FR2862128A1 - PROCESS AND INSTALLATION FOR SUPPLYING HIGH-PURITY OXYGEN BY CRYOGENIC AIR DISTILLATION - Google Patents

PROCESS AND INSTALLATION FOR SUPPLYING HIGH-PURITY OXYGEN BY CRYOGENIC AIR DISTILLATION Download PDF

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Abstract

Dans un procédé de fourniture d'oxygène à haute pureté par distillation cryogénique d'air à partir d'une installation comprenant un premier (1) et un deuxième (2) appareils de séparation d'air, le premier appareil de séparation d'air comprenant une colonne moyenne pression, une colonne basse pression thermiquement reliée avec la colonne moyenne pression et une colonne de mélange dans lequel on envoie de l'air à distiller à la colonne moyenne pression, on envoie des liquides enrichi en oxygène et en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression, selon une première marche de l'appareil, on envoie en tête de la colonne de mélange un débit de liquide enrichi en oxygène provenant de la colonne basse pression, on soutire en tête de la colonne de mélange, un débit d'oxygène basse pureté et on en envoie au moins une partie à une première unité consommatrice (5) et le deuxième appareil fournit de l'oxygène haute pureté à une deuxième unité consommatrice (9) alors que selon une deuxième marche, dans le premier appareil, on réduit le débit d'oxygène basse pureté soutiré en tête de colonne de mélange, on soutire en cuve de la colonne basse pression du premier appareil un débit d'oxygène haute pureté et on l'envoie à au moins la deuxième unité consommatrice et le deuxième appareil ne fournit pas d'oxygène haute pureté à la deuxième unité consommatrice.In a method of supplying high purity oxygen by cryogenic distillation of air from an installation comprising a first (1) and a second (2) air separation apparatus, the first air separation apparatus comprising a medium pressure column, a low pressure column thermally connected with the medium pressure column and a mixing column in which air to be distilled is sent to the medium pressure column, liquids enriched with oxygen and nitrogen are sent from the medium pressure column to the low pressure column, according to a first step of the apparatus, a flow of oxygen-enriched liquid is sent to the head of the mixing column from the low pressure column, is withdrawn at the head of the mixing column , a flow of low purity oxygen and one sends at least a part of it to a first consuming unit (5) and the second apparatus supplies high purity oxygen to a second consuming unit (9) while according to a he second step, in the first device, the flow of low purity oxygen withdrawn at the top of the mixing column is reduced, a flow of high purity oxygen is withdrawn from the bottom of the low pressure column of the first device and it is sent to at least the second consumer unit and the second device does not supply high purity oxygen to the second consumer unit.

Description

La présente invention est relative à la technique de distillation deThe present invention relates to the distillation technique of

l'air, et en particulier à un procédé et installation de fourniture d'oxygène à haute pureté par distillation cryogénique d'air.  air, and in particular to a method and facility for supplying oxygen at high purity by cryogenic distillation of air.

Certaines applications industrielles nécessitent des quantités importantes d'oxygène impur sous diverses pressions: gazéification du charbon, gazéification de résidus pétroliers, réduction-fusion directe du minerai de fer, injection de charbon dans les hauts fourneaux, métallurgie des métaux non-ferreux, etc. Par ailleurs, certains contextes industriels nécessitent la fourniture simultanée, en grandes quantités, d'oxygène pratiquement pur et d'oxygène impur sous des pressions différentes.  Some industrial applications require large quantities of impure oxygen under various pressures: coal gasification, gasification of petroleum residues, direct reduction-iron ore smelting, coal injection in blast furnaces, metallurgy of non-ferrous metals, etc. In addition, certain industrial contexts require the simultaneous supply, in large quantities, of substantially pure oxygen and impure oxygen under different pressures.

Une unité de production sidérurgique comprend classiquement plusieurs appareils ayant des besoins différents en oxygène, tel que décrit dans The Making, Shaping and Treating of Steel , AISE, 1985. Le haut fourneau consomme de l'air enrichi en oxygène, produit en général en mélangeant de l'air comprimé avec de l'oxygène basse pureté. L'oxygène basse pureté a une pureté d'entre 80 et 97 %. Par contre les convertisseurs et les fours à arc consomment de l'oxygène avec une haute pureté d'entre 99 et 99,8 %. Pour fournir ces deux puretés d'oxygène, il est souvent prévu deux appareils de production d'oxygène par distillation d'air, celui qui produit l'oxygène basse pureté étant un appareil à colonne de mélange du type décrit dans US-A-4022030 et EP-A-0531182 et celui qui produit l'oxygène haute pureté étant un appareil à double colonne classique.  A steelmaking unit typically comprises several appliances with different oxygen requirements, as described in The Making, Shaping and Treating of Steel, AISE, 1985. The blast furnace consumes oxygen-enriched air, usually produced by mixing compressed air with low purity oxygen. The low purity oxygen has a purity of between 80 and 97%. Conversely, converters and arc furnaces consume oxygen with a high purity of between 99 and 99.8%. In order to provide these two purities of oxygen, two apparatuses for producing oxygen by air distillation are often provided, the one producing the low purity oxygen being a mixing column apparatus of the type described in US-A-4022030. and EP-A-0531182 and the one producing the high purity oxygen being a conventional double column apparatus.

