FR2690633A1 - High pressure air distillation installation - allowing the recovery of a substantial part of the air usually lost during regeneration of the adsorbent - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne les installations de distillation ou de séparation d'air par voie cryogénique comprenant au moins une unité de distillation ayant une entrée d'air et au moins une sortie de gaz résiduaire, une ligne de fourniture d'air reliée en sortie d'un compresseur et comprenant un dispositif de dessiccationdécarbonatation comprenant au moins deux récipients contenant chacun au moins une masse d'adsorbant et ayant chacun une entrée d'air connectable au compresseur, une sortie d'air épuré connectable à l'entrée d'air de l'unité, une entrée de gaz résiduaire connectable à la sortie de gaz résiduaire de l'unité, une sortie de gaz de décompression et une sortie de gaz résiduaire. The present invention relates to installations for the distillation or separation of air by cryogenic means comprising at least one distillation unit having an air inlet and at least one waste gas outlet, an air supply line connected at the outlet d '' a compressor and comprising a decarbonation desiccation device comprising at least two containers each containing at least one mass of adsorbent and each having an air inlet connectable to the compressor, a purified air outlet connectable to the air inlet of the unit, a waste gas inlet connectable to the waste gas outlet of the unit, a decompression gas outlet and a waste gas outlet.
La séparation de l'air par voie cryogénique implique une purification préalable de l'air d'alimentation de son eau et du gaz carbonique. Cette opération de dessiccation-décarbonatation est classiquement effectuée par adsorption sur une masse d'adsorbant, typiquement sur tamis moléculaire associé ou non à de l'alumine, qui doit être périodiquement régénéré, typiquement par un gaz résiduaire de l'unité de distillation. Pour cette régénération, lors de l'inversion pour passer en phase de régénération par le gaz résidaire, le récipient doit être dégonflé, ce qui provoque une perte de l'air préalablement comprimé s'y trouvant. Cette perte en air comprimé est loin d'être négligeable, et peut représenter environ 0,3 % du débit d'air pour les cycles à basse pression (inférieure à 6 x 105 Pa) et environ I,5 % pour les cycles à haute pression (supérieure à 6 x 105
Pa et pouvant atteindre et dépasser 30 x 105 Pa. Par ailleurs, les unités de séparation d'air comportent un certain nombre d'appareils de contrôle ou de commande nécessitant d'être alimentés en air dit "instrument" à une pression de l'ordre de 4 à 7 x 1n5 Pa et qui doit être exempt d'eau.The separation of air by cryogenic means involves prior purification of the air supplying its water and carbon dioxide. This drying-decarbonation operation is conventionally carried out by adsorption on a mass of adsorbent, typically on a molecular sieve, whether or not combined with alumina, which must be periodically regenerated, typically by a residual gas from the distillation unit. For this regeneration, during the inversion to go into the regeneration phase with the residual gas, the container must be deflated, which causes a loss of the previously compressed air therein. This loss of compressed air is far from negligible, and can represent around 0.3% of the air flow for low pressure cycles (less than 6 x 105 Pa) and around 1.5% for high cycles pressure (greater than 6 x 105
Pa and being able to reach and exceed 30 x 105 Pa. In addition, the air separation units include a certain number of control or command apparatuses which need to be supplied with so-called "instrument" air at a pressure of order of 4 to 7 x 1n5 Pa and which must be free of water.
La présente invention a pour objet une installation de distillation d'air et un procédé d'exploitation permettant, de façon simple et peu coûteuse en équipements, de récupérer une partie substantielle de l'air notamment épuré, habituellement perdu lors des opérations de dégonflage des récipients de dessiccationdécarbonatation, d'améliorer ainsi le rendement global de production et également d'optimiser le dispositif d'épuration de l'air. The subject of the present invention is an air distillation installation and an operating method making it possible, in a simple and inexpensive manner to equip, to recover a substantial part of the air, in particular purified air, usually lost during deflation operations of the decarbonation desiccation vessels, thereby improving the overall production yield and also optimizing the air cleaning device.
Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, chaque récipient du dispositif de dessiccation-décarbonatation comporte au moins un passage de gaz connectable à un réservoir d'air comprimé, lui-même connectable à au moins un équipement de contrôle de l'installation. To do this, according to a characteristic of the invention, each container of the desiccation-decarbonation device comprises at least one gas passage connectable to a compressed air tank, itself connectable to at least one equipment for controlling the installation.
Dans les installations comportant un ensemble de dessiccation-décarbonatation à régénération dite "tiède", c'est-à-dire à une température de régénération peu supérieure à la température de l'air comprimé entrant dans le récipient en phase d'épuration, tel que décrit dans le document EP-A-0.456.575, au nom de la Demanderesse, dont le contenu est supposé intégré ici pour référence, les temps de cycle sont considérablement réduits en raison de la diminution des temps de chauffage et de refroidissement des récipients d'adsorption, d'où il s'ensuit que le débit de fuite d'air épuré lors du dégonflage des récipients s'en trouve augmenté et la présente invention trouve un intérêt supplémentaire dans ce type dtinstalTation. In installations comprising a so-called "lukewarm" regeneration desiccation-decarbonation assembly, that is to say at a regeneration temperature slightly higher than the temperature of the compressed air entering the container in the purification phase, such as as described in document EP-A-0.456.575, in the name of the Applicant, the content of which is assumed to be incorporated here for reference, the cycle times are considerably reduced due to the reduction in the heating and cooling times of the containers adsorption, where it follows that the leakage rate of purified air during deflation of the containers is increased and the present invention finds an additional advantage in this type of installation.
La présente invention a pour autre objet de proposer un procédé d'exploitation d'une installation de distillation d'air, comprenant les étapes de comprimer un débit d'air d'alimentation de l'installation à une pression supérieure à 6 x 105 Pa, typiquement supérieure à 9 x 105 Pa, d'acheminer dans une ligne d'entrée, l'air comprimé vers un dispositif de dessiccation-décarbonatation comprenant au moins deux récipients contenant chacun au moins une masse d'adsorbant régénérable, d'acheminer l'air comprimé desséché et décarbonaté vers une unité de distillation d'air et de régénérer périodiquement l'adsorbant de chaque récipient
a) en isolant le récipient de la ligne d'entrée
b) en dépressurisant le récipient
c) en introduisant, dans le récipient, un gaz résiduaire de
l'installation,
caractérisé en ce qu'il comporte les étapes, de connecter, pendant une première partie de l'étape b), le récipient en cours de dépressurisation à un réservoir d'air, et de soutirer ultérieurement du réservoir l'air comprimé pour fourniture à au moins un équipement de l'installation. Another object of the present invention is to propose a method for operating an air distillation installation, comprising the steps of compressing a flow of supply air to the installation at a pressure greater than 6 × 105 Pa , typically greater than 9 x 105 Pa, to convey the compressed air to an desiccation-decarbonation device comprising at least two containers, each containing at least one mass of regenerable adsorbent, in an inlet line, compressed air dried and decarbonated to an air distillation unit and to periodically regenerate the adsorbent of each container
a) by isolating the container from the inlet line
b) depressurizing the container
c) by introducing, into the container, a waste gas of
installation,
characterized in that it comprises the steps, of connecting, during a first part of step b), the container being depressurized to an air tank, and subsequently withdrawing from the tank the compressed air for supply to at least one piece of equipment in the installation.
