FR3022992A1 - APPARATUS FOR AIR SEPARATION BY CRYOGENIC DISTILLATION WITH NEW LAYOUT - Google Patents
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Abstract
Un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprend un canal (15) creusé au sol, au moins deux tuyaux sont disposés avec des axes parallèles sur une distance d'au moins 2 mètres, à une distance de moins de 1 mètre dans le canal, les deux tuyaux étant choisis dans le groupe suivant : au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de filtration vers l'unité de compression (C), au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de compression vers l'unité de refroidissement, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de refroidissement vers l'unité d'épuration (S), au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité d'épuration vers la ligne d'échange (HX), au moins un premier tuyau pour sortir un premier produit de la distillation de la ligne d'échange, au moins un deuxième tuyau pour sortir un deuxième produit de la distillation de la ligne d'échange, un tuyau d'eau relié à l'unité de refroidissement, un tuyau d'air instrument.An apparatus for separating air by cryogenic distillation comprises a channel (15) dug on the ground, at least two pipes are arranged with parallel axes over a distance of at least 2 meters, at a distance of less than 1 meter in the channel, the two pipes being selected from the following group: at least one pipe for conveying air from the filtration unit to the compression unit (C), at least one pipe for conveying air from the compression unit to the cooling unit, at least one pipe for conveying air from the cooling unit to the purification unit (S), at least one pipe for conveying air from the cooling unit purification unit to the exchange line (HX), at least a first pipe for discharging a first product from the distillation of the exchange line, at least a second pipe for discharging a second product from the distillation of the exchange line, a water hose connected to the cooling unit, an air hose instrument.
Description
L'invention est relative à un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique. Elle propose d'organiser de manière efficace l'espace d'un appareil de séparation d'air. Actuellement l'empreinte au sol des unités est très grande et non optimisée. Cela peut engendrer des couts supplémentaires de terrain, génie civil, de montage et en opération. Les opérateurs ont de grandes distances à parcourir pour aller effectuer des maintenances. Les éléments sont posés au sol suivant les besoins du procédé (le coeur du procédé occupe le centre du site en général) et une clôture entoure l'ensemble du site.The invention relates to an apparatus for separating air by cryogenic distillation. It proposes to efficiently organize the space of an air separation device. Currently the footprint of the units is very large and not optimized. This can lead to additional costs of land, civil engineering, assembly and operation. Operators have long distances to go to perform maintenance. The elements are placed on the ground according to the needs of the process (the heart of the process occupies the center of the site in general) and a fence surrounds the whole site.
Pour transporter de l'air dans les divers éléments de l'appareil traitant l'air, il est prévu des tuyaux non-isolés pour les éléments en amont de la ligne d'échange. Ceux-ci comprennent des tuyaux reliant le filtre d'air au compresseur, le compresseur au refroidisseur, le refroidisseur à l'unité d'épuration et l'unité d'épuration à la ligne d'échange. Il est également prévu des tuyaux non-isolés pour transporter l'azote gazeux de la ligne d'échange vers l'unité d'épuration pour la régénération de celle-ci. Les tuyaux transportent également de l'eau à la tour de refroidissement de l'air. Un tuyau sert à sortir de l'oxygène gazeux pour l'envoyer au client. D'autres tuyaux transportant l'air instrument pour les accessoires de contrôle.To transport air into the various elements of the air-handling apparatus, uninsulated pipes are provided for the elements upstream of the exchange line. These include pipes connecting the air filter to the compressor, the compressor to the cooler, the cooler to the purification unit and the purification unit to the exchange line. Non-insulated pipes are also provided for transporting the nitrogen gas from the exchange line to the purification unit for the regeneration thereof. The pipes also carry water to the cooling tower. A pipe is used to remove gaseous oxygen to send it to the customer. Other pipes carrying air instrument for control accessories.