Toutes les puretés mentionnées sont des pourcentages molaires.  All the purities mentioned are molar percentages.

Quand l'appareil fournissant l'oxygène haute pureté ne fonctionne pas, il est nécessaire de prévoir une autre source d'oxygène haute pureté qui peut être un autre appareil ou au moins un stockage très important, comme l'on voit dans Zur Planung grosser Sauerstoffanlagen in Stahlwerken de H. Springmann, Linde Berichte aus Technik und Wissenschaft, 40/1976.  When the apparatus supplying the high purity oxygen does not work, it is necessary to provide another source of high purity oxygen which may be another apparatus or at least a very important storage, as seen in Zur Planung grosser Sauerstoffanlagen in Stahlwerken by H. Springmann, Linde Berichte aus Technik und Wissenschaft, 40/1976.

L'invention a pour but de prévoir une installation comprenant deux appareils de séparation d'air, dont un premier, à colonne de mélange, qui produit de l'oxygène basse pureté et un deuxième qui produit de l'oxygène haute pureté, l'installation pouvant produire de l'oxygène haute pureté même quand le deuxième appareil ne fonctionne pas, de sorte que le stockage d'oxygène haute pression puisse être supprimé ou réduit en taille.  The purpose of the invention is to provide an installation comprising two air separation apparatuses, of which a first, mixing column, which produces low purity oxygen and a second which produces high purity oxygen, the an installation capable of producing high purity oxygen even when the second apparatus is not operating, so that high pressure oxygen storage can be suppressed or reduced in size.

Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de fourniture d'oxygène à haute pureté par distillation cryogénique d'air à partir d'une installation comprenant un premier et un deuxième appareils de séparation d'air, le premier appareil de séparation d'air comprenant une colonne moyenne pression, une colonne basse pression thermiquement reliée avec la colonne moyenne pression et une colonne de mélange dans lequel i) on envoie de l'air à distiller à la colonne moyenne pression ii) on envoie des liquides enrichis en oxygène et en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression iii) selon une première marche de l'appareil, on envoie en tête de la colonne de mélange un débit de liquide enrichi en oxygène provenant de la colonne basse pression iv) selon la première marche, on soutire en tête de la colonne de mélange, un débit d'oxygène basse pureté et on en envoie au moins une partie à une première unité consommatrice v) selon la première marche, on envoie de l'air à la colonne de mélange vi) selon la première marche, le deuxième appareil fournit de l'oxygène haute pureté à une deuxième unité consommatrice caractérisé en ce que vii) selon une deuxième marche, dans le premier appareil, on réduit, éventuellement à zéro, le débit de liquide enrichi en oxygène envoyé en tête de la colonne de mélange, on réduit, éventuellement à zéro, le débit d'air envoyé à la colonne de mélange et on réduit, éventuellement à zéro, le débit d'oxygène basse pureté soutiré en tête de colonne de mélange et viii) selon la deuxième marche, on soutire en cuve de la colonne basse pression du premier appareil un débit enrichi d'oxygène haute pureté et on l'envoie à au moins la deuxième unité consommatrice.  According to one object of the invention, there is provided a method of supplying oxygen at high purity by cryogenic distillation of air from an installation comprising a first and a second air separation apparatus, the first apparatus of air separation comprising a medium pressure column, a low pressure column thermally connected with the medium pressure column and a mixing column in which i) air is sent to be distilled to the medium pressure column ii) enriched liquids are sent oxygen and nitrogen from the medium pressure column to the low pressure column iii) according to a first step of the apparatus, a flow of oxygen-enriched liquid from the low pressure column is sent to the top of the mixing column iv) according to the first step, a low purity oxygen flow is withdrawn at the top of the mixing column and at least a portion is sent to a first consuming unit v) according to the first the first step, the second apparatus supplies high purity oxygen to a second consuming unit characterized in that vii) according to a second step, in the first step; apparatus, the flow rate of the oxygen-enriched liquid sent to the top of the mixing column is reduced, possibly to zero, the air flow rate sent to the mixing column is reduced to zero, possibly reduced to zero. the flow rate of low purity oxygen withdrawn at the top of the mixing column and viii) according to the second step, a flow enriched with high purity oxygen is withdrawn from the low pressure column of the first apparatus and sent to least the second consuming unit.

De préférence, selon la deuxième marche, le deuxième appareil ne fournit pas d'oxygène haute pureté à la deuxième unité consommatrice ou fournit une partie de l'oxygène haute pureté requise par la deuxième unité consommatrice.  Preferably, according to the second step, the second device does not supply high purity oxygen to the second consumer unit or provides a portion of the high purity oxygen required by the second consumer unit.

Selon d'autres aspects facultatifs: - la première unité consommatrice est un haut fourneau et la deuxième unité consommatrice est un convertisseur ou un four à arc; - pendant la première marche, le haut fourneau est alimenté en air enrichi en oxygène et pendant la deuxième marche, le haut fourneau est alimenté soit par de l'air soit par de l'air moins enrichi en oxygène que celui dont il est alimenté pendant la première marche; - la colonne de mélange ne fonctionne pas pendant la deuxième marche; - la deuxième unité consommatrice est alimentée en oxygène (uniquement) à partir du deuxième appareil de séparation d'air pendant la première marche et est alimentée en oxygène uniquement à partir du premier appareil pendant la deuxième marche.  According to other optional aspects: the first consuming unit is a blast furnace and the second consuming unit is a converter or an arc furnace; - during the first step, the blast furnace is supplied with oxygen-enriched air and during the second step, the blast furnace is supplied with either air or less oxygen enriched air than the one from which it is fed during the first step; - the mixing column does not work during the second step; the second consuming unit is supplied with oxygen (only) from the second air separation unit during the first step and is supplied with oxygen only from the first apparatus during the second step.

Selon un autre objet de l'invention, il est prévu une installation de fourniture d'oxygène par distillation cryogénique de l'air comprenant un premier et un deuxième appareil de séparation d'air, le premier appareil de séparation d'air comprenant une colonne moyenne pression, une colonne basse pression thermiquement reliée avec la colonne moyenne pression et une colonne de mélange comprenant: a) des moyens pour envoyer de l'air à distiller à la colonne moyenne pression b) des moyens pour envoyer des liquides enrichi en oxygène et en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression c) des moyens pour envoyer en tête de la colonne de mélange un débit de liquide enrichi en oxygène provenant de la colonne basse pression d) des moyens pour envoyer de l'air en cuve de la colonne de mélange e) des moyens pour soutirer en tête de la colonne de mélange, un débit d'oxygène basse pureté et des moyens pour en envoyer au moins une partie à une première unité consommatrice f) des moyens pour envoyer de l'oxygène haute pureté du deuxième appareil de séparation d'air à la deuxième unité consommatrice caractérisée en ce qu'elle comprend g) des moyens pour réduire, éventuellement à zéro, le débit de liquide enrichi en oxygène envoyé en tête de la colonne de mélange h) des moyens pour réduire, éventuellement à zéro, l'air envoyé en cuve de la colonne de mélange i) des moyens pour soutirer en cuve de la colonne basse pression du premier appareil un débit d'oxygène haute pureté et des moyens pour envoyer ce débit à la deuxième unité consommatrice.  According to another object of the invention, there is provided an oxygen supply installation by cryogenic distillation of air comprising a first and a second air separation apparatus, the first air separation apparatus comprising a column medium pressure, a low pressure column thermally connected with the medium pressure column and a mixing column comprising: a) means for sending air to be distilled to the medium pressure column b) means for sending oxygen-enriched liquids and in nitrogen from the medium pressure column to the low pressure column c) means for sending, at the top of the mixing column, a flow of oxygen-enriched liquid coming from the low pressure column; d) means for sending air into the tank the mixing column e) means for withdrawing at the top of the mixing column, a low purity oxygen flow rate and means for sending at least a portion to a first unit f) means for sending high purity oxygen from the second air separation unit to the second consumer unit characterized in that it comprises g) means for reducing, possibly to zero, the flow of liquid enriched with oxygen sent to the top of the mixing column; h) means for reducing, possibly to zero, the air sent to the bottom of the mixing column; i) means for withdrawing from the bottom of the low pressure column of the first apparatus a flow rate of high purity oxygen and means for sending this flow to the second consuming unit.

Selon d'autres aspects facultatifs de l'invention: - la première unité consommatrice est un haut fourneau et la deuxième unité consommatrice est un convertisseur ou un four à arc; - l'installation comprend des moyens pour alimenter le haut fourneau en oxygène basse pureté à partir du premier appareil et des moyens pour arrêter l'envoi d'oxygène basse pureté du premier appareil au haut fourneau; - l'installation comprend des moyens pour alimenter le haut fourneau en oxygène uniquement à partir du deuxième appareil de séparation d'air et des moyens pour alimenter le haut fourneau en oxygène uniquement à partir du premier appareil; - l'installation comprend au moins un compresseur d'oxygène haute pureté en amont de la deuxième unité consommatrice et en aval du premier appareil de séparation d'air.  According to other optional aspects of the invention: the first consuming unit is a blast furnace and the second consuming unit is a converter or an arc furnace; the installation comprises means for supplying the blast furnace with low purity oxygen from the first apparatus and means for stopping the sending of low purity oxygen from the first apparatus to the blast furnace; the installation comprises means for supplying the blast furnace with oxygen only from the second air separation apparatus and means for supplying the blast furnace with oxygen only from the first apparatus; the installation comprises at least one high purity oxygen compressor upstream of the second consuming unit and downstream of the first air separation unit.

Des exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels la figure 1 représente schématiquement une installation conforme à l'invention et la figure 2 représente le premier appareil de séparation d'air en plus de détail.  Examples of implementation of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 shows schematically an installation according to the invention and Figure 2 shows the first air separation apparatus in addition to detail.

L'installation de séparation d'air de la Figure 1 comprend un premier appareil de séparation d'air par distillation cryogénique 1 et un deuxième appareil de séparation d'air par distillation cryogénique 2. Selon une première marche de l'installation, le premier appareil de séparation d'air produit un débit d'oxygène basse pureté contenant entre 80 et 97% d'oxygène. Cet oxygène 3 est envoyé en aval de la soufflante d'air 4 d'une première unité consommatrice, en l'occurrence un haut fourneau 5 et est mélangé avec l'air comprimé 7 pour être envoyé au haut fourneau.  The air separation plant of FIG. 1 comprises a first cryogenic distillation air separation apparatus 1 and a second cryogenic distillation air separation apparatus 2. According to a first step of the installation, the first Air separation apparatus produces a low purity oxygen flow rate containing between 80 and 97% oxygen. This oxygen 3 is sent downstream of the air blower 4 of a first consuming unit, in this case a blast furnace 5 and is mixed with the compressed air 7 to be sent to the blast furnace.

Le premier appareil de séparation d'air 1 peut être alimenté en air à partir de la soufflante (4) (lignes pointillées) et/ou à partir d'un autre compresseur non-illustré.  The first air separation apparatus 1 may be supplied with air from the blower (4) (dashed lines) and / or from another non-illustrated compressor.

Le deuxième appareil 2 produit de l'oxygène à haute pureté contenant entre 99 et 99,9 % d'oxygène. Cet oxygène 8 est envoyé à une deuxième unité consommatrice 9. Le deuxième appareil peut être n'importe lequel appareil cryogénique produisant de I' oxygène gazeux haute pression, par exemple une double ou triple colonne dans lequel l'oxygène est pressurisé soit par compression de l'oxygène gazeux soit par pompage de l'oxygène liquide suivi de vaporisation. Des exemples de procédés de production de ce genre se trouvent dans EP-A-0504029.  The second apparatus 2 produces high purity oxygen containing between 99 and 99.9% oxygen. This oxygen 8 is sent to a second consuming unit 9. The second apparatus can be any cryogenic apparatus producing high pressure oxygen gas, for example a double or triple column in which the oxygen is pressurized or by compression of the gaseous oxygen is by pumping the liquid oxygen followed by vaporization. Examples of production processes of this kind are found in EP-A-0504029.

Selon la deuxième marche, le deuxième appareil 2 ne fonctionne pas. Le premier appareil produit de l'oxygène haute pureté 11 et l'envoie à la deuxième unité 9 suite à une compression dans le compresseur 13. Le premier appareil soit ne produit pas d'oxygène basse pression de sorte que le haut fourneau est alimenté uniquement par de l'air soit produit moins d'oxygène basse pression et le mélange avec l'air 7.  According to the second step, the second device 2 does not work. The first apparatus produces high purity oxygen 11 and sends it to the second unit 9 following compression in the compressor 13. The first apparatus does not produce low pressure oxygen so that the blast furnace is fed only by air is produced less oxygen low pressure and mixing with air 7.

L'appareil de distillation d'air représentée à la figure 2 est destiné à produire selon une première marche de l'oxygène basse pureté, par exemple ayant une pureté de 80 à 97 % et de préférence de 85 à 95 % sous une pression déterminée P nettement différente de 6 x 105 Pa abs., par exemple sous 2 à 5 x 105 Pa ou avantageusement sous une pression supérieure à 6 x 105 Pa abs d'au moins 2 x 105 Pa et pouvant aller jusqu'à 30 x 105 Pa environ, de préférence entre 8 x 105 Pa et 15 x 105 Pa. L'appareil comprend essentiellement une ligne d'échange thermique 1A, une double colonne de distillation 2A comprenant elle-même une colonne moyenne pression 3A, une colonne basse pression 4A et un condenseur-vaporiseur principal 5A, et une colonne de mélange 6A. Les colonnes 3A et 4A fonctionnent typiquement sous environ 6 x 105 Pa et environ 1 x 105 Pa respectivement.  The air distillation apparatus shown in FIG. 2 is intended to produce, in a first step, low purity oxygen, for example having a purity of 80 to 97% and preferably of 85 to 95% under a given pressure. P significantly different from 6 x 105 Pa absolute, for example under 2 to 5 x 105 Pa or advantageously under a pressure greater than 6 x 105 Pa abs of at least 2 x 105 Pa and up to 30 x 105 Pa approximately, preferably between 8 x 105 Pa and 15 x 105 Pa. The apparatus essentially comprises a heat exchange line 1A, a double distillation column 2A itself comprising a medium pressure column 3A, a low pressure column 4A and a main condenser-vaporizer 5A, and a mixing column 6A. Columns 3A and 4A typically operate at about 6 x 105 Pa and about 1 x 105 Pa respectively.

Comme expliqué en détail dans le document US-A-4022030, une colonne de mélange est une colonne qui a la même structure qu'une colonne de distillation mais qui est utilisée pour mélanger de façon proche de la réversibilité un gaz relativement volatil, introduit à sa base, et un liquide moins volatil, introduit à son sommet.  As explained in detail in US-A-4022030, a mixing column is a column which has the same structure as a distillation column but which is used to mix relatively reversibly a relatively volatile gas introduced at its base, and a less volatile liquid, introduced at its summit.

Un tel mélange produit de l'énergie frigorifique et permet donc de réduire la consommation d'énergie liée à la distillation. Dans le cas présent, ce mélange est mis à profit, en outre, pour produire directement de l'oxygène impur sous la pression P, comme cela sera décrit ci-dessous.  Such a mixture produces cooling energy and thus reduces the energy consumption associated with the distillation. In the present case, this mixture is further exploited to directly produce impure oxygen under pressure P, as will be described below.

L'air à séparer par distillation, comprimé à 6 x 105 Pa et convenablement épuré, est acheminé vers la base de la colonne moyenne pression 3A par une conduite 7A. La majeure partie de cet air est refroidie dans la ligne d'échange 1A et introduite à la base de la colonne moyenne pression 3A, et le reste, surpressé en 8A puis refroidi, est détendu à la basse pression dans une turbine 9A couplée au surpresseur 8A, puis insufflé en un point intermédiaire de la colonne basse pression 4. Du liquide riche (air enrichi en oxygène), prélevé en cuve de la colonne 3A est, après détente dans une vanne de détente 10A, introduit dans la colonne 4A, à peu près au point d'insufflation de l'air. Du liquide pauvre (azote impur) prélevé en un point intermédiaire 11A de la colonne 3A est, après détente dans une vanne de détente 12A, introduit au sommet de la colonne 4A, constituant le gaz résiduaire de l'installation, et l'azote gazeux pur sous la moyenne pression produit en tête de la colonne 3A, sont réchauffés dans la ligne d'échange 1A et évacués de l'installation. Ces gaz sont indiqués respectivement par NI et NG sur la figure 1.  The air to be distilled off, compressed to 6 × 10 5 Pa and suitably purified, is conveyed to the base of the medium pressure column 3A via line 7A. Most of this air is cooled in the exchange line 1A and introduced at the base of the medium pressure column 3A, and the rest, supercharged at 8A and then cooled, is expanded at low pressure in a turbine 9A coupled to the booster 8A, then blown at an intermediate point of the low pressure column 4. Rich liquid (oxygen-enriched air) taken from the bottom of column 3A is, after expansion in an expansion valve 10A, introduced into column 4A, roughly at the point of insufflation of the air. Poor liquid (impure nitrogen) collected at an intermediate point 11A of column 3A is, after expansion in an expansion valve 12A, introduced at the top of column 4A, constituting the waste gas of the installation, and the nitrogen gas pure under the medium pressure produced at the top of the column 3A, are reheated in the exchange line 1A and removed from the installation. These gases are indicated respectively by NI and NG in FIG.

De l'oxygène liquide, plus ou moins pur suivant le réglage de la double colonne 2A, est soutiré en cuve de la colonne 4A, porté par une pompe 13A à une pression P1, légèrement supérieure à la pression P précitée pour tenir compte des pertes de charge (P1-P inférieur à 1 x 105 Pa), et introduit au sommet de la colonne 6. P1 est donc avantageusement comprise entre 8 x 105 Pa et 30 x 105 Pa, de préférence entre 8 x 105 Pa et 16 x 105 Pa. De l'air auxiliaire, comprimé à la même pression P1 par un compresseur auxiliaire 14A, pouvant être la soufflante 4, et refroidi dans la ligne d'échange 1A, est introduit à la base de la colonne de mélange 6A. De cette dernière sont soutirés trois courants de fluide: à sa base, du liquide voisin du liquide riche et réuni à ce dernier via une conduite 15A munie d'une vanne de détente 15A' ; en un point intermédiaire, un mélange essentiellement constitué d'oxygène et d'azote, qui est renvoyé en un point intermédiaire de la colonne basse pression 4A via une conduite 16A munie d'une vanne de détente 17A; et à son sommet de l'oxygène impur qui, après réchauffement dans la ligne d'échange thermique, est évacué, sensiblement à la pression P, de l'installation via une conduite 18A en tant que gaz de production 01.  Liquid oxygen, more or less pure according to the setting of the double column 2A, is withdrawn in the vat of the column 4A, carried by a pump 13A at a pressure P1, slightly greater than the pressure P above to take account of the losses. charge (P1-P less than 1 x 105 Pa), and introduced at the top of column 6. P1 is therefore advantageously between 8 x 105 Pa and 30 x 105 Pa, preferably between 8 x 105 Pa and 16 x 105 Pa. Auxiliary air, compressed at the same pressure P1 by an auxiliary compressor 14A, which can be the blower 4, and cooled in the exchange line 1A, is introduced at the base of the mixing column 6A. From the latter are withdrawn three fluid streams: at its base, the liquid neighbor fluid rich and joined to the latter via a conduit 15A provided with a valve 15A '; at an intermediate point, a mixture consisting essentially of oxygen and nitrogen, which is returned to an intermediate point of the low pressure column 4A via a line 16A provided with an expansion valve 17A; and at its top impure oxygen which, after heating in the heat exchange line, is discharged, substantially at the pressure P, of the installation via a pipe 18A as a production gas 01.

On a également représenté sur la figure 2 des échangeurs de chaleur auxiliaires 19A, 20A, 21A assurant la récupération du froid disponible dans les fluides en circulation dans l'installation.  FIG. 2 also shows auxiliary heat exchangers 19A, 20A, 21A for recovering the cold available in the fluids circulating in the installation.

Comme on le comprend, grâce à la présence d'un circuit séparé pour l'air auxiliaire alimentant la colonne 6A, on peut choisir à volonté la pression P de l'oxygène impur produit. De plus, comme indiqué plus haut, le réglage de la double colonne permet d'obtenir divers degrés de pureté pour ce gaz.  As can be understood, thanks to the presence of a separate circuit for the auxiliary air supplying the column 6A, the pressure P of the impure oxygen produced can be chosen as desired. Moreover, as indicated above, the adjustment of the double column makes it possible to obtain various degrees of purity for this gas.

Selon la deuxième marche de l'appareil 1, la pompe 13A est arrêtée de sorte que l'oxygène liquide n'est plus soutiré en cuve de la colonne 4A et introduit au sommet de la colonne 6. L'air auxiliaire n'est plus introduit à la base de la colonne de mélange 6A. Les trois courants de fluide ne sont plus soutirés de cette dernière.  According to the second step of the apparatus 1, the pump 13A is stopped so that the liquid oxygen is no longer withdrawn in the vat of the column 4A and introduced at the top of the column 6. The auxiliary air is no longer introduced at the base of the mixing column 6A. The three fluid streams are no longer withdrawn from the latter.

Alternativement, selon la deuxième marche, une quantité réduite de l'oxygène liquide, par rapport à celui envoyés pendant la première marche est soutirée en cuve de la colonne 4A, portée par la pompe 13A à la pression P1 et introduite au sommet de la colonne 6A. Une quantité réduite de l'air auxiliaire est introduite à la base de la colonne de mélange 6A et les trois courants de fluide soutirés de la colonne de mélange sont également réduits.  Alternatively, according to the second step, a reduced amount of the liquid oxygen, relative to that sent during the first step is withdrawn in the bottom of the column 4A, carried by the pump 13A at the pressure P1 and introduced at the top of the column 6A. A reduced amount of the auxiliary air is introduced at the base of the mixing column 6A and the three fluid streams withdrawn from the mixing column are also reduced.

Que la colonne de mélange reste en marche ou pas, un débit gazeux 11 d'oxygène haute pureté contenant entre 99 et 99,8% d'oxygène est soutiré en cuve de la colonne basse pression selon la deuxième marche, ce débit n'étant pas soutiré pendant la première marche ou étant soutiré en très petites quantités comme purge du condenseur 5A. Ce débit 11 est comprimé dans le compresseur 13 et envoyé à la deuxième unité consommatrice 9 qui peut être un convertisseur de fonte à l'oxygène ou un four à arc. Une partie de l'oxygène haute pureté peut également être envoyée à l'oxycoupage. Si le débit 8 est amené à sa pression finale par un autre compresseur, cet autre compresseur peut servir à la compression du débit 11 quand le débit 8 n'est pas fourni et le compresseur 13 ne sera pas requis. De même si le compresseur du débit 8 ne fonctionne pas, à cause par exemple d'une panne, pendant la première marche, le débit 8 peut être comprimé dans le compresseur 13.  Whether the mixing column remains running or not, a gaseous flow 11 of high purity oxygen containing between 99 and 99.8% oxygen is withdrawn in the bottom of the low pressure column according to the second step, this flow not being not withdrawn during the first step or being withdrawn in very small quantities as purge of the condenser 5A. This flow 11 is compressed in the compressor 13 and sent to the second consumer unit 9 which may be an oxygen cast iron converter or an arc furnace. Part of the high purity oxygen can also be sent to the oxygen cutting. If the flow 8 is brought to its final pressure by another compressor, this other compressor can be used to compress the flow 11 when the flow 8 is not supplied and the compressor 13 will not be required. Similarly, if the compressor of flow 8 does not work, for example because of a failure, during the first step, the flow 8 can be compressed in the compressor 13.

Il est possible d'étendre le concept de cette invention à d'autres types d'appareil. Par exemple, il est possible de produire de l'oxygène impur avec un premier appareil et de l'oxygène pur avec un deuxième appareil et de modifier soit le fonctionnement du premier appareil soit le premier appareil lui-même afin de permettre la production d'oxygène pur avec le premier appareil. Ce genre de modification s'appliquerait par exemple à un appareil à double colonne avec une colonne auxiliaire alimentée en tête par de l'oxygène impur provenant de la cuve de la colonne basse pression, la colonne auxiliaire ayant un rebouilleur de cuve. La colonne auxiliaire pourrait être alimentée pour permettre de soutirer l'oxygène pur en cuve de colonne auxiliaire seulement pendant une marche particulière de l'appareil.  It is possible to extend the concept of this invention to other types of apparatus. For example, it is possible to produce impure oxygen with a first apparatus and pure oxygen with a second apparatus and to modify either the operation of the first apparatus or the first apparatus itself to enable the production of pure oxygen with the first device. This kind of modification would apply for example to a double column apparatus with an auxiliary column fed at the top by impure oxygen from the tank of the low pressure column, the auxiliary column having a bottom reboiler. The auxiliary column could be fed to allow pure oxygen to be withdrawn in the auxiliary column tank only during a particular operation of the apparatus.

Il est évidemment possible d'exploiter l'invention avec un appareil à colonne de mélange différent de celui de la Figure 2.  It is obviously possible to exploit the invention with a mixing column apparatus different from that of FIG. 2.

En fournissant les débits 8 et 11 en même temps il est possible d'avoir une production maximale d'oxygène haute pureté, de préférence en arrêtant le fonctionnement de la colonne de mélange.  By providing flow rates 8 and 11 at the same time it is possible to have maximum production of high purity oxygen, preferably by stopping the operation of the mixing column.

Claims (10)

REVENDICATIONS,CLAIMS, 1. Procédé de fourniture d'oxygène à haute pureté par distillation cryogénique d'air à partir d'une installation comprenant un premier (1) et un deuxième (2) appareils de séparation d'air, le premier appareil de séparation d'air comprenant une colonne moyenne pression (2A), une colonne basse pression (4A) thermiquement reliée avec la colonne moyenne pression et une colonne de mélange (6A) dans lequel i) on envoie de l'air à distiller à la colonne moyenne pression ii) on envoie des liquides enrichi en oxygène et en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression iii) selon une première marche de l'appareil, on envoie en tête de la colonne de mélange un débit de liquide enrichi en oxygène provenant de la colonne basse pression iv) selon la première marche, on soutire en tête de la colonne de mélange, un débit d'oxygène basse pureté et on en envoie au moins une partie à une première unité consommatrice (5) v) selon la première marche, on envoie de l'air à la colonne de mélange vi) selon la première marche, le deuxième appareil fournit de l'oxygène haute pureté à une deuxième unité consommatrice (9) caractérisé en ce que vii) selon une deuxième marche, dans le premier appareil, on réduit, éventuellement à zéro, le débit de liquide enrichi en oxygène envoyé en tête de la colonne de mélange, on réduit, éventuellement à zéro, le débit d'air envoyé à la colonne de mélange et on réduit, éventuellement à zéro, le débit d'oxygène basse pureté soutiré en tête de colonne de mélange et viii) selon la deuxième marche, on soutire en cuve de la colonne basse pression du premier appareil un débit d'oxygène haute pureté et on l'envoie à au moins la deuxième unité consommatrice.  A method of supplying high purity oxygen by cryogenic distillation of air from an installation comprising a first (1) and a second (2) air separation apparatus, the first air separation apparatus comprising a medium pressure column (2A), a low pressure column (4A) thermally connected with the medium pressure column and a mixing column (6A) in which i) air is sent to be distilled to the medium pressure column ii) Oxygen and nitrogen-enriched liquids from the medium-pressure column are sent to the low-pressure column iii) according to a first step of the apparatus, an oxygen-enriched liquid flow from the mixing column is sent to the top of the mixing column. low pressure column iv) according to the first step, at the top of the mixing column, a low purity oxygen flow is withdrawn and at least a portion is sent to a first consuming unit (5) v) according to the first step, we env oie air to the mixing column vi) according to the first step, the second device provides high purity oxygen to a second consumer unit (9) characterized in that vii) according to a second step, in the first device the flow rate of the oxygen-enriched liquid sent to the top of the mixing column is reduced to zero, the flow of air sent to the mixing column is reduced to zero, possibly to zero, the low purity oxygen flow rate withdrawn at the top of the mixing column and viii) according to the second step, a high purity oxygen flow rate is withdrawn from the low pressure column of the first device and sent to at least the second consumer unit. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel selon la deuxième marche, le deuxième appareil (2) ne fournit pas d'oxygène haute pureté à la deuxième unité consommatrice (9) ou fournit une partie de l'oxygène haute pureté requise par la deuxième unité consommatrice.  2. The method of claim 1 wherein in the second step, the second apparatus (2) does not provide high purity oxygen to the second consumer unit (9) or provides a portion of the high purity oxygen required by the second consumer unit. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la première unité consommatrice (5) est un haut fourneau et la deuxième unité consommatrice (9) est un convertisseur ou un four à arc.  3. The method of claim 1 or 2 wherein the first consuming unit (5) is a blast furnace and the second consuming unit (9) is a converter or an arc furnace. 4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel, pendant la première marche, le haut fourneau (5) est alimenté en air enrichi en oxygène et pendant la deuxième marche, le haut fourneau est alimenté soit par de l'air soit par de l'air moins enrichi en oxygène que celui dont il est alimenté pendant la première marche.  4. The method of claim 3 wherein, during the first step, the blast furnace (5) is supplied with oxygen-enriched air and during the second step, the blast furnace is fed either with air or with the blast furnace. air less enriched in oxygen than the one from which it is fed during the first step. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la colonne de mélange (6A) ne fonctionne pas pendant la deuxième marche.  5. Method according to one of the preceding claims wherein the mixing column (6A) does not work during the second step. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la deuxième unité consommatrice (9) est alimentée en oxygène (uniquement) à partir du deuxième appareil de séparation d'air (2) pendant la première marche et est alimentée en oxygène uniquement à partir du premier appareil (1) pendant la deuxième marche.  6. Method according to one of the preceding claims wherein the second consuming unit (9) is supplied with oxygen (only) from the second air separation unit (2) during the first step and is supplied with oxygen only at from the first device (1) during the second step. 7. Installation de fourniture d'oxygène par distillation cryogénique de l'air comprenant un premier (1) et un deuxième (2) appareil de séparation d'air, le premier appareil de séparation d'air comprenant une colonne moyenne pression (2A), une colonne basse pression (4A) thermiquement reliée avec la colonne moyenne pression et une colonne de mélange (6A) comprenant: a) des moyens pour envoyer de l'air à distiller à la colonne moyenne pression b) des moyens pour envoyer des liquides enrichi en oxygène et en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression c) des moyens pour envoyer en tête de la colonne de mélange un débit de liquide enrichi en oxygène provenant de la colonne basse pression d) des moyens pour envoyer de l'air en cuve de la colonne de mélange e) des moyens pour soutirer en tête de la colonne de mélange, un débit d'oxygène basse pureté et des moyens pour en envoyer au moins une partie à une première unité consommatrice (5) f) des moyens pour envoyer de l'oxygène haute pureté du deuxième appareil de séparation d'air à une deuxième unité consommatrice (9) caractérisée en ce qu'elle comprend g) des moyens pour réduire, éventuellement à zéro, le débit de liquide enrichi en oxygène envoyé en tête de la colonne de mélange h) des moyens pour réduire, éventuellement à zéro, l'air envoyé en cuve de la colonne de mélange i) des moyens pour soutirer en cuve de la colonne basse pression du premier appareil un débit d'oxygène haute pureté et des moyens pour envoyer ce débit à la deuxième unité consommatrice.  7. Apparatus for supplying oxygen by cryogenic distillation of air comprising a first (1) and a second (2) air separation apparatus, the first air separation apparatus comprising a medium pressure column (2A) a low pressure column (4A) thermally connected to the medium pressure column and a mixing column (6A) comprising: a) means for supplying air for distillation to the medium pressure column b) means for sending liquids enriched with oxygen and nitrogen from the medium-pressure column to the low-pressure column; c) means for sending, at the top of the mixing column, a flow of oxygen-enriched liquid coming from the low-pressure column; air in the tank of the mixing column e) means for withdrawing at the top of the mixing column, a low purity oxygen flow rate and means for sending at least a portion to a first consuming unit (5) f) avg ens to send high purity oxygen of the second air separation apparatus to a second consuming unit (9) characterized in that it comprises g) means for reducing, possibly to zero, the oxygen-enriched liquid flow rate sent at the top of the mixing column; h) means for reducing, possibly to zero, the air sent to the bottom of the mixing column; i) means for withdrawing from the bottom of the low pressure column of the first apparatus a flow rate of high purity oxygen and means to send this flow to the second consuming unit. 8. Installation selon la revendication 7 dans laquelle la première unité consommatrice (5) est un haut fourneau et la deuxième unité consommatrice (9) est un convertisseur ou un four à arc.  8. Installation according to claim 7 wherein the first consuming unit (5) is a blast furnace and the second consuming unit (9) is a converter or an arc furnace. 9. Installation selon la revendication 8 comprenant des moyens pour alimenter le haut fourneau (5) en oxygène basse pureté à partir du premier appareil (1) et des moyens pour arrêter l'envoi d'oxygène basse pureté du premier appareil au haut fourneau.  9. Installation according to claim 8 comprising means for supplying the blast furnace (5) with low purity oxygen from the first apparatus (1) and means for stopping the supply of low purity oxygen from the first apparatus to the blast furnace. 10. Installation selon l'une des revendications 6 à 9 comprenant au moins un compresseur (13) d'oxygène haute pureté en amont de la deuxième unité consommatrice (9) et en aval du premier appareil de séparation d'air (1).  10. Installation according to one of claims 6 to 9 comprising at least one compressor (13) of high purity oxygen upstream of the second consumer unit (9) and downstream of the first air separation unit (1).
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