Selon l'invention, une partie du débit d'air comprimé, notamment épuré, évacué des récipients lors des phases de dégonflage est récupérée dans le réservoir et utilisée par la suite en tant qu'air instrument et/ou air de regonflage des récipients, ce qui permet de réduire le débit d'air comprimé par le compresseur nécessaire au regonflage du récipient préalablement à une phase d'adsorption/épuration. According to the invention, part of the compressed air flow, in particular purified, evacuated from the containers during the deflation phases is recovered in the tank and subsequently used as instrument air and / or air for re-inflating the containers, which makes it possible to reduce the flow of compressed air by the compressor necessary for re-inflating the container prior to an adsorption / purification phase.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec le dessin annexé, sur lequel
La figure unique représente schématiquement une installation de distillation d'air selon l'invention.Other characteristics and advantages of the present invention will emerge from the following description of an embodiment, given by way of illustration but in no way limiting, made in relation to the appended drawing, in which
The single figure schematically represents an air distillation installation according to the invention.
On a représenté sur cette figure une installation de séparation d'air par voie cryogénique comprenant un compresseur d'air d'alimentation 1 refoulant dans une ligne d'entrée d'air 2 alimentant, en 30, une colonne de distillation 3 fournissant en sortie au moins un constituant de l'air, typiquement de l'oxygène, en 4. La ligne d'entrée d'air 2 traverse au moins un réfrigérant amont 5, un dispositif de dessiccation-décarbonatation 6 et une ligne d'échange de chaleur 7 associée à la colonne 3. Cette dernière comporte une sortie 8 de gaz résiduaire, typiquement de-l'azote impur. Le dispositif de dessiccation-décarbonatation 6 comporte au moins deux récipients en parallèle 91' 92' comportant chacun, d'un côté, une entrée d'air comprimé 101, 102, sélectivement connectable, via une vanne, à la portion amont de la ligne d'entrée 2 et, de l'autre côté, une sortie lii, 112, sélectivement connectable, via une vanne, à la portion aval de la ligne d'entrée 2. Du même côté que les sorties lii, 112, chaque récipient 91' 92 comporte une entrée 121, 122, sélectivement connectable, via une vanne, à une ligne de gaz résiduaire 13 provenant de la sortie 8 de la colonne 3 et traversant la ligne d'échange 7. Du même côté que l'entrée d'air 101, 102, chaque récipient 91' 92' comporte une sortie de décompression de gaz 141, 142 et une sortie de gaz résiduaire 151, 152 reliées, par des vannes, à des circuits d'évacuation. Chaque récipient 91' 92' contient une masse d'adsorbant 161, 162, typiquement au moins un lit de tamis moléculaire éventuellement associé à de l'alumine, les récipients 91' 92' sont interconnectables du côté des sorties 111, 112, par une ligne de pontage pourvue d'une vanne 60. This figure shows an installation for air separation by cryogenic means comprising a supply air compressor 1 discharging into an air inlet line 2 supplying, at 30, a distillation column 3 supplying at the outlet at least one component of air, typically oxygen, at 4. The air inlet line 2 passes through at least one upstream refrigerant 5, a desiccation-decarbonation device 6 and a heat exchange line 7 associated with column 3. The latter has an outlet 8 for waste gas, typically impure nitrogen. The desiccation-decarbonation device 6 comprises at least two receptacles in parallel 91 '92' each comprising, on one side, a compressed air inlet 101, 102, selectively connectable, via a valve, to the upstream portion of the line inlet 2 and, on the other side, an outlet lii, 112, selectively connectable, via a valve, to the downstream portion of the inlet line 2. On the same side as the outlets lii, 112, each container 91 '92 has an inlet 121, 122, selectively connectable, via a valve, to a waste gas line 13 coming from the outlet 8 of the column 3 and crossing the exchange line 7. On the same side as the inlet air 101, 102, each container 91 '92' has a gas decompression outlet 141, 142 and a waste gas outlet 151, 152 connected, by valves, to evacuation circuits. Each container 91 '92' contains a mass of adsorbent 161, 162, typically at least one bed of molecular sieve possibly associated with alumina, the containers 91 '92' can be interconnected on the side of the outlets 111, 112, by a bridging line provided with a valve 60.
