WO2004102095A1 - Installation de distribution comprenant des colonnes a garnissages structures ondules-croises et procede d’augmentation de capacite d’une installation de distillation - Google Patents

Installation de distribution comprenant des colonnes a garnissages structures ondules-croises et procede d’augmentation de capacite d’une installation de distillation Download PDF

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    • F25J2270/04—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
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    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/24—Quasi-closed internal or closed external carbon monoxide refrigeration cycle

Definitions

  • Distillation installation comprising columns with cross-corrugated structured packing and method for increasing the capacity of a distillation installation
  • the present invention relates to a distillation installation comprising columns with cross-corrugated structured packing and to a method for increasing the capacity of a distillation installation.
  • it is a cryogenic distillation installation.
  • the cross-corrugated packings consist of modules or "packs" each of which is formed by a stack of corrugated strips obliquely, alternately in one direction and in the other. These strips can be perforated or not, and produced from smooth or textured sheets, generally metallic. Examples are described in GB-A-1 004 046 and in CA-A-1 095 827.
  • the bands are contained in general vertical planes.
  • the modules are generally rotated 90 ° around the axis of the column from one module to the next, and it has been shown that these changes of direction cause blockages at the interfaces between the modules which limit the load that can be treated by the column.
  • WO-A-97/16 247 describes a wave whose generatrices are curved at each end to become vertical at the upper and lower edges of the module.
  • the lower part of the module may contain more perforations than the central part
  • the waves may be of reduced height in the lower part of the module compared to the height of the waves in a central region or the lower end of the module may contain cuts.
  • These modified interface packings are much more sensitive to maldistribution than conventional unmodified interface packings.
  • the gain in capacity of certain packings with modified interface decreases. Efficiency losses can also be observed at high liquid load, due to the entrainment of one phase by another.
  • a module with an unmodified interface is a module of structured packings of the wavy-cross type having waves having substantially the same geometry over the entire height of the module, without cutouts at the lower end.
  • a module with modified interface is a module of structured packings of the corrugated-cross type having waves with a central region inside the module and constituting at least 50% of the height of the module and a lower region going up to the lower end of the module, the module being modified in the lower region relative to the central region so that the resistance to the passage of a gas is reduced there compared to that of the gas in the central region.
  • a module with modified interfaces is a module of structured packings of the corrugated-cross type having waves with a central region inside the module and constituting at least 50% of the height of the module, a lower region going up to the lower end of the module and an upper region extending to the upper end of the module, the module being modified in the lower and upper regions relative to the central region so that the resistance to the passage of a gas is there reduced compared to that of gas in the central region.
  • the packings mentioned in this document preferably have a specific surface ranging from 250 m 2 / m 3 to 900 m 2 / m 3 . According to a preferred embodiment, these are perforated linings with a smooth surface.
  • the module with modified interface is a module as described above but also comprising an upper region extending to the upper end of the module, the module being modified in the upper region relative to the central region so that the resistance to the passage of a gas is reduced there compared to that of the gas in the central region. All the resistance reduction means described in EP-A-0707885 can be envisaged.
  • the waves have a modified geometry in the lower region (and possibly in the upper region) so that the generatrices of the corrugations are curved at one (each) end to become vertical at the lower (and upper) edge (s). ) of the module.
  • the lower region may at the same time include other modifications which may reduce the resistance to the passage of gas.
  • An object of the present invention is to provide a separation installation which overcomes the shortcomings of known installations and which, in particular, makes it possible to take advantage of the advantages of packings with modified interface while reducing the negative effects by judicious mixing of the packings with and without modified interface.
  • a distillation installation possibly cryogenic, comprising a column system and means for sending a flow to be separated, possibly cooled and purified, in a column of the column system, at least one section of a column adapted to operate in operation i) with a rate ratio below a rate ratio threshold, this rate ratio being the ratio between its actual reflux rate and the minimum reflux rate of the section, and / or ii) with a charge ratio above a charge ratio threshold, this charge ratio being the ratio between a falling liquid flow rate and the section of the section, containing structured packings, the module (s) of which (s) is (are) with an unmodified interface and characterized in that at least one section of a column adapted to operate in operation at a rate ratio above the rate ratio threshold and / or with a load ratio in d essous of a load ratio threshold contains structured packings of which the module (s) has (have) at least one modified interface.
  • the rate ratio threshold could be 1.05 and the load ratio threshold could be 400 l / h / dm 2 .
