EP3362166A1 - Dispositif d'epuration vertical - Google Patents

Dispositif d'epuration vertical

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EP3362166A1
EP3362166A1 EP16790419.2A EP16790419A EP3362166A1 EP 3362166 A1 EP3362166 A1 EP 3362166A1 EP 16790419 A EP16790419 A EP 16790419A EP 3362166 A1 EP3362166 A1 EP 3362166A1
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EP
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valves
pipes
supported
purification device
exchangers
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Withdrawn
Application number
EP16790419.2A
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German (de)
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Inventor
Patrice Cavagne
Gabriel Da Silva
Olivier De Cayeux
Alain Guillard
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
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    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the present invention relates to a device for purifying a gas comprising two adsorbers and a particular arrangement of pipes.
  • the purifications, or purification device, in the air separation units (ASU) mainly remove water and CO2 from the air before entering the cryogenic cold box.
  • a set of valves and pipes allow the transit of the air (to be purified) and the impure nitrogen (which serves for the regeneration of the purification bottles) and connecting the lower and upper parts of the bottles to the different fluid circuits
  • the set of valves and pipes is placed "flat" on the ground in front of or between the purification bottles and the section of this set occupies a very important ground position with regard to the sections of the purification bottles in a factor ranging from from 1.5 to 3.5 for ASU respectively with a capacity of 1000 t / d 02 to 5000 t / d 02.
  • this assembly can be mounted on a metal frame, except for water bottles and piping connection, to limit on-site work.
  • the metal frame comprising the various elements supported by it is generally called "skid".
  • Figure 1 shows a purification device.
  • a purification device comprises a first adsorber 1, a second adsorber 2, a set of valves and pipes 3 placed on the ground or on a skid.
  • This purification device is in connection with an air compressor 4, a regeneration heater 5, a cold box exchangers 6.
  • the layout of the pipes is complex especially because of the difference in the levels of the interfaces of the valve and pipe assembly, with the other equipment (adsorbers, exchangers, etc.) and generates a large quantity of pipes and elbows.
  • the distances CCI; DD1; EF; F1G1 are proportional to the height of the bottles and exchangers compared to the set of valves and pipes which is on the ground. For example, for a device treating an air flow of about 300 000 Nm3 / h these distances respectively represent 18 m for CCI and F1G1, 19m for DD1 and 21m for EF for a pipe diameter of 40 inch or lm.
  • a solution of the present invention is a device for purifying a gas comprising two adsorbers 1 and 2, a gas compressor 4, a heater 5, a set of exchangers 6, a first set of pipes and valves 10 and a second set pipes and valves 11, characterized in that the first set of pipes and valves 10 is placed on the ground or on a metal structure and the second set of pipes and valves 11 is located in height along the same vertical axis as the first set of pipes and valves 10 .
  • Elevated means that the center of gravity of the second set of piping and valves is located approximately (that is, within plus or minus 15%) on the same horizontal axis as the exit point of the gas product of at least one adsorber.
  • the purification device according to the invention may have one or other of the following characteristics:
  • the second set of pipes and valves 11 is supported by means of a set of supports resting at least partially on the first set of pipes and valves 10.
  • the set of supports is a metal structure.
  • the second set of pipes and valves 11 is directly supported by the first set of pipes and valves 10
  • the first and the second set of pipes and valves 10 and 11 are based on a metal frame for handling.
  • the second set of pipes and valves 11 is supported by means of a set of supports resting at least partially on one of the two adsorbers.
  • the diameter of the pipes is less than 1200 mm, preferably less than 1000 mm, even more preferably less than 800 mm.
  • the heater 5 is supported by the second set of pipes and valves 11.
  • valves of the first and the second set of pipes and valves 10 and 11 are arranged in front or on the roof.
  • the first and the second set of pipes and valves 10 and 11 comprise one or more equipment selected from valves, measuring instruments, and pressure reducers, with said equipment disposed on the front or roof.
  • the set of exchangers 6 is a cold box of cryogenic exchangers.
  • For equipment arranged “in front” valves, valves, measuring instruments, regulators, etc.
  • the equipment is arranged facing the user in such a way that he can easily access it.
  • For equipment placed “on the roof” means that the equipment is arranged facing the sky so that it can be accessed with a hoist (crane, forklift, etc.).
  • the present invention aims to divide the assembly valves and piping into 2 subassemblies of reduced size being installed one above the other and thus reducing the distances CCI; DD1; EF; F1G1 if we refer to Figure 1.
  • the purification device comprises two adsorbers 1 and 2, two subsets of superimposed valves and piping 10 and 11, where it is placed on the ground, and supported by means of a set of supports resting on 10.
  • This device is purification is in connection with a gas compressor 4, a regeneration heater 5, a set of exchangers 6.
  • an external pipe 15 to the subassemblies pipe-valves 10 and 11 can be fixed on the device and possibly be supported by one or more elements of the device. The assembly of this external pipe 15 will generally be carried out on the construction site.
  • the device according to the invention makes it possible to reduce the installation cost of the purification device by reducing the overall quantity of pipe length.
  • the length reduction of the pipe is of the order of 40% and the reduction of the welding quantity of the order of 15%.
  • the device according to the invention can significantly reduce installation time by limiting the construction activities on site to the connections of the pipes 15 thanks to its high level of prefabrication in skid.
  • the device according to the invention occupies a lower floor space than that occupied by an identical device of conventional design placed on the ground, FIG. 4.
  • the floor area and the civil engineering slab for installing all the equipment of the purification device is reduced by around 51%.
  • the floor space factor of the two subsets of valves and pipes with regard to the sizes of the purification bottles is 1.85.
  • the present invention also relates to the use of a purification device according to the invention for producing oxygen from an air flow.
  • the adsorbers The main function of the purification device will be to remove the water and CO 2 from the air stream before entering the cold box of cryogenic exchangers.
  • It also relates to the use of the purification device according to the invention to produce carbon monoxide from synthesis gas.

