FR2828729A1 - Installation de production d'oxygene sous haute pression par distillation d'air - Google Patents

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Abstract

Cette installation comprend N (N >1) unités de distillation d'air (1) en parallèle dont chacune comprend un compresseur principal d'air (3) entraîné par une turbine à vapeur (4); un appareil de distillation d'air (8) produisant de l'oxygène liquide et/ ou de l'azote liquide; au moins une pompe (9) de pompage de l'oxygène liquide et/ ou de l'azote liquide à une haute pression de production; et un compresseur de cycle (10) adapté pour comprimer une partie d'un fluide de cycle.Chaque compresseur de cycle (10) est entraîné par un moteur électrique (11), et une (N+1) ème turbine à vapeur (12) entraîne un alternateur (13) alimentant les moteurs électriques (11) en courant électrique.Application à l'alimentation en oxygène haute pression des unités de production d'hydrocarbures synthétiques (2).

Description

son trongon de fixation (15) cough. La présente invention à une
installation de production d'oxygène sous haute pression par distillation
d' air.
L' invention s'applique à la production de très grandes quantités d'oxygène sous haute pression, notamment pour l'alimentation d'unités de production d'hydrocarbures synDhétiques. Les pressions dont il est question ici sont des
pressions absolues.
Les unités industrielles de production d'hydrocarbures synthétiques, dites " unités GTL " (Gas-To Liquid), ont couramment une capacité de production voisine de 50 000 barils par jour, ce qui correspond à une
consommation d' environ 12 000 tonnes par j our d'oxygène.
Pour produire de telles quantités d'oxygène, il est nécessaire de prévoir plusieurs unités de distillation d' air en parallèle, typiquement trois ou quatre unités. De plus, pour amener l'oxygène à la haute pression nécessaire pour le fonctionnement de l'unité GTL, il est avantageux d'amener par pompage à cette haute pression l'oxygène liquide produit par distillation, et de vaporisèr le liquide par échange de chaleur avec un fluide de cycle comprimé à une haute pression de vaporisation d'oxygène, ce fluide de cycle pouvant être l'air surpressé ou de l'azote. On évite ainsi l'utilisation, touj ours délicate, de compresseurs d'oxygène gazeux. Par suite, chaque unité de distillation d' air comprend généralement deux appareils de compression: d'une part, un compresseur principal d' air, qui amène la totalité de l' air aLmosphérique traité à une moyenne pression de distillation (typiquement 5 à 8 bars pour une distillation dans un appareil comprenant au moins deux colonnes de distillation), d'autre part un compresseur de cycle, notamment un surpresseur d' air qui amène une partie du débit d' air comprimé à une haute pression permettant la
vaporisation de l'oxygène liquide pompé.
Dans la technique habituelle, chaque compresseur principal est entraîné par une turbine à vapeur propre, qui peut être une turbine à contrepression, échappant à une pression supérieure à la pression aLmosphérique, ou une turbine à condensation, échappant à une pression inférieure à la pression aLmosphérique et associce à un condenseur d'eau, refroidi par de l'eau ou par de l'air ambiant, et à une pompe de recyclage de l'eau vers la chaudière de production de vapeur. De même, chaque compresseur de cycle
est entraîné par une turtine à vapeur propre.
Il résulte de cet agencement un coût très élevé des moyens de compression d' air, notamment lorsqu'on utilise des turbines à condensation, qui sont des machines complexes et coûteuses. L' invention a pour but de réduire l'investissement
associé aux installations du type précité.
A cet effet, l' invention a pour objet une installation de production d'oxygène sous haute pression par distillation d' air, caractérisée en ce qu'elle comprend N(N >1) unités de distillation d'air en parallèle dont chacune comprend: un compresseur principal d' air adapté pour comprimer de l' air aLmosphérique à distiller; une turbine à vapeur d'entraînement du compresseur principal; des moyens de pré-refroidissement d' air; des moyens d'épuration d' air en eau et en C02; une ligne d'échange thermique principale adaptée pour refroidir l'air comprimé jusqu'à une température permettant sa distillation; un appareil de distillation d' air produisant de l'oxygène liquide et/ou de l'azote liquide; au moins une pompe de pompage de l'oxygène liquide et/ou de l'azote à au moins une haute pression de production; et un compresseur de cycle adapté pour comprimer un fluide de cycle jusqu'à une haute pression permettant la vaporisation de l'oxygène liquide et/ou de l'azote liquide pompé,caractérisée en ce que chaque compresseur de cycle est entraîné par un moteur électrique, et en ce que l' installation comprend une (N+l)ème turbine à vapeur qui entraîne un alternateur, ce dernier alimentant
