FR3110685A1 - Procédé et appareil de séparation d’air par distillation cryogénique - Google Patents

Procédé et appareil de séparation d’air par distillation cryogénique Download PDF

Info

Publication number
FR3110685A1
FR3110685A1 FR2005220A FR2005220A FR3110685A1 FR 3110685 A1 FR3110685 A1 FR 3110685A1 FR 2005220 A FR2005220 A FR 2005220A FR 2005220 A FR2005220 A FR 2005220A FR 3110685 A1 FR3110685 A1 FR 3110685A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
column
air
flow
sent
pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR2005220A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3110685B1 (fr
Inventor
Jean-Pierre Tranier
Richard Dubettier-Grenier
Maxime ROZIERES
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Priority to FR2005220A priority Critical patent/FR3110685B1/fr
Priority to EP21170059.6A priority patent/EP3913310A1/fr
Priority to US17/308,750 priority patent/US11852408B2/en
Priority to CN202110543898.7A priority patent/CN113701451A/zh
Publication of FR3110685A1 publication Critical patent/FR3110685A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3110685B1 publication Critical patent/FR3110685B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04048—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
    • F25J3/04054—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams of air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04018—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of main feed air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04157—Afterstage cooling and so-called "pre-cooling" of the feed air upstream the air purification unit and main heat exchange line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04218—Parallel arrangement of the main heat exchange line in cores having different functions, e.g. in low pressure and high pressure cores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04303—Lachmann expansion, i.e. expanded into oxygen producing or low pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04387—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using liquid or hydraulic turbine expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04436—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using at least a triple pressure main column system
    • F25J3/04448—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using at least a triple pressure main column system in a double column flowsheet with an intermediate pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/0446—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the heat generated by mixing two different phases
    • F25J3/04466—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the heat generated by mixing two different phases for producing oxygen as a mixing column overhead gas by mixing gaseous air feed and liquid oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04472—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages
    • F25J3/04496—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages for compensating variable air feed or variable product demand by alternating between periods of liquid storage and liquid assist
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F25J3/04672—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
    • F25J3/04678—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser cooled by oxygen enriched liquid from high pressure column bottoms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04709—Producing crude argon in a crude argon column as an auxiliary column system in at least a dual pressure main column system
    • F25J3/04715—The auxiliary column system simultaneously produces oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04721—Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column
    • F25J3/04727—Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column using an auxiliary pure argon column for nitrogen rejection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04721—Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column
    • F25J3/04733—Producing pure argon, e.g. recovered from a crude argon column using a hybrid system, e.g. using adsorption, permeation or catalytic reaction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04896—Details of columns, e.g. internals, inlet/outlet devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04951—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network
    • F25J3/04957—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network and inter-connecting equipments upstream of the fractionation unit (s), i.e. at the "front-end"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04969—Retrofitting or revamping of an existing air fractionation unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J5/00—Arrangements of cold exchangers or cold accumulators in separation or liquefaction plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/04—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system
    • F25J2200/06—Processes or apparatus using separation by rectification in a dual pressure main column system in a classical double column flow-sheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/34—Processes or apparatus using separation by rectification using a side column fed by a stream from the low pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/30—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes
    • F25J2205/32—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes as direct contact cooling tower to produce a cooled gas stream, e.g. direct contact after cooler [DCAC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/30—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes
    • F25J2205/34—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using a washing, e.g. "scrubbing" or bubble column for purification purposes as evaporative cooling tower to produce chilled water, e.g. evaporative water chiller [EWC]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F25J2205/62—Purifying more than one feed stream in multiple adsorption vessels, e.g. for two feed streams at different pressures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/02—Multiple feed streams, e.g. originating from different sources
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/42—Nitrogen or special cases, e.g. multiple or low purity N2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/58—Argon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/40—Separating high boiling, i.e. less volatile components from air, e.g. CO2, hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/30—Compression of the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/40—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/10—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/40—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/58—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams the recycled stream being argon or crude argon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/12—Particular process parameters like pressure, temperature, ratios

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Titre : Procédé et appareil de séparation d’air par distillation cryogénique Dans un procédé de séparation d’air par distillation cryogénique utilisant un système de colonnes constitué par une première colonne (101) opérant à une première pression et une deuxième colonne (102) opérant à une deuxième pression, un premier débit d’air (1) constituant entre 75 et 98% de l’air envoyé au système de colonnes comprimé à une troisième pression au-dessus de la première pression, est envoyé à la première colonne, un deuxième débit d’air (33) constituant entre 5 et 25% de l’air envoyé au système de colonnes est comprimé à une quatrième pression au-dessus de la deuxième pression mais inférieure à la troisième pression, est envoyé à la deuxième colonne, une troisième colonne (103) sépare un débit enrichi en argon et l’air (20) envoyé à la deuxième colonne constitue entre 10 et 25% de l’air total envoyé au système de colonnes. Figure de l’abrégé : Figure 1