Conformément à l'invention, chaque récipient 91' 92' comporte, typiquement du côté de la sortie d'air comprimé 111, 112, un passage de gaz 171, 172, sélectivement connectable, via une vanne, à une ligne de transfert 18 vers un réservoir d'air comprimé 19 comportant en outre une sortie d'air comprimé 20 sélectivement connectable, via au moins une vanne et éventuellement un détendeur, à au moins un équipement 211, 212... de commande et/ou de contrôle de l'installation. According to the invention, each container 91 ′ 92 ′ comprises, typically on the side of the compressed air outlet 111, 112, a gas passage 171, 172, selectively connectable, via a valve, to a transfer line 18 to a compressed air tank 19 further comprising a selectively connectable compressed air outlet 20, via at least one valve and possibly a pressure reducer, to at least one item of equipment 211, 212 ... for controlling and / or controlling the 'installation.
Le fonctionnement de l'installation est le suivant
L'air comprimé, à une pression supérieure à 6 x 105 Pa, typiquement supérieure à 11 x 105 Pa, par le compresseur 1 est adressé, pour une phase d'épuration, à l'entrée 102 d'un (92) des récipients du dispositif de dessiccation-décarbonatation 6 pour alimentation de la colonne 3. Parallèlement, le gaz résiduaire, disponible en sortie 8 de la colonne 3, est adressé à l'entrée de gaz 111 de l'autre (161) récipient, à une température n'excédant pas avantageusement de plus de 50"C la température de l'air comprimé fourni au récipient en phase d'épuration, de façon à régénérer l'adsorbant dans le récipient 161, le gaz résiduaire étant évacué par la sortie 151 de ce dernier. Lorsque le récipient 162 a terminé sa phase d'adsorption, la vanne en amont de l'entrée 102 est fermée pour l'isoler de la sortie du compresseur 1, l'air comprimé étant alors adressé à l'autre récipient (161) pour une nouvelle phase d'épuration.The operation of the installation is as follows
The compressed air, at a pressure higher than 6 x 105 Pa, typically higher than 11 x 105 Pa, by the compressor 1 is sent, for a purification phase, to the inlet 102 of one (92) of the containers of the desiccation-decarbonation device 6 for feeding the column 3. At the same time, the waste gas, available at outlet 8 of the column 3, is sent to the gas inlet 111 of the other (161) container, at a temperature advantageously not exceeding the temperature of the compressed air supplied to the container in the purification phase by more than 50 ° C., so as to regenerate the adsorbent in the container 161, the residual gas being evacuated via the outlet 151 of this When the container 162 has finished its adsorption phase, the valve upstream of the inlet 102 is closed to isolate it from the outlet of the compressor 1, the compressed air then being sent to the other container (161 ) for a new purification phase.
La vanne en aval de la sortie d'air comprimé 112 est également fermée et la vanne entre le passage 172 et la ligne 18 est ouverte pour décharger l'air comprimé épuré à pression haute dans le récipient. 92 vers le réservoir 19 et recharger ainsi celui-ci. Lorsque la pression de l'air comprimé épuré dans le récipient 9 tombe au-dessous d'une valeur déterminée, typiquement de l'ordre de 5 x 105 Pa, la liaison entre la sortie 172 et la ligne 18 est fermée et la vanne en aval de la sortie 152 est ouverte pour achever le dégonflage du récipient 92. The valve downstream of the compressed air outlet 112 is also closed and the valve between the passage 172 and the line 18 is open to discharge the purified compressed air at high pressure into the container. 92 to the reservoir 19 and thus reload the latter. When the pressure of the purified compressed air in the container 9 falls below a determined value, typically of the order of 5 × 10 5 Pa, the connection between the outlet 172 and the line 18 is closed and the valve in downstream of the outlet 152 is open to complete the deflation of the container 92.
