FR2686405A1 - Procede et application de separation d'air, et application d'une telle installation. - Google Patents

Procede et application de separation d'air, et application d'une telle installation. Download PDF

Info

Publication number
FR2686405A1
FR2686405A1 FR9200527A FR9200527A FR2686405A1 FR 2686405 A1 FR2686405 A1 FR 2686405A1 FR 9200527 A FR9200527 A FR 9200527A FR 9200527 A FR9200527 A FR 9200527A FR 2686405 A1 FR2686405 A1 FR 2686405A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
nitrogen
turbine
air
installation
column
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
FR9200527A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2686405B1 (fr
Inventor
Girault Jean-Louis
Chretien Denis
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
Original Assignee
Air Liquide SA
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 filed Critical Air Liquide SA
Priority to FR9200527A priority Critical patent/FR2686405B1/fr
Publication of FR2686405A1 publication Critical patent/FR2686405A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2686405B1 publication Critical patent/FR2686405B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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 for air
    • F25J3/04006Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04109Arrangements of compressors and /or their drivers
    • F25J3/04115Arrangements of compressors and /or their drivers characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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 for air
    • F25J3/04006Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04018Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of main feed air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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 for air
    • F25J3/04006Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04024Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of purified feed air, so-called boosted air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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 for air
    • F25J3/04006Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04048Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
    • F25J3/04054Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams of air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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 for air
    • F25J3/04151Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04157Afterstage cooling and so-called "pre-cooling" of the feed air upstream the air purification unit and main heat exchange line
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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 for air
    • F25J3/04248Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04309Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F25J3/04315Lowest pressure or impure nitrogen, so-called waste nitrogen expansion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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 for air
    • F25J3/04406Processes 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 for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412Processes 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 for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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 for air
    • F25J3/04521Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04527Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general
    • F25J3/04539Integration with an oxygen consuming unit, e.g. glass facility, waste incineration or oxygen based processes in general for the H2/CO synthesis by partial oxidation or oxygen consuming reforming processes of fuels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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 for air
    • F25J3/04521Coupling of the air fractionation unit to an air gas-consuming unit, so-called integrated processes
    • F25J3/04563Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating
    • F25J3/04575Integration with a nitrogen consuming unit, e.g. for purging, inerting, cooling or heating for a gas expansion plant, e.g. dilution of the combustion gas in a gas turbine
    • F25J3/04581Hot gas expansion of indirect heated nitrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02Processes 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
    • F25J3/04Processes 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 for air
    • F25J3/04763Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04896Details of columns, e.g. internals, inlet/outlet devices
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/20Processes or apparatus using separation by rectification in an elevated pressure multiple column system wherein the lowest pressure column is at a pressure well above the minimum pressure needed to overcome pressure drop to reject the products to atmosphere
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/42Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being nitrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/40Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/42Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being nitrogen
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/20Particular dimensions; Small scale or microdevices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

L'azote impur formé par la colonne basse pression (3), est détendu dans une turbine (10) entraînant un compresseur aval (13) dans la ligne d'alimentation (5) en air comprimé de la colonne haute pression (2), l'azote détendu étant placé en relation d'échange de chaleur (en 11) avec l'air comprimé entre l'étage aval de compression (13) et un étage amont de compression (12). Application à des installations de séparation d'air à forte production d'oxygène, notamment pour des unités de production de combustibles de synthèse.