Description

Procédé et appareil de séparation d’air par distillation cryogénique
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique.
Tous les pourcentages concernant des puretés sont des pourcentages molaires.
Il est connu de séparer l’air dans un système de colonnes constitué par une première colonne opérant à une première pression et une deuxième colonne opérant à une deuxième pression inférieure à la première pression. Le gaz de tête de la première colonne sert à chauffer la cuve de la deuxième colonne. La deuxième colonne peut être en deux sections et peut être reliée à une colonne de séparation d’argon.
Généralement tout l’air est comprimé à une pression au-dessus de la première pression, refroidi par contact direct avec de l’eau, épuré à cette pression et divisé en deux. Une fraction est envoyée à la première colonne et une autre fraction est surpressée dans un surpresseur et liquéfié par échange de chaleur avec un produit liquide du système de colonnes qui se vaporise et est envoyé à la première colonne et éventuellement à la deuxième colonne. Dans cette configuration, il n’y a qu’une seule unité d’adsorption pour épurer en eau et en dioxyde de carbone et autres impuretés secondaires.
L’appareil est tenu en froid par une turbine envoyant de l’air gazeux ou liquide à la première colonne et/ou par une turbine envoyant de l’air à la deuxième colonne.
US4964901 décrit un procédé où un seul compresseur d’air produit de l’air à deux pressions différentes qui sont épurés à ces pressions différentes et envoyés au système de colonnes.
Le procédé produit de l’oxygène à des puretés relativement basses et ne produit pas d’argon.
Selon la présente invention, en utilisant une colonne de séparation d’argon et avec production d'oxygène pur (>99% de préférence >99.5%), de manière surprenante pour l'homme de l'art, nous avons trouvé qu'un appareil de séparation d’air peut quand même avoir une forte injection d'air basse pression directement en colonne basse pression d’un système de colonnes comprenant une colonne opérant à plus basse pression que l’autre.
Selon un objet de l’invention, il est prévu un procédé de séparation d’air par distillation cryogénique utilisant un système de colonnes constitué par une première colonne opérant à une première pression et une deuxième colonne opérant à une deuxième pression inférieure à la première pression, la tête de la première colonne étant thermiquement reliée à la cuve de la deuxième colonne dans lequel :
  1. Un premier débit d’air constituant entre 75 et 98% de l’air envoyé au système de colonnes est comprimé à une troisième pression au-dessus de la première pression, refroidi et envoyé à la troisième pression à une première unité d’adsorption pour être épuré en eau et en dioxyde de carbone et le premier débit épuré est envoyé à la première colonne et éventuellement à la deuxième colonne
  2. Un deuxième débit d’air constituant entre 5 et 25% de l’air envoyé au système de colonnes est comprimé à une quatrième pression au-dessus de la deuxième pression mais inférieure à la troisième pression, de préférence refroidi par contact direct dans une tour de refroidissement d’air, envoyé à la quatrième pression à une deuxième unité d’adsorption pour être épuré en eau et en dioxyde de carbone et le deuxième débit épuré est envoyé à la deuxième colonne
  3. De l’air se sépare dans la première colonne pour former un liquide enrichi en oxygène et un gaz enrichi en azote
  4. Du liquide enrichi en oxygène et du liquide enrichi en azote sont envoyés de la première colonne à la deuxième colonne
  5. Un liquide d’une pureté supérieure à 99%, de préférence à 99.5% d’oxygène est soutiré du système de colonnes, pressurisé et puis vaporisé par échange de chaleur avec au moins une partie du premier débit d’air
  6. Un gaz enrichi en argon est envoyé de la deuxième colonne à une troisième colonne et un fluide riche en argon est soutiré en tête de la troisième colonne et
  7. L’air envoyé à la deuxième colonne constitue entre 10 et 25% de l’air total envoyé au système de colonnes.
Selon d’autres aspects facultatifs :
  • le fluide riche en argon contient entre 20 et 80% de l’argon contenu dans le premier et le deuxième débit d’air, de préférence entre 45 et 75%
  • le rendement oxygène de l’appareil est supérieur à 95%.
  • le premier débit d’air est refroidi par contact direct par un premier débit d’eau dans une première tour de refroidissement et le deuxième débit d’air est refroidi par contact direct par un deuxième débit d’eau dans une deuxième tour de refroidissement, de l’azote gazeux provenant du système de colonnes est envoyé à une tour de refroidissement d’eau et l’eau refroidie dans la tour de refroidissement d’eau est envoyée aux première et deuxième tours de refroidissement d’air.
  • on refroidit l’eau refroidie entre la tour de refroidissement d’eau et la deuxième tour de refroidissement d’air de sorte que l’eau envoyée à la deuxième tour de refroidissement d’air est plus froide que celle envoyée à la première tour de refroidissement d’air.
  • l’air est refroidi dans la première tour de refroidissement d’air jusqu’à une température supérieure d’au moins 5°C, de préférence au moins 8°C, à la température à laquelle l’air est refroidi dans la deuxième tour de refroidissement d’air.
  • l’air est refroidi dans la première tour de refroidissement jusqu’à une température supérieure d’au plus 30°C, de préférence d’au plus 12°C, à la température à laquelle l’air est refroidi dans la deuxième tour de refroidissement.
  • le premier débit épuré se refroidit en amont du système de colonne dans un premier échangeur de chaleur par échange de chaleur avec un premier débit d’azote gazeux provenant du système de colonnes et le deuxième débit épuré se refroidit en amont du système de colonne dans un deuxième échangeur de chaleur par échange de chaleur avec un deuxième débit d’azote gazeux provenant du système de colonnes.
