FR2930328A1 - Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique - Google Patents

Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique Download PDF

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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Dans un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une installation à trois colonnes, constituées par une colonne moyenne pression (9), une colonne à pression intermédiaire (25) et une colonne basse pression (19,39) ayant au moins un premier et un deuxième vaporiseur (52,50,151,152), on envoie de l'air comprimé, épuré et refroidi dans une ligne d'échange (3) à la colonne moyenne pression, on envoie des débits enrichis en azote et en oxygène dérivés de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression, on envoie un débit liquide enrichi en oxygène de la colonne moyenne pression à la colonne à pression intermédiaire, on envoie un premier gaz contenant au moins autant d'azote que l'air au premier vaporiseur en cuve (52) de la colonne basse pression, on envoie un deuxième gaz contenant au moins autant d'azote que l'air au deuxième vaporiseur (50,151,152) à un niveau intermédiaire de la colonne basse pression, on envoie un liquide riche en oxygène de la cuve de la colonne basse pression à un condenseur de tête (31,59) de la colonne à pression intermédiaire ou de la colonne basse pression, on envoie des liquides enrichis en oxygène et en azote de la colonne à pression intermédiaire à la colonne basse pression, on prélève un gaz riche en oxygène dans le condenseur de tête (31,59) de la colonne à pression intermédiaire ou de la colonne basse pression et on soutire un gaz riche en azote de la tête de la colonne basse pression.

Description

2930328 La présente invention concerne un procédé et un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique L'oxycombustion dans une chaudière permet de faciliter la capture de CO2. La consommation énergétique de l'appareil de séparation d'air (ASU) pèse de façon significative sur le rendement global de l'installation. On se propose de réduire la consommation de l'ASU, dans le cas où l'on sait valoriser l'azote sous pression, par exemple par chauffage puis détente dans une turbine chaude (intégration avec io chaudière). L'invention consiste à utiliser de façon astucieuse un surpresseur froid, de façon à augmenter la pression du résiduaire tout en maintenant la pression d'air ou à réduire la pression d'air de fonctionnement tout en maintenant la pression du résiduaire constante, sur des schémas de type appareils sous pression . 15 Selon un objet de l'invention , il est prévu un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une installation à trois colonnes, constituées par une colonne moyenne pression, une colonne à pression intermédiaire et une colonne basse pression ayant au moins un premier et un deuxième vaporiseur dans lequel : i) on envoie de l'air comprimé, épuré et refroidi dans une ligne d'échange 20 à la colonne moyenne pression, ii) on envoie des débits enrichis en azote et en oxygène dérivés de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression, iii) on envoie un débit liquide enrichi en oxygène de la colonne moyenne pression à la colonne à pression intermédiaire, 25 iv) on envoie un premier gaz contenant au moins autant d'azote que l'air au premier vaporiseur en cuve de la colonne basse pression, v) on envoie un deuxième gaz contenant au moins autant d'azote que l'air au deuxième vaporiseur à un niveau intermédiaire de la colonne basse pression, vi) on envoie un liquide riche en oxygène de la cuve de la colonne basse 30 pression à un condenseur de tête de la colonne à pression intermédiaire ou de la colonne basse pression, 2 2930328 vii) on envoie des liquides enrichis en oxygène et en azote de la colonne à pression intermédiaire à la colonne basse pression, viii) on prélève un gaz riche en oxygène dans le condenseur de tête de la colonne à pression intermédiaire ou de la colonne basse pression et 5 ix) on soutire un gaz riche en azote de la tête de la colonne basse pression.
Selon d'autres aspects facultatifs : - on surpresse dans un surpresseur froid au moins le premier gaz contenant au moins autant d'azote que l'air en amont du premier vaporiseur en cuve de la colonne io basse pression et éventuellement on surpresse dans un deuxième surpresseur froid le deuxième gaz contenant au moins autant d'azote que l'air en amont du deuxième vaporiseur. - on surpresse dans un surpresseur froid de l'azote moyenne pression et on envoie à un vaporiseur de cuve de la colonne à pression intermédiaire. 15 - on envoie un liquide riche en oxygène de la cuve de la colonne basse pression à un condenseur de tête de la colonne basse pression , on envoie un liquide de cuve de la colonne à pression intermédiaire au condenseur de tête de la colonne à pression intermédiaire où le liquide se vaporise au moins partiellement, on surpresse du liquide vaporisé dans un surpresseur froid et on l'envoie à la colonne 20 basse pression. - tout l'air gazeux envoyé à la colonne moyenne pression provient du vaporiseur de cuve de la colonne basse pression. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une installation à trois colonnes, 25 constituées par une colonne moyenne pression, une colonne à pression intermédiaire et une colonne basse pression ayant au moins un premier et un deuxième vaporiseur et : a) Des moyens pour envoyer de l'air comprimé, épuré et refroidi dans une ligne d'échange à la colonne moyenne pression 30 b) Des moyens pour envoyer des débits enrichis en azote et en oxygène dérivés de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression 5 10 15 3 2930328 c) Des moyens pour envoyer un débit liquide enrichi en oxygène de la colonne moyenne pression à la colonne à pression intermédiaire d) Des moyens pour envoyer un premier gaz contenant au moins autant d'azote que l'air au premier vaporiseur en cuve de la colonne basse pression e) Des moyens pour envoyer un deuxième gaz contenant au moins autant d'azote que l'air au deuxième vaporiseur à un niveau intermédiaire de la colonne basse pression f) Des moyens pour envoyer un liquide riche en oxygène de la cuve de la colonne basse pression à un condenseur de tête de la colonne à pression intermédiaire ou de la colonne basse pression g) Des moyens pour envoyer des liquides enrichis en oxygène et en azote de la colonne à pression intermédiaire à la colonne basse pression h) Des moyens pour prélever un gaz riche en oxygène dans le condenseur de tête de la colonne à pression intermédiaire ou de la colonne basse pression et i) Des moyens pour soutirer un gaz riche en azote de la tête de la colonne basse pression.