Un objet de la présente invention est d'améliorer la disposition de l'appareil de séparation d'air. Les tuyaux sont généralement organisés sur des réseaux de tuyaux (en anglais « pipe racks ») en extérieur sur lesquels les effets sonores peuvent être importants et générer des nuisances conséquentes pour l'environnement.An object of the present invention is to improve the arrangement of the air separation apparatus. The pipes are generally organized on pipe networks (in English "pipe racks") outdoors where the sound effects can be significant and generate significant environmental nuisances.
L'objet de l'invention est de rendre l'accès aux divers éléments de l'appareil de séparation plus aisé, réduisant le risque de problèmes de sécurité et facilitant la construction et entretien. Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une unité de filtration, une unité de compression, une unité de refroidissement de l'air comprimé, une unité d'épuration de l'air comprimé refroidi, une ligne d'échange thermique, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de filtration vers l'unité de compression, au moins une tuyau pour transporter de l'air de l'unité de compression vers l'unité de refroidissement, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de refroidissement vers l'unité d'épuration, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité d'épuration vers la ligne d'échange, au moins une colonne de distillation, au moins un tuyau pour sortir un produit de la distillation de la ligne d'échange caractérisé en ce qu'au moins deux tuyaux sont disposés avec des axes parallèles sur une distance d'au moins 2 mètres, à une distance de moins de 1 mètre l'un de l'autre dans un canal creusé dans le sol, les deux tuyaux étant choisis dans le groupe suivant : au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de filtration vers l'unité de compression, au moins une tuyau pour transporter de l'air de l'unité de compression vers l'unité de refroidissement, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de refroidissement vers l'unité d'épuration, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité d'épuration vers la ligne d'échange, au moins, au moins un premier tuyau pour sortir un premier produit de la distillation de la ligne d'échange, au moins un deuxième tuyau pour sortir un deuxième produit de la distillation de la ligne d'échange, un tuyau d'eau relié à l'unité de refroidissement, un tuyau d'air ou d'azote d'instrumentation, un tuyau d'azote de balayage destiné à une enceinte renfermant une colonne de distillation. Un tuyau est à moins d'1 mètre d'un autre si les deux points les plus proches des deux circonférences respectifs des tuyaux sont espacés de moins d'un mètre.The object of the invention is to make access to the various elements of the separation apparatus easier, reducing the risk of safety problems and facilitating construction and maintenance. According to an object of the invention, there is provided a cryogenic distillation air separation apparatus comprising a filtration unit, a compression unit, a compressed air cooling unit, a purification unit of the cooled compressed air, a heat exchange line, at least one pipe for conveying air from the filtration unit to the compression unit, at least one pipe for conveying air from the compression unit to the cooling unit, at least one pipe for conveying air from the cooling unit to the purification unit, at least one pipe for conveying air from the purification unit to the exchange line, at least one distillation column, at least one pipe for discharging a product from the distillation of the exchange line, characterized in that at least two pipes are arranged with parallel axes over a distance of from less than 2 meters, at a distance of less than 1 meter from the other in a channel dug in the ground, the two pipes being selected from the following group: at least one pipe for conveying air from the filtration unit to the compression unit, at least one pipe for conveying of air from the compression unit to the cooling unit, at least one pipe for conveying air from the cooling unit to the purification unit, at least one pipe for conveying air air from the purification unit to the exchange line, at least at least a first pipe for discharging a first product from the distillation of the exchange line, at least a second pipe for removing a second product from the distillation of the exchange line, a water pipe connected to the cooling unit, an air or nitrogen instrumentation pipe, a sweeping nitrogen pipe for an enclosure containing a distillation column . One pipe is less than 1 meter from another if the two nearest points of the two respective circumferences of the pipes are spaced by less than one meter.