  • le deuxième débit épuré se refroidit en amont du système de colonne dans le deuxième échangeur de chaleur par échange de chaleur avec uniquement le deuxième débit d’azote gazeux provenant du système de colonnes.
  • le deuxième débit d’azote est introduit dans le deuxième échangeur de chaleur à une température sans être passé dans un autre échangeur de chaleur après sa sortie de colonne.
  • le premier débit épuré se refroidit en amont du système de colonne dans le premier échangeur de chaleur par échange de chaleur avec le premier débit d’azote gazeux provenant du système de colonnes ainsi qu’avec le liquide pressurisé soutiré du système de colonnes et le liquide se vaporise dans le premier échangeur de chaleur.
  • le deuxième débit d’air n’est pas détendu ou surpressé entre la deuxième unité d’adsorption et la deuxième colonne.
  • au moins une partie du premier débit d’air n’est pas détendue ou surpressée entre la première unité d’adsorption et la première colonne.
  • une partie du premier débit d’air est surpressée puis détendue entre la première unité d’adsorption et la première colonne.
  • une partie du premier débit d’air est détendue dans une turbine puis envoyée à la première colonne sous forme gazeuse et/ou liquide.
  • au moins 14% mol de l’air total est envoyé à la deuxième colonne.
  • le deuxième débit épuré est envoyé dans la deuxième colonne pour être séparé au même niveau de la colonne qu’un débit de liquide enrichi en oxygène provenant de la première colonne
  • le deuxième débit épuré est envoyé dans la deuxième colonne pour être séparé au même niveau de la colonne qu’un débit de liquide enrichi en oxygène provenant de la première colonne et vaporisé dans un condenseur de tête de la troisième colonne.
Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique utilisant un système de colonnes constitué par une première colonne opérant à une première pression et une deuxième colonne opérant à une deuxième pression inférieure à la première pression, la tête de la première colonne étant thermiquement reliée à la cuve de la deuxième colonne, une première unité d’adsorption, une deuxième unité d’adsorption, des moyens pour envoyer un premier débit d’air constituant entre 75 et 98% de l’air envoyé au système de colonnes comprimé à une troisième pression au-dessus de la première pression à des moyens de refroidissement et ensuite à la troisième pression à la première unité d’adsorption pour être épuré en eau et en dioxyde de carbone et des moyens pour envoyer le premier débit épuré à la première colonne et éventuellement à la deuxième colonne, des moyens pour envoyer un deuxième débit d’air constituant entre 5 et 25% de l’air envoyé au système de colonnes comprimé à une quatrième pression au-dessus de la deuxième pression mais inférieure à la troisième pression, à la quatrième pression à la deuxième unité d’adsorption pour être épuré en eau et en dioxyde de carbone et des moyens pour envoyer le deuxième débit épuré à la deuxième colonne, la première colonne comprenant des moyens d’échange de chaleur et de masse pour séparer l’air pour former un liquide enrichi en oxygène et un gaz enrichi en azote, des moyens pour envoyer du liquide enrichi en oxygène et du liquide enrichi en azote de la première colonne à la deuxième colonne, des moyens pour soutirer un liquide d’une pureté supérieure à 99%, de préférence à 99.5% d’oxygène du système de colonnes, une pompe pour pressuriser ce liquide, des moyens pour vaporiser le liquide pressurisé par échange de chaleur avec au moins une partie du premier débit d’air et des moyens pour envoyer un gaz enrichi en argon de la deuxième colonne à la troisième colonne et des moyens pour soutirer un fluide riche en argon en tête de la troisième colonne.
L’invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures.
illustre un appareil de séparation d’air selon l’invention.
illustre à pureté oxygène constante 99,5% et à rendement oxygène constant 99%, le pourcentage de l’air d’alimentation total en ordonnées que l’on peut injecter directement dans une deuxième colonne en fonction du rendement argon de l’unité en abscisses.
montre qu’un premier débit d’air 1 constituant entre 75 et 98% de l’air total envoyé au système de colonnes est comprimé depuis la pression atmosphérique jusqu’à une pression légèrement au-dessus de la pression d’une première colonne 101. La différence entre la pression de la première colonne et la pression de l’air 2 comprimé dans le compresseur 3 correspond à la perte de charge dûe au refroidissement et à l’épuration qui ont lieu après la compression et avant l’entrée dans la colonne. D’autres moyens de refroidir l’air 35 peuvent être envisagés, par exemple des groupes frigorifiques.
L’air 3 peut donc se trouver à entre 5 et 6 bars abs et est envoyé à une première tour de refroidissement 4 alimentée en tête par de l’eau 94 et à un niveau intermédiaire par de l’eau 98.
L’air refroidi 5 soutiré en tête de la tour 4 est envoyé à une première unité d’adsorption 6 pour enlever l’eau et le dioxyde de carbone qu’il contient. L’air épuré 7 est divisé en trois parties. Une partie 8 se refroidit à l’état gazeux dans le premier échangeur de chaleur 80 et rentre dans la colonne 101 sous forme gazeuse mélangé avec l’air 32 pour former le débit 10.
Une autre partie 12 est surpressée dans un surpresseur 13 pour former un débit surpressé 14 qui est refroidi dans le premier échangeur 80 pour former un débit refroidi 15 extrait à un niveau de température intermédiaire de l’’échangeur. Ce débit 15 est détendu dans une turbine 16 pour former un gaz 17 à la pression de la deuxième colonne 102 et est envoyé à la colonne 102.
Une autre partie 19 est surpressée dans un surpresseur 20 pour former le débit 21 et ensuite est divisée en deux fractions. Une fraction 22 est refroidie dans le premier échangeur 80, extraite à un niveau de température intermédiaire (typiquement aux alentours de -120°C, non illustrée), est surpressée dans un surpresseur froid 24, est réintroduite dans l’échangeur 80, se refroidit dans l’échangeur 80 et est détendue dans la turbine 27 pour former un liquide 28 (ou éventuellement un diphasique) qui est envoyé à la première colonne 101.