Description

La présente invention concerne les procédés de séparation d'air en oxygène et azote dans une installation de distillation d'air à double colonne alimentée en air comprimé en au moins un premier et un deuxième étages de compression, fournissant en sortie de l'azote à une pression entre 2 et 7 x 105 Pa et à une première température, comprenant l'étape de détendre l'azote produit dans une turbine fournissant une énergie mécanique.
Certains procédés chimiques, notamment de production de combustibles de synthèse, consomment d'importantes quantités d'oxygène, pouvant dépasser 5000 tonnes/jour. Les procédés de séparation cryogénique d'air en oxygène et azote dans une colonne de distillation d'air sont limités par le diamètre de ces dernières, qui fixe le débit de vapeur montant dans la colonne et donc la production d'oxygène. Pour obtenir des débits d'oxygène plus importants, il est connu de faire fonctionner la double colonne à des pressions relativement élevées, entre 2 et 7 x 105 Pa dans la colonne basse pression. Une telle augmentation de la pression de fonctionnement se traduit bien sûr par une surconsommation notable d'énergie puisqu'il faut comprimer l'air d'alimentation à séparer à une pression également accrue, pouvant atteindre 15 à 17 x 105 Pa.Les procédés utilisateurs nécessitant d'importantes quantités d'oxygène sont généralement exothermiques et excédentaires en énergie. Il est de ce fait tentant d'utiliser cet excédent en énergie pour compenser la surconsommation d'énergie de compression de l'air à haute pression, comme décrit dans le document- US-A-3.950.957 ou, plus récemment, le document EP-A-0.367.428, qui décrivent des procédés tels que définis ci-dessus mais en utilisant la chaleur de vapeur disponible dans un procédé associé pour chauffer l'azote produit avant sa détente dans la turbine. Toutefois, pour réaliser des installations de séparation d'air capables de production d'oxygène supérieures à 3500 tonnes/jour, la surconsommation d'énergie de compression dépasse notablement l'excédent d'énergie que peut offrir l'unité chimique utilisatrice associée.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé optimisé de séparation d'air permettant, sans apport thermique extérieur, de récupérer un maximum d'énergie sur l'azote produit et de réaliser ainsi des installations de séparation d'air à capacité de production d'oxygène augmentée, pouvant atteindre 5000 tonnes/jour.
Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, l'azote est acheminé, à une température n'excédant pas la première température, à la turbine de détente et celle-ci entraîne un compresseur du deuxième étage de compression de l'air d'alimentation de la colonne.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on effectue un échange de chaleur entre l'azote détendu et au moins l'air d'alimentation, et refroidi à une deuxième température en amont du deuxième étage de compression.
Ainsi, l'azote produit étant à une pression moyenne, on récupère une partie substantielle dé son énergie de compression par détente dans la turbine entraînant le compresseur aval participant à la compression de l'air d'alimentation et, l'azote détendu étant à une deuxième température basse, on récupère des frigories par échange thermique avec l'air d'alimentation entre deux étages de compression, ce qui permet de gagner sur l'énergie de compression de ce dernier.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'air d'alimentation est épuré en eau et en dioxyde de carbone entre l'échange de chaleur avec l'azote détendu et le deuxième étage de compression.
Ainsi, le refroidissement de l'air comprimé permet d'éliminer une grande partie de la vapeur d'eau qu'il contenait, ce qui réduit d'autant les quantités nécessaires d'alumine et d'adsorbant pour épurer complètement l'air de ces impuretés condensables, et permet d'abaisser d'autant les coûts de fonctionnement et d'investissement.
La présente invention concerne également une installation de séparation d'air pour la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus, comprenant dans une boîte froide (1) une double colonne de distillation avec une colonne haute pression, une colonne basse pression, la colonne haute pression ayant au moins une entrée d'air reliée à une ligne d'alimentation en air comprimé comprenant au moins un premier et un deuxième compresseurs en série, la colonne basse pression ayant une sortie d'azote gazeux reliée à une ligne de production d'azote comprenant une turbine qui est couplée au deuxième compresseur de la ligne d'alimentation en air comprimé, dans ou hors de la boîte froide.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 représente schématiquement une installation de séparation d'air selon l'invention ; et
- la figure 2 représente des variantes de réalisation de l'installation selon l'invention.