  • the sections of a column adapted to operate in operation with a reflux rate ratio below the rate ratio threshold and / or with a charge ratio above the charge ratio threshold contain structured packings of which the module (s) is (are) with an unmodified interface and the sections of a column adapted to operate in operation at a rate of reflux rate above the rate ratio threshold and / or at a ratio load below the load ratio threshold contain structured packings whose modules have at least one modified interface.
  • the installation may be a cryogenic air distillation installation comprising a medium pressure column and a low pressure column thermally connected to each other, optionally a column operating at an intermediate pressure between the medium and low pressures and means for supplying this column to from the medium pressure column, means for sending air at least to the medium pressure column and in which for the medium pressure column and / or the low pressure column and possibly the intermediate pressure column, at least one lower section of the column contains an unmodified interface module and at least one upper section contains a modified interface module.
  • the installation may be a cryogenic air distillation installation comprising a medium pressure column and a thermally connected low pressure column, an argon column, means for sending air at least to the medium pressure column and means to send an argon-enriched gas from the low pressure column to the argon column in which at least one of the sections of the argon column, preferably all of the sections of the argon column, contain an interface module (s) not modified when at least one section of the low pressure column or the medium pressure column contains a module with modified interface.
  • a cryogenic air distillation installation comprising a medium pressure column and a thermally connected low pressure column, an argon column, means for sending air at least to the medium pressure column and means to send an argon-enriched gas from the low pressure column to the argon column in which at least one of the sections of the argon column, preferably all of the sections of the argon column, contain an interface module (s) not modified when at least one section of the low pressure column or the medium pressure column contains a module with modified interface.
  • the installation may be a cryogenic distillation installation comprising a medium pressure column and a thermally connected low pressure column, a mixing column, means for sending air at least to the medium pressure column and means for sending an oxygen-enriched liquid from the low pressure column and air to the mixing column in which at least one of the sections of the mixing column, preferably all the sections of the mixing column, contain a module with unmodified interface when at least one section of the low pressure column or the medium pressure column contains a module with modified interface.
  • the installation can be a cryogenic distillation installation of a mixture mainly comprising carbon monoxide and / or hydrogen and / or nitrogen and / or methane comprising a methane washing column and / or a nitrogen washing column and / or distillation column and / or stripping column.
  • This type of installation may include a methane washing column, a stripping column, means for sending the mixture to the methane washing column and means for sending a liquid from the bottom of the washing column to the methane at the top of the stripping column in which the stripping column contains at least one module with unmodified interface and the washing column contains at least one module with modified interface (s).
  • At least one section of a column is adapted to operate in operation i) with a rate ratio below a rate ratio threshold, this rate ratio being the ratio between its actual reflux rate and the rate minimum reflux of the section, and / or ii) with a charge ratio above a charge ratio threshold, this charge ratio being the ratio between a descending liquid flow rate and the section of the section, contains only packings structured whose module (s) is (are) with unmodified interface and at least one section of a column adapted to operate in operation at a rate ratio above the rate ratio threshold and / or with a load ratio below a load ratio threshold contains only structured packings of which the module (s) has (have) at least one modified interface.
  • a distillation process optionally cryogenic, is provided in an apparatus comprising a column system comprising the steps of a) sending a cooled and purified flow to be separated in a column of the column system, b) separating the flow rate in the column system to form fluids enriched in at least one component of the mixture, at least one section of a column operating i) with a rate ratio below a rate ratio threshold, this rate ratio being the ratio between its actual reflux rate and the minimum reflux rate of the section, and / or ii) with a load ratio above a load ratio threshold, this load ratio being the ratio between a descending liquid flow and the section of the section, and containing structured packings whose module (s) have an unmodified interface and characterized in that at least one section of a column operates at a ratio rate above the rate ratio threshold and / or with a load ratio below a load ratio threshold and contains structured packings of which the module (s) has (have) at least one modified interface.
  • a method for increasing the capacity of at least one column of a distillation installation, possibly cryogenic comprising a system of columns containing only modules with non-interface modified or trays by replacing certain modules or trays with modules with modified interface (s) comprising the step of installing modules with modified interface (s) in at least some of, preferably only the , sections adapted to operate with a rate ratio above a rate ratio threshold, this rate ratio being the ratio between its actual reflux rate and the minimum reflux rate of the section, and / or with a ratio of charge below a threshold of the charge ratio, this charge ratio being the ratio between a falling liquid flow rate and the section of the section.