Selon d'autres aspects facultatifs : L'au moins deux tuyaux sont disposés avec des axes parallèles sur une distance d'au moins 4, voire 6, voire 8 mètres, dans un canal creusé dans le sol le canal est fermé sur le dessus au moins d'au moins une couverture amovible. la couverture est en béton ou en grillage métallique. le canal ne contient pas d'isolant. l'appareil est installé sur un site, au moins deux éléments de l'appareil choisis dans le groupe : une unité de filtration, une unité de compression, une unité de refroidissement de l'air comprimé, une unité d'épuration de l'air comprimé refroidi, une ligne d'échange thermique sont disposés sur le pourtour du site, les deux éléments étant reliés entre eux par les au moins deux tuyaux disposés dans le canal. la colonne de distillation est disposée sur le pourtour du site. - le site comprend une cour centrale traversée par au moins un canal creusé dans le sol contenant au moins deux tuyaux reliant l'unité de filtration et/ou l'unité de compression et/ ou l'unité de refroidissement de l'air comprimé et/ou l'unité d'épuration de l'air comprimé refroidi et/ou la ligne d'échange thermique. le canal contient au moins trois, au moins quatre, au moins cinq, au moins six tuyaux choisis dans le groupe décrit ci-dessus. - le canal est renfermé sur le dessus par un plafond au ras du sol, permettant le passage de piétons et de véhicules par-dessus le plafond. - les au moins deux tuyaux sont reliés pour transporter le même fluide d'une même source vers une destination commune ou pour transporter au moins deux fluides différents, de préférence d'au moins deux sources différentes vers au moins deux destinations différentes. - le site comprend une espace plane, entourée d'au moins quatre éléments de l'appareil, libre de tout élément sur le sol, l'espace plane a une surface au moins 25m2, voire au moins 40 m2. - l'espace plane est traversée par au moins un canal dans le sol ayant une couverture au ras de l'espace plane Nous souhaitons proposer une organisation qui peut éventuellement projeter les différents éléments constitutifs à la frontière du site. On peut circuler plus facilement à l'intérieur et pas à l'extérieur; on peut enterrer les stockages; les filtres à air peuvent être placés en façade; les ossatures (en anglais « racks ») de tuyaux sont intégrés dans un caniveau dans le sol couvert de caillebotis pour dégager le centre de l'ASU. Cette solution est astucieuse, esthétique et peu couteuse; on utilise de la condensation vapeur d'eau pour faire de l'eau d'appoint.According to other optional aspects: The at least two pipes are arranged with parallel axes over a distance of at least 4, even 6 or even 8 meters, in a channel dug in the ground the channel is closed on the top at less than at least one removable cover. the cover is concrete or wire mesh. the channel does not contain insulation. the apparatus is installed on a site, at least two elements of the apparatus selected from the group: a filtration unit, a compression unit, a compressed air cooling unit, a purification unit of the cooled compressed air, a heat exchange line are arranged on the periphery of the site, the two elements being interconnected by the at least two pipes arranged in the channel. the distillation column is disposed on the periphery of the site. the site comprises a central courtyard traversed by at least one channel dug in the ground containing at least two pipes connecting the filtration unit and / or the compression unit and / or the cooling unit of the compressed air and / or the unit for purifying cooled compressed air and / or the heat exchange line. the channel contains at least three, at least four, at least five, at least six pipes selected from the group described above. - the canal is enclosed on the top by a ceiling at ground level, allowing the passage of pedestrians and vehicles over the ceiling. the at least two pipes are connected to transport the same fluid from the same source to a common destination or to transport at least two different fluids, preferably at least two different sources to at least two different destinations. - The site includes a flat space, surrounded by at least four elements of the device, free of any element on the ground, the flat space has a surface area of at least 25m2, or even at least 40 m2. - The flat space is traversed by at least one channel in the ground having a coverage flush with the flat space We want to propose an organization that can possibly project the different constituent elements at the boundary of the site. It is easier to circulate inside and not outside; we can bury the storages; the air filters can be placed on the front; the frames (in English "racks") of pipes are integrated into a gutter in the floor covered with grating to clear the center of the ASU. This solution is clever, aesthetic and inexpensive; steam condensation is used to make make-up water.
