FR3121744A3 - Module to be incorporated in an air distillation installation - Google Patents
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Abstract
Titre : Module à incorporer dans une installation de distillation d’air Module adapté à être intégré dans un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique comprenant installation de distillation d'air comprenant au moins un compresseur d'air (V), deux bouteilles d'épuration d'air par adsorption (L), un échangeur de chaleur (E) et au moins une colonne de distillation d’air (C), le module (P) constitué une ossature parallélépipédique dans laquelle sont montés un échangeur de chaleur pour de l’air comprimé dans le compresseur, un réchauffeur de gaz de régénération des bouteilles d’épuration, des vannes de régulation d’air envoyé aux bouteilles d’épuration, d’air épuré et du gaz de régénération et un réchauffeur de dégivrage adapté à être relié aux bouteilles d’épuration pour chauffer l’air épuré. Figure de l’abrégé : Figure 2Title: Module to be incorporated in an air distillation installation Module adapted to be integrated in an air separation apparatus by cryogenic distillation comprising an air distillation installation comprising at least one air compressor (V), two cylinders for air purification by adsorption (L), a heat exchanger (E) and at least one air distillation column (C), the module (P) consisting of a parallelepipedal frame in which a heat exchanger is mounted for compressed air in the compressor, a purge cylinder regeneration gas heater, air control valves sent to the purification cylinders, clean air and regeneration gas and a defrost heater adapted to be connected to the purification cylinders to heat the purified air. Abstract Figure: Figure 2
Description
La présente invention est relative à un module à incorporer dans une installation de distillation d'air.The present invention relates to a module to be incorporated in an air distillation installation.
La conception de ces installations est soumise à des impératifs de natures différentes, tels que la facilite de montage sur site et la commodité du transport des éléments de l'installation jusqu'au site, les choix dans ce dernier domaine étant étroitement limités par les gabarits maximaux routiers et ferroviaires.The design of these installations is subject to requirements of different natures, such as the ease of assembly on site and the convenience of transporting the elements of the installation to the site, the choices in the latter area being strictly limited by the templates road and rail maximums.
Il a été proposé de pré-assembler en atelier l'ensemble de l'installation, à l'exclusion du groupe compresseur d'air et des bouteilles d'épuration d'air par adsorption. Le travail sur site est alors réduit à un minimum. Cependant, ceci n'est possible que pour les petites installations, et de plus n'est réellement économique que pour les installations comprenant une colonne de distillation de faible hauteur, telle que les installations du type HPN (High Purity Nitrogen) produisant uniquement de l'azote.It was proposed to pre-assemble the entire installation in the workshop, excluding the air compressor unit and the adsorption air purification cylinders. On-site work is then reduced to a minimum. However, this is only possible for small installations, and moreover is only really economical for installations comprising a distillation column of low height, such as installations of the HPN (High Purity Nitrogen) type producing only l 'nitrogen.
L'invention a pour but de fournir une solution souple utilisable pour pratiquement toutes les installations de distillation d'air, jusqu'à des tailles importantes.The object of the invention is to provide a flexible solution that can be used for practically all air distillation installations, up to large sizes.
EP-A-0629829 décrit une installation de distillation d'air comprenant:EP-A-0629829 describes an air distillation installation comprising:
- un groupe compresseur d'air dont le refoulement est relié à un raccord de sortie;an air compressor unit whose delivery is connected to an outlet connection;
- deux bouteilles d'épuration d'air par adsorption présentant des raccords d'entrée/sortie;two adsorption air cleaning cylinders having inlet/outlet connections;
- une première ossature dans laquelle sont montés: (a) les accessoires aval du compresseur tels qu'un ensemble de pré-refroidissement d'air; (b) les accessoires des bouteilles d'épuration, tels qu'un ensemble de vannes et un réchauffeur de gaz de régénération; et (c) les conduites de liaison des accessoires précités, avec leurs organes de sécurité et leurs vannes automatiques et/ou commandées à distance, ces conduites se terminant éventuellement par des raccords pour le raccordement à d'autres parties de l'installation, et les organes de contrôle, de commande et d'instrumentation correspondants;a first frame in which are mounted: (a) downstream accessories of the compressor such as an air pre-cooling assembly; (b) scrubber cylinder accessories, such as a valve assembly and regeneration gas heater; and (c) the connecting pipes of the aforementioned accessories, with their safety devices and their automatic and/or remote-controlled valves, these pipes possibly ending in fittings for connection to other parts of the installation, and the corresponding control, command and instrumentation organs;
- une seconde ossature dans laquelle sont montés: (d) les échangeurs de chaleur principaux et les sous-refroidisseurs; (e) l'ensemble des accessoires froids tels que les vannes cryogéniques et éventuellement les pompes cryogéniques et les turbines de détente; et (f) les conduites de liaison des éléments montes dans la seconde ossature, avec leurs organes de sécurité et leurs vannes automatiques et/ou commandées à distance, ces conduites se terminant éventuellement par des raccords pour le raccordement à d'autres parties de l'installation, et les organes de contrôle, de commande et d'instrumentation correspondants, les parties froides étant isolées thermiquement;a second frame in which are mounted: (d) the main heat exchangers and the sub-coolers; (e) all cold accessories such as cryogenic valves and possibly cryogenic pumps and expansion turbines; and (f) the connecting pipes of the elements mounted in the second framework, with their safety devices and their automatic and/or remote-controlled valves, these pipes possibly ending in fittings for connection to other parts of the installation, and the corresponding control, command and instrumentation components, the cold parts being thermally insulated;
- une colonne de distillation d'air munie d'un certain nombre de raccords pour les arrivées et les départs de fluides; etan air distillation column fitted with a certain number of connections for the fluid inlets and outlets; And
- des tuyaux de liaison entre les raccords associes des parties (A) a (E) de l'installation.connecting pipes between the associated fittings of parts (A) to (E) of the installation.
- vannes automatiques et/ou commandées à distance, ces conduites se terminant éventuellement par des raccords pour le raccordement aux autres parties de l'installation; etautomatic and/or remote-controlled valves, these pipes possibly ending in fittings for connection to other parts of the installation; And
- des tuyaux de liaison entre les raccords associes des parties (A) a (D) de l'installation.connecting pipes between the associated fittings of parts (A) to (D) of the installation.
L'ossature peut en particulier regrouper l'ensemble des organes de contrôle, de commande et d'instrumentation dans un logement latéral situe à sa partie inférieure.The framework can in particular group together all the control, command and instrumentation organs in a lateral housing located in its lower part.
De plus, on peut adopter les caractéristiques suivantes:In addition, the following characteristics can be adopted:
- une tuyauterie de mise à l'air du gaz résiduaire de la colonne est montée dans l'ossature ;a pipe for venting the waste gas from the column is mounted in the framework;
- tous les tuyaux de liaison sont rectilignes ;all connecting pipes are straight;
- la colonne est une double colonne de distillation d'air comprenant une colonne moyenne pression surmontée d'une colonne basse pression.the column is a double air distillation column comprising a medium pressure column surmounted by a low pressure column.
Les appareils de séparation d’air ont besoin d’être dégivrés régulièrement pour enlever les dépôts de glace, d’hydrocarbures et de dioxyde de carbone qui peuvent s’y accumuler. Pour ce faire, la distillation est arrêtée et de l’air provenant de l’épuration est chauffé à une température bien au-delà de 40°C (généralement autour de 60°C) et envoyé dans les échangeurs qui servent à refroidir l’air et dans les colonnes, en particulier dans les vaporiseurs-condenseurs, où une accumulation de solides seraient particulièrement dangereuse. L’air est chauffé au moyen d’un réchauffeur de dégivrage, généralement un réchauffeur électrique.Air separation units need to be defrosted regularly to remove ice, hydrocarbon and carbon dioxide deposits that may accumulate. To do this, the distillation is stopped and the air coming from the purification is heated to a temperature well above 40°C (generally around 60°C) and sent to the exchangers which are used to cool the air and in columns, especially in vaporizer-condensers, where an accumulation of solids would be particularly dangerous. The air is heated by means of a defrost heater, usually an electric heater.
Selon un objet de l’invention, il est prévu un module adapté à être intégré dans un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique comprenant au moins un compresseur d'air , deux bouteilles d'épuration d'air par adsorption, un échangeur de chaleur principal et au moins une colonne de distillation d’air, le module constitué par une ossature parallélépipédique dans laquelle sont montés un échangeur de chaleur auxiliaire utilisant un réfrigérant, par exemple de l’eau, pour refroidir de l’air comprimé dans le compresseur, éventuellement un refroidisseur d’air relié à l’échangeur de chaleur auxiliaire pour refroidir l’air refroidi par l’échangeur de chaleur auxiliaire, un réchauffeur de gaz de régénération des bouteilles d’épuration caractérisé en ce qu’il comprend des vannes de régulation d’air envoyé aux bouteilles d’épuration, d’air épuré provenant des bouteilles d’épuration et du gaz de régénération envoyé vers les bouteilles d’épuration adaptées à être reliées aux bouteilles d’épuration et un réchauffeur de dégivrage adapté à être relié aux bouteilles d’épuration pour chauffer l’air épuré et éventuellement au moins une pompe d’eau de refroidissement.According to one object of the invention, there is provided a module adapted to be integrated into an air separation apparatus by cryogenic distillation comprising at least one air compressor, two bottles for air purification by adsorption, an exchanger main heat exchanger and at least one air distillation column, the module consisting of a parallelepipedic framework in which are mounted an auxiliary heat exchanger using a refrigerant, for example water, to cool compressed air in the compressor, optionally an air cooler connected to the auxiliary heat exchanger to cool the air cooled by the auxiliary heat exchanger, a gas heater for regeneration of the purification cylinders characterized in that it comprises valves regulating air supplied to the scrubber cylinders, purified air from the scrubber cylinders and regeneration gas sent to the scrubber cylinders adapted to be connected to the cylinders purifier and a defrost heater suitable for connection to the purifier cylinders to heat the purified air and possibly at least one cooling water pump.
Selon d’autres aspects facultatifs :According to other optional aspects:
- le réchauffeur de dégivrage est monté à une extrémité de l’ossature.the defrost heater is mounted at one end of the frame.
- l’échangeur de chaleur auxiliaire est monté à une extrémité de l’ossature.the auxiliary heat exchanger is mounted at one end of the frame.
- le réchauffeur de dégivrage est monté à une extrémité de l’ossature et l’échangeur de chaleur auxiliaire est monté à l’autre extrémité de l’ossature.the defrost heater is mounted at one end of the frame and the auxiliary heat exchanger is mounted at the other end of the frame.
- le réchauffeur de dégivrage est adapté pour être relié aux bouteilles d’épuration, à l’au moins une colonne et à l’échangeur de chaleur principal.the defrost heater is adapted to be connected to the purification cylinders, to the at least one column and to the main heat exchanger.
- le module ne comprend pas les bouteilles d’adsorption et/ou le compresseur.the module does not include the adsorption cylinders and/or the compressor.
- l’échangeur de chaleur principal est adapté pour permettre un échange de chaleur indirect entre l’air destiné à la colonne et au moins un produit de la distillation.the main heat exchanger is adapted to allow an indirect heat exchange between the air intended for the column and at least one product of the distillation.
Selon un autre aspect de l’invention, il est prévu un appareil de séparation par distillation cryogénique comprenant au moins un compresseur d’air, deux bouteilles d'épuration d'air par adsorption, un échangeur de chaleur et au moins une colonne de distillation d’air et un module selon l’une des revendications précédentes relié au compresseur, aux bouteilles d’épuration, à l’échangeur de chaleur et à l’au moins une colonne de distillation d’air.According to another aspect of the invention, there is provided a separation apparatus by cryogenic distillation comprising at least one air compressor, two bottles for air purification by adsorption, a heat exchanger and at least one distillation column of air and a module according to one of the preceding claims connected to the compressor, to the purification cylinders, to the heat exchanger and to at least one air distillation column.
Selon d’autres aspects facultatifs :According to other optional aspects:
- l’appareil comprenant des moyens pour envoyer de l’air épuré au réchauffeur de dégivrage et des moyens pour envoyer de l’air chauffé dans le réchauffeur de dégivrage à l’échangeur de chaleur principal et à l’au moins une colonne.the apparatus comprising means for supplying purified air to the defrost heater and means for supplying air heated in the defrost heater to the main heat exchanger and to the at least one column.
- l’appareil comprend des conduites isolées thermiquement pour envoyer l’air chauffé dans le réchauffeur de dégivrage à l’échangeur de chaleur et à l’au moins une colonne.the device includes thermally insulated pipes to send the air heated in the defrost heater to the heat exchanger and to the at least one column.
- le module est disposé avec son extrémité où se trouve le réchauffeur de dégivrage à côté d’au moins une colonne et/ou de l’échangeur de chaleur principal et/ou d’un module comprenant au moins une turbine de détente d’air.the module is arranged with its end where the defrost heater is located next to at least one column and/or the main heat exchanger and/or a module comprising at least one air expansion turbine.
Des exemples de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexes, sur lesquels:Examples of embodiments of the invention will now be described with reference to the appended drawings, in which:
L'installation représentée à la
Chacun des éléments ci-dessus est classique, et leurs liaisons ainsi que leur fonctionnement correspondent à ce que l'on rencontre habituellement dans les installations de distillation d'air.Each of the above elements is conventional, and their connections as well as their operation correspond to what is usually encountered in air distillation installations.
Ainsi, le module de compression comprend, sur un socle, un moteur électrique entrainant un compresseur principal et les réfrigérants intermédiaires du compresseur. Le refoulement de ce dernier aboutit à un raccord de sortie du module.Thus, the compression module comprises, on a base, an electric motor driving a main compressor and the intermediate coolers of the compressor. The discharge of the latter leads to an outlet connection of the module.
Les bouteilles sont des bouteilles d'adsorption classiques, munies chacune de deux raccords, respectivement.The bottles are conventional adsorption bottles, each provided with two connections, respectively.
Le module monté sur la plateforme comprend une ossature parallélépipédique dans laquelle sont fixes l'ensemble des éléments "chauds" de l'installation autres que le module de compression et les bouteilles d'épuration:The module mounted on the platform comprises a parallelepiped frame in which are fixed all the "hot" elements of the installation other than the compression module and the purification bottles:
- un échangeur de chaleur auxiliaire qui est le refroidisseur final 1 du compresseur, refroidissant l’air avec un réfrigérant, généralement de l’eau, l’échangeur de chaleur auxiliaire étant relie a un raccord d'entrée dispose en regard d’un raccord avec le module de compression, etan auxiliary heat exchanger which is the final cooler 1 of the compressor, cooling the air with a refrigerant, generally water, the auxiliary heat exchanger being connected to an inlet connection has a connection with the compression module, and
- éventuellement un groupe frigorifique 2 monté en série avec l’échangeur de chaleur auxiliaire 1,possibly a refrigeration unit 2 mounted in series with the auxiliary heat exchanger 1,
- éventuellement au moins une pompe 3 d’eau de refroidissement,possibly at least one cooling water pump 3,
- des vannes 4, en particulier des vannes à trois leviers, pour régler les entrées et sorties de gaz des bouteilles d’épuration,4 valves, in particular three-lever valves, for adjusting the gas inlets and outlets of the purification cylinders,
- un réchauffeur 5 de gaz de régénération de l'adsorbant,an adsorbent regeneration gas heater 5,
- un réchauffeur de dégivrage 6,a defrost heater 6,
- éventuellement la conduite d'évacuation du gaz résiduaire de la colonne, muni d'un silencieux,possibly the waste gas evacuation pipe from the column, fitted with a silencer,
- et éventuellement également l'ensemble des organes de contrôle, de commande et d'instrumentation relatifs aux éléments 1 à 6, schématisé en 21.and possibly also all the control, command and instrumentation components relating to elements 1 to 6, shown schematically at 21.
Le module P comporte encore deux raccords pour chaque bouteille d’adsorption respectivement reliés aux vannes 4, et des raccords de liaison avec l’échangeur de chaleur principal. Le réchauffeur de régénération 5 est disposé à côté des vannes 4 et est relié à travers les vannes aux bouteilles d’adsorption. Le réchauffeur de régénération 5 est également relié à l’échangeur de chaleur pour recevoir de l’azote provenant de la distillation pour servir de gaz de régénération après chauffage par le réchauffeur 5. La pompe d’eau 3 peut être indépendante du module P.The P module further comprises two connections for each adsorption bottle respectively connected to the valves 4, and connection connections with the main heat exchanger. The regeneration heater 5 is arranged next to the valves 4 and is connected through the valves to the adsorption bottles. The regeneration heater 5 is also connected to the heat exchanger to receive nitrogen from the distillation to serve as regeneration gas after heating by the heater 5. The water pump 3 can be independent of the module P.
L’appareil comprend l’'échangeur de chaleur principal, constituée de plusieurs corps d'échangeurs parallélépipédiques du type a plaques brasées, un sous-refroidisseur, éventuellement au moins une pompe cryogénique et au moins une turbine.The device comprises the main heat exchanger, made up of several parallelepipedal heat exchanger bodies of the brazed plate type, a sub-cooler, optionally at least one cryogenic pump and at least one turbine.