  • modules with modified interface (s) are not installed in at least some of, preferably, sections adapted to operate with a rate ratio below a rate ratio threshold, this ratio rate being the ratio between its actual reflux rate and the minimum reflux rate of the section, and / or with a load ratio above a threshold of the load ratio, this load ratio being the ratio between a flow rate of liquid descending and the section of the section.
  • the packing modules are replaced in the upper part of a column (the part with the highest gas load), preferably only the head section, by (a) module (s) with modified interface (s) and leaving the modules with unmodified interface in the lower part of the column.
  • Figure 1 shows an air separation apparatus by cryogenic distillation comprising a medium pressure column, a low pressure column.
  • Figure 2 shows an air separation apparatus by cryogenic distillation comprising a medium pressure column, a low pressure column and an argon column
  • Figure 3 represents an air separation apparatus by cryogenic distillation comprising a medium pressure column, a column low pressure and a mixing column.
  • FIG. 4 shows an apparatus for separating air by cryogenic distillation comprising a single column.
  • FIG. 5 represents an apparatus for separating a mixture comprising as main constituents hydrogen, carbon monoxide, methane and optionally l 'nitrogen.
  • FIG. 1 shows a medium pressure column 1 thermally connected to a low pressure column 3 by means of a reboiler 5 which condenses the nitrogen at the top of the medium pressure column and returns condensed nitrogen there as reflux.
  • Gaseous air 7 is sent to the tank of the medium pressure column 1 as well as liquid air 9. Between the two air inlets is a section of packings A.
  • the flow 11 coming from the head of the column is sent to the head of the low pressure column and the flow 13 is sent from an intermediate level of the medium pressure column to an intermediate level of the low pressure column 3.
  • the liquid air inlet 9 and the liquid nitrogen outlet 13 are separated by a section B and the liquid nitrogen outlets 13 and 11 are separated by a section C.
  • a flow of rich liquid 15 is sent from the tank of the medium pressure column 1 to an intermediate level of the low pressure column 3 and a section D separates the tank of the low pressure column and the inlet level of rich liquid.
  • a second liquid air flow 17 is sent to the low pressure column
  • a section E separates the rich liquid inlet 15 and the liquid air inlet 17.
  • a section F separates the air inlet 17 and the liquid nitrogen inlet 13 and a section G separates the inlet liquid nitrogen 11 and 13.
  • sending liquid nitrogen 13 at the head of the column is optional and therefore the sections F and G (and respectively B and C) can constitute a single section.
  • the sending of liquid air 17 is optional and therefore the sections E and F can constitute a single section and the sending of liquid air 9 is optional and therefore the sections A and B can constitute a single section.
  • the section A contains packings with unmodified interface and the sections B and C contain packings with modified interface.
  • the medium pressure column can only contain trays.
  • the section D contains packings with unmodified interface and the sections E, F and G contain packings with modified interface.
  • Figure 2 shows a double column which differs from that of Figure 1 in that the low pressure column is connected to an argon column. Therefore section D is split to form three sections D1, D2, D3.
  • the section D1 separates the tank from the low pressure column and the outlet of argon-enriched gas 25 intended for the argon column 21 as well as the inlet of tank liquid 27 coming from the argon column.
  • section D1 Part of the rich liquid is sent to the overhead condenser 31 of the argon column 21 where it partially vaporizes producing a flow of vaporized rich liquid 35 and a flow of non-vaporized rich liquid 37, both being sent to the low pressure column at the space between section D2 and section D3.
  • the rest of the rich liquid is sent above the section D3.
  • At least section D1 contains only modules without modified interfaces.
  • the section D2 contains only modules without modified interfaces and even more preferably the section D3 contains only modules without modified interfaces.
  • Sections E, F and G only contain modules with modified interfaces.
  • section H In the argon column itself there are two sections H and I, the flow rich in argon being withdrawn above the section I.
  • the two sections H and I contain only modules with unmodified interface (s).
  • section H can contain modules with unmodified interface and section I contains modules with modified interface (s).
  • Figure 3 differs from Figure 1 in that it comprises a mixing column 41. Supplied to the tank by an air flow 39 and at the top by liquid oxygen 43 pumped into a pump 45, it contains two sections J, K. Gaseous oxygen 47 is produced at the top of the column 41. The tank liquid 49 is mixed with the rich liquid and sent to the low pressure column. A very rich liquid flow 51 is drawn between the sections J and K, expanded and sent to the low pressure column. The section K (most loaded with liquid) and possibly the section J contain modules with unmodified interface while at least some of the sections of the double column contain modules with modified interface. Preferably the type of packing used for the double column is as described for FIG.