20 Optionnellement l'appareil comprend : - un surpresseur froid, des moyens pour envoyer au surpresseur froid au moins le premier gaz contenant au moins autant d'azote que l'air en amont du premier vaporiseur en cuve de la colonne basse pression et éventuellement un deuxième surpresseur froid et des moyens pour envoyer au deuxième surpresseur froid le 25 deuxième gaz contenant au moins autant d'azote que l'air en amont du deuxième vaporiseur, - un surpresseur froid , des moyens pour envoyer dans le surpresseur froid de l'azote moyenne pression et des moyens pour envoyer l'azote surpressé à un vaporiseur de cuve de la colonne à pression intermédiaire, 30 - des moyens pour envoyer un liquide riche en oxygène de la cuve de la colonne basse pression à un condenseur de tête de la colonne basse pression, des moyens pour envoyer un liquide de cuve de la colonne à pression intermédiaire au 4 2930328 condenseur de tête de la colonne à pression intermédiaire où le liquide se vaporise au moins partiellement, un surpresseur froid , des moyens pour envoyer du liquide vaporisé dans le surpresseur froid et des moyens pour envoyer le liquide vaporisé surpressé à la colonne basse pression, 5 - des moyens pour envoyer tout l'air gazeux destiné à la colonne moyenne pression au vaporiseur de cuve de la colonne basse pression. Neuf appareils selon l'invention seront décrits, en se référant aux Figures 1 à 9. Dans la Figure 1, on voit une double colonne constituée par une colonne io moyenne pression 9, et une colonne basse pression. La colonne basse pression comprend une partie supérieure 19 et une partie inférieure 39, chaque partie ayant un vaporiseur de cuve 50, 52. L'installation comprend également une colonne 25 opérant à une pression intermédiaire entre les moyenne et basse pression, du type communément appelé colonne Etienne.
15 De l'air 1 provenant d'un compresseur principal est divisé en deux pour forme un débit 5 et un débit 11. Le débit 5 est surpressé dans un surpresseur chaud 2, refroidi et envoyé au bout chaud d'une ligne d'échange 3 où il se refroidit partiellement pour former le débit 7. Le débit 7 est détendu dans une turbine d'insufflation 4 pour former le débit détendu 6 qui est envoyé à un niveau 20 intermédiaire de la partie supérieure 19 de la colonne basse pression. Le reste de l'air 11 se refroidit dans la ligne d'échange 3, étant divisé en deux débits 13, 14 juste en aval du bout froid Le débit 13 est envoyé à la cuve de la colonne moyenne pression 9. Le débit 14 est envoyé à un surpresseur froid 85 où il est comprimé. Le débit surpressé 14b est envoyé au vaporiseur de cuve 52 de la partie inférieure 39 25 de la colonne basse pression où il se condense pour former le débit 15, est détendu dans une vanne et envoyé à la colonne moyenne pression 9 sous forme liquide. Le liquide riche 18 de cuve de la colonne moyenne pression 9 est envoyé à la partie inférieure de la colonne à pression intermédiaire 25 après détente. Un fluide proche de l'air liquide 27 de la colonne moyenne pression 9 est divisé en deux, une 30 partie 28 étant envoyée à la partie supérieure 19 de la colonne basse pression après détente et une partie 29 étant envoyée à un niveau intermédiaire de la colonne à pression intermédiaire 25 après détente. De façon alternative, le débit 15 5 2930328 après détente est envoyé, en partie vers la colonne moyenne pression 9, en partie vers la colonne à pression intermédiaire 25, en partie vers la colonne basse pression 19 après nouvelle détente (en lieu et place du fluide 27). Le liquide pauvre 17 est envoyé en tête de la partie supérieure 19 de la colonne basse pression après 5 détente. De l'azote gazeux moyenne pression 21 est soutiré en tête de la colonne moyenne pression et est divisé en deux. Une partie 21 se réchauffe partiellement dans la ligne d'échange 3 pour former le débit 90. Ensuite ce débit 90 est détendu dans une turbine 95 pour former le débit détendu 91 et ce débit d'azote détendu 91 se réchauffe en traversant entièrement la ligne d'échange 3. Le débit 92 peut être