L’autre fraction 29 se refroidit dans l’échangeur 80 et est extraite à un niveau de température intermédiaire (non-illustrée) pour former un débit 30 qui est détendu dans une turbine 31 couplée au surpresseur froid 24. L’air détendu 32 est à la pression de la première colonne 101.
Un deuxième débit d’air 33 constituant entre 5 et 25%, de préférence plus que 10%, de l’air total envoyé au système de colonnes est comprimé depuis la pression atmosphérique jusqu’à une pression légèrement au-dessus de la pression d’une deuxième colonne 102. La différence entre la pression de la deuxième colonne et la pression de l’air 35 comprimé dans le compresseur 34 correspond à la perte de charge due au refroidissement et à l’épuration qui ont lieu après la compression et avant l’entrée dans la colonne 102.
L’air 35 peut donc se trouver à entre 1,2 et 2 bars abs et est envoyé à une deuxième tour de refroidissement 36 alimentée en tête par de l’eau 97 et à un niveau intermédiaire par de l’eau 90. L’air refroidi 37 soutiré en tête de la tour 36 est envoyé à une deuxième unité d’adsorption 38 pour enlever l’eau et le dioxyde de carbone qu’il contient. D’autres moyens de refroidir l’air 35 peuvent être envisagés, par exemple des groupes frigorifiques. L’usage d’une tour est néanmoins préféré pour l’air à plus basse pression afin de réduire les pertes de charge associées. L’air épuré 39 se refroidit à l’état gazeux dans le deuxième échangeur de chaleur 81 pour former le débit 40 et rentre dans la colonne102 sous forme gazeuse mélangé avec l’air 17 pour former le débit 120. Le débit 120 représente entre 3 et 5% du débit total d’air. Le débit d’air 120 est envoyé dans la deuxième colonne 102 pour être séparé au même niveau de la colonne que le liquide de cuve détendu 48 et au-dessus de l’arrivée de liquide riche vaporisé 72.
Ainsi le débit 40 envoyé à la deuxième colonne 102 représente entre 5 et 25% de l’air totale, de préférence plus que 10% de l’air total envoyé au système de colonnes. En tout le débit 120 représente entre 10 et 25% de l’air total envoyé au système de colonnes, étant un mélange du débit 40 et l’air insufflé 17.
Etant donné que l’oxygène produit à une pureté de plus de 99% et de préférence supérieure à 99,5%, il est surprenant qu’il soit possible d’envoyer ce pourcentage élevée d’air à la deuxième colonne 102 sans dégrader significativement le rendement oxygène de l’unité. Le brevet US4964901 ne l’avait d’ailleurs pas envisagé. Si l’on ne produit pas d’argon, il n’est effectivement pas possible d’injecter une telle quantité d’air dans la colonne basse pression en cherchant à produire de l’oxygène à une pureté de plus de 99% et de préférence supérieure à 99,5%. De la même manière, si l’on produit de l’argon en cherchant cette fois à obtenir un rendement argon « classique » situé sur un appareil moderne aux alentours de 85% et un bon rendement oxygène (de l’ordre de 99%), cela n’est pas non plus possible. C’est en produisant de l’argon à partir d’une troisième colonne de préférence avec un rendement situé aux alentours de 65% que l’on a pu obtenir simultanément une production d’oxygène à une pureté de plus de 99% et de préférence supérieure à 99,5% avec un bon rendement oxygène typiquement aux alentours de 99% (a minima supérieur à 95%). La Figure 2 illustre à pureté oxygène constante 99,5% et à rendement oxygène constant 99%, la quantité d’air, en termes de pourcentage du débit total d’air envoyé à la distillation, que l’on peut injecter directement dans la deuxième colonne 102 en fonction du rendement argon de l’unité en abscisses.
Le rendement oxygène est défini par la quantité d’oxygène contenu dans les productions d’oxygène qui peuvent être gazeuses et/ou liquides divisée par la quantité d’oxygène contenu dans l’ensemble des débits d’air introduits dans l’appareil.
On remarque que le pourcentage maximal d’air à envoyer à la deuxième colonne se situe autour du point du rendement de 65% pour l’argon.
L’argon issu de la troisième colonne est soit mélangé avec l’azote résiduaire, soit produit sous forme liquide ou gazeuse après être passé dans une colonne de déazotation.
Pour lutter contre le réchauffement climatique, il est nécessaire d’améliorer l’efficacité énergétique des appareils de séparation des gaz de l’air. Dans la configuration considérée, plus on injectera d’air dans la deuxième colonne basse pression moins l’unité consommera d’énergie. En rajoutant une troisième colonne dite colonne de mixture argon et en l’opérant à un rendement argon optimal de préférence aux alentours de 65% sans nécessairement produire cet argon, on arrive à minimiser la consommation énergétique de l’appareil. Un système de colonnes constitué par une première colonne 101 opérant à une première pression et une deuxième colonne 102 opérant à une deuxième pression inférieure à la première pression. Le gaz de tête de la première colonne sert à chauffer la cuve de la deuxième colonne. La deuxième colonne peut être en deux sections et peut être reliée à une colonne de séparation d’argon.
L’air se sépare par distillation dans la première colonne 101 pour produire un liquide de cuve enrichi en oxygène 41, un liquide de tête 53 enrichi en azote et un liquide intermédiaire 49 enrichi en azote. Les liquides 53,49 sont refroidis dans un sous-refroidisseur 80 pour former les liquides 54,50 et sont détendus par les vannes 55,51 respectivement avant d’être envoyés à la deuxième colonne 102.
Le liquide enrichi en oxygène est divisé en deux parties 42,46. La partie 46 est détendue dans une vanne 47 et envoyée comme débit 48 à la deuxième colonne 102. La partie 42 est détendue dans la vanne 43 et envoyée comme liquide 44 à un condenseur de tête 45 d’une colonne de séparation d’argon 103.