les moteurs électriques en courant électrique.
L' installation suivant l' invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: - l'installation comprend N moteurs électriques, entraînant chacun l'un des compresseurs de cycle i - la (N+l) ème turbine à vapeur est analogue à chacune des N autres turtines à vapeur i - le compresseur de cycle est un surpresseur d' air adapté pour surpresser une partie de l' air comprimé par le compresseur principal d' air i - chaque appareil de distillation d' air produit également de l'azote gazeux, et chaque unité de distillation d' air comprend en outre un compresseur d'azote gazeux adapté pour comprimer l'azote gazeux à une haute pression de production; - l'alimentation des moteurs en courant électrique est complétée par un appoint provenant du réseau i l'alternateur produit un excédent d'énergie électrique, qui est exporté vers le réseau i et - l' installation comprend au moins une unité de production d'hydrocarbures synthétiques alimentée par l'oxygène, et éventuellement par l'azote, sous leur haute
pression de production.
Un exemple de réalisation de l' invention va maintenant être décrit en regard du dessin annexé, dont la Figure unique représente très schématiquement une
installation conforme à l' invention.
L' installation représentée aux dessins comprend quatre unités de distillation d' air en parallèle, 1A à 1D, qui alimentent en oxygène haute pression une ou plusieurs unité(s) GTE 2. La haute pression de production des unités 1A à 1D est typiquement comprise entre 30 et 65 bars, et chacune de ces unités produit typiquement 3000 tonnes par j our d'oxygène environ. Chaque unité 1 (c' est-à-dire 1A à 1D) comprend: - un compresseur d' air principal 3 entraîné par une turbine de vapeur à condensation 4 qui lui est dédiée; - un pré-refroidisseur d' air 5 à air ou à eau; - un appareil 6 d'épuration d' air en eau et en CO: par adsorption; - une ligne d'échange thermique principale 7; - un appareil de distillation d' air 8 comprenant au moins une colonne de distillation d' air; - au moins une pompe d'oxygène liquide 9; et - un surpresseur d' air 10 entraîné par un moteur
électrique 11 qui lui est dédié.
L' installation comprend en outre une cinquième turUine à vapeur à condensation 12, qui peut être avantageusement analogue aux turbines 4A à 4D, c'est-à-dire de même type et sensiblement de même puissance, et qui entraîne un alternateur unique 13. Ce dernier alimente en
courant électrique les quatre moteurs 11.
En fonctionnement, pour chaque unité 1A à lD, l' air aLmosphérique, comprimé en totalité à la moyenne pression de distillation en 3, est prérefroidi au voisinage de la température ambiante en 5 et épuré en 6. Environ 35% du débit d' air est surpressé en 10. Les deux flux d' air sont refroidis dans la ligne d'échange 7, puis envoyés à la
moyenne pression à l'appareil de distillation 8.
Les produits issus de l'appareil 8 sont réchauffés à contre-courant des flux d' air dans la ligne d'échange 7. En particulier, l'oxygène liquide produit par la colonne basse pression (LOX) est pompé à la haute pression de production en 9, et vaporisé par condensation de l' air surpressé, puis réchauffé au voisinage de la température ambiante, pour fournir le flux d'oxygène gazeux haute pression désiré
(HPGOX).
Chaque compresseur 3 consomme une puissance de l'ordre de 50 à 60 MW, tandis que chaque surpresseur 10 consomme une puissance de l'ordre de 15 MW. Ainsi, la turbine à vapeur 12 peut être analogue à chacune des turUines 4A à 4D, fournissant également une puissance de l'ordre de 60 M. Un gain important peut ainsi être obtenu sur le stock de pièces de rechange pour l'ensemble de
l' installation.
Comme indiqué en traits mixtes, chaque unité de distillation peut éventuellement fournir en outre de l'azote gazeux sous haute pression (HPGN) à l'unité 2. Cet azote peut être comprimé sous forme gazeuse par un compresseur d'azote 14, comme représenté. En variante, l'azote peut être pompé à la haute pression sous forme liquide et vaporisé dans la ligne d'échange 7 par condensation d'un débit
supplémentaire d' air surpressé.
Comme on le comprend, dans certains cas, l'alternateur 13 peut produire une puissance électrique insuffisante pour entraîner les moteurs 11, auquel cas un
appoint de puissance électrique est fourni par le réscau 15.
L'alternateur peut au contraire produire une puissance électrique excédentaire; celle-ci est alors exportée vers
le réscau 15.
Par ailleurs, l' invention s'applique également à des procédés dans lesquels chaque compresseur 4 comprime l'air à
une pression différente de la pression de distillation.