io mélangé au débit 45 ou le débit 91 peut être mélangé au débit 43. Une autre partie 23 de l'azote gazeux moyenne pression est envoyée à un vaporiseur de cuve 22 de la colonne à pression intermédiaire 25 où elle se condense pour former le débit liquide 62. Le débit liquide 62 est mélangé avec le débit de reflux 9 ainsi que du liquide 27 soutiré en tête de la colonne à pression intermédiaire et le mélange est 15 envoyé en tête de la colonne basse pression. Du liquide de cuve de la partie inférieure 39 est détendu et envoyé au condenseur de tête 31 de la colonne à pression intermédiaire 31. Le gaz de tête 55 de la partie inférieure 39 est envoyé en cuve de la colonne basse pression et le liquide de cuve 53 de la cuve de la partie supérieure 19 de la colonne basse 20 pression est envoyé en tête de la partie inférieure. De l'oxygène gazeux 41 vaporisé dans le condenseur de tête 31 contre l'azote de tête de la colonne à pression intermédiaire se réchauffe dans la ligne d'échange 3 pour former le produit 44. De l'azote résiduaire 43 pris en tête de la colonne basse pression se 25 réchauffe dans la ligne d'échange 3 pour former le débit 45. De façon optionnelle comme indiquée dans la Figure 2, on découple la température de l'air moyenne pression 14 vers le surpresseur froid 85 de l'air moyenne pression 13 qui va en cuve de la colonne moyenne pression 9. L'air vers le surpresseur froid 85 est refroidi à son maximum (point de rosée) contre les fluides 30 froids 21,41,43 : ceci permet de resserrer un peu le bout froid de l'échangeur. Le surpresseur froid 85 est éventuellement couplé à la turbine d'azote moyenne pression 95.
6 2930328 La Figure 2 diffère de la Figure 1 en ce que le débit 11 est divisé en deux en amont du bout froid de la ligne d'échange. Dans ce cas, l'air 13 destiné à la colonne moyenne pression sort à un niveau intermédiaire de la ligne d'échange alors que l'air 14 destiné au surpresseur froid poursuit son refroidissement jusqu'au bout froid.
5 Dans la Figure 3, la colonne basse pression constitue un seul corps et contient trois vaporiseurs 152,50,52. Le vaporiseur supérieur 152 est chauffé par de l'azote gazeux 150 provenant de la colonne moyenne pression, sans changement de pression. Les deux autres vaporiseurs 50,52 sont chauffés par de l'air surpressé dans deux surpresseurs froids 85,185 connectés en parallèle. Le débit 14 est io surpressé dans le surpresseur 85 et envoyé au vaporiseur de cuve 52, le débit 114 est surpressé dans le surpresseur 185 et envoyé au vaporiseur intermédiaire 50. L'azote condensé produit dans le vaporiseur supérieur 152 est envoyé en tête de la colonne moyenne pression et l'air condensé produit dans les vaporiseurs 50,52 et envoyé à la colonne moyenne pression.
15 Dans ce cas, le surpresseur 2 n'est pas utilisé et toute la détente s'effectue dans la turbine d'azote moyenne pression 95, la turbine d'insufflation étant supprimé. Ainsi tout l'air 1 est comprimé à une seule pression et traverse la ligne d'échange à cette pression. Dans la Figure 4, on voit une double colonne constituée par une colonne 20 moyenne pression 9, et une colonne basse pression . La colonne basse pression comprend une partie supérieure 19 et une partie inférieure 39, chaque partie ayant un vaporiseur de cuve 50, 52. L'installation comprend également une colonne 25 opérant à une pression intermédiaire entre les moyenne et basse pression, du type communément appelé colonne Etienne.
25 De l'air 1 provenant d'un compresseur principal est divisé en deux pour forme un débit 5 et un débit 11. Le débit 5 est surpressé dans un surpresseur chaud 2, refroidi et envoyé au bout chaud d'une ligne d'échange 3 où il se refroidit partiellement pour former le débit 7. Le débit 7 est détendu dans une turbine d'insufflation 4 pour former le débit détendu 6 qui est envoyé à un niveau 30 intermédiaire de la partie supérieure 19 de la colonne basse pression. Le reste de l'air 11 se refroidit dans la ligne d'échange 3 pour former le débit 12 qui est envoyé à la cuve de la colonne moyenne pression 9.
7 2930328 Le liquide riche 18 de cuve de la colonne moyenne pression 9 est envoyé à la partie inférieure de la colonne à pression intermédiaire 25 après détente. Un fluide proche de l'air liquide 27 de la colonne moyenne pression 9 est divisé en deux, une partie 28 étant envoyée à la partie supérieure 19 de la colonne basse pression 5 après détente et une partie 29 étant envoyée à un niveau intermédiaire de la colonne à pression intermédiaire 25 après détente. Le liquide pauvre 17 est envoyé en tête de la partie supérieure 19 de la colonne basse pression après détente. De l'azote gazeux moyenne pression 21 est soutiré en tête de la colonne moyenne pression et est divisé en trois. Une partie 21 se réchauffe partiellement io dans la ligne d'échange 3 pour former le débit 90. Ensuite ce débit 90 est détendu dans une turbine 95 pour former le débit détendu 91 et ce débit d'azote détendu 91 se réchauffe en traversant entièrement la ligne d'échange 3. Le débit 92 peut être mélangé au débit 45 ou le débit 91 peut être mélangé au débit 43. Une autre partie 23 de l'azote gazeux moyenne pression est envoyée à un vaporiseur de cuve 22 de 15 la colonne à pression intermédiaire 25 où elle se condense pour former le débit liquide 62. Le débit liquide 62 est mélangé avec le débit de reflux 9 ainsi que du liquide 27 soutiré en tête de la colonne à pression intermédiaire et le mélange est envoyé en tête de la colonne basse pression. Une troisième partie 100 est envoyé à un surpresseur froid 85 où il est comprimé. Le débit surpressé est envoyé au 20 vaporiseur de cuve 52 de la partie inférieure 39 de la colonne basse pression où il se condense pour former le débit 102, est détendu dans une vanne et envoyé en tête de la colonne moyenne pression 9 sous forme liquide. Du liquide de cuve de la partie inférieure 39 est détendu et envoyé au condenseur de tête 31 de la colonne à pression intermédiaire 31. Le gaz de tête 55 25 de la partie inférieure 39 est envoyé en cuve de la colonne basse pression et le liquide de cuve 53 de la cuve de la partie supérieure 19 de la colonne basse pression est envoyé en tête de la partie inférieure. De l'oxygène gazeux 41 vaporisé dans le condenseur de tête 31 contre l'azote de tête de la colonne à pression intermédiaire se réchauffe dans la ligne 30 d'échange 3 pour former le produit 44. De l'azote résiduaire 43 pris en tête de la colonne basse pression se réchauffe dans la ligne d'échange 3 pour former le débit 45.
8 2930328 Le surpresseur froid 85 est éventuellement couplé à la turbine d'azote moyenne pression 95. Comme pour la Figure 1, la Figure 4 peut être modifiée comme illustrée dans la Figure 5 pour rajouter un vaporiseur supplémentaire 151. Dans ce cas, de l'azote 5 moyenne pression soutiré en tête de la colonne moyenne pression 9 est divisé en cinq. Une première partie est surpressée dans un premier surpresseur froid 85 et envoyée au vaporiseur de cuve 52, une deuxième partie est surpressée dans un deuxième surpresseur froid 185 et envoyée au vaporiseur intermédiaire 50 , une troisième partie n'est pas surpressée mais est envoyée au vaporiseur supérieur 151 io et la quatrième partie 90 est destinée à la turbine 95 comme dans la Figure 4. La cinquième partie 23 sert à rebouillir la colonne à pression intermédiaire 25. Dans la Figure 6, on voit une double colonne constituée par une colonne moyenne pression 9, et une colonne basse pression à condenseur de tête 59 . La colonne basse pression comprend une partie supérieure 19 et une partie inférieure 15 39, chaque partie ayant un vaporiseur de cuve 50, 52. L'installation comprend également une colonne 25 opérant à une pression intermédiaire entre les moyenne et basse pression, du type communément appelé colonne Etienne et ayant un condenseur de tête 31 et un vaporiseur de cuve 22. De l'air 1 provenant d'un compresseur principal est divisé en deux pour forme 20 un débit 5 et un débit 11. Le débit 5 est surpressé dans un surpresseur chaud 2, refroidi et envoyé au bout chaud d'une ligne d'échange 3 où il se refroidit partiellement pour former le débit 7. Le débit 7 est détendu dans une turbine d'insufflation 4 pour former le débit détendu 6 qui est envoyé à un niveau intermédiaire de la partie supérieure 19 de la colonne basse pression. Le reste de 25 l'air 11 se refroidit dans la ligne d'échange 3, étant divisé en deux débits 13, 14 juste en aval du bout froid Le débit 13 est envoyé à la cuve de la colonne moyenne pression 9. Le débit 14 est envoyé au vaporiseur de cuve 52 de la partie inférieure 39 de la colonne basse pression où il se condense pour former le débit 15, est détendu dans une vanne et envoyé à la colonne moyenne pression 9 sous forme 30 liquide. Le liquide riche 18 de cuve de la colonne moyenne pression 9 est envoyé à la partie inférieure de la colonne à pression intermédiaire 25 après détente. Un fluide 9 2930328 proche de l'air liquide 27 de la colonne moyenne pression 9 est divisé en deux, une partie 28 étant envoyée à la partie supérieure 19 de la colonne basse pression après détente et une partie 29 étant envoyée à un niveau intermédiaire de la colonne à pression intermédiaire 25 après détente. De façon alternative, le débit 15 5 après détente est envoyé, en partie vers la colonne moyenne pression 9, en partie vers la colonne à pression intermédiaire 25, en partie vers la colonne basse pression 19 après nouvelle détente (en lieu et place du fluide 27). Le liquide pauvre 17 est envoyé en tête de la partie supérieure 19 de la colonne basse pression après détente. De l'azote gazeux moyenne pression 21 est soutiré en tête de la colonne io moyenne pression et est divisé en deux. Une partie 21 se réchauffe dans la ligne d'échange 3 pour former le débit 20.. Une autre partie 23 de l'azote gazeux moyenne pression est envoyée, sans être surpressée, à un vaporiseur de cuve 22 de la colonne à pression intermédiaire 25 où elle se condense pour former le débit liquide 62. Le débit liquide 62 est mélangé avec le débit de reflux 9 ainsi que du 15 liquide 27 soutiré en tête de la colonne à pression intermédiaire et le mélange est envoyé en tête de la colonne basse pression. Du liquide de cuve de la partie inférieure 39 est détendu et envoyé au condenseur de tête 59 de la colonne basse pression 19. Le gaz de tête 55 de la partie inférieure 39 est envoyé en cuve de la colonne basse pression et le liquide de 20 cuve 53 de la cuve de la partie supérieure 19 de la colonne basse pression est envoyé en tête de la partie inférieure. De l'oxygène gazeux 41 vaporisé dans le condenseur de tête 59 contre l'azote de tête de la colonne basse pression se réchauffe dans la ligne d'échange 3 pour former le produit 44.
25 De l'azote résiduaire 43 pris en tête de la colonne basse pression se réchauffe dans la ligne d'échange 3 pour former le débit 45. Le condenseur de tête 31 de la colonne à pression intermédiaire 25 est alimenté par le liquide de cuve 35 de cette même colonne. Le liquide est divisé en deux, une fraction 63 alimentant le condenseur de tête de la colonne 25 et le reste 30 64 étant détendu et envoyé à la partie supérieure de la colonne basse pression 19. Le liquide vaporisé 61 dans le condenseur est comprimé dans un surpresseur froide 2930328 85 puis envoyé comme débit 66 à la colonne basse pression à un niveau inférieur à l'arrivée de liquide de cuve 64. La puissance frigorifique étant excédentaire (avec un écart au bout froid de la ligne d'échange important), on peut placer le surpresseur froid 85 sans turbiner 5 d'azote moyenne pression ou augmenter l'insufflation (ie sans faire de froid supplémentaire). Cependant, on a tout intérêt à augmenter un peu la production de froid pour trouver un optimum énergétique. Dans la Figure 7, on voit une double colonne constituée par une colonne io moyenne pression 9, et une colonne basse pression à condenseur de tête 59 . La colonne basse pression comprend une partie supérieure 19 et une partie inférieure 39, chaque partie ayant un vaporiseur de cuve 50, 52. L'installation comprend également une colonne 25 opérant à une pression intermédiaire entre les moyenne et basse pression, du type communément appelé colonne Etienne et ayant un condenseur de tête 31 et un vaporiseur de cuve 22. De l'air 1 provenant d'un compresseur principal est divisé en deux pour forme un débit 5 et un débit 11. Le débit 5 est surpressé dans un surpresseur chaud 2, refroidi et envoyé au bout chaud d'une ligne d'échange 3 où il se refroidit partiellement pour former le débit 7. Le débit 7 est détendu dans une turbine d'insufflation 4 pour former le débit détendu 6 qui est envoyé à un niveau intermédiaire de la partie supérieure 19 de la colonne basse pression. Le reste de l'air 11 se refroidit dans la ligne d'échange 3, étant divisé en deux débits 13, 14 juste en aval du bout froid Le débit 13 est envoyé à la cuve de la colonne moyenne pression 9. Le débit 14 est envoyé au vaporiseur de cuve 52 de la partie inférieure 39 de la colonne basse pression où il se condense pour former le débit 15, est détendu dans une vanne et envoyé à la colonne moyenne pression 9 sous forme liquide. Le liquide riche 18 de cuve de la colonne moyenne pression 9 est envoyé à la partie inférieure de la colonne à pression intermédiaire 25 après détente. Un fluide proche de l'air liquide 27 de la colonne moyenne pression 9 est divisé en deux, une partie 28 étant envoyée à la partie supérieure 19 de la colonne basse pression après détente et une partie 29 étant envoyée à un niveau intermédiaire de la 11 2930328 colonne à pression intermédiaire 25 après détente. De façon alternative, le débit 15 après détente est envoyé, en partie vers la colonne moyenne pression 9, en partie vers la colonne à pression intermédiaire 25, en partie vers la colonne basse pression 19 après nouvelle détente (en lieu et place du fluide 27). Le liquide pauvre 5 17 est envoyé en tête de la partie supérieure 19 de la colonne basse pression après détente. De l'azote gazeux moyenne pression 21 est soutiré en tête de la colonne moyenne pression et est divisé en deux. Une partie 21 se réchauffe dans la ligne d'échange 3 pour former le débit 20.. Une autre partie 23 de l'azote gazeux moyenne pression est surpressée dans le surpresseur froid 85 puis est envoyée à io un vaporiseur de cuve 22 de la colonne à pression intermédiaire 25 où elle se condense pour former le débit liquide 62. Ceci permet de baisser la pression d'air nécessaire pour faire fonctionner le vaporiseur de la colonne à pression intermédiaire, et donc de réduire l'écart de température au niveau du vaporiseur de la cuve de colonne basse pression. Le débit liquide 62 est mélangé avec le débit de 15 reflux 9 ainsi que du liquide 27 soutiré en tête de la colonne à pression intermédiaire et le mélange est envoyé en tête de la colonne basse pression. Du liquide de cuve de la partie inférieure 39 est détendu et envoyé au condenseur de tête 59 de la colonne basse pression 19. Le gaz de tête 55 de la partie inférieure 39 est envoyé en cuve de la colonne basse pression et le liquide de 20 cuve 53 de la cuve de la partie supérieure 19 de la colonne basse pression est envoyé en tête de la partie inférieure. De l'oxygène gazeux 41 vaporisé dans le condenseur de tête 59 contre l'azote de tête de la colonne basse pression se réchauffe dans la ligne d'échange 3 pour former le produit 44.
25 De l'azote résiduaire 43 pris en tête de la colonne basse pression se réchauffe dans la ligne d'échange 3 pour former le débit 45. Le condenseur de tête 31 de la colonne à pression intermédiaire 25 est alimenté par le liquide de cuve 35 de cette même colonne. Le liquide est divisé en deux, une fraction 63 alimentant le condenseur de tête de la colonne 25 et le reste 30 64 étant détendu et envoyé à la partie supérieure de la colonne basse pression 19. Le liquide vaporisé 61 dans le condenseur est envoyé comme débit 66 à la colonne 12 2930328 basse pression , sans être surpressé, à un niveau inférieur à l'arrivée de liquide de cuve 64. Dans la Figure 8, on voit une double colonne constituée par une colonne moyenne pression 9, et une colonne basse pression à condenseur de tête 59 . La 5 colonne basse pression comprend une partie supérieure 19 et une partie inférieure 39, chaque partie ayant un vaporiseur de cuve 50, 52. L'installation comprend également une colonne 25 opérant à une pression intermédiaire entre les moyenne et basse pression, du type communément appelé colonne Etienne et ayant un condenseur de tête 31 et un vaporiseur de cuve 22. io De l'air 1 provenant d'un compresseur principal est divisé en deux pour forme un débit 5 et un débit 11. Le débit 5 est surpressé dans un surpresseur chaud 2, refroidi et envoyé au bout chaud d'une ligne d'échange 3 où il se refroidit partiellement pour former le débit 7. Le débit 7 est détendu dans une turbine d'insufflation 4 pour former le débit détendu 6 qui est envoyé à un niveau 15 intermédiaire de la partie supérieure 19 de la colonne basse pression. Le reste de l'air 11 se refroidit dans la ligne d'échange 3 pour former le débit 12. Le débit entier 12 est envoyé au vaporiseur de cuve 52 de la partie inférieure 39 de la colonne basse pression, sans être surpressé, où il se condense pour former le débit 15, et envoyé à la colonne moyenne pression 9 sous forme partiellement liquide. Cette 20 variante de condensation partielle de l'air en cuve de la colonne basse pression peut être appliquée à l'ensemble des schémas proposés dans ce document. Le liquide riche 18 de cuve de la colonne moyenne pression 9 est envoyé à la partie inférieure de la colonne à pression intermédiaire 25 après détente. Le liquide pauvre 17 est envoyé en tête de la partie supérieure 19 de la colonne basse 25 pression après détente. De l'azote gazeux moyenne pression 21 est soutiré en tête de la colonne moyenne pression et est divisé en deux. Une partie 21 se réchauffe dans la ligne d'échange 3 pour former le débit 20. Une autre partie 23 de l'azote gazeux moyenne pression est envoyée sans surpression à un vaporiseur de cuve 22 de la colonne à pression intermédiaire 25 où elle se condense pour former le débit 30 liquide 62. Le débit liquide 62 est mélangé avec le débit de reflux 9 ainsi que du liquide 27 soutiré en tête de la colonne à pression intermédiaire et le mélange est envoyé en tête de la colonne basse pression.
13 2930328 Du liquide de cuve de la partie inférieure 39 est détendu et envoyé au condenseur de tête 59 de la colonne basse pression 19. Le gaz de tête 55 de la partie inférieure 39 est envoyé en cuve de la colonne basse pression et le liquide de cuve 53 de la cuve de la partie supérieure 19 de la colonne basse pression est 5 envoyé en tête de la partie inférieure. De l'oxygène gazeux 41 vaporisé dans le condenseur de tête 59 contre l'azote de tête de la colonne basse pression se réchauffe dans la ligne d'échange 3 pour former le produit 44. De l'azote résiduaire 43 pris en tête de la colonne basse pression se io réchauffe dans la ligne d'échange 3 pour former le débit 45. Le condenseur de tête 31 de la colonne à pression intermédiaire 25 est alimenté par le liquide de cuve 35 de cette même colonne. Le liquide est divisé en deux, une fraction 63 alimentant le condenseur de tête de la colonne 25 et le reste 64 étant détendu et envoyé à la partie supérieure de la colonne basse pression 19.
15 Le liquide vaporisé 61 dans le condenseur est comprimé dans un surpresseur froid 85 et envoyé comme débit 66 à la colonne basse pression à un niveau inférieur à l'arrivé de liquide de cuve 64. Pour les Figures 6 et 8, il pourrait y avoir une vaporisation partielle du liquide très riche 35,62 dans le condenseur 31 de la colonne à pression intermédiaire 25 : 20 en sortie, il y aurait un séparateur de phases, le gaz du séparateur étant comprimé par un surpresseur froid vers la colonne basse pression et le liquide étant comprimé par une pompe vers la colonne basse pression. Dans la Figure 9 est illustrée la colonne basse pression 19 avec un seul corps et deux vaporiseurs 50,52.
25 Pour les neuf figures, le surpresseur froid 85,185 peut être entraîné par un moteur électrique, mécaniquement par une turbine de détente azote moyenne pression (si présente), par la turbine d'insufflation 4 ou par une combinaison d'éléments différents. La turbine d'insufflation 4 peut être remplacée par une turbine azote, pour le 30 maintien en froid de l'appareil.
14 2930328 Pour les figures, l'arrangement du double vaporiseur selon l'invention peut se faire avec une partie inférieure de la colonne basse pression à coté ou avec les deux parties supérieure et inférieure formant un seul corps (Fig 3, 5 et 9). Le sous-refroidisseur n'est pas représenté sur les figures.
5 Pour les figures 6, 7 et 8, si on souhaite faire un appareil mono-pression azote, on pourrait ajouter : • Turbiner l'azote moyenne pression vers l'azote résiduaire et comprimer à froid l'azote résiduaire, jusqu'à une pression intermédiaire • Turbiner l'azote moyenne pression vers l'azote résiduaire et comprimer io à froid l'air vers le vaporiseur de cuve de la colonne basse pression (Fig 1) (avec une répartition adéquate de l'énergie entre le deux surpresseurs froid le cas échéant), pour réduire la pression d'air, tout en maintenant constante la pression de l'azote résiduaire. • Turbiner l'azote MP vers l'azote résiduaire et comprimer à froid l'azote 15 moyenne pression vers le vaporiseur de cuve de la colonne basse pression ( Fig 4) (avec une répartition adéquate de l'énergie entre les deux surpresseurs froids le cas échéant), pour réduire la pression d'air, tout en maintenant constante la pression de l'azote résiduaire. 20 15

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une installation à trois colonnes, constituées par une colonne moyenne pression (9), une colonne à pression intermédiaire (25) et une colonne basse pression (19,39) ayant au moins un premier et un deuxième vaporiseur (52,50,151,152) dans lequel : i) on envoie de l'air comprimé, épuré et refroidi dans une ligne d'échange (3) à la colonne moyenne pression ii) on envoie des débits enrichis en azote et en oxygène dérivés de la colonne io moyenne pression à la colonne basse pression iii) on envoie un débit liquide enrichi en oxygène de la colonne moyenne pression à la colonne à pression intermédiaire iv) on envoie un premier gaz contenant au moins autant d'azote que l'air au premier vaporiseur en cuve (52) de la colonne basse pression 15 v)on envoie un deuxième gaz contenant au moins autant d'azote que l'air au deuxième vaporiseur (50,151,152) à un niveau intermédiaire de la colonne basse pression vi) on envoie un liquide riche en oxygène de la cuve de la colonne basse pression à un condenseur de tête (31,59) de la colonne à pression intermédiaire ou de la 20 colonne basse pression vii) on envoie des liquides enrichis en oxygène et en azote de la colonne à pression intermédiaire à la colonne basse pression viii) on prélève un gaz riche en oxygène dans le condenseur de tête (31,59) de la colonne à pression intermédiaire ou de la colonne basse pression et 25 ix) on soutire un gaz riche en azote de la tête de la colonne basse pression.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on surpresse dans un surpresseur froid (85) au moins le premier gaz contenant au moins autant d'azote que l'air en amont du premier vaporiseur en cuve (52) de la colonne basse pression et éventuellement on surpresse dans un deuxième surpresseur (185) froid le 30 deuxième gaz contenant au moins autant d'azote que l'air en amont du deuxième vaporiseur(50,151,152). 16 2930328
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel on surpresse dans un surpresseur froid (85) de l'azote moyenne pression et on envoie à un vaporiseur de cuve (22) de la colonne à pression intermédiaire.