De l’azote gazeux de la tête de la colonne 101 se condense dans le rebouilleur de cuve 83 de la deuxième colonne 102 pour chauffer la cuve de la deuxième colonne. L’azote condensé est renvoyé à la tête de la première colonne 102 et à la tête de la deuxième colonne 101.
La colonne de séparation d’argon 103 est alimentée en gaz par un débit 58 pris à un niveau intermédiaire de la colonne basse pression 102. Le liquide de cuve 57 de la colonne 103 est renvoyé à la colonne 102. Un fluide riche en argon est soutiré en tête de la colonne 103 contenant au moins 95%, voire au moins 98% d’argon. Le fluide peut contenir environ 2% d’oxygène et être mélangé par la suite à l’azote gazeux provenant du système colonnes ou épuré par catalyse. Sinon le fluide peut contenir moins que 2ppm d’oxygène et servir comme produit après être passé dans une colonne de déazotation (non représentée sur le schéma)
De l’oxygène liquide 59 contenant au moins 99% d’oxygène, de préférence au moins 99,5% d’oxygène, est soutiré en cuve de la deuxième colonne 102, pressurisé par une pompe 60 et envoyé comme débit pressurisé 61 à l’échangeur de chaleur 80 où il se vaporise totalement pour former le produit principal de l’appareil, de l’oxygène gazeux 62 à une pression d’au moins 10 bars a. Des pressions plus basses peuvent être envisagées.
Le gaz de tête 63 de la colonne 102 se réchauffe dans le sous-refroidisseur 82 puis est divisé en deux. Une partie 67 se réchauffe dans le deuxième échangeur de chaleur 81 et le reste 65 se réchauffe dans le premier échangeur de chaleur 80. Le débit 65 réchauffé est le débit 66 et sert à régénérer la deuxième unité d’adsorption 38 comme débit 68. Il est aussi possible de diviser en deux parties le gaz de tête 63 de la colonne 102 avant introduction dans le sous-refroidisseur 82. Dans ce cas, la partie 67 qui se réchauffe dans le deuxième échangeur de chaleur 81 est introduite dans le dit échangeur à une température inférieure ce qui permet de refroidir le fluide 40 à une température plus basse et, après mélange avec le fluide 17 pour former le fluide 120, de l’introduire dans la deuxième colonne 102 à une température plus proche de celle qui règne dans cette colonne au point d’injection, ce qui permet de diminuer les irréversibilités du procédé.
Le débit 67,69 sert en partie 70 pour régénérer la première unité d’adsorption 6 et en partie 71 à refroidir l’eau dans la tour de refroidissement d’eau 91. L’eau 90 est envoyée en tête de la colonne et sort refroidie 92 en cuve pour être envoyée par une pompe 93 vers les deux tours de refroidissement d’air 4,36.
Ainsi les deux tours de refroidissement d’air 4,36 sont alimentées en eau de refroidissement provenant d’une seule tour de refroidissement d’eau 91 refroidie par l’azote provenant du système de colonnes.
L’eau 95 destinée à la deuxième tour de refroidissement d’air 36 est refroidie entre la tour de refroidissement d’eau 91 et la deuxième tour 36 par un refroidisseur 96 par exemple un groupe frigorifique pour refroidir l’eau à une température entre 5 et 30°C en dessous de la température de l’eau 94 arrivant en tête de la première tour 4, de préférence entre 8 et 15°C en dessous de cette température.
Il est également possible d’utiliser deux tours de refroidissement d’eau, chacune alimentant la tour de refroidissement d’air respective avec de l’eau à la température requise. Dans ce cas, la tour de refroidissement produisant l’eau refroidie destinée à refroidir la deuxième tour de refroidissement d’air devrait être alimentée par l’azote 67 provenant du deuxième échangeur de chaleur 81 car il est plus froid que l’azote 62 provenant du premier échangeur de chaleur 80.
Ainsi le deuxième échangeur de chaleur 91 réalise un échange de chaleur entre juste deux fluides, l’air 39,40 et l’azote 67.
Le deuxième compresseur et la deuxième unité d’adsorption pourraient être rajoutées à un appareil existant ayant le premier compresseur et la première unité d’adsorption afin de dépasser les limites de production de l’appareil existant.
Le deuxième débit épuré 120 est envoyé dans la deuxième colonne 102 pour être séparé au même niveau de la colonne qu’un débit de liquide enrichi en oxygène provenant de la première colonne (non-illustré) ou qu’un débit de liquide enrichi en oxygène provenant de la première colonne et vaporisé dans un condenseur de tête de la troisième colonne, débit 72.
Le fluide riche en argon produit en tête de la colonne 103 contient entre 20 et 80% de l’argon contenu dans le premier et le deuxième débits d’air 1,33, de préférence entre 45 et 75%.
Le rendement oxygène de l’appareil est supérieur à 95%.
L’air 20 envoyé à la deuxième colonne constitue entre 10 et 25%, voire entre 14 et 25%, de l’air total envoyé au système de colonnes.
Si le deuxième débit 33 est à son minimum de 5% du débit total, les au moins 5% restants de l’air destinés à la deuxième colonne feront partie du premier débit 1 et au moins 5% de l’air total sera détendu dans la turbine d’insufflation 16 pour que le débit d’air envoyé à la deuxième colonne soit au moins 10% de l’air total.
Il peut être envisagé d’opérer le procédé avec deux marches différentes. Dans une première marche, pendant les périodes où l’énergie est peu chère, l’air est comprimé exclusivement dans le compresseur 2 et le débit 33 n’existe pas. La deuxième colonne est alimentée en air par la turbine 16 exclusivement. Pendant cette marche, au moins un produit liquide, par exemple de l’azote liquide est produit et peut être stocké et éventuellement utilisé en partie comme produit.
Dans une deuxième marche, l’air est comprimé dans les compresseurs 2 et 34 et de préférence le débit d’air envoyé au compresseur 2 sera réduit par rapport au débit pendant la première marche. Pendant la deuxième marche, l’énergie coûte plus cher et donc les coûts d’opération sont réduits en baissant la quantité d’air comprimé à la plus haute pression. L’appareil sera tenu en froid en partie par envoi d’azote liquide produit pendant la première marche.

Claims (17)

  1. Procédé de séparation d’air par distillation cryogénique utilisant un système de colonnes constitué par une première colonne (101) opérant à une première pression et une deuxième colonne (102) opérant à une deuxième pression inférieure à la première pression, la tête de la première colonne étant thermiquement reliée à la cuve de la deuxième colonne dans lequel :
    1. Un premier débit d’air (1) constituant entre 75 et 98% de l’air envoyé au système de colonnes est comprimé à une troisième pression au-dessus de la première pression, refroidi et envoyé à la troisième pression à une première unité d’adsorption (6) pour être épuré en eau et en dioxyde de carbone et le premier débit épuré est envoyé à la première colonne et éventuellement à la deuxième colonne
    2. Un deuxième débit d’air (33) constituant entre 5 et 25% de l’air envoyé au système de colonnes est comprimé à une quatrième pression au-dessus de la deuxième pression mais inférieure à la troisième pression, de préférence refroidi par contact direct dans une tour de refroidissement d’air (36), envoyé à la quatrième pression à une deuxième unité d’adsorption (38) pour être épuré en eau et en dioxyde de carbone et le deuxième débit épuré est envoyé à la deuxième colonne
    3. De l’air se sépare dans la première colonne pour former un liquide enrichi en oxygène (41) et un gaz enrichi en azote
    4. Du liquide enrichi en oxygène (41) et du liquide enrichi en azote (49,53) sont envoyés de la première colonne à la deuxième colonne
    5. Un liquide d’une pureté supérieure à 99%, de préférence à 99.5% d’oxygène (59) est soutiré du système de colonnes, pressurisé et puis vaporisé par échange de chaleur avec au moins une partie du premier débit d’air (22,29)
    6. Un gaz enrichi en argon (58) est envoyé de la deuxième colonne à une troisième colonne (103) et un fluide riche en argon est soutiré en tête de la troisième colonne et
    7. L’air (120) envoyé à la deuxième colonne constitue entre 10 et 25% de l’air total envoyé au système de colonnes.
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le fluide riche en argon contient entre 20 et 80% de l’argon contenu dans le premier et le deuxième débits d’air (1,33), de préférence entre 45 et 75%
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le rendement en oxygène de l’appareil est supérieur à 95%.
  4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 ou 3 caractérisé en ce que le premier débit d’air (1) est refroidi par contact direct par un premier débit d’eau dans une première tour de refroidissement (4) et le deuxième débit d’air (33) est refroidi par contact direct par un deuxième débit d’eau dans une deuxième tour de refroidissement (36), de l’azote gazeux (63) provenant du système de colonnes est envoyé à une tour de refroidissement d’eau (91) et l’eau refroidie (94,95) dans la tour de refroidissement d’eau est envoyée aux première et deuxième tours de refroidissement d’air.
  5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel on refroidit l’eau refroidie entre la tour de refroidissement d’eau (91) et la deuxième tour de refroidissement d’air (36) de sorte que l’eau envoyée à la deuxième tour de refroidissement d’air est plus froide que celle envoyée à la première tour de refroidissement d’air.
  6. Procédé selon l’une des revendications 4 ou 5 dans lequel l’air est refroidi dans la première tour de refroidissement d’air (4) jusqu’à une température supérieure d’au moins 5°C, de préférence au moins 8°C, à la température à laquelle l’air est refroidi dans la deuxième tour de refroidissement d’air (36).
  7. Procédé selon la revendication 4,5 ou 6 dans lequel l’air est refroidi dans la première tour de refroidissement (4) jusqu’à une température supérieure d’au plus 30°C, de préférence d’au plus 12°C, à la température à laquelle l’air est refroidi dans la deuxième tour de refroidissement (36).
  8. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le premier débit épuré se refroidit en amont du système de colonnes dans un premier échangeur de chaleur (80) par échange de chaleur avec un premier débit d’azote gazeux (65) provenant du système de colonnes et le deuxième débit épuré se refroidit en amont du système de colonne dans un deuxième échangeur de chaleur (81) par échange de chaleur avec un deuxième débit d’azote gazeux (67) provenant du système de colonnes.
  9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel le deuxième débit épuré se refroidit en amont du système de colonnes dans le deuxième échangeur de chaleur par échange de chaleur avec uniquement le deuxième débit d’azote gazeux provenant du système de colonnes.