La colonne peut être une double colonne comprenant une colonne moyenne pression surmontée d'une colonne basse pression, avec un vaporiseur-condenseur principal qui met en relation d'échange thermique la vapeur de tête (azote) de la colonne moyenne pression et le liquide de cuve (oxygène) de la colonne basse pression. Cette double colonne, dont la hauteur est considérablement supérieure à celle des modules 3 et 4, est isolée à l’intérieur d’une enceinte.The column can be a double column comprising a medium-pressure column surmounted by a low-pressure column, with a main vaporizer-condenser which puts the overhead vapor (nitrogen) of the medium-pressure column in heat exchange relationship with the tank (oxygen) of the low pressure column. This double column, whose height is considerably higher than that of modules 3 and 4, is isolated inside an enclosure.
Même pour des installations de taille importante, par exemple produisant plusieurs centaines de tonnes par jour d'oxygène, même du type a vaporisation d'oxygène liquide sous pression, il est possible de réaliser de la manière décrite plus haut le module S de forme générale parallélépipédique dont les dimensions extérieures permettent le transport routier.Even for large installations, for example producing several hundred tons per day of oxygen, even of the type with vaporization of liquid oxygen under pressure, it is possible to produce the module S of general shape in the manner described above. parallelepiped whose external dimensions allow road transport.
Bien entendu, l'installation comporte en outre les divers équipements habituels lies à l'alimentation en courant électrique, en eau de refroidissement et éventuellement en gaz auxiliaires, ces équipements étant relies aux composants correspondants des modules décrits ci-dessus.Of course, the installation also comprises the various usual equipment items linked to the supply of electric current, of cooling water and possibly of auxiliary gases, these items of equipment being connected to the corresponding components of the modules described above.
Le réchauffeur de dégivrage 6 est disposé à l’extrémité du module parallélépipédique puisqu’il n’est pas connecté aux autres éléments 1 à 5 du module mais seulement aux bouteilles d’adsorption pour recevoir l’air épuré et à l’échangeur de chaleur et aux éléments de la boîte froide (l’au moins une colonne, un vaporiseur-condenseur relié à au moins une colonne).The defrost heater 6 is arranged at the end of the parallelepiped module since it is not connected to the other elements 1 to 5 of the module but only to the adsorption bottles to receive the purified air and to the heat exchanger and to the elements of the cold box (the at least one column, a vaporizer-condenser connected to at least one column).
Le réchauffeur de dégivrage 6 est connecté aux bouteilles d’adsorption pour recevoir de l’air épuré à chauffer. L’air chauffé dans le réchauffeur de dégivrage est à l’échangeur de chaleur et à l’au moins une colonne à travers des conduites isolées thermiquement.The defrost heater 6 is connected to the adsorption bottles to receive purified air to be heated. The heated air in the defrost heater is to the heat exchanger and to the at least one column through thermally insulated pipes.
Le réchauffeur de gaz de régénération 5 se trouve en face des bouteilles L d’adsorbant, étant disposé symétriquement entre les deux bouteilles pour minimiser la longueur des conduites et ainsi réduire les pertes de charge.The regeneration gas heater 5 is located opposite the bottles L of adsorbent, being arranged symmetrically between the two bottles to minimize the length of the pipes and thus reduce pressure drops.
Le réchauffeur de dégivrage 1 juxtapose les éléments à dégivrer avec de l’air chauffé par le réchauffeur, à savoir au moins une colonne C, un échangeur de chaleur E qui refroidit l’air destiné à la distillation et au moins une turbine T éventuellement.The defrost heater 1 juxtaposes the elements to be defrosted with the air heated by the heater, namely at least one column C, a heat exchanger E which cools the air intended for the distillation and at least one turbine T possibly.
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| FR2103623A Active FR3121744B3 (en) | 2021-04-09 | 2021-04-09 | Module to be incorporated in an air distillation installation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3121744B3 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0629829A1 (en) | 1993-06-03 | 1994-12-21 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Air distillation plant |
-
2021
- 2021-04-09 FR FR2103623A patent/FR3121744B3/en active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0629829A1 (en) | 1993-06-03 | 1994-12-21 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Air distillation plant |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3121744B3 (en) | 2023-08-11 |
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