Dans la description qui va suivre et sur les dessins, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes chiffres de référence, éventuellement indicés.
On a représenté sur la figure 1 une installation de séparation d'air pour la production d'oxygène à moyenne pureté et d'azote impur, comprenant dans une boîte froide 1 une double colonne de distillation constituée d'une colonne haute pression 2 et d'une colonne basse pression 3 de diamètre compris entre 6,5 et 7 mètres. La colonne haute pression 2 comporte une entrée 4 reliée à une ligne d'alimentation en air comprimé 5. La colonne basse pression 3 comporte, en tête, une sortie 6 d'azote impur reliée à une ligne de production d'azote 7 et, en cuve, une ligne 8 de production d'oxygène fournissant de l'oxygène à une unité utilisatrice 9, par exemple de production d'hydrocarbures à partir de gaz naturel ou de pétrole, ou de gazéification de charbon.
Selon un aspect de l'invention, l'azote disponible en sortie de la boîte froide 1, à une première température T1 de l'ordre de 20"C et à une pression entre 2 et 7 x 105 Pa, est adressé directement, sans apport thermique extérieur à l'installation, à une turbine 10 où il est détendu à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique et à une température d'environ -35 C. L'azote ainsi refroidi traverse un échangeur de chaleur 11 traversé par la ligne d'alimentation en air comprimé 5 en aval d'un premier étage de compression 12, comprenant typiquement au moins deux compresseurs refroidis et en amont d'un compresseur 13 d'un étage final de compression entraîné par la turbine 10. L'air comprimé d'alimentation est ainsi refroidi, en sortie de l'échangeur 11, à une température inférieure à 10 C. Avantageusement, comme sus-mentionné, un poste 14 de séparation d'eau et de dioxyde de carbone comprenant un pot condenseur et au moins deux colonnes d'adsorption, est interposé entre l'échangeur 11 et le compresseur 13 fournissant en sortie de l'air sec comprimé à une pression entre 9 et 15 x 105 Pa qui est transmis, via la ligne d'échange thermique de la boîte froide 1 à l'entrée d'air 4 de la colonne HP 2. Les compresseurs du premier étage de compression 12 consomment la totalité de l'énergie excédentaire récupérable de l'unité utilisatrice d'oxygène 9. Une telle installation permet, avec une consommation d'énergie réduite, de fournir jusqu'à 5000 tonnes/jour d'oxygène.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, le compresseur 13 associé à la turbine 10 dans la bofte froide 1 fonctionne à basse température, en aval de la ligne d'échange thermique 11' de la boîte froide 1 traversée également par la ligne de production d'oxygène 8. Le premier étage de compression 12 en amont de la ligne d'échange 11' comprime l'air, par exemple jusqu'à une pression d'environ 9 x 105 Pa abs. L'air comprimé est refroidi à une température inférieure à -1400C dans la ligne d'échange 11' et est sur-comprimé à une pression d'environ 15 x 105 Pa dans le compresseur 13. Le reflux en tête de la colonne haute pression 1 s'effectue dans un vaporiseur 15 qui agit en même temps comme rebouilleur dans la colonne basse pression 3 où la pression est d'environ 5 x 105 Pa.
L'azote produit, en 6, en tête de la colonne basse pression 3 à une température T2 d'environ -180 C est détendu dans la turbine 10 jusqu'à une pression voisine de la pression atmosphérique. Cette détente produit dans le flux d'azote détendu un peu d'azote liquide qui est séparé dans un ballon séparateur 16 d'où il est récupéré par une pompe 17 et réintroduit en reflux dans la colonne basse pression 3.L'azote gazeux détendu et très froid traverse un échangeur de chaleur 18 où il effectue un très bon sous-refroidissement de l'azote haute pression prélevé par une ligne 19 en tête de la colonne haute pression 2 pour être réintroduit en reflux dans la colonne basse pression 3, puis un échangeur de chaleur 20 traversé par une ligne 21 de renvoi du liquide riche en oxygène disponible dans la cuve de la colonne haute pression 2, avant de traverser la ligne d'échange 11'. Si nécessaire à l'équilibre thermique de la ligne d'échange 11', dans le cas où cette dernière présente un excédent de froid, au moins une partie de l'air comprimé en sortie du compresseur aval 13 peut passer, comme indiqué par la ligne en pointillés 22, dans la ligne d'échange 11'.
Dans le cas contraire, en variante, on peut récupérer au bout froid de la ligne d'échange 11' une partie des frigories disponibles dans l'azote produit avant son admission dans la turbine 10, comme représenté par la ligne en traits mixtes 23. Dans ce cas, comme représenté par la ligne en traits mixtes 24, l'azote détendu est adressé directement à l'échangeur 18.
Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée pour autant mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art.

