i La présente invention est relative à un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une installation comprenant au moins un appareil de séparation d'air, de préférence au moins deux appareils de séparation d'air. Une des technologies de capture de CO2 pour les centrales de production d'énergie sur base charbon, l'oxycombustion, nécessitera de très grande quantités d'oxygène (de 10000 MTPD à 20000 MTPD suivant les sites) produite par une série d'appareils de séparation d'air (ASU) associée à des unité d'épuration de dioxyde de carbone (CPU) pour purifier le CO2 à la sortie de ou des chaudières avant son transport et séquestration. Ces unités de io séparation d'air sont de très grosses consommatrices d'énergie électrique, ce qui pénalise, si elles consomment toute cette énergie en continu, la mise sur réseau de la puissance produite par la centrale aux heures où l'énergie est valorisée au plus haut. Pour mettre sur le réseau ponctuellement, plus d'énergie, sont connus 15 des systèmes de bascule qui permettent de limiter la puissance consommée par celles-ci pendant les heures de pointes. Il est aussi envisageable d'arrêter et de redémarrer les ASUs pour économiser de l'énergie, mais le temps de redémarrage n'est pas forcément compatible avec plusieurs opérations de ce type chaque jour. 20 WO-A-07/129152 décrit un procédé de séparation d'air permettant la production constante d'oxygène avec des débits variables d'alimentation d'air grâce à un système de bascule. WO-A-09/024672 décrit un procédé utilisant une série d'appareils de séparation d'air où, en régime normal, tous les compresseurs d'air opèrent à 25 une charge réduite et lorsque l'un de ces compresseurs d'air s'arrête, les autres compresseurs restants sont poussés à leur maximum de façon à compenser, soit totalement, soit partiellement le déficit d'air haute pression. ENERGIE SPECIFIQUE MARCHE NOMINALE 30 US-A-5548975 décrit un appareil de séparation d'air avec une production nominale qui peut produire une production accrue en modifiant le fonctionnement de divers éléments de l'appareil. Un compresseur d'air comprime, de préférence, l'air à partir d'une pression atmosphérique. The present invention relates to a method of air separation by cryogenic distillation in an installation comprising at least one air separation apparatus, preferably at least two air separation apparatuses. One of the CO2 capture technologies for coal-based power plants, oxycombustion, will require very large amounts of oxygen (from 10,000 MTPD to 20000 MTPD depending on the site) produced by a series of air separation (ASU) associated with carbon dioxide purification unit (CPU) for purifying the CO2 at the outlet of or boilers before transport and sequestration. These air separation units are very large consumers of electrical energy, which penalizes, if they consume all this energy continuously, the networking of the power produced by the plant at times when the energy is valued. at the highest. To put on the network punctually, more energy, are known rocker systems that limit the power consumed by them during peak hours. It is also possible to shut down and restart the ASUs to save power, but the restart time may not be compatible with several such operations each day. WO-A-07/129152 discloses an air separation method for the constant production of oxygen at variable air supply rates by a tilting system. WO-A-09/024672 discloses a method using a series of air separation apparatuses where, in normal operation, all air compressors operate at a reduced load and when one of these air compressors stops, the other remaining compressors are pushed to their maximum so as to compensate, either totally or partially the deficit of high pressure air. SPECIFIC ENERGY NOMINAL MARK 30 US-A-5548975 discloses an air separation apparatus with nominal output that can produce increased output by changing the operation of various elements of the apparatus. An air compressor preferably compresses air from atmospheric pressure.
La boîte froide d'un appareil de séparation d'air constitue dans ce contexte le contenu d'une enceinte thermique contenant au moins une colonne, au moins un échangeur, et d'autres éléments tels que des turbines. Une partie des centrales, spécialement celles équipées de moyens de capture de dioxyde de carbone, est prévue pour fonctionner en base, c'est-à-dire d'une façon stable et continue sur tout ou presque toute l'année, et ce généralement proche de leur nominal, afin de mettre sur le réseau d'une façon continue de l'énergie électrique, d'autres centrales sont prévues pour marcher d'une façon plus erratique et répondre aux besoins à partir d'un certain niveau io de consommation d'énergie électrique, voire d'autres encore qui sont prévues pour répondre uniquement aux besoins de pointe (quelques centaines, voire un peu plus d'un millier d'heures par an). Selon l'invention, il est prévu un procédé de distillation d'air cryogénique dans une installation comprenant N appareils de séparation d'air (N>_ 1), chaque 15 appareil comprenant au moins un compresseur d'air, éventuellement un surpresseur, une boîte froide et une unité d'épuration d'air, l'installation étant associée à un système de stockages et i) pour le cas où N=1 deux compresseurs d'air étant reliés à la boîte froide pour l'alimenter en air 20 ou ii) pour le cas où N>_2 , chaque compresseur d'air étant relié à au moins plusieurs, voire les N, boîtes froides des appareils de séparation d'air pour les alimenter en air, et dans lequel le ou les appareil(s) de séparation d'air ont au moins trois modes de 25 fonctionnement différenciés en terme de consommation d'énergie électrique, mais pas en terme de production d'oxygène qui, quant à elle, pour chacun des trois modes, reste quasiment stable, par exemple dans une fourchette de +5%/-5%, autour de la production nominale, pour fournir une centrale thermique produisant de l'électricité pour le réseau électrique : 30 - un premier mode de fonctionnement dit nominal où l'ensemble du/des compresseur(s) d'air, du/des surpresseur(s) et de la/ des boîtes froides fonctionnent à leur point nominal, - un deuxième mode de fonctionnement où la boîte froide ou l'ensemble des boîtes froides fonctionne(nt) avec l'envoi d'oxygène liquide à la/ chaque boîte froide avec une coproduction d'azote liquide ou d'air liquide, la quantité d'air comprimé et éventuellement surpressé envoyée à la/chaque boîte froide étant inférieure à la quantité d'air utilisé dans le premier mode, - un troisième mode de fonctionnement où la boîte froide ou l'ensemble des boites froides produit/produisent la production nominale d'oxygène gazeux et une quantité supplémentaire d'oxygène gazeux qui est liquéfié au moyen d'un échange thermique avec l'azote liquide ou l'air liquide produit dans le deuxième mode, sur une quantité d'air comprimé et éventuellement surpressé, supérieure à la quantité d'air utilisé dans le premier et le deuxième mode, io caractérisé par le fait que le nombre de compresseurs d'air et éventuellement surpresseurs fonctionnant dans le deuxième mode est inférieur à celui des premier et/ou troisième modes. Selon d'autres caractéristiques optionnelles : - le ou les compresseur(s) d'air et éventuellement le ou les 15 surpresseur(s) restant en fonctionnement dans le deuxième mode de fonctionnement, fonctionnent à un point proche de son/leur point nominal ; - l'énergie spécifique de l'oxygène gazeux produit dans le deuxième mode de fonctionnement est plus basse que celle de l'oxygène gazeux dans le premier mode de fonctionnement, qui elle-même est plus basse que celle du 20 troisième mode de fonctionnement ; - N=1, et l'appareil de séparation d'air comprend une seule boîte froide, au moins deux compresseurs d'air et éventuellement au moins deux surpresseurs et dans lequel selon le deuxième mode au moins un des compresseurs d'air et éventuellement au moins un des surpresseurs est à 25 l'arrêt alors que la boîte froide est en fonctionnement ; - pendant le deuxième mode de fonctionnement au moins, un compresseur d'air alimente la/chaque boîte froide en air ; - N>_2 et dans lequel pendant le deuxième mode de fonctionnement toutes les boîtes froides produisent de l'oxygène ; 30 - le nombre de compresseurs d'air et éventuellement surpresseurs fonctionnant dans le deuxième mode est inférieur à ceux des premier et troisième modes ; - le prix de l'électricité pendant le premier mode est supérieur au prix de l'électricité pendant le troisième mode ; - le prix de l'électricité pendant le deuxième mode est supérieur au prix d'électricité pendant le premier mode. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu une installation de séparation d'air comprenant plusieurs appareils de séparation d'air, chaque appareil comprenant un compresseur d'air, un échangeur de chaleur, une unité d'épuration, un système de colonnes, le système de colonnes et l'échangeur de chaleur faisant partie d'une boîte froide, chacune des boîtes froides étant reliée à un premier stockage d'oxygène liquide et à un deuxième stockage d'air liquide ou d'azote liquide, les premier et deuxième stockages et le stockage io d'oxygène liquide étant relié à un échangeur de chaleur, lui-même relié à une conduite d'oxygène gazeux reliée aux boîtes froides. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures dans lesquelles les Figures 1 à 3 représentent les trois modes de fonctionnement de l'invention appliquées à un procédé avec quatre appareils de séparation d'air et 15 la Figure 4 représente une installation avec un seul appareil de séparation d'air qui peut opérer selon l'invention. La Figure 1 représente un appareil fonctionnant selon le premier mode de fonctionnement. Chacun de quatre appareils comprend un compresseur d'air Cl, C2, C3, C4, une unité d'épuration El, E2, E3, E4, un échangeur de chaleur 20 HEX1, HEX2, HEX3, HEX4 et un système de colonnes CS1, CS2, CS3, CS4. La boîte froide de chaque appareil comprend l'échangeur HEX et le système de colonnes CS. Chaque compresseur est relié à l'ensemble des échangeurs de chaleur et les échangeurs sont tous reliés à une conduite R de mise en réseau 25 d'oxygène gazeux GOX. L'installation comprend également un stockage d'oxygène S1 et un stockage S2 qui n'interviennent pas dans le fonctionnement selon le premier mode. Nous aurons la plupart du temps, pour des questions de faisabilité et/ou de fiabilité, au moins deux ensembles comprenant chacun une unité d'épuration 30 et une boite froide, voire quatre (pris pour cet exemple, plus encore étant possible) avec autant, voire même plus, de compresseurs principal d'air (MAC), associés éventuellement à des surpresseurs d'air (BAC) ou de compresseur d'azote ou de compresseur d'oxygène, un ensemble de stockage de produits liquide (LOX, LIN, air liquide éventuellement) pouvant être mis en commun avec ces ASUs. Les MAC et les BAC des différentes ASUs (voire compresseurs ou surpresseurs d'azote ou d'oxygène) sont mis en réseau afin de fournir en commun l'ensemble des boites froides (et en réseau éventuellement pour l'azote et/ou d'oxygène pour la fourniture en aval). Dans un premier mode de fonctionnement, lorsque le tarif électrique est dans une certaine plage de valorisation dite normale, ces 4 appareils de séparation d'air fonctionnent avec l'ensemble des compresseurs au nominal et io produisent les quantités de GOX requis par la centrale. Dans un deuxième mode de fonctionnement, illustré dans la Figure 2, lorsque l'énergie est fortement valorisée, et afin de ne pas déstabiliser plusieurs fois par jour le fonctionnement de la centrale à charbon si elle est conçue pour marcher en base et de ne pas arrêter de stocker le CO2 après purification, la 15 production des quatre ASUs associées à son système de stockage de liquide est gardée quasi stable, mais pour pouvoir mettre sur le réseau à ces moments de haute valorisation, de l'énergie supplémentaire, un voire deux des MAC et éventuellement un voire deux des BAC sont arrêtés (et éventuellement des compresseurs ou surpresseurs d'azote), les quatre boîtes froides continuent à 20 produire tout en étant en marche réduite et donc avec des pertes de charges réduites, mais en étant biberonnées en oxygène liquide (LOX) (et produisant de l'azote liquide (LIN) ou de l'air liquide pour maintenir l'équilibre), la quantité nominale (ou presque) requise pour le fonctionnement de la centrale, les MACs et BACs restants sont en fonctionnement près de leur point nominal (donc avec 25 à priori leur rendement optimum) : cette approche permet d'avoir pendant les périodes de fortes valorisation de l'énergie un minimum d'énergie consommée par des ASUs, tout en ayant ces ASUs produisant à leur nominal ou proche, mais avec une meilleure énergie spécifique qu'en leur point design (MAC et BAC restant à l'optimum énergétique avec des BF à pertes de charge réduites). 30 Dans l'exemple de la Figure 2, on voit que les compresseurs C2 et C3 sont arrêtés alors que les compresseurs Cl et C4 continuent à fonctionner, tous les appareils de séparation d'air étant en fonctionnement. De l'oxygène liquide est envoyé à au moins un des échangeurs de chaleur HEX1, HEX2, HEX3, HEX4 et/ou à au moins un des systèmes de colonnes CS1, CS2, CS3, CS4 du stockage S1. De même de l'azote liquide provenant d'au moins un des systèmes de colonnes CS1, CS2, CS3, CS4 est envoyé au stockage S2. Cet azote liquide peut être remplacé par de l'air liquide. Dans un troisième mode de fonctionnement, lorsque l'énergie est plus faiblement valorisée, l'ensemble des ASUs produit plus que leur production nominale, les différents compresseurs aussi, le GOX supplémentaire produit étant liquéfié avec le LIN ou l'air liquide précédemment produit en deuxième mode de fonctionnement, l'énergie consommée étant alors bien supérieure à l'énergie nominale et les pertes de charges induites par ces marches poussées, io les compresseurs étant aussi poussés, induisant une énergie spécifique bien supérieure à celle en marche nominale. Cette approche peut être généralisée aussi au cas d'unité avec de la pré-combustion avec, entre autres, des compresseurs ou surpresseurs d'azote et/ou d'oxygène qui pourraient suivre le même type d'approche que pour les 15 MAC et BAC. A la Figure 3, on voit que tous les compresseurs sont en état de fonctionnement et que de l'oxygène liquide est envoyé d'au moins un des systèmes de colonnes vers le stockage S1 alors que l'azote liquide provenant du stockage S2 sert à liquéfier l'oxygène gazeux pour produire le liquide envoyé 20 au stockage S1. Cette liquéfaction aura lieu, par exemple, dans un échangeur dédié non-illustré. La liquéfaction par échange de chaleur avec l'azote liquide peut être remplacée par une liquéfaction par échange de chaleur avec l'air liquide. Il sera compris que la façon d'illustrer les modes dans les figures 1 à 3 25 est d'illustrer uniquement les conduites où les fluides circulent. Ainsi les compresseurs C2, C3 sont montrés comme n'étant plus reliés aux échangeurs dans la Figure 2 pour signifier que l'air ne circule plus entre ces compresseurs et l'échangeur. Les connexions réelles évidemment restent permanentes mais peuvent être fermées ou inversées comme on voit dans les diverses figures. 30 La Figure 4 montre un seul appareil de séparation d'air capable de fonctionner selon le procédé de l'invention. Il comprend deux compresseurs d'air Cl, C2, une unité d'épuration E, un échangeur de chaleur HEX1 et un système de colonnes BF1. In this context, the cold box of an air separation apparatus constitutes the contents of a thermal enclosure containing at least one column, at least one exchanger, and other elements such as turbines. Some of the plants, especially those with carbon dioxide capture capabilities, are designed to operate as a base, that is, in a stable and continuous manner over most or most of the year, and generally close to their nominal, in order to put on the grid in a continuous way of the electrical energy, other power stations are planned to walk in a more erratic way and to answer the needs starting from a certain level io of consumption electrical energy, or even others that are planned to meet only the peak needs (a few hundred or even a little over a thousand hours per year). According to the invention, there is provided a process for the distillation of cryogenic air in an installation comprising N air separation apparatus (N> 1), each apparatus comprising at least one air compressor, optionally a booster, a cold box and an air purification unit, the installation being associated with a storage system and i) in the case where N = 1 two air compressors being connected to the cold box to supply air Or ii) in the case where N> _2, each air compressor being connected to at least several, or even the N, cold boxes of air separation apparatus for supplying air, and wherein the one or more apparatus (s) air separation have at least three modes of operation differentiated in terms of power consumption, but not in terms of oxygen production which, for its part, for each of the three modes, remains almost stable , for example in a range of +5% / - 5%, around the pro nominal ducting, to provide a thermal power plant generating electricity for the electrical network: a first mode of operation said nominal where all of the air compressor (s), the booster (s) and the cold box (s) operate at their nominal point, - a second mode of operation where the cold box or all the cold boxes work (s) with the sending of liquid oxygen to the / each cold box with a co-production liquid nitrogen or liquid air, the amount of compressed air and optionally compressed sent to the / each cold box being less than the amount of air used in the first mode, - a third mode of operation where the cold box or all the cold boxes produce / produce the nominal production of gaseous oxygen and an additional amount of gaseous oxygen which is liquefied by means of a heat exchange with liquid nitrogen or liquid air produced in the second mode, on an amount of compressed air and possibly overpressed, greater than the amount of air used in the first and second mode, characterized in that the number of air compressors and possibly blowers operating in the second mode is lower than the first and / or third modes. According to other optional features: the air compressor (s) and possibly the blower (s) remaining in operation in the second mode of operation, operate at a point close to its / their nominal point; the specific energy of the oxygen gas produced in the second mode of operation is lower than that of the oxygen gas in the first mode of operation, which itself is lower than that of the third mode of operation; - N = 1, and the air separation device comprises a single cold box, at least two air compressors and possibly at least two boosters and wherein in the second mode at least one of the air compressors and optionally at least one of the boosters is stopped while the cold box is in operation; during the second mode of operation at least, an air compressor supplies the / each cold box with air; - N> _2 and in which during the second mode of operation all the cold boxes produce oxygen; The number of air compressors and possibly blowers operating in the second mode is lower than those of the first and third modes; - the price of electricity during the first mode is higher than the price of electricity during the third mode; - the price of electricity during the second mode is higher than the price of electricity during the first mode. According to another object of the invention, there is provided an air separation installation comprising a plurality of air separation apparatuses, each apparatus comprising an air compressor, a heat exchanger, a purification unit, a system columns, the column system and the heat exchanger forming part of a cold box, each of the cold boxes being connected to a first storage of liquid oxygen and a second storage of liquid air or liquid nitrogen, the first and second storages and the storage of liquid oxygen being connected to a heat exchanger, itself connected to a gaseous oxygen line connected to the cold boxes. The invention will be described in more detail with reference to the figures in which FIGS. 1 to 3 show the three modes of operation of the invention applied to a process with four air separation apparatuses and FIG. installation with a single air separation apparatus that can operate according to the invention. Figure 1 shows an apparatus operating according to the first mode of operation. Each of four devices comprises an air compressor C1, C2, C3, C4, a purification unit E1, E2, E3, E4, a heat exchanger HEX1, HEX2, HEX3, HEX4 and a system of columns CS1. CS2, CS3, CS4. The cold box of each unit includes the HEX heat exchanger and the CS column system. Each compressor is connected to all the heat exchangers and the heat exchangers are all connected to a GOX gas oxygen network R line. The installation also includes an oxygen storage S1 and a storage S2 that do not interfere with operation in the first mode. We will have most of the time, for questions of feasibility and / or reliability, at least two sets each comprising a purification unit 30 and a cold box, or four (taken for this example, even more possible) with as much , or even more, of main air compressors (MAC), possibly associated with air booster (BAC) or nitrogen compressor or oxygen compressor, a set of liquid product storage (LOX, LIN , possibly liquid air) that can be pooled with these ASUs. The MACs and BACs of the various ASUs (or compressors or nitrogen or oxygen boosters) are networked in order to jointly supply all the cold boxes (and possibly for nitrogen and / or nitrogen networks). oxygen for downstream supply). In a first mode of operation, when the electricity tariff is within a certain range of so-called normal value, these 4 air separation units operate with all the compressors at nominal and io produce the quantities of GOX required by the central. In a second mode of operation, illustrated in Figure 2, when the energy is highly valued, and in order not to destabilize several times a day the operation of the coal power plant if it is designed to walk in base and not to stopping to store the CO2 after purification, the production of the four ASUs associated with its liquid storage system is kept almost stable, but to be able to put on the network at these times of high recovery, additional energy, one or two MACs and possibly one or two of the BACs are stopped (and possibly compressors or nitrogen boosters), the four cold boxes continue to produce while being in reduced operation and therefore with reduced pressure losses, but being milked in liquid oxygen (LOX) (and producing liquid nitrogen (LIN) or liquid air to maintain equilibrium), the nominal (or nearly the operation of the power plant, the remaining MACs and BACs are operating close to their nominal point (so with 25 a priori their optimum efficiency): this approach makes it possible to have during periods of high energy valorization a minimum of energy consumed by ASUs, while having these ASUs producing at their nominal or near, but with a better specific energy than in their design point (MAC and BAC remaining at the energy optimum with low loss of pressure LF). In the example of FIG. 2, it can be seen that the compressors C2 and C3 are stopped