  • the section A contains packings with unmodified interface and the sections B and C contain packings with interface ( s) modified (s) and for the low pressure column, section D contains packings with unmodified interface; sections E, F and G contain only modules with modified interface (s).
  • the medium pressure column can only contain trays.
  • Figure 4 shows a single column air separation system.
  • the single column 1 is supplied with a flow of gaseous air 7.
  • a flow of rich liquid 15 is withdrawn from the bottom of the column and sent to the overhead condenser 5 where it vaporizes.
  • the head nitrogen partially condenses in the condenser 5.
  • a flow of nitrogen gas 13 is drawn off a few trays below the head of the column as product.
  • the column comprises two sections, A below the withdrawal of nitrogen gas 13 and C above this withdrawal.
  • the section A contains at least one module, the module or modules being lining modules with modified interface (s) while the section C contains at least one module, the module or modules being with unmodified interface.
  • Figure 5 shows an installation for separating a mixture of hydrogen, carbon monoxide and methane with three columns.
  • This mixture 1 is purified in 3, cooled in an exchanger 5 and sent to a methane washing column 7.
  • the tank liquid 13 of this washing column is expanded and sent to the head of a stripping column 19.
  • the tank liquid 23 of the stripping column is then separated in a distillation column 27 into a gas rich in carbon monoxide 31 and a liquid rich in methane 28 at least part of which is recycled to the washing column 7.
  • the installation is kept cold by a carbon monoxide cycle which heats the tanks of columns 19, 27 and which cools the head of column 27 and which includes a compressor 35 also serving to compress the product 37 and a turbine 41.
  • the washing column 7 contains modules with modified interface (s) L, M, N, O and the distillation column 29 contains two modules with modified interface (s) Q, R.
  • the exhaustion column 19 contains only one module with unmodified interface P.

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Abstract

Une installation de distillation comprend un système de colonnes (1, 3) et des moyens pour envoyer un débit (7, 9) à séparer dans une colonne (1) du système de colonnes, au moins un tronçon (A, D) d'une colonne contenant des garnissages structurés dont les modules sont à interface non-modifiée si, dans le tronçon en fonctionnement un rapport de taux est en dessous d'un seuil de rapport de taux, ce rapport de taux étant le rapport entre son taux de reflux réel et le taux de reflux minimum du tronçon, et/ou un rapport de charge est en dessus d'un seuil de rapport de charge, ce rapport de charge étant le rapport entre un débit de liquide descendant et la section du tronçon et au moins un tronçon (C, G) d'une colonne, adapté à operer en fonctionnement avec un rapport de taux au-dessus du seuil de rapport de taux et/ou avec un rapport de charge en dessous d'un seuil du rapport de charge contient des garnissages structures dont les modules ont au moins une interface modifiée.

Description

Installation de distillation comprenant des colonnes à garnissages structurés ondulés-croisés et procédé d'augmentation de capacité d'une installation de distillation
La présente invention est relative à une installation de distillation comprenant des colonnes à garnissages structurés ondulés-croisés et à un procédé d'augmentation de capacité d'une installation de distillation. De préférence, il s'agit d'une installation de distillation cryogénique.
Il est connu d'utiliser les garnissages structurés dans une installation de distillation cryogénique soit pour séparer des gaz de l'air soit pour séparer des mélanges contenant de l'hydrogène et du monoxyde de carbone (EP-A-837031).
Les garnissages ondulés-croisés sont constitués de modules ou « packs » dont chacun est formé d'un empilement de bandes ondulées en oblique, alternativement dans un sens et dans l'autre. Ces bandes peuvent être perforées ou non, et réalisées à partir de feuilles lisses ou texturées, généralement métalliques. Des exemples sont décrits dans le GB-A-1 004 046 et dans le CA-A-1 095 827.
Dans le cas des colonnes de distillation, les bandes sont contenues dans des plans généraux verticaux. Les modules sont généralement tournés de 90° autour de l'axe de la colonne d'un module au suivant, et on a montré que ces changements de direction provoquent, aux interfaces entre les modules, des engorgements qui limitent la charge pouvant être traitée par la colonne.
Divers moyens ont été proposés pour limiter cet engorgement. En particulier, le WO-A-97/16 247 décrit une onde dont les génératrices sont incurvées à chaque extrémité pour devenir verticales aux bords supérieur et inférieur du module.
D'autres façons de modifier les ondes de sorte que la résistance soit réduite au bord inférieur et éventuellement supérieur du module sont décrites dans le brevet EP-A-0707885. Par exemple, la partie basse du module peut contenir plus de perforations que la partie centrale, les ondes peuvent être de hauteur réduite en partie basse du module comparé à la hauteur des ondes dans une région centrale ou l'extrémité inférieure du module peut contenir des découpes. Ces garnissages à interface modifiée sont beaucoup plus sensibles aux maldistributions que les garnissages classiques à interface non modifiée. De plus quand la charge en liquide d'un pack augmente, le gain en capacité de certains garnissages à interface modifiée diminue. Des pertes d'efficacité peuvent également être observées à forte charge liquide, à cause de l'entraînement d'une phase par une autre.
Dans le cas des colonnes dimensionnées sur des critères de faible perte de charge (telles que les colonnes argon, qui sont typiquement dimensionnées avec une perte de charge maximum de 2 mbar/m), le gain apporté par les garnissages à interface modifiée (typiquement 10% du cv) est nettement réduit par rapport au gain possible à l'engorgement (30% du cv).
Sur ce type de colonne, le gain apporté par la modification des interfaces est faible, et le risque de maldistribution élevé. Un module à interface non-modifiée est un module de garnissages structurés de type ondulé-croisé ayant des ondes ayant substantiellement la même géométrie sur toute la hauteur du module, sans découpes à l'extrémité inférieure.
Un module à interface modifiée est un module de garnissages structurés de type ondulé-croisé ayant des ondes avec une région centrale à l'intérieur du module et constituant au moins 50% de la hauteur du module et une région inférieure allant jusqu'à l'extrémité inférieure du module, le module étant modifié dans la région inférieure par rapport à la région centrale de sorte que la résistance au passage d'un gaz s'y trouve réduite par rapport à celle du gaz dans la région centrale.
Un module à interfaces modifiées est un module de garnissages structurés de type ondulé-croisé ayant des ondes avec une région centrale à l'intérieur du module et constituant au moins 50% de la hauteur du module, une région inférieure allant jusqu'à l'extrémité inférieure du module et une région supérieure allant jusqu'à l'extrémité supérieure du module, le module étant modifié dans les régions inférieure et supérieure par rapport à la région centrale de sorte que la résistance au passage d'un gaz s'y trouve réduite par rapport à celle du gaz dans la région centrale.
Les garnissages mentionnés dans ce document ont de préférence une surface spécifique allant de 250 m2/m3 à 900 m2/m3. Selon un mode préféré, ce sont des garnissages perforés à surface lisse.
De préférence, le module à interface modifiée est un module comme décrit ci-dessus mais comprenant également une région supérieure allant jusqu'à l'extrémité supérieure du module, le module étant modifié dans la région supérieure par rapport à la région centrale de sorte que la résistance au passage d'un gaz s'y trouve réduite par rapport à celle du gaz dans la région centrale. Tous les moyens de réduction de résistance décrits dans EP-A-0707885 peuvent être envisagés.
De préférence, les ondes ont une géométrie modifiée dans la région inférieure (et éventuellement en région supérieure) de sorte que les génératrices des ondulations sont incurvées à une (chacun) extrémité pour devenir verticales au(x) bord(s) inférieur (et supérieur) du module. Bien évidemment la région inférieure peut en même temps comprendre d'autres modifications susceptibles d'y réduire la résistance au passage de gaz.
Un but de la présente invention est de prévoir une installation de séparation qui pallie les défauts des installations connues et qui, en particulier, permet de profiter des avantages des garnissages à interface modifiée tout en réduisant les effets négatifs par un judicieux panachage des garnissages avec et sans interface modifiée.
Selon un aspect de l'invention, il est prévu une installation de distillation, éventuellement cryogénique, comprenant un système de colonnes et des moyens pour envoyer un débit à séparer, éventuellement refroidi et épuré, dans une colonne du système de colonnes, au moins un tronçon d'une colonne adapté à opérer en fonctionnement i) avec un rapport de taux en dessous d'un seuil de rapport de taux, ce rapport de taux étant le rapport entre son taux de reflux réel et le taux de reflux minimum du tronçon, et/ou ii) avec un rapport de charge en dessus d'un seuil de rapport de charge, ce rapport de charge étant le rapport entre un débit de liquide descendant et la section du tronçon, contenant des garnissage structurés dont le(s) module(s) est (sont) à interface non- modifiée et caractérisée en ce qu'au moins un tronçon d'une colonne adapté à opérer en fonctionnement à un rapport de taux au-dessus du seuil de rapport de taux et/ou avec un rapport de charge en dessous d'un seuil du rapport de charge contient des garnissages structurés dont le(s) module(s) a (ont) au moins une interface modifiée.
