2918741 La présente invention concerne l'intégration de plusieurs unitésThe present invention relates to the integration of several units
de séparation. La présente invention s'applique aux procédés de séparation des gaz de l'air par distillation cryogénique, en particulier du type à compression interne (oxygène gazeux est produit par vaporisation sous pression dans la ligne d'échange) par exemple en présence de compresseur booster d'air, où (n) boites froides sont alimentées par (m) compresseurs d'air principaux et (p) compresseurs boosters d'air, avec (q) tours de refroidissement d'air par contact direct avec de l'eau, (r) appareils d'épuration en tête pour épurer l'air, (s) tours io de refroidissement d'eau par contact direct avec l'azote provenant d'un appareil de séparation d'air, où n≠m≠p≠q≠r≠s≠l Lorsque plusieurs unités de séparation des gaz de l'air de tailles identiques ou différentes sont installées sur un même site, il peut se révéler nécessaire dans certains cas 15 o de maximiser la taille de certain type de machine ou d'équipement et ainsi avoir moins d'équipement à installer o d'éviter d'installer des tailles des machines ou d'équipement hors de références industrielles connues compatibles unitairement avec la taille des boites froides 20 o d'améliorer la fiabilité du site. o de réutiliser des machines ou équipement existants qui ne sont pas nécessairement compatible avec la taille de la ou des boites froides, limitant ainsi l'investissement Pour cela, la création de collecteurs ou réseaux, interconnectant les 25 différents équipements entre eux se révèle être une solution. Les collecteurs ou réseaux pouvant servir à résoudre les problématiques citées ci-dessus se déclinent ainsi (à noter que tous les réseaux cités ci après ne sont pas nécessairement installés): o réseau d'air humide moyenne pression, réseau d'air sec moyenne 30 pression, interconnectant les compresseurs d'air, avant et après les épurations en tête o Le réseau d'air humide permet de s'accommoder d'un nombre de compresseurs d'air principaux différents des équipements en aval. Par exemple : 30 2 2918741 ^ m compresseur(s) principal (aux) d'air alimentant q tours air eau avec q = m + x, ou r épurations avec r = m + x ; où m 1 et x 1 ^ m compresseurs principaux d'air alimentant q tour(s) air eau avec q=m-x,ourépurations avec r=mùx;oùmùx>Oet x#0 5 o Le réseau d'air sec moyenne pression permet de s'accommoder d'un nombre d'épuration en tête différents des équipements en aval ^ r épuration(s) en tête alimentant n boites froides avec n = r + x, ou p compresseurs booster d'air avec p = r + x ; où r 1 et x 1 ^ r épurations en tête alimentant n boite(s) froides(s) avec n = r - x, io ou p compresseurs booster d'air avec p = r ù x ; où r ù x > 0 et x # 0 o réseau d'air haute pression interconnectant les compresseurs boosters d'air en sortie o Le réseau d'air sec haute pression permet de s'accommoder un nombre de compresseurs de surpression d'air différent du nombre des 15 équipements en aval Par exemple : ^ p compresseur(s) booster d'air alimentant n boites froides avec n =p+x;oùp 1 etx1 ^ p compresseurs booster d'air alimentant n boite(s) froide(s) avec n=p - x; oùpùx>0 et x#0 20 o Note : Dans le cas où il y a plusieurs compresseurs de surpression d'air, il peut être avantageux de surdimensionner légèrement chaque compresseur de surpression d'air afin d'améliorer la fiabilité du site. En fait en régime normal tous les compresseurs de surpression d'air opèrent à une charge réduite (préférablement au-dessus de 70%), et lorsque l'un de ces 25 compresseurs de surpression d'air s'arrête, les autres compresseurs de supression restants sont poussés à leur maximum de façon à compenser soit totalement ou partiellement le déficit d'air haute pression ^ Capacité maximale d'une machine respecte la règle suivante : M CT -CE CN • C = NB _ f et CM >_ 0.70 avec : o CM = capacité d'une machine en marche maximale o CT = capacité totale des machines en marche nominale o CE = capacité effaçable 3 2918741 o NBAc = nombre total de compresseurs installés o = capacité d'une machine en marche nominale réduite o réseau d'azote impur interconnectant les circuits de régénération des 5 adsorbeurs o La plus large portion de l'azote résiduaire produit est utilisée généralement dans la tour de refroidissement d'eau par contact direct avec de l'azote provenant d'un appareil de séparation d'air qui se trouve proche de la boite froide afin de minimiser la taille des collecteurs. L'autre partie du débit est io envoyé dans un réseau d'azote impur qui alimente individuellement les adsorbeurs afin d'en assurer leur régénération. Par exemple : ^ n boite(s) froide(s) alimentant r épurations avec r = n + x ; où n 1 etx1 ^ n boites froides alimentant r épuration(s) en tête avec r = n - x; 15 oùn û x > 0 et x#0 o Note : Il peut se révéler utile dans certains cas par exemple une boite froide alimentée par deux épurations en tête d'avoir deux fluides différents pour régénérer chaque épuration en tête, cela évite de caler tout le circuit de pression de l'unité de