La vanne en amont de l'entrée de gaz résiduaire 122 et la vanne en aval de la sortie 142 sont alors ouvertes et le récipient 92 est traversé à contre-courant par le gaz résiduaire fourni par la ligne 13. Lorsque la phase de régénération de l'adsorbant 162 dans le récipient 92 est terminée, les vannes mentionnées en dernier sont refermées. Lorsque l'autre récipient 91 atteint la fin de sa phase d'adsorption, la vanne entre le passage 172 et la ligne 18 est réouverte pour regonfler le récipient 92 à pression intermédiaire avec l'air comprimé épuré provenant du réservoir 19. Lorsque le récipient est partiellement regonflé, la liaison avec la ligne 18 est alors interrompue. La fin du regonflage du récipient 92 est obtenue en ouvrant la vanne 60 en prélevant une partie de l'air épuré de production dans l'autre récipient 91. La vanne 60 est ensuite refermée et l'air comprimé par le compresseur 1 est alors est de nouveau réadressé à l'entrée 102 du récipient 92 les vannes correspondantes dans la ligne 2 étant réouvertes.The valve upstream of the waste gas inlet 122 and the valve downstream of the outlet 142 are then opened and the container 92 is crossed against the current by the waste gas supplied by the line 13. When the regeneration phase of the adsorbent 162 in the container 92 is finished, the valves mentioned last are closed. When the other container 91 reaches the end of its adsorption phase, the valve between the passage 172 and the line 18 is reopened to re-inflate the container 92 at intermediate pressure with the purified compressed air coming from the tank 19. When the container is partially re-inflated, the connection with line 18 is then interrupted. The end of re-inflation of the container 92 is obtained by opening the valve 60 by taking a portion of the purified production air from the other container 91. The valve 60 is then closed and the air compressed by the compressor 1 is then is re-addressed again at the inlet 102 of the container 92, the corresponding valves in line 2 being reopened.
Parallèlement aux opérations ci-dessus, et indépendamment de ces dernières, l'air comprimé épuré disponible dans le réservoir 19 est fourni, à la demande, aux différents équipements de contrôle ou de commande 211, 212. In parallel with the above operations, and independently of these, the purified compressed air available in the tank 19 is supplied, on request, to the various monitoring or control equipment 211, 212.
Dans les conditions sus-mentionnées de régénération "tiède" des masses d'adsorbants 161, 162, où la durée d'un cycle d'adsorption/ régénération des récipients 91 92 n'excède pas 4 heures, la récupération de l'air comprimé de dégonflage permet d'optimiser encore le fonctionnement du dispositif d'épuration tiède 6. Under the above-mentioned conditions of "lukewarm" regeneration of the masses of adsorbents 161, 162, where the duration of an adsorption / regeneration cycle of the containers 91 92 does not exceed 4 hours, the recovery of the compressed air deflation allows to further optimize the operation of the lukewarm purification device 6.
Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, 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. En particulier, en sus du réservoir d'air épuré 19, on peut prévoir un réservoir d'air non épuré analogue 22 alimentable, via une vanne 23, en air non épuré basse pression disponible au dégonflage aux sorties 141, 142 et pouvant restituer l'air ainsi emmagasiné, éventuellement asséché dans un sécheur 24, via une ligne 25 à d'autres équipements 261, 262... Although the present invention has been described in relation to a particular embodiment, it is not limited thereby, but is on the contrary subject to modifications and variants which will appear to those skilled in the art. In particular, in addition to the purified air tank 19, it is possible to provide a similar unpurified air tank 22 which can be supplied, via a valve 23, with low pressure unpurified air available for deflation at the outlets 141, 142 and capable of restoring the air thus stored, possibly dried in a dryer 24, via a line 25 to other equipment 261, 262 ...
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR9205408A FR2690633A1 (en) | 1992-04-30 | 1992-04-30 | High pressure air distillation installation - allowing the recovery of a substantial part of the air usually lost during regeneration of the adsorbent |
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Publication Number | Publication Date |
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FR2690633A1 true FR2690633A1 (en) | 1993-11-05 |
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ID=9429461
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