est divisée en deux fractions. Une fraction 69 du monoxyde de carbone refroidi sert à chauffer le rebouilleur de cuve 22 de la colonne d'épuisement 19 et se trouve condensée. Une autre fraction 71 sert à chauffer le rebouilleur de cuve 31 de la colonne CO/CH4 27 et est mélangée avec la fraction condensée 71. Le débit entier 73 est détendu dans une vanne et envoyé au condenseur de tête 619 de la colonne CO/CH4 où il se vaporise pour former le fluide 43 de monoxyde de carbone. Un bain de monoxyde de carbone 29 en tête de la colonne 27 alimente le condenseur 619 en gaz à condenser.
Dans le cas où le monoxyde de carbone contient trop d'azote, le gaz de tête 635 de la colonne 27 est envoyé à la colonne de déazotation 603 ayant un condenseur de tête 615. Le liquide de cuve 613 de la colonne de déazotation 603 se vaporise dans le condenseur de tête 615 et est mélangé au fluide 43 pour former le fluide 45 qui est envoyé au compresseur 51 via l'échangeur 9. Le gaz de tête enrichi en azote 617 est réchauffé dans l'échangeur 9 et dirigé vers un réseau de carburant. Le monoxyde de carbone nécessaire au lavage dans la colonne 603 est assuré par les fluides 609 et 61 1 soutirés au refoulement du compresseur 51. Une partie de ces fluides est envoyé comme débit 623 en tête de la colonne de lavage 601 . La mise en place d'une colonne de déazotation peut être applicable dans tous les cas de figure précédemment cités lorsque l'azote doit être partiellement ou totalement retiré du gaz produit.
On notera que les quatre colonnes 601 , 19, 27, 603 sont toutes posées sur le sol, ce qui augmente la prise au sol.
Selon l'innovation de la Figure 7, la colonne CO/CH4 27 est positionnée au- dessus de la colonne d'épuisement 19 pour que le débit riche en méthane liquide 35 soit pressurisé hydrostatiquement en amont de la pompe 36.
La Figure 8 montre un procédé de lavage à l'azote dans lequel un mélange d'hydrogène, de monoxyde de carbone, d'azote et de méthane 1 sort d'une unité de type Rectisol ® 804 et est épuré dans une unité d'épuration 3 pour retirer l'eau, le méthanol et le CO2 (adsorber le méthanol ou tout autre solvant utilisé dans un lavage amont peut être également requis dans tous les cas de figure précédemment cités). Le mélange épuré 5 est refroidi dans l'échangeur 9 puis envoyé à un séparateur de phases 7. Le gaz du séparateur de phases 7 est mélangé avec une partie 6 non refroidie du gaz 5 pour former le débit 1 1. Une partie du débit 1 1 est utilisé pour réchauffer le rebouilleur de cuve 851 d'une colonne N2/CH4 850, en étant partiellement condensé. Le débit partiellement condensé est envoyé à un séparateur de phases 809. Le liquide 819 du séparateur 809 est riche en méthane et est envoyé à la pompe 36. Le gaz 827 du séparateur 809 rejoint du gaz 821 du séparateur 7, est refroidi dans l'échangeur 9, puis séparé dans un séparateur de phases 807 et le gaz produit 814 alimente la colonne de lavage à l'azote 81 1 pour être séparé.
La colonne 81 1 est alimentée en tête par un débit de liquide 833 produit par la liquéfaction d'un débit 831 d'azote gazeux dans l'échangeur 9. Une autre partie 835 de l'azote condensé est mélangée avec le gaz de tête 829 réchauffé de la colonne 81 1 contenant de l'hydrogène et envoyé à l'unité d'extraction de CO2/H2S (Rectisol ® par exemple) 804 pour échange thermique ; le gaz formé 843 sort de l'appareil..
Le liquide de cuve 847 de la colonne de lavage à l'azote 81 1 est détendu, puis envoyé à un séparateur de phases 845. Le gaz produit 853 se réchauffe dans l'échangeur 9 comme gaz de purge. Le liquide 849 alimente la colonne N2/CH4 850 pour former un débit gazeux 852 appauvri en méthane et enrichi en azote et un débit liquide enrichi en méthane. Le débit liquide enrichi en méthane 35 est envoyé à la pompe 36, puis alimente un séparateur de phases 821. Le gaz 825 est envoyé à l'échangeur 9 pour produire une phase gazeuse riche en méthane. Le liquide 823 peut soit être également envoyé à l'échangeur 9 pour produire une phase riche en méthane gazeuse sous pression, soit court-circuiter l'échangeur 9 pour produire du méthane liquide sous pression comme produit final. Il est également possible de produire une phase riche en méthane gazeuse ou liquide à basse pression en vaporisant du liquide pris en amont de la pompe 36..
Dans l'innovation de la Figure 9, la colonne N2/CH4 850 est disposée au- dessus de la colonne de lavage à l'azote 81 1.
On pourrait également envisager de surélever la colonne 27 en la plaçant uniquement au-dessus d'un séparateur de phases, par exemple au-dessus du séparateur 7 pour la Figure 4, du séparateur 7 pour la Figure 6 ou un des séparateurs 7, 807, 809, 845 pour la Figure 8.

Claims

Revendications
1. Appareil de séparation cryogénique d'un mélange (5) de méthane, de monoxyde de carbone et d'hydrogène et éventuellement de l'azote comprenant une première unité de séparation comprenant au moins une première colonne (19, 81 1 ) et/ou un séparateur de phases (7, 807, 809, 821 , 845), la première unité de séparation étant alimentée par le mélange (5, 814), une première conduite pour sortir un gaz enrichi en hydrogène et éventuellement en azote (21 , 829) de la première unité, une deuxième conduite pour sortir un liquide (23, 847, 849) contenant du méthane et du monoxyde de carbone de la première colonne ou du séparateur de phases, une deuxième colonne (27, 850) reliée à la deuxième conduite, une troisième conduite reliée à la cuve de la deuxième colonne pour soutirer un liquide enrichi en méthane (33) et une quatrième conduite reliée à la tête de la deuxième colonne pour soutirer un gaz enrichi en monoxyde de carbone ou en azote (43, 852), la première colonne et/ou un ou plusieurs séparateur(s) de phases étant disposé en dessous de la deuxième colonne, les deux colonnes ou la deuxième colonne et le ou les séparateurs de phases ayant le même axe principal, de sorte que le liquide enrichi en méthane (33) est produit à une pression plus élevée que la pression de la cuve de la deuxième colonne, la deuxième colonne comprenant un rebouilleur de cuve (31 ) caractérisé en ce que le cas échéant il ne comprend pas de moyen pour envoyer de gaz de tête de la première colonne pour chauffer le rebouilleur de cuve de la deuxième colonne et en ce que la deuxième conduite est une conduite reliée à la cuve de la première colonne.
2. Appareil selon la revendication 1 comprenant une pompe (36) reliée à la troisième conduite, disposée plus près du sol que la cuve de la deuxième colonne (27, 850).
3. Appareil selon la revendication 2 comprenant une colonne auxiliaire (20) dont la tête est éventuellement reliée à la pompe (36) et dont la cuve est reliée à la tête de la première colonne (19, 81 1 ) par des moyens pour envoyer du gaz de la tête de la première colonne à la cuve de la colonne auxiliaire et par des moyens pour envoyer du liquide de la cuve de la colonne auxiliaire vers la tête de la première colonne, la colonne auxiliaire étant éventuellement disposée à côté de la première colonne.
4. Appareil selon la revendication 3 dans lequel la colonne auxiliaire (20) est disposée de sorte que sa cuve est plus loin du sol que la tête de la première colonne (19).
5. Appareil selon la revendication 3 ou 4 dans lequel la colonne auxiliaire (20) est fixée à la deuxième colonne (27) ou la première unité comprend une colonne de prétraitement (17), une conduite pour amener le mélange de la colonne de prétraitement à la première colonne, la colonne auxiliaire étant fixée à la colonne de pré-traitement ou l'appareil comprend une colonne de post-traitement en aval de la deuxième colonne, la colonne auxiliaire étant fixée à la colonne de post-traitement.
6. Appareil selon l'une des revendications 2 à 5 dans lequel la première unité comprend une colonne de lavage au méthane (17), cette colonne étant reliée à la première colonne (19) pour l'alimenter avec le mélange qui est un liquide de cuve de la colonne de lavage au méthane, la tête de la colonne de lavage au méthane étant reliée à la pompe (36).
7. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel la première unité comprend un séparateur de phases (7) et des moyens pour amener du liquide du séparateur de phases comme le mélange qui alimente la première colonne.
8. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel la première unité comprend une colonne de lavage (601 ), le liquide de lavage étant riche en monoxyde de carbone, ainsi que des moyens pour envoyer le liquide de cuve de la colonne de lavage à la première colonne (19).
9. Appareil selon l'une des revendications précédentes comprenant des moyens pour produire du méthane liquide comme produit final.
10. Procédé de séparation cryogénique d'un mélange de méthane et de monoxyde de carbone ainsi que d'hydrogène et éventuellement d'azote dans lequel une première séparation du mélange est réalisée utilisant au moins une première colonne (19, 81 1 ) ou au moins un séparateur de phase (7, 807, 809, 821 , 845), alimenté(e ) par le mélange, pour produire un fluide (23, 847, 849) enrichi en méthane et contenant du monoxyde de carbone et éventuellement de l'azote, le fluide est séparé dans une deuxième colonne (27, 850) pour produire un gaz enrichi en monoxyde de carbone (45) et éventuellement en azote et un liquide enrichi en méthane (35,37), la première colonne ou le séparateur de phase est disposé(e ) en dessous de la deuxième colonne, les deux colonnes ou la deuxième colonne et le séparateur de phase ayant le même axe principal, de sorte que le liquide enrichi en méthane est pressurisé au moins en partie par pression hydrostatique, la deuxième colonne comprenant un rebouilleur de cuve (31 ) caractérisé en ce que le rebouilleur de cuve (31 ) est chauffé par un gaz (71 ) autre qu'un gaz de tête de la première colonne et en ce que le fluide enrichi en méthane provient de cuve de la première colonne, le cas échéant.
1 1. Procédé selon la revendication 10 dans lequel le rebouilleur de cuve (31 ) est chauffé par un gaz de cycle (71 ) qui est le monoxyde de carbone.
12. Procédé selon l'une des revendications 10 et 1 1 dans lequel un gaz de tête (21 ) de la première colonne (19) se réchauffe dans un échangeur (9) où se refroidit le mélange.
13. Procédé selon la revendication 12 dans lequel tout le gaz de tête (21 ) de la première colonne se réchauffe dans l'échangeur (9).
14. Procédé selon une des revendications 10 à 13 dans lequel le liquide enrichi en méthane (35) est pressurisé en partie par une pompe (36) disposée plus près du sol que la cuve de la deuxième colonne (27).
15. Procédé selon la revendication 14 dans lequel la pompe (36) est au sol.
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