La présente invention est relative à un appareil de séparation de gaz de l'air par distillation cryogénique et à un procédé de modification d'un tel appareil. L'invention vise à permettre la croissance d'un site industriel comprenant une unité de séparation d'air, par exemple par valorisation de l'azote pur basse pression. De façon classique, de l'azote pur basse pression est généré à partir de la colonne basse pression d'une double colonne, par le tronçon supérieur parfois dénommé minaret. Le débit purifié étant très inférieur au débit d'air traité dans la colonne basse pression, le diamètre de ce tronçon est réduit et intégré dès la conception originelle de la colonne. Dès lors, l'ensemble de distillation est pénalisé par le surcoût lié à ce tronçon supplémentaire lorsque le besoin de production d'azote est différé par rapport à la mise en service de l'unité. The present invention relates to an apparatus for separating gas from air by cryogenic distillation and to a method of modifying such an apparatus. The invention aims to allow the growth of an industrial site comprising an air separation unit, for example by recovery of pure nitrogen low pressure. Conventionally, pure low pressure nitrogen is generated from the low pressure column of a double column, the upper section sometimes called minaret. The purified flow being much lower than the air flow treated in the low pressure column, the diameter of this section is reduced and integrated from the original design of the column. Therefore, the distillation unit is penalized by the additional cost related to this additional section when the need for nitrogen production is delayed compared to the commissioning of the unit.
Mais ne pas l'installer revient à se priver d'un marché futur, si la colonne n'a pas été conçue pour l'ajout futur d'un tronçon supplémentaire. La présente invention permettra l'ajout du tronçon de production d'azote pur de façon différée, permettant ainsi de ne pas pénaliser le montant de l'investissement initial tout en permettant de conserver le potentiel de production d'azote pur après la mise en service de l'unité. L'unité est conçue avec deux circuits séparés d'azote basse pression impur à l'intérieur de la boite froide, ainsi qu'avec deux piquages de liquide en attente. Sans tronçon supérieur, l'unité fonctionne avec les deux circuits 25 alimentés par le même gaz de tête de colonne. Lors de l'adjonction du tronçon de tête, un des deux circuits gazeux sera redirigé, en sortie de tête de colonne, vers le tronçon de purification. Les piquages de liquide en attente permettront d'assurer le reflux liquide et le retour vers la colonne principale. 30 La définition mécanique du système sera telle que l'adjonction du tronçon supérieur sera facilitée par la disponibilité et l'accessibilité des supports pour le maintient du tronçon additionnel. Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'air comprenant une enceinte contenant au moins une colonne, de préférence une colonne basse pression et éventuellement une colonne moyenne pression et éventuellement un échangeur, au moins une tuyauterie étant reliée à la (une seule des) colonne(s) et caractérisé en ce qu'au moins une première tuyauterie débouche à l'intérieur de l'enceinte, la tuyauterie étant adaptée pour être reliée à une autre colonne à installer ultérieurement. Selon d'autres aspects facultatifs : - l'enceinte comprend une première région et une deuxième région distincte de la première région, la colonne basse pression et éventuellement la colonne moyenne pression, et éventuellement l'échangeur étant situé (situés) dans la première région uniquement, la deuxième région ne contenant que des conduites ou des tuyauteries ou éventuellement au moins un échangeur, la deuxième région étant délimitée par au moins une paroi de l'enceinte, de préférence d'au moins cinq parois de l'enceinte, l'appareil comprenant une première conduite, reliée à la tête de la colonne basse pression et à l'échangeur, qui se trouve entièrement à l'intérieur de la première région, une deuxième conduite étant reliée à la tête de la colonne basse pression et l'échangeur, une partie de la deuxième conduite se trouve dans la deuxième région et deux parties se trouvent dans la première région, la partie se trouvant dans la deuxième région étant rattachée aux deux autres parties se trouvant dans la première région ; - la première région constitue une partie inférieure de l'enceinte et la deuxième région une partie supérieure de l'enceinte ; - l'enceinte contenant les colonnes et l'échangeur peut éventuellement être constituée par une pluralité de boites froides contenant chacune au moins une colonne et/ou un échangeur ; - la première région de l'enceinte contient uniquement la colonne basse pression ou uniquement la colonne basse pression et la colonne moyenne pression, l'échangeur se trouvant dans une autre boite froide, dans les deux cas ; - la deuxième région ne contient ni colonne ni échangeur et est située de préférence dans la partie supérieure de l'enceinte ; - au moins une tuyauterie, de préférence au moins deux tuyauteries, est (sont) rattachées à la tête de la colonne moyenne pression, parcour(en)t la première région et débouche(nt) dans la deuxième région ; - l'appareil selon l'une des revendications précédentes comprend un support de fixation d'une colonne supplémentaire en haut de la colonne basse pression ; - les deux autres parties (23A, 23C) de la conduite se trouvant uniquement dans la première région constituent une première et une troisième partie et la partie se trouvant uniquement dans la deuxième région, la deuxième partie (23B'), aucune partie de la deuxième conduite n'étant reliée à la première conduite (il est considéré que la première conduite n'est pas reliée à la deuxième conduite à travers l'intérieur de la colonne) ; - aucun moyen d'échange de matière ne se trouve entre le point de raccord de la deuxième conduite à la colonne basse pression et le point de raccord de la première conduite à la colonne basse pression ; - les deux autres parties de la conduite se trouvant dans la première région constituent une première et une troisième partie, la première partie étant rattachée à la colonne supplémentaire et à la deuxième partie, qui est la partie se trouvant dans la deuxième région et la troisième partie étant rattachée à l'échangeur et à la deuxième partie. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de modification d'un appareil de séparation d'air existant tel que décrit au-dessus pour rajouter une colonne supplémentaire, l'appareil de séparation comprenant à l'origine, à l'intérieur d'une enceinte, au moins une colonne, par exemple une colonne basse pression et éventuellement une colonne moyenne pression et éventuellement un échangeur, et au moins une première tuyauterie reliée uniquement à la (une seule des) colonne(s) dans lequel en rajoutant la colonne supplémentaire, au moins une tuyauterie existante est rattachée à la colonne supplémentaire. Selon d'autres aspects facultatifs : - au moins deux premières tuyauteries, chacune reliée uniquement à une seule colonne (des colonnes) dans lequel, en rajoutant la colonne supplémentaire, au moins deux tuyauteries existantes sont rattachées à la colonne supplémentaire, de préférence une tuyauterie étant rattachée à la tête de la colonne supplémentaire et une autre étant rattachée à la cuve de la colonne supplémentaire ; - l'enceinte à l'origine comprend une première région et une deuxième région, de préférence seulement une première région et une deuxième région, la colonne basse pression et éventuellement la colonne moyenne pression et éventuellement l'échangeur étant placé (placés) uniquement dans la première région de l'enceinte, la deuxième région étant à l'extérieur de la première région, une première conduite reliée à la tête de la colonne basse pression et à l'échangeur qui se trouve entièrement à l'intérieur de la première région, une deuxième conduite étant reliée à la tête de la colonne basse pression et l'échangeur, une partie de la deuxième conduite se trouvant dans la deuxième région et deux parties se trouvant dans la première région, la partie se trouvant dans la deuxième région étant rattachée aux deux autres parties se trouvant dans la première région, dans lequel on ouvre, voire enlève, la deuxième région de l'enceinte, on amène la colonne supplémentaire, on détache la deuxième conduite de la tête de la colonne basse pression, on la rattache à la tête de la colonne supplémentaire et on referme l'enceinte contenant la colonne supplémentaire en plus des colonnes présentes à l'origine ; - on coupe uniquement la partie de la deuxième conduite se trouvant dans la deuxième région et on rattache la tête de la colonne supplémentaire à une sortie de tuyauterie existante, reliée à la tête de la colonne moyenne pression, dont une partie se trouve dans la deuxième région ; - l'enceinte à l'origine comprend une première région et une deuxième région, de préférence seulement une première région et une deuxième région, la colonne basse pression et éventuellement la colonne moyenne pression et éventuellement l'échangeur étant placé (placés) uniquement dans la première région de l'enceinte, la deuxième région étant à l'extérieur de la première région, un support de fixation est rattaché en haut de la colonne basse pression à l'intérieur de l'enceinte d'origine et dans lequel on ouvre la deuxième région, et non pas la première région, de préférence au moyen d'un trou d'homme, pour accéder au support de fixation et pour y fixer la colonne supplémentaire ; - la première région et la deuxième région se rejoignent, de préférence uniquement, par une surface plane substantiellement parallèle au sol. L'invention sera décrite en plus de détails en se référant aux figures, la Figure 1 montrant un appareil selon l'invention, avant le rajout de la colonne supplémentaire et la Figure 2 montrant un appareil selon l'invention, après le rajout de la colonne supplémentaire qui remplit la fonction du tronçon additionnel. Dans la Figure 1 on voit une double colonne de séparation d'air comprenant une colonne moyenne pression 9 surmontée d'une colonne basse pression 11. Avec un échangeur de chaleur 7, la double colonne est placée à l'intérieur d'une première région 1 isolée par de la perlite, constituant la partie inférieure de l'enceinte appelée boîte froide dans l'art. Dans cet exemple, une seule enceinte contient à la fois la colonne moyenne pression, la colonne basse pression et l'échangeur. Par contre, l'enceinte peut contenir la colonne basse pression, la colonne moyenne pression et l'échangeur étant placés dans d'autres enceintes. De même, la double colonne constituée par la colonne moyenne pression et la colonne basse pression peut se trouver à l'intérieur de l'enceinte, avec l'échangeur dans une enceinte à part. L'essentiel, dans le cas du rajout d'une colonne de production d'azote pur, est qu'au-dessus de la colonne basse pression, il y ait une région permettant l'accès facile aux tuyauteries aveugles et éventuellement à la conduite en U, comme il sera décrit ultérieurement. L'appareil comprend les conduites habituelles d'amenée d'air épuré, refroidi et comprimé, d'envoi de fluides de la colonne moyenne pression 9 vers la colonne basse pression 11 et de sortie de fluide riche en oxygène. Par contre, ces conduites ne sont pas illustrées pour simplifier le dessin. Une conduite 15 est rattachée à la tête de la colonne moyenne pression 9 et à la tête de la colonne basse pression 11. Juste avant la colonne basse pression, la conduite 15 est rattachée à une conduite 15A qui débouche dans une deuxième région 2 placée au-dessus de la première région 1. Ainsi, quand la double colonne 9,11 est en fonctionnement, un liquide de reflux riche en azote passe de la tête de la colonne moyenne pression à la tête de la colonne basse pression et la conduite 19 est fermée. Une conduite 17 reliée à la tête de la colonne moyenne pression permet une sortie de liquide par la conduite 13. La conduite 17 monte vers le haut de la région 1 et passe dans la région 2 où elle débouche, étant désignée comme conduite 17A. La conduite 17 est fermée en fonctionnement normal de l'appareil de la Figure 1 alors que la conduite 13 est ouverte pour permettre une production d'azote liquide. Une première conduite d'azote 25 relie la tête de la colonne basse pression avec l'échangeur 7 pour permettre le passage d'azote gazeux. Une deuxième conduite d'azote 23 relie également la tête de la colonne basse pression avec l'échangeur 7 pour permettre le passage d'azote gazeux mais, à la différence de la conduite 25 qui reste entièrement dans la région 1, la conduite 23 passe dans la région 1 (partie 23A), rentre dans la région 2, sort de la région 2 (de sorte que la partie 23B soit entièrement dans la région 2) et parcourt la région 1 (partie 23C) jusqu'à l'échangeur 7. La partie 23B est globalement en forme de U. Quand l'appareil de la Figure 1 est en opération, la conduite 23 et/ou la conduite 25 peuvent être ouvertes. Comme il n'y a aucun moyen d'échange de matière entre les deux raccords des conduites 23 et 25 à l'intérieur de la colonne 11, les puretés des débits produits dans les conduites 23,25 sont substantiellement identiques. La conduite 25 doit être dimensionnée pour pouvoir passer tout le débit présent lors du fonctionnement de l'appareil adapté selon la Figure 2, car elle n'est pas modifiée lors de l'ouverture de l'enceinte. En haut de la colonne basse pression à l'intérieur de la première région 1 est fixé un support mécanique 21 qui comprend un ou plusieurs éléments, par exemple des barres verticales ou une jupe. Ce support 21 est accessible par un trou d'homme dans la paroi de la région 2. But not to install it amounts to depriving itself of a future market, if the column was not designed for the future addition of an additional section. The present invention will allow the addition of the pure nitrogen production section in a delayed manner, thus allowing not to penalize the amount of the initial investment while allowing to maintain the potential for production of pure nitrogen after commissioning. of the unit. The unit is designed with two separate low pressure impure nitrogen circuits inside the cold box, as well as two standby liquid taps. Without an upper section, the unit operates with the two circuits 25 fed by the same overhead gas. During the addition of the head section, one of the two gas circuits will be redirected at the outlet of the column head to the purification section. The queues of liquid waiting to ensure liquid reflux and return to the main column. The mechanical definition of the system will be such that the addition of the upper section will be facilitated by the availability and accessibility of the supports for maintaining the additional section. According to an object of the invention, there is provided an air separation apparatus comprising an enclosure containing at least one column, preferably a low pressure column and optionally a medium pressure column and optionally an exchanger, at least one pipe being connected at the (only one) column (s) and characterized in that at least a first pipe opens inside the enclosure, the pipe being adapted to be connected to another column to be installed later. According to other optional aspects: the enclosure comprises a first region and a second region distinct from the first region, the low pressure column and optionally the medium pressure column, and optionally the exchanger being located in the first region; only, the second region containing only pipes or pipes or possibly at least one exchanger, the second region being delimited by at least one wall of the enclosure, preferably at least five walls of the enclosure, the apparatus comprising a first conduit, connected to the head of the low pressure column and to the exchanger, which is entirely inside the first region, a second conduit being connected to the head of the low pressure column and the part of the second conduit is in the second region and two parts are in the first region, the part in the second region being attached to the other two parts in the first region; the first region constitutes a lower part of the enclosure and the second region constitutes an upper part of the enclosure; - The enclosure containing the columns and the exchanger may optionally be constituted by a plurality of cold boxes each containing at least one column and / or exchanger; the first region of the enclosure contains only the low pressure column or only the low pressure column and the medium pressure column, the exchanger being in another cold box, in both cases; the second region contains neither column nor exchanger and is preferably located in the upper part of the enclosure; at least one pipe, preferably at least two pipework, is (are) attached to the head of the medium pressure column, travels (in) t the first region and opens (nt) in the second region; the apparatus according to one of the preceding claims comprises a support for fixing an additional column at the top of the low pressure column; - the other two parts (23A, 23C) of the pipe located only in the first region constitute a first and a third part and the part lying only in the second region, the second part (23B '), no part of the second conduit being connected to the first conduit (it is considered that the first conduit is not connected to the second conduit through the interior of the column); - No material exchange means is between the connection point of the second pipe to the low pressure column and the connection point of the first pipe to the low pressure column; - the other two parts of the pipe in the first region are a first and a third part, the first part being attached to the additional column and the second part, which is the part in the second region and the third part being attached to the exchanger and the second part. According to another object of the invention, there is provided a method of modifying an existing air separation apparatus as described above to add an additional column, the separation apparatus comprising at the beginning, to inside an enclosure, at least one column, for example a low pressure column and optionally a medium pressure column and optionally an exchanger, and at least a first pipe connected solely to the (only one) column (s) in which by adding the additional column, at least one existing piping is attached to the additional column. According to other optional aspects: - at least two first pipes, each connected to only one column (columns) in which, by adding the additional column, at least two existing pipes are attached to the additional column, preferably piping being attached to the head of the additional column and another being attached to the tank of the additional column; the enclosure at the origin comprises a first region and a second region, preferably only a first region and a second region, the low pressure column and optionally the medium pressure column and possibly the exchanger being placed (placed) only in the first region of the enclosure, the second region being outside the first region, a first conduit connected to the head of the low pressure column and the exchanger which is entirely within the first region; a second conduit being connected to the head of the low pressure column and the exchanger, a part of the second conduit being in the second region and two portions being in the first region, the portion in the second region being attached to the other two parts in the first region, in which the second region of the enclosure is opened or removed, the additional column, the second pipe is detached from the head of the low pressure column, it is attached to the head of the additional column and the enclosure containing the additional column is closed in addition to the columns present at the origin; - only the part of the second pipe in the second region is cut and the head of the additional column is attached to an existing pipe outlet, connected to the head of the medium pressure column, part of which is in the second region ; the enclosure at the origin comprises a first region and a second region, preferably only a first region and a second region, the low pressure column and optionally the medium pressure column and possibly the exchanger being placed (placed) only in the first region of the enclosure, the second region being outside the first region, a fixing support is attached to the top of the low pressure column inside the original enclosure and in which one opens the second region, and not the first region, preferably by means of a manhole, for accessing the fixation support and for attaching the additional column; - The first region and the second region meet, preferably only, a flat surface substantially parallel to the ground. The invention will be described in more detail with reference to the figures, FIG. 1 showing an apparatus according to the invention, before the addition of the additional column and FIG. 2 showing an apparatus according to the invention, after the addition of the supplementary column which fulfills the function of the additional section. In Figure 1 we see a double air separation column comprising a medium pressure column 9 surmounted by a low pressure column 11. With a heat exchanger 7, the double column is placed inside a first region 1 isolated by pearlite, constituting the lower part of the enclosure called cold box in the art. In this example, a single enclosure contains both the medium pressure column, the low pressure column and the exchanger. On the other hand, the enclosure may contain the low pressure column, the medium pressure column and the exchanger being placed in other enclosures. Similarly, the double column constituted by the medium pressure column and the low pressure column can be inside the enclosure, with the exchanger in a separate chamber. The main point, in the case of the addition of a pure nitrogen production column, is that above the low pressure column, there is a region allowing easy access to blind pipes and possibly to driving. in U, as will be described later. The apparatus comprises the usual conduits for supplying purified air, cooled and compressed, for sending fluids from the medium pressure column 9 to the low pressure column 11 and oxygen-rich fluid outlet. By cons, these pipes are not illustrated to simplify the drawing. A pipe 15 is attached to the head of the medium pressure column 9 and to the head of the low pressure column 11. Just before the low pressure column, the pipe 15 is attached to a pipe 15A which opens into a second region 2 placed at above the first region 1. Thus, when the double column 9,11 is in operation, a nitrogen-rich reflux liquid passes from the head of the medium pressure column to the head of the low pressure column and the pipe 19 is closed. A pipe 17 connected to the head of the medium-pressure column allows a liquid outlet through the pipe 13. The pipe 17 rises upwards from the region 1 and passes into the region 2 where it opens, being designated as the pipe 17A. The pipe 17 is closed during normal operation of the apparatus of FIG. 1 while the pipe 13 is open to allow the production of liquid nitrogen. A first nitrogen line 25 connects the head of the low pressure column with the exchanger 7 to allow the passage of nitrogen gas. A second nitrogen pipe 23 also connects the head of the low pressure column with the exchanger 7 to allow the passage of nitrogen gas but, unlike the pipe 25 which remains entirely in region 1, the pipe 23 passes in region 1 (part 23A), enters region 2, exits region 2 (so that part 23B is entirely in region 2) and travels region 1 (part 23C) to interchange 7 The portion 23B is generally U-shaped. When the apparatus of Figure 1 is in operation, the conduit 23 and / or the conduit 25 may be opened. Since there is no material exchange means between the two pipe connections 23 and 25 inside the column 11, the purities of the flows produced in the pipes 23, 25 are substantially identical. The pipe 25 must be dimensioned to be able to pass all the flow present during operation of the adapted device according to Figure 2, because it is not changed when opening the enclosure. At the top of the low pressure column inside the first region 1 is fixed a mechanical support 21 which comprises one or more elements, for example vertical bars or a skirt. This support 21 is accessible through a manhole in the wall of region 2.
Les conduites 23 et 25 doivent être distinctes jusqu'à la sortie de la première région 1, donc de l'enceinte. Il n'est pas possible de mélanger les débits en amont ou en aval de l'échangeur 7. Dans la Figure 2, l'appareil de la Figure 1 est modifié pour rajouter une colonne supplémentaire 27 pour permettre la production d'azote pur. Dans ce cas, la région 2 est ouverte et déperlitée, puis enlevée, laissant les conduites 17A, 19 et la partie de la conduite 23 qui était dans la deuxième région 2. Le trou d'homme au-dessus du support 21 est ouvert et le support est rallongé. La conduite 17A dans la région 2 est rallongée et reliée à la tête de la colonne 27, la conduite 15A est reliée à la cuve de la colonne 27 par la conduite 19. Ainsi la colonne 27 peut être alimentée en azote liquide par la conduite 17A et la tête de la colonne basse pression 11 peut recevoir du liquide de cuve de la colonne 27. Du liquide peut passer de la cuve de la colonne 27 à la tête de la colonne basse pression 11 à travers les conduites 19,15A. The pipes 23 and 25 must be separate until the exit of the first region 1, so the enclosure. It is not possible to mix flow rates upstream or downstream of the exchanger 7. In Figure 2, the apparatus of Figure 1 is modified to add an additional column 27 to allow the production of pure nitrogen. In this case, the region 2 is opened and de-watered, then removed, leaving the lines 17A, 19 and the portion of the pipe 23 which was in the second region 2. The manhole above the support 21 is open and the support is lengthened. The pipe 17A in the region 2 is lengthened and connected to the head of the column 27, the pipe 15A is connected to the tank of the column 27 by the pipe 19. Thus the column 27 can be supplied with liquid nitrogen by the pipe 17A and the head of the low pressure column 11 can receive bottom liquid from the column 27. Liquid can pass from the bottom of the column 27 to the top of the low pressure column 11 through the lines 19,15A.
La conduite 23 est coupée au niveau de la partie 23A et fermée à l'entrée de la colonne basse pression, en supprimant la partie 23B. La partie 23A débouche donc dans la région 2 et sa sortie est scellée. La tête de la colonne 27 est reliée par une nouvelle conduite 23B' reliée à la partie restante de la conduite 23 reliée à l'échangeur 7 par la partie d'origine 23C de la conduite 23, de sorte que l'azote gazeux pur transite dans l'échangeur 7 sans se mélanger avec l'azote provenant de la conduite 25. La conduite 25 est inchangée mais par contre ne produit plus de l'azote à la même pureté que la conduite 23. The pipe 23 is cut at the portion 23A and closed at the inlet of the low pressure column, removing the portion 23B. Part 23A thus opens in region 2 and its output is sealed. The head of the column 27 is connected by a new pipe 23B 'connected to the remaining portion of the pipe 23 connected to the exchanger 7 by the part of origin 23C of the pipe 23, so that the pure nitrogen gas passes through in the exchanger 7 without mixing with the nitrogen coming from the pipe 25. The pipe 25 is unchanged but on the other hand no longer produces nitrogen at the same purity as the pipe 23.
Une deuxième région 2 plus grande est construite pour contenir la colonne 27 et les conduites 15A, 17A, 19, 23B'. Des moyens sont prévus pour boucher les ouvertures des conduites 18A, 19 et 23A dans la deuxième région, de sorte qu'elles ne se remplissent pas de perlite. A second larger region 2 is constructed to contain the column 27 and the conduits 15A, 17A, 19, 23B '. Means are provided to plug the openings of the lines 18A, 19 and 23A in the second region, so that they do not fill with perlite.
Il sera compris que ce principe peut être adapté à d'autres types de colonnes de séparation d'air devant être modifiées pour rajouter un élément en cours du temps, par exemple pour rajouter un échangeur ou une colonne. Ainsi deux conduites sont prévues rattachées à la double colonne à un bout et scellées à l'autre bout. La colonne supplémentaire peut être une colonne de mélange, une colonne de production d'argon ou une colonne d'enrichissement de krypton/xénon. Dans ce cas, il n'est pas utile que la deuxième région soit au-dessus de la première région : elle peut être située sur un des côtés latéraux de l'enceinte. It will be understood that this principle can be adapted to other types of air separation columns to be modified to add an element in the course of time, for example to add a heat exchanger or a column. Thus two pipes are provided attached to the double column at one end and sealed at the other end. The additional column may be a mixing column, an argon producing column or a krypton / xenon enrichment column. In this case, it is not useful for the second region to be above the first region: it may be located on one of the lateral sides of the enclosure.