L'ensemble de ces solutions est efficace, et évite de créer de la pollution visuelle et sonore. La réorganisation volumique de l'appareil de séparation d'air permet de définir un nouveau périmètre en utilisant les éléments et ou équipements constituant l'usine comme clôture.All of these solutions are effective, and avoid creating visual and noise pollution. The volume reorganization of the air separation device makes it possible to define a new perimeter by using the elements and or equipment constituting the factory as a fence.
Les différents réseaux de tuyaux véhiculant les fluides sont installés en sous sol libérant la totalité de l'accès au centre de l'appareil de séparation d'air et par la même aide à réduire les effets sonores. L'invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures 1 à 6.The various networks of pipes carrying the fluids are installed in the basement, releasing all of the access to the center of the air separation unit and by the same aid to reduce the sound effects. The invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1 to 6.
La Figure 1 représente l'art antérieur. Le dessin représente un appareil de séparation d'air où la présente invention peut, en particulier, être appliquée. Le dessin montre les canaux couverts contenant des tuyaux à température au-dessus de 0°C qui sont à l'air libre et retenus dans des ossatures PR (en anglais « pipe rack ») reliant divers éléments sur le pourtour P du site. La Figure 2 montre un appareil selon l'invention dans lequel l'unité de filtrage, l'unité de compression, l'unité d'épuration, le générateur électrique, la tour de distillation, le compresseur et la ligne d'échange sont tous disposés sur le pourtour P du site en forme de carré.Figure 1 shows the prior art. The drawing shows an air separation apparatus where the present invention can, in particular, be applied. The drawing shows the covered canals containing pipes at temperatures above 0 ° C which are in the open air and retained in PR frames (in English "pipe rack") connecting various elements around the perimeter P of the site. FIG. 2 shows an apparatus according to the invention in which the filter unit, the compression unit, the purification unit, the electric generator, the distillation tower, the compressor and the exchange line are all arranged on the perimeter P of the square-shaped site.
Comme illustré à la Figure 3, selon l'invention, avec tous les éléments sur le pourtour P du site, les tuyaux entre les éléments chauds (l'unité de filtration et/ou l'unité de compression et/ ou l'unité de refroidissement de l'air comprimé et/ou l'unité d'épuration de l'air comprimé refroidi et/ou la ligne d'échange thermique) traversent la cour centrale entre les éléments. Au moins deux tuyaux sont disposés dans le canal avec des axes parallèles sur une distance d'au moins 2 mètres, à une distance de moins de 1 mètre l'un de l'autre. L'unité de filtration sert à filtrer l'air destiné à la distillation. L'air filtré dans l'unité de filtration est comprimé dans l'unité de compression pour l'amener à une pression plus élevée. L'air comprimé dans l'unité de compression est ensuite refroidi dans l'unité de refroidissement de l'air. L'air refroidi dans l'unité de refroidissement est envoyé l' unité d'épuration et l'air épuré dans l'unité d'épuration est envoyé à la ligne d'échange thermique. La ligne d'échange thermique sert à refroidir l'air jusqu'à la température de distillation. Au moins deux tuyaux sont positionnés dans un canal traversant la cour centrale. Les tuyaux sont entièrement à l'intérieur du canal qui n'est pas isolé thermiquement et le canal est couvert pour éviter des accidents. Pour couvrir le canal, il est préconisé d'utiliser des éléments amovibles, tels que des dalles en béton ou du grillage. La Figure 4 montre des éléments de l'appareil de séparation d'air alignés sur le pourtour. Les colonnes K sont deux colonnes d'une double colonne de distillation cryogénique de l'air, une colonne moyenne pression et une colonne basse pression posées côte à côte. Entre la tour de refroidissement TR et les colonnes K se trouvent l'unité d'épuration S et un pré-refroidisseur PC, qui servent respectivement à épurer l'air comprimé et à refroidir l'air comprimé. 3022 992 5 Dans le sol 17 sont creusés deux canaux pour contenir des conduites apportant l'air à épurer du compresseur vers l'unité d'épuration et apportant de l'air épuré de l'unité d'épuration S vers la ligne d'échange. Au moins deux tuyaux sont disposés dans le canal avec des axes parallèles sur 5 une distance d'au moins 2 mètres, à une distance de moins de 1 mètre l'un de l'autre. L'unité de filtration sert à filtrer l'air destiné à la distillation. La Figure 5 montre l'appareil de séparation entier selon l'invention. En plus des éléments de la Figure 4, on remarque la ligne d'échange HX reliées à l'unité d'épuration par les conduites des canaux 15. L'air filtré est comprimé par le 10 compresseur C, envoyé à l'unité d'épuration dans au moins une conduite à travers les canaux 15 et ensuite envoyé à la ligne d'échange HX de nouveau dans au moins une conduite à travers les canaux 15. Au moins deux tuyaux sont disposés dans le canal 15 avec des axes parallèles sur une distance d'au moins 2 mètres, à une distance de moins de 1 mètre l'un de l'autre. L'unité de filtration sert à filtrer 15 l'air destiné à la distillation. L'air provenant de l'unité d'épuration S peut être envoyé à la ligne d'échange HX ou au moins une partie de l'air peut être envoyée à un surpresseur BAC. Un stockage ST de liquide cryogénique se trouve en sous-sol. Les éléments C, TR, S, K, HX, BAC sont disposés le long du pourtour P de l'appareil, 20 laissant une cour centrale. Cette cour centrale présente un intérêt particulier pour la construction puisque la grue peut être garée dans la cour centrale et se tourner pour monter les divers éléments de l'usine. La Figure 6 montre en plus de détails le canal 15 contenant 6 conduites. Ici les conduites sont au moins une conduite d'air épuré passant de l'unité 25 d'épuration S vers le surpresseur BAC et/ou au moins une conduite d'air épuré passant de l'unité d'épuration S vers la ligne d'échange HX. Au moins une conduite peut être une conduite de gaz produit par une colonne K chauffé dans la ligne d'échange HX et étant envoyé à un client. Au moins une conduite peut être une ligne d'air d'instrumentation utilisée pour faire fonctionner une vanne. Au 30 moins une conduite peut être une conduite d'amenée d'azote de balayage pour balayer l'isolant contenu dans la boîte froide contenant une colonne K La salle d'électricité SE est disposée à côté du transformateur TR. Un transformateur TR alimente en électricité le compresseur de l'appareil de séparation d'air.As illustrated in FIG. 3, according to the invention, with all the elements around the perimeter P of the site, the pipes between the hot elements (the filtration unit and / or the compression unit and / or the unit of cooling of the compressed air and / or the cooled compressed air purification unit and / or the heat exchange line) pass through the central courtyard between the elements. At least two pipes are arranged in the channel with parallel axes over a distance of at least 2 meters, at a distance of less than 1 meter from each other. The filter unit is used to filter the air for distillation. The filtered air in the filtration unit is compressed in the compression unit to bring it to a higher pressure. The compressed air in the compression unit is then cooled in the air cooling unit. The cooled air in the cooling unit is sent to the purification unit and the purified air in the purification unit is sent to the heat exchange line. The heat exchange line serves to cool the air to the distillation temperature. At least two pipes are positioned in a canal crossing the central courtyard. The pipes are entirely inside the canal which is not thermally insulated and the canal is covered to prevent accidents. To cover the canal, it is recommended to use removable elements, such as concrete slabs or wire mesh. Figure 4 shows elements of the air separation apparatus aligned at the periphery. The columns K are two columns of a double cryogenic distillation column of air, a medium pressure column and a low pressure column placed side by side. Between the cooling tower TR and the columns K are the purification unit S and a pre-cooler PC, which respectively serve to purify the compressed air and to cool the compressed air. In the ground 17 are dug two channels for containing lines supplying the air to be purified from the compressor to the purification unit and supplying purified air from the purification unit S to the line of purification. exchange. At least two pipes are arranged