Claims (13)

REVENDICATIONS
1. Procédé de séparation d'air en oxygène et azote dans une installation de distillation d'air (1) à double colonne, alimentée en air comprimé en au moins un premier (12) et un deuxième (13) étages de compression et produisant de l'azote à une pression entre 2 et 7 x 105 Pa et à une première température (T1), comprenant l'étape de détendre l'azote produit dans une turbine (10) fournissant une énergie mécanique, caractérisé en ce que l'azote produit est acheminé, à une température n'excédant pas la première température (T1), à la turbine (10) et en ce que celle-ci entraîne un compresseur (13) du deuxième étage de compression de l'air d'alimentation.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue (11 ; 11') un échange de chaleur entre l'azote détendu dans la turbine (10) et au moins l'air d'alimentation en amont du deuxième étage de compression (13).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'air d'alimentation est épuré entre l'échange de chaleur (11) et le deuxième étage de compression (13).
4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce que l'azote est acheminé à la turbine (10) à une température nettement inférieure à la première température (T1) et l'azote détendu est réchauffé (18 ; 20) dans l'installation (1) avant échange de chaleur avec l'air comprimé, dans le premier étage de compression (12).
5. Installation de séparation d'air pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, comprenant, dans une boîte froide (1), une double colonne de distillation avec une colonne haute pression (2) et une colonne basse pression (3), la colonne haute pression ayant au moins une entrée d'air (4) reliée à une ligne d'alimentation en air comprimé (5) comprenant au moins un premier (12) et un deuxième (13) compresseurs en série, la colonne basse pression (3) ayant une sortie d'azote gazeux (6) reliée à une ligne de production d'azote (7) comprenant une turbine (10), caractérisée en ce que la turbine (10) est couplée au deuxième compresseur (13).
6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend un premier échangeur de chaleur (11 ; 11') couplant au moins la ligne d'alimentation en air (5), en amont du deuxième compresseur (13), et la ligne de production d'azote (7), en aval de la turbine (10).
7. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que la ligne d'alimentation d'air (7) comporte un poste d'épuration (14) entre le premier échangeur (11) et le deuxième compresseur (13).
8. Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que la turbine (10) est disposée en dehors de la boîte froide (1).
9. Installation selon la reyendication 6, caractérisée en ce que la turbine (10) est disposée dans la boite froide (1).
10. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que la turbine (10) est reliée directement à la sortie d'azote gazeux (6) de la colonne basse pression (3).
11. Installation selon la revendication 9 ou la revendication 10, caractérisée en ce que la ligne de production d'azote (7) traverse, en aval de la turbine (10), au moins un deuxième échangeur de chaleur (18 ; 20) traversé par une ligne d'échange de fluide (19 21) entre les colonnes haute pression (2) et basse pression (3).
12. Installation selon l'une des revendications 5 à 11, caractérisée en ce que la double colonne (1) a un diamètre n'excédant pas 7 mètres.
13. Application d'une installation selon l'une des revendications 5 à 12 à l'alimentation en oxygène d'une unité (9) de production de combustible de synthèse.
FR9200527A 1992-01-20 1992-01-20 Procede et application de separation d'air, et application d'une telle installation. Expired - Fee Related FR2686405B1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9200527A FR2686405B1 (fr) 1992-01-20 1992-01-20 Procede et application de separation d'air, et application d'une telle installation.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9200527A FR2686405B1 (fr) 1992-01-20 1992-01-20 Procede et application de separation d'air, et application d'une telle installation.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2686405A1 true FR2686405A1 (fr) 1993-07-23
FR2686405B1 FR2686405B1 (fr) 2001-02-09

Family

ID=9425771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR9200527A Expired - Fee Related FR2686405B1 (fr) 1992-01-20 1992-01-20 Procede et application de separation d'air, et application d'une telle installation.