Par exemple, le seuil de rapport de taux pourrait être 1 ,05 et le seuil de rapport de charge pourrait être 400 l/h/dm2. D'autres valeurs sont évidemment à envisager. De préférence, les tronçons d'une colonne adaptés à opérer en fonctionnement avec un rapport de taux de reflux en dessous du seuil de rapport de taux et/ou avec un rapport de charge en dessus du seuil de rapport de charge contiennent des garnissages structurés dont le(s) module(s) est (sont) à interface non modifiée et les tronçons d'une colonne adaptés à opérer en fonctionnement à un rapport de taux de reflux au-dessus du seuil de rapport de taux et/ou à un rapport de charge en dessous du seuil de rapport de charge contiennent des garnissages structurés dont les modules ont au moins une interface modifiée.
L'installation peut être une installation de distillation cryogénique d'air comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression thermiquement reliées entre elles, éventuellement une colonne fonctionnant à une pression intermédiaire entre les moyenne et basse pressions et des moyens pour alimenter cette colonne à partir de la colonne moyenne pression, des moyens pour envoyer de l'air au moins à la colonne moyenne pression et dans laquelle pour la colonne moyenne pression et/ou la colonne basse pression et éventuellement la colonne à pression intermédiaire, au moins un tronçon inférieur de la colonne contient un module à interface non modifiée et au moins un tronçon supérieur contient un module à interface modifiée.
L'installation peut être une installation de distillation cryogénique d'air comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression thermiquement reliées entre elles, une colonne argon, des moyens pour envoyer de l'air au moins à la colonne moyenne pression et des moyens pour envoyer un gaz enrichi en argon provenant de la colonne basse pression à la colonne argon dans laquelle au moins un des tronçons de la colonne argon, de préférence tous les tronçons de la colonne argon, contiennent un (des) module(s) à interface non- modifiée alors qu'au moins un tronçon de la colonne basse pression ou de la colonne moyenne pression contient un module à interface modifiée.
L'installation peut être une installation de distillation cryogénique comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression thermiquement reliées entre elles, une colonne de mélange, des moyens pour envoyer de l'air au moins à la colonne moyenne pression et des moyens pour envoyer un liquide enrichi en oxygène provenant de la colonne basse pression et de l'air à la colonne de mélange dans laquelle au moins un des tronçons de la colonne de mélange, de préférence tous les tronçons de la colonne mélange, contiennent un module à interface non-modifiée alors qu'au moins un tronçon de la colonne basse pression ou de la colonne moyenne pression contient un module à interface modifiée.
L'installation peut être une installation de distillation cryogénique d'un mélange comprenant principalement du monoxyde de carbone et/ou de l'hydrogène et/ou de l'azote et/ou du méthane comprenant une colonne de lavage au méthane et/ou une colonne de lavage à l'azote et/ou une colonne de distillation et/ou une colonne d'épuisement. Ce type d'installation peut comprendre une colonne de lavage au méthane, une colonne d'épuisement, des moyens pour envoyer le mélange à la colonne de lavage au méthane et des moyens pour envoyer un liquide de la partie inférieure de la colonne de lavage au méthane à la partie supérieure de la colonne d'épuisement dans laquelle la colonne d'épuisement contient au moins un module à interface non-modifiée et la colonne de lavage contient au moins un module à interface(s) modifiée(s).
De préférence au moins un tronçon d'une colonne est adapté à opérer en fonctionnement i) avec un rapport de taux en dessous d'un seuil de rapport de taux, ce rapport de taux étant le rapport entre son taux de reflux réel et le taux de reflux minimum du tronçon, et/ou ii) avec un rapport de charge en dessus d'un seuil de rapport de charge, ce rapport de charge étant le rapport entre un débit de liquide descendant et la section du tronçon, contient uniquement des garnissage structurés dont le(s) module(s) est (sont) à interface non-modifiée et au moins un tronçon d'une colonne adapté à opérer en fonctionnement à un rapport de taux au-dessus du seuil de rapport de taux et/ou avec un rapport de charge en dessous d'un seuil du rapport de charge contient uniquement des garnissages structurés dont le(s) module(s) a (ont) au moins une interface modifiée.
Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un procédé de distillation, éventuellement cryogénique, dans un appareil comprenant un système de colonnes comprenant les étapes de a) envoyer un débit refroidi et épuré à séparer dans une colonne du système de colonnes, b) séparer le débit dans le système de colonnes pour former des fluides enrichis en au moins un composant du mélange, au moins un tronçon d'une colonne fonctionnant i) avec un rapport de taux en dessous d'un seuil de rapport de taux, ce rapport de taux étant le rapport entre son taux de reflux réel et le taux de reflux minimum du tronçon, et/ou ii) avec un rapport de charge en dessus d'un seuil de rapport de charge, ce rapport de charge étant le rapport entre un débit de liquide descendant et la section du tronçon, et contenant des garnissage structurés dont le(s) module(s) sont à interface non- modifiée et caractérisée en ce qu'au moins un tronçon d'une colonne fonctionne à un rapport de taux au-dessus du seuil de rapport de taux et/ou avec un rapport de charge en dessous d'un seuil du rapport de charge et contient des garnissages structurés dont le(s) module(s) a (ont) au moins une interface modifiée. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un procédé d'augmentation de la capacité d'au moins une colonne d'une installation de distillation, éventuellement cryogénique, comprenant un système de colonnes ne contenant que des modules à interface non-modifiée ou des plateaux en remplaçant certains modules ou plateaux par des modules à interface(s) modifiée(s) comprenant l'étape d'installer des modules à interface(s) modifiée(s) dans au moins certains des, de préférence seuls les, tronçons adaptés à fonctionner avec un rapport de taux au- dessus d'un seuil de rapport de taux, ce rapport de taux étant le rapport entre son taux de reflux réel et le taux de reflux minimum du tronçon, et/ou avec un rapport de charge en dessous d'un seuil du rapport de charge, ce rapport de charge étant le rapport entre un débit de liquide descendant et la section du tronçon.
De préférence des modules à interface(s) modifiée(s) ne sont pas installés dans au moins certains des, de préférence les, tronçons adaptés à fonctionner avec un rapport de taux au-dessous d'un seuil de rapport de taux, ce rapport de taux étant le rapport entre son taux de reflux réel et le taux de reflux minimum du tronçon, et/ou avec un rapport de charge en dessus d'un seuil du rapport de charge, ce rapport de charge étant le rapport entre un débit de liquide descendant et la section du tronçon. On remplace par exemple au plus des modules de garnissages dans la partie supérieure d'une colonne (la partie la plus chargée en gaz), de préférence uniquement le tronçon de tête, par des (un) module(s) à interface(s) modifiée(s) et de laisser les modules à interface non modifiée dans la partie inférieure de la colonne.
L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures :
La Figure 1 représente un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une colonne moyenne pression, une colonne basse pression.
La Figure 2 représente un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une colonne moyenne pression, une colonne basse pression et une colonne argon La Figure 3 représente un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une colonne moyenne pression, une colonne basse pression et une colonne de mélange.
La Figure 4 représente un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une simple colonne La Figure 5 représente un appareil de séparation d'un mélange comprenant comme constituants principaux de l'hydrogène, du monoxyde de carbone, du méthane et éventuellement de l'azote.
La Figure 1 montre une colonne moyenne pression 1 reliée thermiquement à une colonne basse pression 3 au moyen d'un rebouilleur 5 qui condense l'azote de tête de la colonne moyenne pression et y renvoie de l'azote condensé comme reflux.
De l'air gazeux 7 est envoyé en cuve de la colonne moyenne pression 1 ainsi que de l'air liquide 9. Entre les deux entrées d'air se trouve un tronçon de garnissages A.
En tête de colonne moyenne pression, des débits d'azote liquide à des puretés différentes sont soutirés. Le débit 11 provenant de la tête de la colonne est envoyé en tête de la colonne basse pression et le débit 13 est envoyé d'un niveau intermédiaire de la colonne moyenne pression à un niveau intermédiaire de la colonne basse pression 3.
L'entrée d'air liquide 9 et la sortie d'azote liquide 13 sont séparées par un tronçon B et les sorties d'azote liquide 13 et 11 sont séparées par un tronçon C.
Un débit de liquide riche 15 est envoyé de la cuve de la colonne moyenne pression 1 à un niveau intermédiaire de la colonne basse pression 3 et un tronçon D sépare la cuve de la colonne basse pression et le niveau d'entrée de liquide riche.
Un deuxième débit d'air liquide 17 est envoyé à la colonne basse pression Un tronçon E séparé l'entrée de liquide riche 15 et l'entrée d'air liquide 17. Un tronçon F sépare l'entrée d'air 17 et l'entrée d'azote liquide 13 et un tronçon G sépare les entrées d'azote liquide 11 et 13.