séparation d'air sur l'épuration en tête la moins 20 performante en perte de charge. A ces fins un fluide non dépendant de l'azote résiduaire peut être utilisé, comme de l'azote moyenne pression détendu par exemple o réseau d'eau froide interconnectant les circuits de refroidissement issus des tours eau azote alimentant les tours air eau 25 o Le réseau d'eau froide issu des tours de contact direct de refroidissement d'eau par échange de chaleur avec de l'azote se révèle utile quand le nombre de tours de contact direct eau azote est différent du nombre de tours de contact direct air eau. Par exemple : ^ s tour(s) eau azote alimentant q tours air eau avec q = s + x ; où s 30 1 etx1 ^ s tours eau azote alimentant q tour(s) air eau avec q = s - x; où s û x>Oet x #0 Pour tous les réseaux ou collecteurs mentionnés précédemment, les réseaux ou collecteurs permettent aussi de connecter entre eux des 4 2918741 équipements de fonction identique mais de taille différente, globalisant ainsi les flux, pour pouvoir les redistribuer sur les équipements en aval égaux en nombre à ceux en amont, mais de tailles différentes ayant une capacité totale identique aux équipements en amont. s Selon un objet de l'invention, il est prévu une installation de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant n boîtes froides, où de préférence n>_ 1, r appareils d'épuration d'air, q tours de refroidissement d'air par contact direct avec de l'eau, s tours de refroidissement d'eau par contact direct avec de l'azote provenant d'une boîte froide de l'installation et m compresseurs io principaux d'air pour comprimer l'air à partir de la pression ambiante où au moins une des conditions suivantes est remplie a)q=s+x;oùs 1 etx1 b)q=s - x;oùs û x>Oet x #0. c)r=n+x;oùn ?1etx1. 15 d)r=n - x;oùn û x > 0 et x~0 e)q=m+x; oùm?1 etx?1 f) r=m+x;oùm>_1 etx1 g) q=m-x,;oùmûx>Oet x~0 h) r = m û x ; où m û x > 0 et x~0 20 i) n≠m≠pOq≠rOs≠ 1. Selon d'autres objets facultatifs de l'invention : - l'installation comprend un collecteur d'eau pour collecter de l'eau d'au moins deux tours de refroidissement d'eau et pour la distribuer à au moins deux tours de refroidissement d'air. 25 -q=s+x;oùs ?1etx1 - q=s - x;oùs û x>Oet x ~0. - l'installation comprend un collecteur d'azote provenant d'au moins deux boîtes froides relié à au moins deux appareils d'épuration d'air. - au moins un appareil d'épuration d'air n'est pas relié au collecteur 30 d'azote et est relié par une conduite de fourniture d'azote à une des boîtes froides. - l'appareil d'épuration d'air non relié au collecteur, la conduite de fourniture et la boîte froide reliée à la conduite de fourniture sont reliés à un moyen de détente d'azote. 5 2918741 - r = n + x; où n ?1etx?1. - r=n - x;oùn û x > 0 et x~0. - chacune des boites froides et/ou chacun des appareils d'épuration et/ou chacune des tours de refroidissement est adapté(e) à traiter un débit identique. s - chacune des boites froides et/ou chacun des appareils d'épuration et/ou chacune des tours de refroidissement est adapté(e) à traiter un débit différent. - de l'air comprimé dans au moins deux compresseurs principaux d'air est envoyé à un collecteur d'air relié à au moins deux des boîtes froides Un circuit typique de circulation d'eau entre la tour de refroidissement io d'air par contact direct avec l'eau et la tour de refroidissement d'eau par contact direct avec l'azote provenant d'un appareil de séparation d'air est décrit dans Industrial Gas Handbook de F.G. Kerry, 2007, pages 112 et 113. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures qui montre des installations intégrées de trois appareils de séparation d'air selon is l'invention. Dans la Figure 1, l'installation comprend cinq compresseurs d'air principaux 1, cinq tours de refroidissement d'air par contact direct avec de l'eau 2, cinq appareils d'épuration d'air 3, quatre compresseurs de surpression d'air 4, trois boîtes froides 5, trois tours de refroidissement d'eau par contact direct 20 avec de l'azote 6 et trois pompes 7 d'eau refroidie dans les tours 6. L'air comprimé dans les cinq compresseurs 1 et envoyé à un collecteur d'air humide 10. De ce collecteur 10, l'air humide est reparti à cinq tours de refroidissement 2 et ensuite envoyé de chaque tour à un appareil d'épuration respectif 3 sans être mélangé. L'air épuré est envoyé à un collecteur 13 d'air 25 sec moyenne pression. L'air de ce collecteur est envoyé en partie directement aux trois boîtes froides 5 sans être surpressé et en partie aux surpresseurs 4 connectés en parallèle. Les sorties des surpresseurs 4 sont connectées à un collecteur d'air sec haute pression 14 qui distrbue l'air haute pression aux trois boîtes froides 5. of seperation. The present invention applies to processes for separating air gases by cryogenic distillation, in particular of the internal compression type (gaseous oxygen is produced by vaporization under pressure in the exchange line), for example in the presence of compressor booster. air, where (n) cold boxes are supplied by (m) main air compressors and (p) air booster