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2686405B1 (fr)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0624765A1 (fr) * 1993-05-10 1994-11-17 Praxair Technology, Inc. Système de rectification cryogénique avec un prépurificateur refroidi d'alimentation
FR2726046A1 (fr) * 1994-10-25 1996-04-26 Air Liquide Procede et installation de detente et de compression d'au moins un flux gazeux
FR2753636A1 (fr) * 1996-09-25 1998-03-27 Air Liquide Procede et installation pour l'alimentation pour un appareil de separation d'air
FR2756367A1 (fr) * 1998-01-13 1998-05-29 Air Liquide Procede et installation pour l'alimentation pour un appareil de separation d'air
FR2756368A1 (fr) * 1998-01-13 1998-05-29 Air Liquide Procede et installation pour l'alimentation pour un appareil de separation d'air
EP0909930A1 (fr) * 1997-10-15 1999-04-21 Praxair Technology, Inc. Système de rectification cryogénique pour la production d'oxygène basse pureté et d'oxygène haute pureté
US6116027A (en) * 1998-09-29 2000-09-12 Air Products And Chemicals, Inc. Supplemental air supply for an air separation system
FR2864213A1 (fr) * 2003-12-17 2005-06-24 Air Liquide Procede et installation de production sous forme gazeuse et sous haute pression d'au moins un fluide choisi parmi l'oxygene, l'argon et l'azote par distillation cryogenique de l'air
FR2875588A1 (fr) * 2004-09-21 2006-03-24 Air Liquide Procede de separation d'air par distillation cryogenique
EP2741036A1 (fr) * 2012-12-06 2014-06-11 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Processus et appareil pour la séparation de l'air par distillation cryogénique

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2278047A1 (fr) * 1974-07-12 1976-02-06 Nuovo Pignone Spa Procedes et appareils destines a produire des pourcentages eleves d'oxygene et d'azote liquides
DE2646690A1 (de) * 1976-10-15 1978-04-20 Linde Ag Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer mischung von sauerstoff und wasserdampf unter druck

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2278047A1 (fr) * 1974-07-12 1976-02-06 Nuovo Pignone Spa Procedes et appareils destines a produire des pourcentages eleves d'oxygene et d'azote liquides
DE2646690A1 (de) * 1976-10-15 1978-04-20 Linde Ag Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer mischung von sauerstoff und wasserdampf unter druck

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0624765A1 (fr) * 1993-05-10 1994-11-17 Praxair Technology, Inc. Système de rectification cryogénique avec un prépurificateur refroidi d'alimentation
FR2726046A1 (fr) * 1994-10-25 1996-04-26 Air Liquide Procede et installation de detente et de compression d'au moins un flux gazeux
EP0710809A1 (fr) * 1994-10-25 1996-05-08 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé et installation de détente et de compression d'au moins un flux gazeux
US5794457A (en) * 1996-09-25 1998-08-18 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and installation for the supply of an apparatus for separating air
EP0833119A3 (fr) * 1996-09-25 1998-05-20 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé et installation pour l'alimentation pour un appareil de séparation d'air
US6067817A (en) * 1996-09-25 2000-05-30 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and installation for the supply of an apparatus for separating air
EP0833119A2 (fr) * 1996-09-25 1998-04-01 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé et installation pour l'alimentation pour un appareil de séparation d'air
FR2753636A1 (fr) * 1996-09-25 1998-03-27 Air Liquide Procede et installation pour l'alimentation pour un appareil de separation d'air
EP0909930A1 (fr) * 1997-10-15 1999-04-21 Praxair Technology, Inc. Système de rectification cryogénique pour la production d'oxygène basse pureté et d'oxygène haute pureté
FR2756368A1 (fr) * 1998-01-13 1998-05-29 Air Liquide Procede et installation pour l'alimentation pour un appareil de separation d'air
FR2756367A1 (fr) * 1998-01-13 1998-05-29 Air Liquide Procede et installation pour l'alimentation pour un appareil de separation d'air
US6116027A (en) * 1998-09-29 2000-09-12 Air Products And Chemicals, Inc. Supplemental air supply for an air separation system
FR2864213A1 (fr) * 2003-12-17 2005-06-24 Air Liquide Procede et installation de production sous forme gazeuse et sous haute pression d'au moins un fluide choisi parmi l'oxygene, l'argon et l'azote par distillation cryogenique de l'air
FR2875588A1 (fr) * 2004-09-21 2006-03-24 Air Liquide Procede de separation d'air par distillation cryogenique
WO2006048341A1 (fr) * 2004-09-21 2006-05-11 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede de separation de l'air par distillation cryogenique
US20100115995A1 (en) * 2004-09-21 2010-05-13 Anne-Maie Olivier Bruder Air separation process using cryogenic distillation
EP2741036A1 (fr) * 2012-12-06 2014-06-11 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Processus et appareil pour la séparation de l'air par distillation cryogénique

