Procédé de fourniture d'air comprimé à au moins un premier et un second postes utilisateurs Method of supplying compressed air to at least first and second user stations
Dans l'industrie, l'air comprimé, à une pression comprise généralement entre 7 et 10 bars, est utilisé en général non pour sa composition chimique mais pour sa pression dans des applications « volumétriques » (air moteur, air instrument, air balayage, ...), l'intérêt de ce fluide résidant dans sa souplesse d'utilisation et d'action et le fait qu'il ne présente aucun danger pour l'utilisateur pu pour l'environnement.In industry, compressed air, at a pressure generally between 7 and 10 bars, is generally used not for its chemical composition but for its pressure in “volumetric” applications (engine air, instrument air, sweep air, ...), the advantage of this fluid residing in its flexibility of use and action and the fact that it presents no danger to the user or to the environment.
Les appareils de fourniture de gaz de l'air par séparation d'air utilisent également de l'air comprimé, mais exclusivement pour sa transformation en gaz séparé(s) de l'air. Le document FR-A- 2 774 308, au nom de la demanderesse, décrit un système couplé flexible de fourniture d'air comprimé, d'une part, et de gaz de l'air, d'autre part, en partageant, le cas échéant, les compresseurs d'une batterie de compression d'air.Apparatus for supplying air gas by air separation also uses compressed air, but exclusively for its transformation into gas (s) separated from air. Document FR-A- 2 774 308, in the name of the applicant, describes a flexible coupled system for supplying compressed air, on the one hand, and air gases, on the other hand, by sharing the if necessary, the compressors of an air compression battery.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé de fourniture conjoint d'au moins deux flux d'air comprimé, l'un moyennement ou légèrement enrichi en oxygène pour fourniture à un poste utilisateur exploitant le caractère suroxydant de ce flux, et un flux d'air comprimé légèrement appauvri en oxygène pour toutes utilisations « classiques », mécaniques, de l'air comprimé.The object of the present invention is to propose a method for the joint supply of at least two compressed air flows, one of which is moderately or slightly enriched in oxygen for supply to a user station exploiting the superoxidizing nature of this flow, and compressed air slightly depleted in oxygen for all “conventional” mechanical uses of compressed air.
Pour ce faire, selon l'invention on fait passer une partie du flux d'air comprimé dans une unité de séparation de gaz de l'air pour fournir un premier flux appauvri en oxygène ayant donc une teneur en oxygène inférieure à 21%, typiquement entre 17 et 20% en volume, adressé à un premier poste utilisateur, et un deuxième flux ayant une teneur en oxygène n'excédant pas 50%, adressé à un deuxième poste utilisateur. Le léger enrichissement en oxygène du deuxième flux permet, dans certains procédés, tels la combustion ou le traitement d'eaux résiduaires, de
compenser économiquement les surcoûts liés à la mise en œuvre de l'unité de séparation de gaz et à des recompressions éventuelles des flux sortants.To do this, according to the invention, a part of the compressed air flow is passed through a gas separation unit from the air to provide a first flow depleted in oxygen, therefore having an oxygen content of less than 21%, typically between 17 and 20% by volume, sent to a first user station, and a second stream having an oxygen content not exceeding 50%, sent to a second user station. The slight oxygen enrichment of the second stream allows, in certain processes, such as the combustion or treatment of waste water, to economically compensate for the additional costs associated with the implementation of the gas separation unit and any recompression of the outgoing flows.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec le dessin annexé, sur lequel :Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the following description of embodiments, given by way of illustration but in no way limiting, made in relation to the appended drawing, in which:
La figure unique représente schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.The single figure schematically represents an installation for implementing the method according to the invention.
Dans l'installation représentée sur la figure unique, un flux primaire d'air, comprimé dans une unité de compression classique 1 à une pression n'excédant pas 10 bar, séché et refroidi, puis adressé à une pression classiquement d'environ 7-8 bar, via une ligne 2, à une unité de séparation de gaz de l'air 3 et, via une ligne 11 , à au moins un poste utilisateur (non représenté) d'air comprimé « standard ».In the installation shown in the single figure, a primary flow of air, compressed in a conventional compression unit 1 at a pressure not exceeding 10 bar, dried and cooled, then sent to a pressure conventionally of approximately 7- 8 bar, via a line 2, to an air gas separation unit 3 and, via a line 11, to at least one user station (not shown) of "standard" compressed air.
Selon un aspect de l'invention, l'unité de séparation 3 est du type à perméation sur membranes polymères telles que celles commercialisées par la société MEDAL Corp., du Groupe AIR LIQUIDE, l'unité 3 ayant une sortie 4 de perméat moyennement enrichi en oxygène et une sortie 5 de non perméat appauvri en oxygène. La sortie 5 communique avec une plusieurs lignes utilisatrices 6i, 62. La sortie 4 communique avec une ligne 7 d'alimentation d'au moins un poste utilisateur 8 exploitant le caractère oxydant de l'air, typiquement une unité de combustion ou d'aération/oxydation de boues ou effluents.According to one aspect of the invention, the separation unit 3 is of the permeation type on polymer membranes such as those sold by the company MEDAL Corp., of the AIR LIQUIDE Group, the unit 3 having an outlet 4 of moderately enriched permeate in oxygen and an outlet 5 of oxygen-depleted non-permeate. The output 5 communicates with one or more user lines 6i, 6 2 . The outlet 4 communicates with a supply line 7 for at least one user station 8 exploiting the oxidizing nature of the air, typically a combustion or aeration / oxidation unit for sludges or effluents.
Avantageusement, le gaz enrichi en oxygène à la sortie 4 est combiné dans un mélangeur 9 avec un flux d'air comprimé non séparé 10 dérivé de la sortie de l'unité de compression 1 pour fournir dans la ligne 7 un air comprimé très faiblement enrichi en oxygène, inférieur à 5% O2 (typiquement de l'ordre de 1 à 2%), suffisant pour améliorer significativement les performances du poste utilisateur 8.Advantageously, the oxygen-enriched gas at the outlet 4 is combined in a mixer 9 with an unseparated compressed air flow 10 derived from the outlet of the compression unit 1 to supply in the line 7 very little enriched compressed air. in oxygen, less than 5% O 2 (typically of the order of 1 to 2%), sufficient to significantly improve the performance of user station 8.
Selon l'invention, en effet, l'unité de séparation 3 est mise en œuvre pour produire en sa sortie 5 un flux d'air comprimé très légèrement appauvri en oxygène, avec une teneur en oxygène entre 17 et 20% en volume, typiquement entre 18 et 19%, au prix d'une très légère perte de charge (entre 0,2 et 0,5 bar), utilisable en toute sécurité au même titre que l'air comprimé « standard » dans la
ligne 11. Parallèlement, à la sortie 4, est disponible, sous une pression de quelques centaines de millibars, un flux d'air enrichi en oxygène entre 40 et 50% en volume, avantageusement recombiné avec un flux d'air comprimé standard (10) pour éviter, dans la ligne 7 et en aval, l'utilisation d'équipements « compatibles oxygène ». Avantageusement, le mélangeur 9 comporte un éjecteur exploitant le flux 10 d'air comprimé pour extraire le perméat à la sortie 4 sous un léger vide avant de le mélanger à l'air moteur du flux 10 pour le diluer.According to the invention, in fact, the separation unit 3 is used to produce at its outlet 5 a flow of compressed air very slightly depleted in oxygen, with an oxygen content between 17 and 20% by volume, typically between 18 and 19%, at the cost of a very slight pressure drop (between 0.2 and 0.5 bar), usable in complete safety in the same way as “standard” compressed air in the line 11. At the same time, at outlet 4, a flow of oxygen-enriched air between 40 and 50% by volume is advantageously combined with a pressure of a few hundred millibars, advantageously combined with a stream of standard compressed air (10 ) to avoid, in line 7 and downstream, the use of “oxygen compatible” equipment. Advantageously, the mixer 9 comprises an ejector exploiting the flow 10 of compressed air to extract the permeate at the outlet 4 under a slight vacuum before mixing it with the engine air of the flow 10 to dilute it.
L'inventeur a déterminé qu'en enrichissant par exemple de 1% en oxygène l'air dans la ligne 7 alimentant un brûleur fonctionnant au gaz naturel, une économie de combustible entre 5 et 10% pouvait être obtenue, selon la part du transfert de chaleur réalisée par échange sur les fumées et la part réalisée par radiation de la flamme. Avec une unité de séparation 3, alimentée en air comprimé à 7,5 bar, produisant en sortie 5 environ 800 m3/h d'air à 19% d'oxygène et en sortie 4 environ 70 m3/h d'air enrichi à 45% d'oxygène, le coût de l'oxygène « pur » équivalent contenu dans le perméat en sortie 4 représente environ 0,023 €/m3, de sorte que, pour un coût de gaz naturel d'environ 0,15 €/m3, l'enrichissement de 1% du flux 7 permet d'économiser entre 0,005 et 0,012 €/m3 de gaz naturel utilisé.The inventor determined that by enriching, for example, by 1% in oxygen the air in line 7 supplying a burner operating on natural gas, a fuel saving between 5 and 10% could be obtained, depending on the share of the transfer of heat produced by exchange on the fumes and the part produced by flame radiation. With a separation unit 3, supplied with compressed air at 7.5 bar, producing at outlet 5 approximately 800 m 3 / h of air at 19% oxygen and at outlet 4 approximately 70 m 3 / h of enriched air at 45% oxygen, the cost of equivalent “pure” oxygen contained in the permeate at outlet 4 represents approximately 0.023 € / m 3 , so that, for a cost of natural gas of approximately 0.15 € / m 3 , enrichment of 1% of flow 7 saves between 0.005 and 0.012 € / m 3 of natural gas used.
Quoique l'invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de métier dans le cadre des revendications ci-après.
Although the invention has been described in relation to particular embodiments, it is not limited thereto but is susceptible to modifications and variants which will appear to a person skilled in the art within the scope of the claims below.