  10. Procédé selon la revendication 8 ou 9 dans lequel le deuxième débit d’azote (67) est introduit dans le deuxième échangeur de chaleur (81) à une température sans être passé dans un autre échangeur de chaleur après sa sortie de colonne.
  11. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le deuxième débit d’air (33) n’est pas détendu ou surpressé entre la deuxième unité d’adsorption (36) et la deuxième colonne (102).
  12. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel au moins une partie du premier débit d’air n’est pas détendue ou surpressée entre la première unité d’adsorption (6) et la première colonne (101).
  13. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel une partie (12) du premier débit d’air est surpressée puis détendue entre la première unité d’adsorption et la première colonne (101).
  14. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel une partie du premier débit d’air est détendue dans une turbine puis envoyée à la première colonne (101) sous forme gazeuse et/ou liquide.
  15. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel au moins 14% mol de l’air total est envoyé à la deuxième colonne.
  16. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le deuxième débit épuré (40) est envoyé dans la deuxième colonne (102) pour être séparé au même niveau de la colonne qu’un débit de liquide enrichi en oxygène provenant de la première colonne ou qu’un débit de liquide enrichi en oxygène provenant de la première colonne et vaporisé (72) dans un condenseur de tête de la troisième colonne.
  17. Appareil de séparation d’air par distillation cryogénique utilisant un système de colonnes constitué par une première colonne (101) opérant à une première pression et une deuxième colonne (102) opérant à une deuxième pression inférieure à la première pression, la tête de la première colonne étant thermiquement reliée à la cuve de la deuxième colonne, une première unité d’adsorption (6), une deuxième unité d’adsorption (36), des moyens pour envoyer un premier débit d’air (1) constituant entre 75 et 98% de l’air envoyé au système de colonnes comprimé à une troisième pression au-dessus de la première pression à des moyens de refroidissement et ensuite à la troisième pression à la première unité d’adsorption (6) pour être épuré en eau et en dioxyde de carbone et des moyens pour envoyer le premier débit épuré à la première colonne et éventuellement à la deuxième colonne, des moyens pour envoyer un deuxième débit d’air constituant entre 5 et 25% de l’air envoyé au système de colonnes comprimé à une quatrième pression au-dessus de la deuxième pression mais inférieure à la troisième pression, à la quatrième pression à la deuxième unité d’adsorption pour être épuré en eau et en dioxyde de carbone et des moyens pour envoyer le deuxième débit épuré à la deuxième colonne, la première colonne comprenant des moyens d’échange de chaleur et de masse pour séparer l’air pour former un liquide enrichi en oxygène et un gaz enrichi en azote, des moyens pour envoyer du liquide enrichi en oxygène et du liquide enrichi en azote de la première colonne à la deuxième colonne, des moyens pour soutirer un liquide (59) d’une pureté supérieure à 99%, de préférence à 99.5% d’oxygène du système de colonnes, une pompe (60) pour pressuriser ce liquide, des moyens pour vaporiser le liquide pressurisé par échange de chaleur avec au moins une partie du premier débit d’air et des moyens pour envoyer un gaz (58) enrichi en argon de la deuxième colonne à la troisième colonne et des moyens pour soutirer un fluide riche en argon en tête de la troisième colonne.
FR2005220A 2020-05-20 2020-05-20 Procédé et appareil de séparation d’air par distillation cryogénique Active FR3110685B1 (fr)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2005220A FR3110685B1 (fr) 2020-05-20 2020-05-20 Procédé et appareil de séparation d’air par distillation cryogénique
EP21170059.6A EP3913310A1 (fr) 2020-05-20 2021-04-23 Procédé et appareil de séparation d'air par distillation cryogénique
US17/308,750 US11852408B2 (en) 2020-05-20 2021-05-05 Method and apparatus for separating air by cryogenic distillation
CN202110543898.7A CN113701451A (zh) 2020-05-20 2021-05-19 通过低温蒸馏分离空气的方法和装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2005220 2020-05-20
FR2005220A FR3110685B1 (fr) 2020-05-20 2020-05-20 Procédé et appareil de séparation d’air par distillation cryogénique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3110685A1 true FR3110685A1 (fr) 2021-11-26
FR3110685B1 FR3110685B1 (fr) 2022-12-23