compressors, with (q) air cooling towers by direct contact with water, (r) overhead purification apparatus for purifying air, (s) water cooling towers by direct contact with nitrogen from an air separation apparatus, where no water q When several air separation units of the same or different sizes are installed on the same site, it may be necessary in some cases to maximize the size of certain types of machines or equipment and thus have less equipment to install or to avoid to install sizes of machines or equipment out of known industrial references compatible unitarily with the size of the cold boxes o to improve the reliability of the site. o reuse existing machines or equipment that are not necessarily compatible with the size of the cold box or boxes, thus limiting the investment For this, the creation of collectors or networks, interconnecting the 25 different equipment between them proves to be a solution. The collectors or networks that can be used to solve the problems mentioned above can be described as follows (note that not all the networks listed below are necessarily installed): o medium-pressure humid air network, average dry air network 30 pressure, interconnecting the air compressors, before and after the overhead purifications o The humid air network makes it possible to accommodate a number of main air compressors different from the downstream equipment. For example: 2 main air compressor (s) supplying air water with q = m + x, or r purification with r = m + x; where m 1 and x 1 ^ m main air compressors supplying q tower (s) air water with q = mx, ooturations with r = mxx; wheremùx> Oet x # 0 5 o The medium pressure dry air network allows to accommodate a different number of purification at the head of the equipment downstream purifying (s) in the head feeding n cold boxes with n = r + x, or p booster air compressors with p = r + x; where r 1 and x 1 ^ r head cleaning feeding n cold box (s) with n = r - x, io or p air booster compressors with p = r ù x; where r ù x> 0 and x # 0 o high pressure air network interconnecting the air booster compressors at the outlet o The high pressure dry air network accommodates a number of different air overpressure compressors of the number of equipment downstream For example: ^ p compressor (s) air booster supplying n cold boxes with n = p + x; wherep 1 etx1 ^ p air booster compressors supplying n cold box (s) (s) ) with n = p - x; wherepùx> 0 and x # 0 20 o Note: In the case where there are several air overpressure compressors, it may be advantageous to slightly oversize each air compressor to improve the reliability of the site. In fact under normal conditions all air pressure compressors operate at a reduced load (preferably above 70%), and when one of these 25 air compressors stops, the other compressors of The remaining supression is pushed to their maximum so as to compensate either totally or partially the high pressure air deficit. Maximum capacity of a machine complies with the following rule: M CT-CE CN • C = NB _ f and CM> _ 0.70 with: o CM = capacity of a machine in maximum running o CT = total capacity of the machines in nominal operation o CE = erasable capacity 3 2918741 o NBAC = total number of compressors installed o = capacity of a machine in nominal reduced operation o impure nitrogen network interconnecting the adsorber regeneration circuits o The largest portion of the waste nitrogen produced is generally used in the water cooling tower by direct contact with nitrogen from an ap air separation device which is close to the cold box to minimize the size of the collectors. The other part of the flow is sent into an impure nitrogen network which supplies the adsorbers individually to ensure their regeneration. For example: ^ n cold box (s) feeding r purifications with r = n + x; where n 1 and x 1 ^ n cold boxes feeding the purification (s) at the head with r = n - x; 15 where n û x> 0 and x # 0 o Note: It may be useful in some cases for example a cold box fed by two purifications head to have two different fluids to regenerate each cleaning in the head, it avoids stalling any the pressure circuit of the air separation unit on the least powerful head cleaning in loss of load. For these purposes, a fluid that is not dependent on the residual nitrogen may be used, such as expanded medium pressure nitrogen, for example a cold water network interconnecting the cooling circuits resulting from the nitrogen water towers supplying the water air towers. Cold water network resulting from direct water cooling contact turns by heat exchange with nitrogen is useful when the number of direct contact water nitrogen turns is different from the number of direct air water contact turns. For example: ^ s turn (s) water nitrogen feeding q turns air water with q = s + x; where s 30 1 etx1 ^ s turns water nitrogen feeding q tower (s) air water with q = s - x; where s û x> Oet x # 0 For all the networks or collectors mentioned previously, the networks or collectors also make it possible to connect to each other 2918741 equipments of