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Abstract

Dispositif de purification d'un gaz comprenant deux adsorbeurs (1) et (2), un compresseur de gaz (4), un réchauffeur (5), un ensemble d'échangeurs (6), un premier ensemble tuyauteries et vannes (10) et un deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11), caractérisé en ce que le premier ensemble tuyauteries et vannes (10) est posé au sol ou sur une structure métallique et le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11) est situé en hauteur suivant le même axe vertical que le premier ensemble tuyauteries et vannes (10).

Description

Dispositif d'épuration vertical
La présente invention concerne un dispositif de purification d'un gaz comprenant deux adsorbeurs et un agencement particulier de tuyauteries.
Les dispositifs de séparation de ce genre sont utilisés essentiellement dans des technologies de variation de pression ou de température dites PSA (Pressure Swing Adsorption = adsorption à pression modulée) ou TSA (Température Swing Adsorption = adsorption avec variation de température), pour la production, à partir d'un mélange gazeux, d'un constituant gazeux de ce mélange, notamment d'un constituant de l'air, oxygène ou azote, ou pour la purification d'un mélange gazeux, notamment d'air d'alimentation d'une unité de séparation cryogénique de l'air, également pour la production d'un constituant de l'air, oxygène et/ou azote et/ou argon et mettent généralement en uvre au moins un des adsorbants choisis dans le groupe comprenant des zéolithes, le charbon actif, l'alumine ou les gels de silice. Des exemples de ces technologies sont décrits notamment dans les documents US-5.223.004, EP- 0,092,153, US-3,338,030 ou US-5,137,548.
Les épurations, ou dispositif de purification, dans les unités de séparation d'air (ASU) permettent de retirer principalement l'eau et le C02 de l'air avant l'entrée dans la boite froide cryogénique.
Un ensemble de vannes et tuyauteries permettent le transit de l'air (à épurer) et de l'azote impur (qui sert à la régénération des bouteilles d'épuration) et reliant les parties inférieures et supérieures des bouteilles aux différents circuits de fluides
Généralement, l'ensemble de vannes et tuyauteries est posé «à plat» au sol devant ou entre les bouteilles d'épuration et la section de cet ensemble occupe une place au sol très importante au regard des sections des bouteilles de purification dans un facteur allant de 1.5 à 3.5 pour des ASU respectivement de capacité 1000 t/j 02 à 5000 t/j 02.
Dans les unités de séparation d'air de petite à moyenne capacité (< 1000 t/j 02) cet ensemble peut être monté sur un châssis métallique, excepté les bouteilles d'épuration et les tuyauteries de raccordement, pour limiter le travail sur site. Le châssis métallique comprenant les différents éléments supportés par celui-ci est généralement appelé « skid ».
La figure 1 représente un dispositif de purification. Typiquement, un dispositif de purification comprend un premier adsorbeur 1, un deuxième adsorbeur 2, un ensemble de vannes et tuyauteries 3 posé au sol ou sur un skid. Ce dispositif d'épuration est en lien avec un compresseur d'air 4, un réchauffeur de régénération 5, une boite froide échangeurs 6.
Le tracé des tuyauteries est complexe spécialement du fait de la différence de niveaux des interfaces de l'ensemble vannes et tuyauteries, avec les autres équipements (adsorbeurs, échangeurs...) et engendre de grande quantité de tuyaux et de coudes.
En effet les distances CCI ; DD1 ; EF ; F1G1 sont proportionnelles à la hauteur des bouteilles et des échangeurs par rapport à l'ensemble vannes et tuyauteries qui lui est au sol. A titre d'exemple, pour un dispositif traitant un débit d'air d'environ 300 000 Nm3/h ces distances représentent respectivement 18 m pour CCI et F1G1, 19m pour DD1 et 21m pour EF pour un diamètre de tuyauteries de 40 inch soit lm.
Cet arrangement engendre de grande quantité de tuyaux et de coudes liée à ce tracé ce qui par conséquent engendre des pertes de charge au niveau procédé. On peut considérer 0.5 mbar par m de tuyauterie supplémentaire et 2.5 mbar par coude supplémentaire.
Partant de là, un problème qui se pose, est de fournir un dispositif de purification présentant une quantité réduite de tuyauteries.
Une solution de la présente invention est un dispositif de purification d'un gaz comprenant deux adsorbeurs 1 et 2, un compresseur de gaz 4, un réchauffeur 5 , un ensemble d'échangeurs 6, un premier ensemble tuyauteries et vannes 10 et un deuxième ensemble tuyauteries et vannes 11, caractérisé en ce que le premier ensemble tuyauteries et vannes 10 est posé au sol ou sur une structure métallique et le deuxième ensemble tuyauteries et vannes 11 est situé en hauteur suivant le même axe vertical que le premier ensemble tuyauteries et vannes 10.
Par « situé en hauteur» on entend que le centre de gravité du deuxième ensemble tuyauterie et vannes est situé approximativement (c'est-à-dire à plus ou moins 15% près) sur le même axe horizontal que le point de sortie du gaz produit d'au moins un adsorbeur. Selon le cas, le dispositif de purification selon l'invention peut présenter l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes :
- le deuxième ensemble tuyauteries et vannes 11 est supporté à l'aide d'un ensemble de supports reposant au moins partiellement sur le premier ensemble tuyauteries et vannes 10.
- l'ensemble de supports est une structure métallique.
- le deuxième ensemble tuyauteries et vannes 11 est supporté directement par le premier ensemble tuyauteries et vannes 10
- le premier et le deuxième ensemble tuyauteries et vannes 10 et 11 reposent sur un châssis métallique permettant leur manutention.
- le deuxième ensemble tuyauteries et vannes 11 est supporté à l'aide d'un ensemble de supports reposant au moins partiellement sur un des deux adsorbeurs.
- dans chaque ensemble tuyauteries-vannes le diamètre des tuyauteries est inférieure à 1200 mm, de préférence inférieure à 1000 mm, encore plus préférentiellement inférieure à 800 mm.
- le réchauffeur 5 est supporté par le deuxième ensemble tuyauteries et vannes 11.
- les vannes du premier et du deuxième ensemble tuyauteries et vannes 10 et 11 sont disposés en façade ou en toiture.
- le premier et le deuxième ensemble tuyauteries et vannes 10 et 11 comprennent un ou plusieurs équipements choisis parmi des clapets, des instruments de mesure, et des détendeurs, avec lesdits équipements disposés en façade ou en toiture.
- l'ensemble d'échangeurs 6 est une boite froide d'échangeurs cryogéniques.
Pour les équipements disposés « en façade » (clapets, vannes, instruments de mesure, détendeurs etc.), on entend que les équipements sont disposés face à l'utilisateur de façon telle qu'il puisse y accéder facilement. Pour les équipements disposés « en toiture », on entend que les équipements sont disposés face vers le ciel de façon telle qu'ils puissent être accessible avec un engin de levage (grue, chariot élévateur etc.).
La présente invention a pour objet de diviser l'ensemble vannes et tuyauteries en 2 sous ensembles de taille réduite étant installés l'un au dessus de l'autre et réduisant ainsi les distances CCI ; DD1 ; EF ; F1G1 si on se réfère à la figure 1.
La présente invention va être décrite plus en détail à l'aide de la figure 2. Le dispositif de purification comprend deux adsorbeurs 1 et 2, deux sous ensembles de vannes et tuyauteries superposés 10 et 11, où 10 est posé au sol, et 11 supporter par l'intermédiaire d'un ensemble de supports reposant sur 10. Ce dispositif d'épuration est en lien avec un compresseur de gaz 4, un réchauffeur de régénération 5, un ensemble d'échangeurs 6.
Notons qu'une tuyauterie extérieure 15 aux sous-ensembles tuyauteries-vannes 10 et 11 peut se fixer sur le dispositif et être éventuellement supportée par un ou plusieurs éléments du dispositif. Le montage de cette tuyauterie extérieure 15 sera en général réalisé sur le site de construction.
Le dispositif selon l'invention permet la réduction du cout d'installation du dispositif de purification en réduisant la quantité globale de longueur de tuyauterie.
A titre d'exemple pour un appareil traitant un débit d'air de 300 000 Nm3/h la réduction de longueur de tuyauterie est de l'ordre de 40% et la réduction de la quantité de soudure de l'ordre de 15%.
D'autre part diviser en deux l'ensemble de vannes et de tuyauteries 3, permet à ISO capacité, de réduire la taille des 2 sous ensembles de vannes et de tuyauteries 10 et 11 et ainsi d'envisager sa préfabrication en skid avec pour avantage de limiter les contraintes liés au gabarit de transport.
Par ailleurs, le dispositif selon l'invention permet de réduire de manière significative les temps d'installation en limitant les activités de construction sur site aux seules connexions des tuyauteries 15 grâce à son haut niveau de préfabrication en skid.
Enfin, comme on le voit sur la figure 3, le dispositif selon l'invention occupe une place au sol inférieure à celle qu'occuperait un dispositif identique de conception classique posé au sol, figure 4.
A titre d'exemple pour un appareil traitant un débit d'air de 300 000 Nm3/h la surface au sol et la dalle de génie civil pour installer l'ensemble des équipements du dispositif de purification est réduite de l'ordre de 51%. Le facteur de place au sol des deux sous ensembles de vannes et tuyauteries au regard des tailles des bouteilles de purification est de 1.85.
Enfin, la présente invention a également pour objet l'utilisation d'un dispositif de purification selon l'invention pour produire de l'oxygène à partir d'un flux d'air. Dans ce cas les adsorbeurs du dispositif de purification auront pour rôle principal de retirer l'eau et le C02 du flux d'air avant l'entrée dans la boite froide d'échangeurs cryogéniques.
Elle a également pour objet l'utilisation du dispositif de purification selon l'invention pour produire du monoxyde de carbone à partir de gaz de synthèse.

Claims

Revendications
1. Dispositif de purification d'un gaz comprenant deux adsorbeurs (1) et (2), un compresseur de gaz (4), un réchauffeur (5) , un ensemble d'échangeurs (6), un premier ensemble tuyauteries et vannes (10) et un deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11), caractérisé en ce que le premier ensemble tuyauteries et vannes (10) est posé au sol ou sur une structure métallique et le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11) est situé en hauteur suivant le même axe vertical que le premier ensemble tuyauteries et vannes (10).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11) est supporté à l'aide d'un ensemble de supports reposant au moins partiellement sur le premier ensemble tuyauteries et vannes (10).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de supports est une structure métallique.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11) est supporté directement par le premier ensemble tuyauteries et vannes (10)
5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le premier et le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (10) et (11) reposent sur un châssis métallique permettant leur manutention.
6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11) est supporté à l'aide d'un ensemble de supports reposant au moins partiellement sur un des deux adsorbeurs.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans chaque ensemble tuyauteries-vannes le diamètre des tuyauteries est inférieure à 1200 mm, de préférence inférieure à 1000 mm, encore plus préférentiellement inférieure à 800 mm.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réchauffeur (5) est supporté par le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11).
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les vannes du premier et du deuxième ensemble tuyauteries et vannes (10) et (11) sont disposés en façade ou en toiture.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le premier et le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (10) et (11) comprennent un ou plusieurs équipements choisis parmi des clapets, des instruments de mesure, et des détendeurs, avec lesdits équipements disposés en façade ou en toiture.
11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'ensemble d'échangeurs (6) est une boite froide d'échangeurs cryogéniques.
12. Utilisation du dispositif de purification selon l'une des revendications 1 à 11, pour produire de l'oxygène à partir d'un flux d'air.
13. Utilisation du dispositif de purification selon l'une des revendications 1 à 11, pour produire du monoxyde de carbone à partir de gaz de synthèse.
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EP16790419.2A Withdrawn EP3362166A1 (fr) 2015-10-16 2016-10-13 Dispositif d'epuration vertical

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