Family

ID=72178740

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2005220A Active FR3110685B1 (fr) 2020-05-20 2020-05-20 Procédé et appareil de séparation d’air par distillation cryogénique

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11852408B2 (fr)
EP (1) EP3913310A1 (fr)
CN (1) CN113701451A (fr)
FR (1) FR3110685B1 (fr)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5538423A (en) * 1978-09-11 1980-03-17 Hitachi Ltd Method of extracting low purity oxygen
JPH01174878A (ja) * 1987-12-28 1989-07-11 Nippon Sanso Kk 低純度酸素製造方法
US4964901A (en) 1988-05-20 1990-10-23 Linde Aktiengesellschaft Low-temperature separation of air using high and low pressure air feedstreams
EP0952415A1 (fr) * 1998-04-21 1999-10-27 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé et installation de distillation d'air avec production variable d'argon
EP1357342A1 (fr) * 2002-04-17 2003-10-29 Linde Aktiengesellschaft Système de séparation d'air cryogénique à trois colonnes avec production d'argon
WO2013014252A2 (fr) * 2011-07-27 2013-01-31 Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) Séparation d'air
CN102809261B (zh) * 2012-04-19 2014-07-23 四川空分设备(集团)有限责任公司 从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离方法及其装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5528301A (en) 1977-12-19 1980-02-28 Toyota Central Res & Dev Lab Inc Surface treating method for iron, nickel, or cobalt base metal
GB9412182D0 (en) * 1994-06-17 1994-08-10 Boc Group Plc Air separation
US5469710A (en) * 1994-10-26 1995-11-28 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with enhanced argon recovery
GB9505645D0 (en) * 1995-03-21 1995-05-10 Boc Group Plc Air separation
DE19537910A1 (de) * 1995-10-11 1997-04-17 Linde Ag Doppelsäulenverfahren und -vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
US5765396A (en) * 1997-03-19 1998-06-16 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing high pressure nitrogen and high pressure oxygen
CN111433545B (zh) * 2017-12-28 2022-03-04 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 在包括裂芯式主热交换器的空气分离单元中产生的富氮流的利用
US20200080773A1 (en) * 2018-09-07 2020-03-12 Zhengrong Xu Cryogenic air separation unit with flexible liquid product make

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5538423A (en) * 1978-09-11 1980-03-17 Hitachi Ltd Method of extracting low purity oxygen
JPH01174878A (ja) * 1987-12-28 1989-07-11 Nippon Sanso Kk 低純度酸素製造方法
US4964901A (en) 1988-05-20 1990-10-23 Linde Aktiengesellschaft Low-temperature separation of air using high and low pressure air feedstreams
EP0952415A1 (fr) * 1998-04-21 1999-10-27 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé et installation de distillation d'air avec production variable d'argon
EP1357342A1 (fr) * 2002-04-17 2003-10-29 Linde Aktiengesellschaft Système de séparation d'air cryogénique à trois colonnes avec production d'argon
WO2013014252A2 (fr) * 2011-07-27 2013-01-31 Norwegian University Of Science And Technology (Ntnu) Séparation d'air
CN102809261B (zh) * 2012-04-19 2014-07-23 四川空分设备(集团)有限责任公司 从空气中制取低纯度氧气的深冷法分离方法及其装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN113701451A (zh) 2021-11-26
FR3110685B1 (fr) 2022-12-23
US20210364233A1 (en) 2021-11-25
US11852408B2 (en) 2023-12-26
EP3913310A1 (fr) 2021-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2685459A1 (fr) Procede et installation de production d'oxygene impur.
EP2122282A2 (fr) Procédé de séparation d'un mélange de monoxyde de carbone, de méthane, d'hydrogène et éventuellement d'azote par distillation cryogénique
FR2844039A1 (fr) Procede et installation de production d'oxygene et de gaz rares par distillation cryogenique d'air
CA2830826C (fr) Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
EP1189003B1 (fr) Procédé et installation de séparation d'air par distillation cryogénique
FR2942869A1 (fr) Procede et appareil de separation cryogenique d'un melange d'hydrogene, d'azote et de monoxyde de carbone avec colonne de deazotation
EP3058297B1 (fr) Procédé et appareil de séparation d'air par distillation cryogénique
FR3110685A1 (fr) Procédé et appareil de séparation d’air par distillation cryogénique
EP1132700B1 (fr) Procédé et installation de séparation d'air par distillation cryogénique
EP1446621A2 (fr) Procede de separation d'air par distillation cryogenique
WO2018020091A1 (fr) Procédé et appareil de lavage à température cryogénique pour la production d'un mélange d'hydrogène et d'azote
FR2973485A1 (fr) Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
EP1063485B1 (fr) Appareil et procédé de séparation d'air par distillation cryogénique
FR2837564A1 (fr) Procede et installation de production d'oxygene et/ou d'azote sous pression et d'argon pur
WO2022162041A1 (fr) Procédé et appareil de séparation d'un débit riche en dioxyde de carbone par distillation pour produire du dioxyde de carbone liquide
FR2862004A1 (fr) Procede et installation d'enrichissement d'un flux gazeux en l'un de ses constituants
FR2990748A1 (fr) Procede et appareil de distillation a temperature subambiante
FR2867262A1 (fr) Procede de separation d'air par distillation cryogenique et une installation pour la mise en oeuvre de ce procede
FR3120431A1 (fr) Purification de monoxyde de carbone par distillation cryogénique
FR3141995A3 (fr) Procédé et appareil de séparation d'air par distillation cryogénique
FR3020867A1 (fr) Procede et appareil de separation d’air par distillation cryogenique pour la production d’un melange de krypton et de xenon
FR3135134A1 (fr) Procédé d’augmentation de la capacité d’un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique existant et appareil de séparation d’air
FR3119883A1 (fr) Procédé et appareil de liquéfaction d’hydrogène
FR2910603A1 (fr) Procede de separation d'un melange de monoxyde de carbone, de methane, d'hydrogene et eventuellement d'azote par distillation cryogenetique
FR2987755A1 (fr) Procede et appareil de separation par distillation d'un gaz contenant du dioxyde de carbone

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20211126

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

RM Correction of a material error

Effective date: 20220906

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4