Also Published As

Publication number Publication date
FR2686405B1 (fr) 2001-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0531182B1 (fr) Procédé et installation de distillation d'air, et application a l'alimentation en gaz d'une aciérie
EP1223395B1 (fr) Procédé intégré de séparation d'air et de génération d'énergie et installation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé
US10746461B2 (en) Cryogenic air separation method for producing oxygen at high pressures
BE1006334A3 (fr) Procede d'alimentation d'un haut-fourneau en air enrichi en oxygene, et installation de reduction de minerai de fer correspondante.
EP1223396B1 (fr) Procédé intégré de séparation d'air et de génération d'énergie et installation pour la mise en oeuvre d'un tel procédé
EP0937679B1 (fr) Procédé et installation de production de monoxyde de carbone et d'hydrogène
JP2516851B2 (ja) 一貫式ガス化組合せサイクル電力発生方法
EP0676373B1 (fr) Procédé et installation de production de monoxyde de carbone
EP0689019A1 (fr) Procédé et installation de production d'oxygène gazeux sous pression
EP0653599A1 (fr) Installation combinée d'une unité de production de métal et d'une unité de séparation de gaz de l'air
FR2686405A1 (fr) Procede et application de separation d'air, et application d'une telle installation.
EP0789208A1 (fr) Procédé et installation de production d'oxygène gazeux sous haute pression
FR2805339A1 (fr) Procede de production d'oxygene par rectification cryogenique
EP0661505B1 (fr) Procédé et installation de liquéfaction d'un gaz
EP1102953B1 (fr) Installation de production d'electricite basse tension integree a une unite de separation des gaz de l'air
EP0532429B1 (fr) Procédé de refroidissement d'un gaz dans une installation d'exploitation de gaz de l'air, et installation
FR2774159A1 (fr) Installation combinee d'un four et d'un appareil de distillation d'air et procede de mise en oeuvre
FR3090831A1 (fr) Appareil et procédé de séparation d’air par distillation cryogénique
EP0914584B1 (fr) Procede et installation de production d'un gaz de l'air a debit variable
EP0932006A1 (fr) Installation combinée d'un four et d'un appareil de distillation d'air et procédé de mise en oeuvre
WO2018020091A1 (fr) Procédé et appareil de lavage à température cryogénique pour la production d'un mélange d'hydrogène et d'azote
WO2005045340A1 (fr) Procede et installation de fourniture d'oxygene a haute purete par distillation cryogenique d'air
FR2919717A1 (fr) Procede et appareil de separation d'air avec compression de produit
EP1651915B1 (fr) Procédé et installation d'alimentation d'une unité de séparation d'air au moyen d'une turbine a gaz
FR2862004A1 (fr) Procede et installation d'enrichissement d'un flux gazeux en l'un de ses constituants

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse