EP4267900A1 - Procédé de redémarrage d'un appareil de séparation d'air - Google Patents

Procédé de redémarrage d'un appareil de séparation d'air

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EP4267900A1
EP4267900A1 EP21839499.7A EP21839499A EP4267900A1 EP 4267900 A1 EP4267900 A1 EP 4267900A1 EP 21839499 A EP21839499 A EP 21839499A EP 4267900 A1 EP4267900 A1 EP 4267900A1
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EP
European Patent Office
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column
heat exchanger
air
sent
during
Prior art date
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Pending
Application number
EP21839499.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Benoit Davidian
Jean-Marc Peyron
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP4267900A1 publication Critical patent/EP4267900A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
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    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04812—Different modes, i.e. "runs" of operation
    • F25J3/04818—Start-up of the process
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    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/40—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being air

Definitions

  • the present invention relates to a method for restarting an air separation device. It also relates to an air separation device by cryogenic distillation capable of being started by the method according to the invention.
  • Air is often separated using a double distillation column involving a first column operating at a first pressure and a second column operating at a second pressure, lower than the first pressure.
  • the bottom of the second column is heated by the overhead gas from the first column which condenses there in a condenser.
  • the air intended for the distillation is cooled in a heat exchanger by exchanging heat with at least one gas coming from at least one of the first and second columns.
  • This main exchanger is installed vertically, the hot end at the top and the cold end at the bottom.
  • the cold end pipes are closest to the column system, and the hot end pipes are located at the bottom, closest the point of interconnection with the hot part (purification, production). This makes it possible to make a cold box with a small section, which is interesting in terms of transport and in the case of vacuum insulation.
  • a "cold restart” is a restart in the event that the device has not heated up much, either because the shutdown was short or because the device was kept cold by adding cold temperatures.
  • the invention consists in adding a vent to the cold end of the exchanger on the air entering the distillation system, so as to temporarily unbalance the heat exchange in the exchanger, and thus to push back the front cold towards the top (cold side) of the exchanger.
  • the invention proposes to force the rapid thermalization of the exchanger on cold restart, by temporarily unbalancing it thermally by having an overall flow of hot gases much greater than the overall flow of cold gases. This is done by adding a vent to the cold end of the exchanger on at least one gas to be heated or cooled, so as to "throwing" cold to the atmosphere, for a flow rate of at least 5% , preferably 10% of the overall gas flow to be heated (or cooled).
  • the invention also relates to the case where the column system used for the distillation is not a double column but a single column.
  • a method for restarting an air separation apparatus comprising a column system comprising at least a first distillation column and a heat exchanger by indirect heat exchange for cooling the air purified of water and carbon dioxide intended to be separated in the first column by sending it to one end of the heat exchanger called the hot end and leaving it at the other end of the heat exchanger called cold end in gaseous form, the exchanger also serving to heat at least two gases coming from the system of columns, the heat exchanger being arranged below the first column with its main axis vertical and its cold end adjacent to the tank of the first column
  • gas line serves two different purposes.
  • the first portion is sent to the second column.
  • the at least part of the gaseous air coming from the cold end can be divided into two, a first portion is sent in gaseous form to the column system and a second portion is sent in gaseous form to the 'atmosphere.
  • an air separation apparatus by cryogenic distillation comprising a column system comprising at least a first distillation column, a heat exchanger by indirect heat exchange for cooling the air intended to be separated in the first column, means for sending air to one end of the heat exchanger called hot end, means for exiting the cooled air from the other end of the heat exchanger called cold end, these means being connected to the column system, means for sending at least two fluids coming from the column system to be heated in the exchanger, the heat exchanger being arranged below the first column with its main axis at the vertical and its cold end adjacent to the tank of the first column, characterized in that it comprises means for sending to the atmosphere in gaseous form:
  • the apparatus comprises means for preventing any transfer of fluid between the heat exchanger and the means for treating the air and between the heat exchanger and the means for sending at least one product from the system to the atmosphere. in case of cessation of distillation.
  • the means for sending cooled air to the atmosphere in the heat exchanger can be connected to the first column or to the second column.
  • the apparatus may comprise means for treating the air to be distilled comprising a purification unit, means for sending at least one product of the reheated column system into the heat exchanger outside, the heat exchanger being connected to the means for treating the air and to the means for sending at least one product from the system to the exterior and means for preventing any transfer of fluid between the heat exchanger and the means for treating the air and between the heat exchanger and the means for sending at least one product of the system to the outside in the event of the distillation being stopped.
  • the apparatus may include a subcooler for cooling at least one liquid withdrawn from the column system against a gas from the column system.
  • This sub-cooler can be arranged between the heat exchanger and the first column or next to the heat exchanger to reduce the overall height.
  • venting can also be used to maintain a maximum allowable pressure in the second column, due to the thermal inlets which vaporize part of the liquid stored in the LP column tank. This avoids stressing the valves.
  • FIG. 1 illustrates an air separation apparatus by cryogenic distillation comprising a column system comprising at least a first distillation column.
  • the system comprises a double column comprising a first column K1 operating at a first pressure and a second column K2 operating at a second pressure, lower than the first pressure.
  • the bottom of the second column is heated by the overhead gas from the first column which condenses therein in a condenser.
  • the apparatus may comprise means for treating the air to be distilled comprising a purification unit. These means make it possible to purify the air of water and carbon dioxide in a known manner.
  • the apparatus may also comprise means for sending at least one product of the column system heated in the heat exchanger to the outside, for example to a customer, to a storage.
  • An indirect heat exchanger 3 of the plate and fin type is used to cool the air to be separated, here the air 1 is sent only to the first column K1.
  • the heat exchanger cools the air purified of water and carbon dioxide by indirect heat exchange with at least two different fluids coming from the column system, which are a nitrogen-enriched gas and an oxygen-enriched gas in this example but which may include other gases.
  • the heat exchanger is arranged below the first column K1 so that its main axis is vertical and preferably corresponds to the main axis of the first column K1.
  • the exchanger can comprise a single body as illustrated here or several bodies connected in parallel.
  • no other heat exchanger (such as for example a gas condenser of the column system) is located between the heat exchanger 3 and the first column K1.
  • the air having already been purified of water and CO2 in a purification unit, enters the hot end of the exchanger 3.
  • the heat exchanger is arranged below the first column K1 with its main axis at the vertical and its cold end adjacent to the tank of the first column.
  • the air rises in the heat exchanger during normal operation and cools to exit at the cold end on the side of the tank of the first column in gaseous form. It is separated in this column K1, then fluids from column K1 are sent to column K2 in a known manner and the distillation of column K2 produces a gas enriched in nitrogen 13 at the top of the column and a gas enriched in oxygen 9 at the top of the column. column tank.
  • valves close the pipes to prevent any transfer of fluid between the heat exchanger and the part of the installation upstream of the heat exchanger, in particular the means for treating the air to be distilled comprising a purification unit, means for sending at least one product of the column system reheated in the heat exchanger to the outside.
  • the device can be kept cold simply by the insulation that surrounds it or also by adding liquid nitrogen.
  • valves are opened to allow the transfer of fluid (air) to the heat exchanger and the column system.
  • Valves are also opened to allow the fluids produced by the distillation to be sent to a customer or for the regeneration of the air purification. The air enters the heat exchanger and cools there.
  • part of the gaseous air cooled in the heat exchanger 3 can be sent to the atmosphere by opening the valve V1 to open the pipe 5 connected to the outside of the enclosure. insulation to send the cooled air to the atmosphere.
  • Another part 7 of the gaseous air feeds the first column K1.
  • an entire flow of produced gas could be sent to the atmosphere, for example in the case of a flow of impure argon produced only to have a purer production of oxygen.
  • the heat exchanger 3 does not contain any liquid, but only gases.
  • a first flow 1 at a first pressure cools in the heat exchanger 3 and is sent to the first column K1 in gaseous form.
  • a second flow 2 at a second pressure lower than the first pressure cools in the heat exchanger 3 and is sent to the second column K2 in gaseous form.
  • Line 4 with its valve V1 can also be used to depressurize column K2 if the pressure there becomes excessive, during normal operation, during start-up or during shutdown.
  • part of the air or of a fluid withdrawn from the system of columns (K1, K2) is sent to the atmosphere only if the pressure in a column of the system of columns exceeds a threshold.

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Abstract

Dans un procédé de redémarrage d'un appareil de séparation d'air comprenant un système de colonnes (K1, K2) comprenant au moins une première colonne de distillation (K1) et un échangeur de chaleur (3) disposé en dessous de la première colonne avec son axe principal à la verticale et avec son bout froid adjacent à la cuve de la première colonne, pendant le redémarrage, on envoie de l'air à l'échangeur et on envoie au moins une partie (5) de l'air refroidi sous forme gazeuse à l'atmosphère.

Description

    Procédé de redémarrage d’un appareil de séparation d’air
  • La présente invention est relative à un procédé de redémarrage d’un appareil de séparation d’air. Elle est également relative à un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique capable d’être démarré par le procédé selon l’invention.
  • L’air est souvent séparé en utilisant une double colonne de distillation concernant une première colonne opérant à une première pression et une deuxième colonne opérant à une deuxième pression, inférieure à la première pression. La cuve de la deuxième colonne est chauffée par le gaz de tête de la première colonne qui s’y condense dans un condenseur.
  • L’air destiné à la distillation est refroidi dans un échangeur de chaleur par échange de chaleur avec au moins un gaz provenant d’au moins une des première et deuxième colonnes. Cet échangeur principal est installé verticalement, le bout chaud en haut et le bout froid en bas. Ainsi, lors d’un arrêt, le gaz froid, plus dense, reste en partie basse, et on évite ainsi la migration de froid vers le haut, qui peut être gênante lors d’un redémarrage à froid.
  • L’inconvénient est que cela impose des choix d’architecture, avec en général l’échangeur à côté de la colonne, ce qui grossit la taille de la boite froide, posant des problèmes de limite de transport ou des difficultés si on cherche à faire une boite froide sous vide.
  • Il est connu de WO2019/126927 de disposer cet échangeur de chaleur de refroidissement d’air d’alimentation en dessous de la première colonne. Ici l’échangeur est mis à l’envers comparé à la disposition habituelle, avec son bout froid en haut et bout chaud en bas.
  • Ceci permet d’installer l’échangeur sous le système de colonnes, tout en minimisant le tracé des tuyauteries : les tuyauteries au bout froid sont au plus près du système de colonne, et les tuyauteries au bout chaud sont situées en bas, au plus près du point d’interconnexion avec la partie chaude (épuration, production). Ceci permet de faire une boite froide de faible section, ce qui est intéressant en terme de transport et en cas d’isolation sous vide.
  • Lors d’un arrêt, on a le risque de migration du froid vers la partie chaude. Celui est mitigé par le fait que les sorties de l’échangeur vers l’épuration ou la production ont des vannes qui sont fermées à l’arrêt.
  • On appelle « redémarrage à froid » un redémarrage dans le cas où l’appareil n’a pas beaucoup chauffé, soit parce que l’arrêt était court soit parce que l’appareil a été maintenu froid grâce à un rajout de frigories.
  • Lors d’un redémarrage à froid, ces vannes de sortie de l’échangeur vers l’épuration ou la production s’ouvrent forcément, et il y a un risque de migration de froid (fragilisation cryogénique) en phase transitoire, le temps que l’échangeur se stabilise thermiquement. Dans ce cas, on doit utiliser de l’acier inoxydable comme matériau pour les vannes et les tuyauteries pour mitiger ce risque, ce qui est couteux.
  • L’invention consiste à ajouter une mise à l’atmosphère au bout froid de l’échangeur sur l’air entrant dans le système de distillation, de façon à déséquilibrer provisoirement l’échange thermique dans l’échangeur, et ainsi à repousser le front froid vers le haut (coté froid) de l’échangeur.
  • L’invention propose de forcer la thermalisation rapide de l’échangeur au redémarrage à froid, en le déséquilibrant provisoirement thermiquement en ayant un débit global de gaz chauds bien plus important que le débit global de gaz froids. Cela est fait en ajoutant une mise à l’atmosphère au bout froid de l’échangeur sur au moins un gaz à chauffer ou refroidi, de façon « à jeter » du froid à l’atmosphère, pour un débit d’au moins 5%, préférentiellement 10% du débit global de gaz à chauffer (ou refroidis).
  • L’invention concerne également le cas où le système de colonnes utilisé pour la distillation n’est pas une double colonne mais une simple colonne.
  • Selon un objet de l’invention, il est prévu un procédé de redémarrage d’un appareil de séparation d’air comprenant un système de colonnes comprenant au moins une première colonne de distillation et un échangeur de chaleur par échange de chaleur indirect pour refroidir l’air épuré en eau et en dioxyde de carbone destiné à être séparé dans la première colonne en l’envoyant à une extrémité de l’échangeur de chaleur appelée bout chaud et en le sortant de l’autre extrémité de l’échangeur de chaleur appelée bout froid sous forme gazeuse, l’échangeur servant également à réchauffer au moins deux gaz provenant du système de colonnes, l’échangeur de chaleur étant disposé en dessous de la première colonne avec son axe principal à la verticale et son bout froid adjacent à la cuve de la première colonne
    1. pendant le fonctionnement normal, on envoie au moins une partie de l’air refroidi dans l’échangeur de chaleur et destiné à être distillé vers le système de colonnes sous forme gazeuse, par exemple vers la première colonne, et on envoie au moins deux fluides du système de colonnes vers l’échangeur de chaleur
    2. pendant l’arrêt de l’appareil, on n’envoie plus d’air refroidi dans l’échangeur de chaleur vers le système de colonnes et on n’envoie plus de fluides du système de colonne vers l’échangeur de chaleur et
    3. pendant le redémarrage, on envoie de l’air au bout chaud de l’échangeur de chaleur et du bout froid de l’échangeur de chaleur vers le système de colonnes pour s’y séparer et on envoie au moins un fluide soutiré du système de colonnes vers l’échangeur de chaleur, caractérisé en ce que : pendant le redémarrage
    1. on divise l’au moins une partie de l’air gazeux provenant du bout froid en deux, on en envoie une première portion au système de colonnes et on en envoie une deuxième portion à l’atmosphère et/ou
    2. on envoie au moins une partie d’un gaz soutiré du système de colonnes à l’atmosphère.
  • Selon d’autres aspects facultatifs :
    • pendant le redémarrage, on envoie à l’atmosphère au bout froid de l’échangeur un débit d’air refroidi correspondant à au moins 5%, préférentiellement à au moins 10% du débit global de gaz refroidis dans l’échangeur de chaleur en fonctionnement normal.
    • pendant le redémarrage, on envoie à l’atmosphère au bout froid de l’échangeur un débit de gaz provenant du système de colonnes correspondant à au moins 5%, préférentiellement à au moins 10% du débit global de gaz à réchauffer dans l’échangeur de chaleur en fonctionnement normal.
    • le gaz soutiré du système de colonne est enrichi en azote ou en oxygène ou en argon.
    • l’échangeur de chaleur est un échangeur brasé à plaques et à ailettes.
    • en fonctionnement normal, un premier débit d’air à une première pression et un deuxième débit d’air à une deuxième pression plus basse que la première pression se refroidissent dans l’échangeur de chaleur et sont envoyés respectivement à la première colonne du système de colonne et une deuxième colonne du système de colonnes opérant à une pression plus basse que la première.
    • pendant le redémarrage, le premier débit est plus petit par rapport celui envoyé pendant le fonctionnement normal, voire nul et le deuxième débit est divisé en deux, une portion étant envoyée à la deuxième colonne et l’autre portion étant envoyée à l’atmosphère.
    • le système de colonnes comprend une seule colonne qui est la première colonne, en fonctionnement normal tout l’air à séparer est envoyé à la première colonne, à l’arrêt aucun débit d’air n’est envoyé à la première colonne et pendant le redémarrage, on divise l’air provenant du bout froid en deux, on en envoie une première portion à la première colonne et on en envoie une deuxième portion à l’air.
    • en fonctionnement normal et/ou lors du redémarrage et/ou lors d’un arrêt, une partie de l’air ou d’un fluide soutiré du système de colonnes est envoyée à l’atmosphère si de préférence uniquement si, la pression dans une colonne du système de colonnes dépasse un seuil.
  • Ainsi la conduite du gaz sert à deux usages différents.
  • De préférence pendant le redémarrage, on en envoie la première portion à la deuxième colonne.
  • Pendant le redémarrage, on peut diviser l’au moins une partie de l’air gazeux provenant du bout froid en deux, on en envoie une première portion sous forme gazeuse au système de colonnes et on en envoie une deuxième portion sous forme gazeuse à l’atmosphère.
  • Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique comprenant un système de colonnes comprenant au moins une première colonne de distillation, un échangeur de chaleur par échange de chaleur indirect pour refroidir l’air destiné à être séparé dans la première colonne, des moyens pour envoyer de l’air à une extrémité de l’échangeur de chaleur appelé bout chaud, des moyens pour sortir l’air refroidi de l’autre extrémité de l’échangeur de chaleur appelée bout froid, ces moyens étant reliés au système de colonnes, des moyens pour envoyer au moins deux fluides provenant du système de colonnes se réchauffer dans l’échangeur, l’échangeur de chaleur étant disposé en dessous de la première colonne avec son axe principal à la verticale et son bout froid adjacent à la cuve de la première colonne, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens pour envoyer à l’atmosphère sous forme gazeuse :
    1. de l’air refroidi dans l’échangeur de chaleur, les moyens pour envoyer à l’atmosphère étant reliés aux moyens pour sortir l’air refroidi de l’autre extrémité de l’échangeur de chaleur et/ou
    2. au moins une partie d’un des au moins deux fluides produits par le système de colonnes en amont de l’échangeur de chaleur
  • De préférence l’appareil comprend des moyens pour empêcher tout transfert de fluide entre l’échangeur de chaleur et les moyens pour traiter l’air et entre l’échangeur de chaleur et les moyens pour envoyer au moins un produit du système à l’atmosphère en cas d’arrêt de la distillation.
  • Les moyens pour envoyer à l’atmosphère de l’air refroidi dans l’échangeur de chaleur peuvent être reliés à la première colonne ou à la deuxième colonne.
  • L’appareil peut comprendre des moyens pour traiter l’air à distiller comprenant une unité d’épuration, des moyens pour envoyer au moins un produit du système de colonnes réchauffé dans l’échangeur de chaleur à l’extérieur, l’échangeur de chaleur étant relié aux moyens pour traiter l’air et aux moyens pour envoyer au moins un produit du système à l’extérieur et des moyens pour empêcher tout transfert de fluide entre l’échangeur de chaleur et les moyens pour traiter l’air et entre l’échangeur de chaleur et les moyens pour envoyer au moins un produit du système à l’extérieur en cas d’arrêt de la distillation.
  • L’appareil peut comprendre un sous-refroidisseur pour refroidir au moins un liquide soutiré du système de colonnes contre un gaz provenant du système de colonnes.
  • Ce sous-refroidisseur peut être disposé entre l’échangeur de chaleur et la première colonne ou à côté de l’échangeur de chaleur pour réduire la hauteur totale.
  • Dans le cas où l’air à distiller est envoyé en partie à moyenne pression dans la première colonne (colonne MP), en partie directement à basse pression dans la deuxième colonne (colonne BP), on a intérêt à envoyer à l’atmosphère uniquement l’air basse pression sans mettre en route le système de distillation (c’est à dire sans envoyer d’air MP dans la première colonne). Ceci permet d’accentuer le déséquilibre thermique et donc d’accélérer la remise en température de l’échangeur. Par exemple, si l’air basse pression représente 30% du débit d’air total (=débit global fluides chauds), si on rejette à l’atmosphère 10% du débit d’air total, cela permet d’avoir 30% du débit global chaud qui passe dans l’échangeur, pour 20% du débit global froid, soit un rapport froid/chaud de 2/3, au lieu de 9/10 si le système de colonnes est mis en route. Ceci permet d’aller plus vite et de réduire la taille de la mise à l’atmosphère.
  • Dans cette configuration, la mise à l’atmosphère peut aussi être utilisée pour maintenir une pression maximale admissible dans la deuxième colonne, du fait des entrées thermiques qui vaporisent une partie du liquide stocké en cuve de colonne BP. Cela évite de solliciter des soupapes.
  • A noter que les schémas sont simplifiés : ils peuvent notamment comporter une turbine, un sous-refroidisseur ou un compresseur.
  • L’invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures où :
  • et représentent chacune un appareil selon l’invention illustré schématiquement.
  • illustre un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique comprenant un système de colonnes comprenant au moins une première colonne de distillation. Ici le système comprend une double colonne comprenant une première colonne K1 opérant à une première pression et une deuxième colonne K2 opérant à une deuxième pression, inférieure à la première pression. La cuve de la deuxième colonne est chauffée par le gaz de tête de la première colonne qui s’y condense dans un condenseur.
  • L’appareil peut comprendre des moyens pour traiter l’air à distiller comprenant une unité d’épuration. Ces moyens permettent d’épurer l’air en eau et en dioxyde de carbone de manière connue. L’appareil peut également comprendre des moyens pour envoyer au moins un produit du système de colonnes réchauffé dans l’échangeur de chaleur à l’extérieur, par exemple à un client, à un stockage.
  • Ces moyens ne sont pas essentiels à l’appareil car ils peuvent être rajoutés à l’appareil de séparation, une fois que celui-ci est installé sur site.
  • Un échangeur de chaleur par échange de chaleur indirect 3 de type à plaques et à ailettes sert à refroidir l’air destiné à être séparé, ici l’air 1 étant envoyé uniquement dans la première colonne K1. L’échangeur de chaleur refroidit l’air épuré en eau et en dioxyde de carbone par échange de chaleur indirect avec au moins deux fluides différents provenant du système de colonnes, qui sont un gaz enrichi en azote et un gaz enrichi en oxygène dans cet exemple mais qui peuvent comprendre d’autres gaz.
  • L’échangeur de chaleur est disposé en dessous de la première colonne K1 de sorte que son axe principal est à la verticale et de préférence correspond à l’axe principale de la première colonne K1.
  • L’échangeur peut comprendre un seul corps comme illustré ici ou plusieurs corps reliés en parallèle.
  • De préférence, aucun autre échangeur de chaleur (tel que par exemple un condenseur de gaz du système de colonnes) ne se trouve entre l’échangeur de chaleur 3 et la première colonne K1.
  • L’air, ayant déjà été épuré en eau et en CO2 dans une unité d’épuration, rentre au bout chaud de l’échangeur 3. L’échangeur de chaleur est disposé en dessous de la première colonne K1 avec son axe principal à la verticale et son bout froid adjacent à la cuve de la première colonne. L’air monte dans l’échangeur de chaleur en fonctionnement normal et se refroidit pour sortir au bout froid du côté de la cuve de la première colonne sous forme gazeuse. Il est séparé dans cette colonne K1, ensuite des fluides de la colonne K1 sont envoyés à la colonne K2 de manière connue et la distillation de la colonne K2 produit un gaz enrichi en azote 13 en tête de colonne et un gaz enrichi en oxygène 9 en cuve de colonne. Ces deux gaz sont envoyés se réchauffer en fonctionnement normal dans l’échangeur 3 pour émerger au bout chaud ayant échangé de la chaleur indirectement avec l’air 1. Evidemment l’échangeur peut être plus complexe, de l’air peut être sorti de l’échangeur pour être détendu dans une turbine, comprimé dans un surpresseur froid etc.
  • Quand la distillation est arrêtée, des vannes ferment les conduites pour empêcher tout transfert de fluide entre l’échangeur de chaleur et la partie de l’installation en amont de l’échangeur de chaleur, en particulier des moyens pour traiter l’air à distiller comprenant une unité d’épuration, des moyens pour envoyer au moins un produit du système de colonnes réchauffé dans l’échangeur de chaleur à l’extérieur.
  • Pendant cette période, l’appareil peut être tenu en froid simplement par isolation qui l’entoure ou aussi par un rajout d’azote liquide. Les fluides restant au bout froid dans l’échangeur de chaleur qui y était présents lors de la distillation en fonctionnement normal, plus lourds que les fluides au bout chaud, ont tendance à migrer vers le bas de l’échangeur de chaleur, c’est-à-dire le bout chaud.
  • Lors du redémarrage on ouvre les vannes pour permettre le transfert de fluide (air)vers l’échangeur de chaleur et le système de colonnes. On ouvre également des vannes pour permettre l’envoi de fluides produits par la distillation à un client ou à la régénération de l’épuration de l’air. L’air rentre dans l’échangeur de chaleur et s’y refroidit.
  • Pour réduire le risque de migration de froid, on peut envoyer à l’atmosphère une partie de l’air gazeux refroidi dans l’échangeur de chaleur 3 en ouvrant la vanne V1 pour ouvrir la conduite 5 reliée à l’extérieur de l’enceinte d’isolation pour envoyer l’air refroidi à l’atmosphère. Une autre partie 7 de l’air gazeux alimente la première colonne K1.
  • En plus de ou à la place de cet envoi d’air de l’atmosphère, on peut envoyer à l’atmosphère au moins une partie d’au moins un des gaz produits par le système de colonnes. Ici c’est le débit enrichi en azote qui est divisé en deux en ouvrant la vanne V2 pour ouvrir la conduite 15, laissant le reste du débit 17 se réchauffer dans l’échangeur de chaleur. Le débit enrichi en oxygène se réchauffe dans l’échangeur de chaleur en entier mais une partie de ce gaz pourrait également être envoyé à l’atmosphère.
  • Dans certains cas, un débit entier de gaz produit pourrait être envoyé à l’atmosphère par exemple dans le cas d’un débit d’argon impur produit uniquement pour avoir une production plus pure d’oxygène.
  • Il sera apprécié que du fait de son orientation, l’échangeur de chaleur 3 ne contient aucun liquide, mais uniquement des gaz.
  • diffère de la en ce que deux débits d’air 1,2 sont envoyés à la distillation en fonctionnement normal. Un premier débit 1 à une première pression se refroidit dans l’échangeur de chaleur 3 et est envoyé à la première colonne K1 sous forme gazeuse. Un deuxième débit 2 à une deuxième pression plus basse que la première pression se refroidit dans l’échangeur de chaleur 3 et est envoyé à la deuxième colonne K2 sous forme gazeuse.
  • Le reste du fonctionnement normal et de l’arrêt se passent comme pour le cas précédent.
  • Pour le redémarrage, seul un des débits d’air est rétabli, à savoir celle à la pression plus basse le débit 2. Ce débit gazeux est divisé en deux, une partie étant envoyée à l’atmosphère en ouvrant la vanne V1 dans la conduite 4. Le reste 6 est envoyé directement à la deuxième colonne K2.
  • La conduite 4 avec sa vanne V1 peut également servir pour dépressuriser la colonne K2 si la pression y devient excessive, en fonctionnement normal, pendant le démarrage ou pendant l’arrêt.
  • De préférence, en fonctionnement normal ou lors d’un arrêt, une partie de l’air ou d’un fluide soutiré du système de colonnes (K1, K2) est envoyée à l’atmosphère uniquement si la pression dans une colonne du système de colonnes dépasse un seuil.

Claims (13)

  1. Procédé de redémarrage d’un appareil de séparation d’air comprenant un système de colonnes (K1, K2) comprenant au moins une première colonne de distillation (K1) et un échangeur de chaleur (3) par échange de chaleur indirect pour refroidir l’air épuré en eau et en dioxyde de carbone destiné à être séparé dans la première colonne en l’envoyant à une extrémité de l’échangeur de chaleur appelée bout chaud et en le sortant de l’autre extrémité de l’échangeur de chaleur appelée bout froid, l’échangeur servant également à réchauffer au moins deux gaz (9, 17) provenant du système de colonnes, l’échangeur de chaleur étant disposé en dessous de la première colonne avec son axe principal à la verticale et son bout froid adjacent à la cuve de la première colonne
    1. pendant le fonctionnement normal, on envoie au moins une partie de l’air (1, 2) refroidi dans l’échangeur de chaleur et destiné à être distillé vers le système de colonnes, par exemple vers la première colonne, et on envoie au moins deux gaz (9, 13) du système de colonnes vers l’échangeur de chaleur
    2. pendant l’arrêt de l’appareil, on n’envoie plus d’air refroidi dans l’échangeur de chaleur vers le système de colonnes et on n’envoie plus de fluides du système de colonne vers l’échangeur de chaleur et
    3. pendant le redémarrage, on envoie de l’air au bout chaud de l’échangeur de chaleur et du bout froid de l’échangeur de chaleur sous forme gazeuse vers le système de colonnes pour s’y séparer et on envoie au moins un gaz soutiré du système de colonnes vers l’échangeur de chaleur, caractérisé en ce que pendant le redémarrage :
    1. on divise l’au moins une partie de l’air gazeux provenant du bout froid en deux, on en envoie une première portion (6, 7) au système de colonnes et on en envoie une deuxième portion (4,5) à l’atmosphère et/ou
    2. on envoie au moins une partie (15) d’un gaz soutiré du système de colonnes à l’atmosphère.
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel pendant le redémarrage, on envoie à l’atmosphère au bout froid de l’échangeur un débit d’air refroidi (7) correspondant à au moins 5%, préférentiellement à au moins 10% du débit global de gaz refroidis dans l’échangeur de chaleur en fonctionnement normal.
  3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel pendant le redémarrage, on envoie à l’atmosphère au bout froid de l’échangeur un débit de gaz (15) provenant du système de colonnes correspondant à au moins 5%, préférentiellement à au moins 10% du débit global de gaz à réchauffer dans l’échangeur de chaleur en fonctionnement normal.
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le gaz (13) soutiré du système de colonnes (K1, K2) est enrichi en azote ou en oxygène ou en argon.
  5. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’échangeur de chaleur (3) est un échangeur brasé à plaques et à ailettes.
  6. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel
    1. en fonctionnement normal, un premier débit d’air (1) à une première pression et un deuxième débit d’air (2) à une deuxième pression plus basse que la première pression se refroidissent dans l’échangeur de chaleur (3) et sont envoyés respectivement à la première colonne du système de colonne (K1) et une deuxième colonne (K2) du système de colonnes opérant à une pression plus basse que la première et
    2. pendant le redémarrage, le premier débit est plus petit par rapport celui envoyé pendant le fonctionnement normal, voire nul et le deuxième débit est divisé en deux, une portion (6) étant envoyée à la deuxième colonne et l’autre portion (4) étant envoyée à l’atmosphère.
  7. Procédé selon l’une des revendications 1 à 5 dans lequel le système de colonnes comprend une seule colonne qui est la première colonne, en fonctionnement normal tout l’air à séparer est envoyé à la première colonne, à l’arrêt aucun débit d’air n’est envoyé à la première colonne et pendant le redémarrage, on divise l’air provenant du bout froid en deux, on en envoie une première portion à la première colonne et on en envoie une deuxième portion à l’air.
  8. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel en fonctionnement normal et/ou lors du redémarrage ou lors d’un arrêt, une partie de l’air ou d’un fluide soutiré du système de colonnes (K1, K2) est envoyée à l’atmosphère si, de préférence uniquement si, la pression dans une colonne du système de colonnes dépasse un seuil.
  9. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel pendant le redémarrage, on en envoie la première portion (6, 7) à la deuxième colonne (K2).
  10. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel pendant le redémarrage, on divise l’au moins une partie de l’air gazeux provenant du bout froid en deux, on en envoie une première portion (6, 7) sous forme gazeuse au système de colonnes et on en envoie une deuxième portion (4,5) sous forme gazeuse à l’atmosphère.
  11. Appareil de séparation d’air par distillation cryogénique comprenant un système de colonnes comprenant au moins une première colonne de distillation (K1), un échangeur de chaleur (3) par échange de chaleur indirect pour refroidir l’air destiné à être séparé dans la première colonne, des moyens pour envoyer de l’air(1, 2) à une extrémité de l’échangeur de chaleur appelé bout chaud, des moyens pour sortir l’air refroidi de l’autre extrémité de l’échangeur de chaleur appelée bout froid, ces moyens étant reliés au système de colonnes, des moyens pour envoyer au moins deux fluides (9, 13) provenant du système de colonnes se réchauffer dans l’échangeur, l’échangeur de chaleur étant disposé en dessous de la première colonne avec son axe principal à la verticale et son bout froid adjacent à la cuve de la première colonne, caractérisé en ce qu’il comprend des moyens pour envoyer à l’atmosphère sous forme gazeuse :
    1. de l’air refroidi (4, 5) dans l’échangeur de chaleur, les moyens pour envoyer à l’atmosphère étant reliés aux moyens pour sortir l’air refroidi de l’autre extrémité de l’échangeur de chaleur et/ou
    2. au moins une partie (15) d’un des au moins deux fluides produits par le système de colonnes en amont de l’échangeur de chaleur
  12. Appareil selon la revendication 11 comprenant des moyens pour empêcher tout transfert de fluide entre l’échangeur de chaleur et les moyens pour traiter l’air et entre l’échangeur de chaleur et les moyens pour envoyer au moins un produit du système à l’atmosphère en cas d’arrêt de la distillation.
  13. Appareil selon la revendication 11 ou 12 dans lequel les moyens pour envoyer à l’atmosphère de l’air refroidi (4, 5) dans l’échangeur de chaleur sont reliés à la première colonne ou à la deuxième colonne.
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