while the compressors C1 and C4 continue to operate, all the air separation units being in operation. Liquid oxygen is sent to at least one of the heat exchangers HEX1, HEX2, HEX3, HEX4 and / or at least one of the column systems CS1, CS2, CS3, CS4 of the storage S1. Similarly liquid nitrogen from at least one of the column systems CS1, CS2, CS3, CS4 is sent to the storage S2. This liquid nitrogen can be replaced by liquid air. In a third mode of operation, when the energy is more poorly valued, the set of ASUs produces more than their nominal production, the various compressors also, the additional product GOX being liquefied with the LIN or liquid air previously produced in second mode of operation, the energy consumed is then much higher than the nominal energy and the pressure losses induced by these pushed steps, the compressors being also pushed, inducing a specific energy well above that in nominal operation. This approach can be generalized also to the case of unity with pre-combustion with, among others, compressors or nitrogen and / or oxygen boosters which could follow the same type of approach as for the MACs and BAC. In FIG. 3, it can be seen that all the compressors are in operating condition and that liquid oxygen is sent from at least one of the column systems to the storage S1 while the liquid nitrogen from the storage S2 is used to liquefying the gaseous oxygen to produce the liquid sent to storage S1. This liquefaction will take place, for example, in a dedicated exchanger not illustrated. Liquefaction by heat exchange with liquid nitrogen can be replaced by liquefaction by heat exchange with liquid air. It will be understood that the manner of illustrating the modes in FIGS. 1 to 3 is to illustrate only the conduits where the fluids are flowing. Thus the compressors C2, C3 are shown as no longer connected to the exchangers in Figure 2 to indicate that the air no longer circulates between these compressors and the exchanger. The actual connections obviously remain permanent but can be closed or reversed as can be seen in the various figures. Figure 4 shows a single air separation apparatus capable of operating according to the method of the invention. It comprises two air compressors C1, C2, a purification unit E, a HEX1 heat exchanger and a BF1 column system.
Lors du premier mode, lorsque le tarif électrique est dans une certaine plage de valorisation dite normale, cet appareil de séparation d'air fonctionne avec les deux compresseurs au nominal et produit la quantité de GOX requis par la centrale. In the first mode, when the electricity tariff is within a certain range of so-called normal value, this air separation unit works with both compressors at nominal and produces the quantity of GOX required by the central.
Lors du deuxième mode, quand l'électricité atteint un prix plus élevé, un seul des compresseurs fonctionne. De l'oxygène liquide est envoyé à l'échangeur de chaleur HEX1 et/ou au système de colonnes CS1 à partir du stockage S1. De même de l'azote liquide provenant d'au moins du système de colonnes CS1 est envoyé au stockage S2. Cet azote liquide peut être remplacé io par de l'air liquide. Lors du troisième mode, quand l'électricité est moins chère que pendant le premier mode, on voit que tous les compresseurs sont en état de fonctionnement et que de l'oxygène liquide est envoyé d'au moins un des systèmes de colonnes vers le stockage S1 alors que l'azote liquide provenant 15 du stockage S2 sert à liquéfier l'oxygène gazeux pour produire le liquide envoyé au stockage S1. Cette liquéfaction aura lieu, par exemple, dans un échangeur dédié non-illustré. La liquéfaction par échange de chaleur avec l'azote liquide peut être remplacée par une liquéfaction par échange de chaleur avec l'air liquide. In the second mode, when the electricity reaches a higher price, only one of the compressors works. Liquid oxygen is sent to the heat exchanger HEX1 and / or the column system CS1 from the storage S1. Similarly liquid nitrogen from at least CS1 column system is sent to storage S2. This liquid nitrogen can be replaced by liquid air. In the third mode, when the electricity is cheaper than in the first mode, it can be seen that all the compressors are in working order and that liquid oxygen is sent from at least one of the column systems to the storage. S1 while the liquid nitrogen from the storage S2 serves to liquefy the gaseous oxygen to produce the liquid sent to the storage S1. This liquefaction will take place, for example, in a dedicated exchanger not illustrated. Liquefaction by heat exchange with liquid nitrogen can be replaced by liquefaction by heat exchange with liquid air.