in the channel with parallel axes over a distance of at least 2 meters, at a distance of less than 1 meter from each other. The filter unit is used to filter the air for distillation. Figure 5 shows the entire separation apparatus according to the invention. In addition to the elements of FIG. 4, the exchange line HX is connected to the purification unit by the ducts of the channels 15. The filtered air is compressed by the compressor C, sent to the unit. in at least one pipe through the channels 15 and then sent to the exchange line HX again in at least one pipe through the channels 15. At least two pipes are arranged in the channel 15 with parallel axes on a distance of at least 2 meters, at a distance of less than 1 meter from each other. The filtration unit serves to filter the air for distillation. The air from the purification unit S can be sent to the exchange line HX or at least part of the air can be sent to a booster BAC. ST storage of cryogenic liquid is in the basement. The elements C, TR, S, K, HX, BAC are arranged along the periphery P of the apparatus, leaving a central courtyard. This central courtyard is of particular interest for construction since the crane can be parked in the central courtyard and turned to mount the various elements of the plant. Figure 6 shows in more detail channel 15 containing 6 conduits. Here the lines are at least one purified air line passing from the purification unit S to the booster BAC and / or at least one purified air duct passing from the purification unit S to the line D HX exchange. At least one line may be a gas line produced by a column K heated in the exchange line HX and sent to a customer. At least one pipe may be an instrument air line used to operate a valve. At least one line may be a scavenging nitrogen supply line for scavenging the insulation contained in the cold box containing a column K. The electrical room SE is disposed adjacent to the transformer TR. A transformer TR supplies electricity to the compressor of the air separation unit.
La figure 6 montre un canal contenant six tuyaux et couvert par un caillebotis. Le nombre de canaux peut varier au dessus de deux tuyaux. Les au moins deux tuyaux sont reliés pour transporter le même fluide d'une même source vers une destination commune ; sinon ils peuvent pour transporter au moins deux fluides différents. Les fluides peuvent provenir d'au moins deux sources différentes et/ou peuvent être envoyés vers au moins deux destinations différentes Un canal 15 peut avoir une largeur d'au moins 2 mètres, voire au moins 5 mètres. L'usage des canaux est décrit dans le contexte d'un site où les éléments sont disposés sur le pourtour du site. Evidemment l'invention s'applique pour tout appareil de distillation, permettant de limiter l'encombrement au sol entre deux éléments fonctionnant à au-dessus de 0°C.Figure 6 shows a canal containing six pipes and covered by a grating. The number of channels can vary over two pipes. The at least two pipes are connected to transport the same fluid from one source to a common destination; otherwise they can carry at least two different fluids. The fluids can come from at least two different sources and / or can be sent to at least two different destinations. A channel 15 can have a width of at least 2 meters, or even at least 5 meters. The use of the channels is described in the context of a site where the elements are arranged around the site. Obviously the invention applies to any distillation apparatus, to limit the footprint between two elements operating above 0 ° C.
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| FR1456067A FR3022992B1 (en) | 2014-06-27 | 2014-06-27 | APPARATUS FOR AIR SEPARATION BY CRYOGENIC DISTILLATION WITH NEW LAYOUT |
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Family Applications (1)
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- 2014-06-27 FR FR1456067A patent/FR3022992B1/en active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US11473308B1 (en) * | 2017-10-10 | 2022-10-18 | Waskey Bridges, Inc. | Cryogenic trench/trough apparatus and method |
| US11866942B1 (en) | 2017-10-10 | 2024-01-09 | Waskey Bridges, Inc. | Cryogenic trench/trough apparatus and method |
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|---|---|
| FR3022992B1 (en) | 2019-03-29 |
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