identical function but of different size, thus globalizing the flows, in order to be able to redistribute them on downstream equipment equal in number to those upstream, but of different sizes having a total capacity identical to the equipment upstream. According to an object of the invention, there is provided an air separation installation by cryogenic distillation comprising n cold boxes, where preferably n> 1, r air cleaning apparatus, q cooling towers. air by direct contact with water, s water cooling towers by direct contact with nitrogen from a cold box of the installation and m compressors io main air to compress the air from the ambient pressure where at least one of the following conditions is fulfilled a) q = s + x, wheres 1 and x1 b) q = s - x, where s - x> O and x # 0. c) r = n + x; where n? 1 and x1. D) r = n - x; where n û x> 0 and x ~ 0 e) q = m + x; where m? 1 etx? 1 f) r = m + x; where m> _1 and x1 g) q = m-x,; wheremxx> O and x ~ 0 h) r = m û x; where m û x> 0 and x ~ 0 20 i) n ≠ m ≠ pOq ≠ rOs ≠ 1. According to other optional objects of the invention: - the installation comprises a water collector for collecting water at least two water cooling towers and to distribute it to at least two air cooling towers. 25 -q = s + x; where? 1etx1 - q = s - x; where x -> Oet x ~ 0. - The installation comprises a nitrogen collector from at least two cold boxes connected to at least two air cleaning devices. at least one air cleaning apparatus is not connected to the nitrogen collector and is connected by a nitrogen supply line to one of the cold boxes. - The air purification unit not connected to the collector, the supply line and the cold box connected to the supply line are connected to a nitrogen expansion means. 2918741 - r = n + x; where n? 1etx? 1. - r = n - x, where n û x> 0 and x ~ 0. each of the cold boxes and / or each of the purification apparatus and / or each of the cooling towers is adapted to process an identical flow rate. s - each of the cold boxes and / or each of the purification apparatus and / or each of the cooling towers is adapted (e) to treat a different flow rate. compressed air in at least two main air compressors is sent to an air collector connected to at least two of the cold boxes. A typical circuit for circulating water between the air cooling tower by contact Direct with the water and water cooling tower by direct contact with nitrogen from an air separation apparatus is described in FG Kerry's Industrial Gas Handbook, 2007, pages 112-113. will be described in more detail with reference to the figures which shows integrated installations of three air separation apparatuses according to the invention. In Figure 1, the installation comprises five main air compressors 1, five air cooling towers by direct contact with water 2, five air cleaning units 3, four pressure booster compressors. air 4, three cold boxes 5, three water cooling towers by direct contact 20 with nitrogen 6 and three pumps 7 cooled water in the towers 6. The compressed air in the five compressors 1 and sent to A humid air collector 10. From this collector 10, the moist air is distributed at five cooling turns 2 and then sent from each tower to a respective purification apparatus 3 without being mixed. The purified air is sent to a medium-pressure dry air collector 13. The air from this collector is sent partly directly to the three cold boxes 5 without being overpressed and partly to the boosters 4 connected in parallel. The outlets of the boosters 4 are connected to a high-pressure dry air manifold 14 which distributes the high-pressure air to the three cold boxes 5.
30 De l'azote de chaque boîte froide 5 est envoyé à un tour de refroidissement d'eau associé 6. Le reste de l'azote est envoyé à un collecteur d'azote 12 qui distribue l'azote aux cinq appareils d'épuration d'air 3 pour régénérer les bouteilles.Nitrogen from each cold box 5 is sent to an associated water cooling tower 6. The remainder of the nitrogen is sent to a nitrogen trap 12 which distributes the nitrogen to the five purification apparatuses. air 3 to regenerate the bottles.
6 2918741 L'eau refroidie dans chaque tout de refroidissement eau azote 6 est pompée par une pompe respective 7 puis envoyé à un collecteur d'eau froide 11 qui distribue l'eau aux cinq tours de refroidissement d'air par contact direct avec de l'eau 2.The water cooled in each nitrogen water cooling unit 6 is pumped by a respective pump 7 and then sent to a cold water collector 11 which distributes the water to the five air cooling towers by direct contact with water. water 2.
5 La Figure 2 montre une variante de la Figure 1 où un des appareils d'épuration d'air est alimenté en azote non pas par le collecteur 12 mais par une conduite 15 relié à une boîte froide 5 à travers une turbine de détente 16 d'azote moyenne pression. 7FIG. 2 shows a variant of FIG. 1 in which one of the air cleaning apparatus is supplied with nitrogen not by the manifold 12 but by a pipe 15 connected to a cold box 5 through an expansion turbine 16 medium pressure nitrogen. 7