Claims (8)

REVENDICATIONS
1. Installation de production d'oxygène sous haute pression par distillation d' air, caractérisée en ce qu'elle comprend N(N >1) unités de distillation d' air (1) en parallèle dont chacune comprend: un compresseur principal d' air (3) adapté pour comprimer de l' air aLmosphérique à distiller; une turbine à vapeur (4) d'entraînement du
compresseur principal; des moyens (5) de pré-
refroidissement d' air; des moyens (6) d'épuration d' air en eau et en C02; une ligne d'échange thermique principale (7) adaptée pour refroidir l'air comprimé jusqu'à une température permettant sa distillation; un appareil de distillation d' air (8) produisant de l'oxygène liquide et/ou de l'azote liquide; au moins une pompe (9) de pompage de l'oxygène liquide et/ou de l'azote à au moins une haute pression de production; et un compresseur de cycle (10) adapté pour comprimer un fluide de cycle jusqu'à une haute pression permettant la vaporisation de l'oxygène liquide et/ou de l'azote liquide pompé, caractérisée en ce que chaque compresseur de cycle (10) est entraîné par un moteur électrique (11), et en ce que l' installation comprend une (N+l)ème turUine à vapeur (12) qui entraîne un alternateur (13), ce dernier alimentant les moteurs électriques (11) en
courant électrique.
2. Installation suivant la revendication 1, caractérisce en ce qu'elle comprend N moteurs électriques
(11), entraînant chacun l'un des compresseurs de cycle (10).
3. Installation suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la (N+l)ème turbine à vapeur (12) est
analogue à chacune des N autres turbines à vapeur (4).
4. Installation suivant l'une quelconque des
revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le compresseur
de cycle (10) est un surpresseur d' air adapté pour surpresser une partie de l' air comprimé par le compresseur
principal d' air (3).
5. Installation suivant l'une queleanque des
revendications 1 à 4, caractérisée en ce que chaque appareil
de distillation d' air (8) produit également de l'azote gazeux, et en ce que chaque unité de distillation d' air (1) comprend en outre un compresseur d'azote gazeux (14) adapté pour comprimer l'azote gazeux à une haute pression de production.
6. Installation suivant l'une quelcouque des
revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'alimentation
des moteurs (11) en courant électrique est complétée par un
appoint provenant du réscau.
7. Installation suivant l'une quelconque des
revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l'alternateur
(13) produit un excédent d'énergie électrique, qui est
exporté vers le réseau.
8. Installation suivant l'une quelconque des
revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle comprend au
moins une unité de production d'hydrocarbures synthétiques (2) alimentée par l' oxygène, et éventuellement par l' azote,
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