  4. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3 dans lequel on envoie un 5 liquide riche en oxygène de la cuve de la colonne basse pression à un condenseur de tête (59) de la colonne basse pression, (19,39) on envoie un liquide de cuve de la colonne à pression intermédiaire (25) au condenseur de tête (31) de la colonne à pression intermédiaire où le liquide se vaporise au moins partiellement, on surpresse du liquide vaporisé dans un surpresseur froid (85) et on l'envoie à la io colonne basse pression.
  5. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel tout l'air gazeux envoyé à la colonne moyenne pression (9)provient du vaporiseur de cuve (52) de la colonne basse pression.
  6. 6. Appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant 15 une installation à trois colonnes, constituées par une colonne moyenne pression (9), une colonne à pression intermédiaire (25) et une colonne basse pression (19,39) ayant au moins un premier et un deuxième vaporiseur (50,52,151,152) et : a) Des moyens pour envoyer de l'air comprimé, épuré et refroidi dans une ligne d'échange (3) à la colonne moyenne pression 20 b) Des moyens pour envoyer des débits enrichis en azote et en oxygène dérivés de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression c) Des moyens pour envoyer un débit liquide enrichi en oxygène de la colonne moyenne pression à la colonne à pression intermédiaire d) Des moyens pour envoyer un premier gaz contenant au moins autant 25 d'azote que l'air au premier vaporiseur en cuve de la colonne basse pression e) Des moyens pour envoyer un deuxième gaz contenant au moins autant d'azote que l'air au deuxième vaporiseur à un niveau intermédiaire de la colonne basse pression 30 f) Des moyens pour envoyer un liquide riche en oxygène de la cuve de la colonne basse pression à un condenseur de tête (31,59) de la colonne à pression intermédiaire ou de la colonne basse pression 17 2930328 g) Des moyens pour envoyer des liquides enrichis en oxygène et en azote de la colonne à pression intermédiaire à la colonne basse pression h) Des moyens pour prélever un gaz riche en oxygène dans le condenseur de tête (31,59) de la colonne à pression intermédiaire ou de la colonne 5 basse pression et i) Des moyens pour soutirer un gaz riche en azote de la tête de la colonne basse pression.
  7. 7. Appareil selon la revendication 6 comprenant un surpresseur froid (85), des moyens pour envoyer au surpresseur froid au moins le premier gaz contenant io au moins autant d'azote que l'air en amont du premier vaporiseur en cuve (52) de la colonne basse pression (19,39) et éventuellement un deuxième surpresseur froid (185) et des moyens pour envoyer au deuxième surpresseur froid le deuxième gaz contenant au moins autant d'azote que l'air en amont du deuxième vaporiseur (50).
  8. 8. Appareil selon la revendication 6 ou 7 comprenant un surpresseur 15 froid (85) , des moyens pour envoyer dans le surpresseur froid de l'azote moyenne pression et des moyens pour envoyer l'azote surpressé à un vaporiseur de cuve (22) de la colonne à pression intermédiaire (25).
  9. 9. Appareil selon la revendication 6, 7 ou 8 comprenant des moyens pour envoyer un liquide riche en oxygène de la cuve de la colonne basse pression 20 (19,39) à un condenseur de tête (31) de la colonne basse pression, des moyens pour envoyer un liquide de cuve de la colonne à pression intermédiaire (25) au condenseur de tête (31) de la colonne à pression intermédiaire où le liquide se vaporise au moins partiellement, un surpresseur froid (85), des moyens pour envoyer du liquide vaporisé dans le surpresseur froid et des moyens pour envoyer le 25 liquide vaporisé surpressé à la colonne basse pression.
  10. 10. Appareil selon l'une des revendications 6 à 9 comprenant des moyens pour envoyer tout l'air gazeux destiné à la colonne moyenne pression (9) au vaporiseur de cuve (52) de la colonne basse pression (19,39). 30
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