Il sera compris que l'envoi d'azote liquide 13 en tête de colonne est facultatif et donc les tronçons F et G (et respectivement B et C) peuvent constituer un seul tronçon. De même, l'envoi d'air liquide 17 est facultatif et donc les tronçons E et F peuvent constituer un seul tronçon et l'envoi d'air liquide 9 est facultatif et donc les tronçons A et B peuvent constituer un seul tronçon.
Par contre un débit d'air gazeux provenant d'une turbine d'insufflation peut remplacer l'envoi d'air liquide 17.
Selon l'invention pour la colonne moyenne pression, le tronçon A contient des garnissages à interface non modifiée et les tronçons B et C contiennent des garnissages à interface modifiée. Alternativement la colonne moyenne pression peut contenir uniquement des plateaux. Selon l'invention pour la colonne basse pression, le tronçon D contient des garnissages à interface non modifiée et les tronçons E, F et G contiennent des garnissages à interface modifiée.
La Figure 2 montre une double colonne qui diffère de celle de la Figure 1 en ce que la colonne basse pression est reliée à une colonne argon. De ce fait le tronçon D est scindé pour former trois tronçons D1 , D2, D3.
Le tronçon D1 sépare la cuve de la colonne basse pression et la sortie de gaz enrichi en argon 25 destiné à la colonne argon 21 ainsi que l'entrée de liquide de cuve 27 provenant de la colonne argon.
Au-dessus du tronçon D1 se trouve le tronçon D2. Une partie du liquide riche est envoyé au condenseur de tête 31 de la colonne argon 21 où il se vaporise partiellement produisant un débit de liquide riche vaporisé 35 et un débit de liquide riche non vaporisé 37, les deux étant envoyés à la colonne basse pression à l'espace entre le tronçon D2 et le tronçon D3. Le reste du liquide riche est envoyé en dessus du tronçon D3. Au moins le tronçon D1 contient uniquement des modules sans interfaces modifiées. De préférence, le tronçon D2 contient uniquement des modules sans interfaces modifiées et encore plus préférentiellement le tronçon D3 contient uniquement des modules sans interfaces modifiées. Les tronçons E, F et G contiennent uniquement des modules avec interfaces modifiées.
Dans la colonne argon elle-même se trouvent deux tronçons H et I, le débit riche en argon étant soutiré au-dessus du tronçon I. Les deux tronçons H et I contiennent uniquement des modules à interface(s) non modifιée(s). Alternativement le tronçon H peut contenir des modules à interface non modifiée et le tronçon I contient des modules à interface(s) modifiée(s).
La Figure 3 diffère de la Figure 1 en ce qu'elle comprend une colonne de mélange 41. Alimentée en cuve par un débit d'air 39 et en tête par de l'oxygène liquide 43 pompé dans une pompe 45, elle contient deux tronçons J, K. De l'oxygène gazeux 47 est produit en tête de la colonne 41. Le liquide de cuve 49 est mélangé avec le liquide riche et envoyé à la colonne basse pression. Un débit de liquide très riche 51 est soutiré entre les tronçons J et K, détendu et envoyé à la colonne basse pression. Le tronçon K (le plus chargé en liquide) et éventuellement le tronçon J contiennent des modules à interface non modifiée alors qu'au moins certains des tronçons de la double colonne contiennent des modules avec interface modifiée. De préférence le type de garnissage utilisé pour la double colonne est tel que décrit pour la Figure 1, à savoir pour la colonne moyenne pression, le tronçon A contient des garnissages à interface non modifiée et les tronçons B et C contiennent des garnissages à interface(s) modifiée(s) et pour la colonne basse pression, le tronçon D contient des garnissages à interface non modifiée les tronçons E, F et G contiennent uniquement des modules avec interface(s) modifiée(s). Alternativement la colonne moyenne pression peut contenir uniquement des plateaux. La Figure 4 montre une installation de séparation d'air à simple colonne.
L'unique colonne 1 est alimentée par un débit d'air gazeux 7. Un débit de liquide riche 15 est soutiré en cuve de la colonne et envoyé au condenseur de tête 5 où il se vaporise. L'azote de tête se condense partiellement dans le condenseur 5. Un débit d'azote gazeux 13 est soutiré quelques plateaux en dessous de la tête de la colonne comme produit. La colonne comprend deux tronçons, A en dessous du soutirage d'azote gazeux 13 et C en dessus de ce soutirage. Le tronçon A contient au moins un module, le ou les modules étant des modules de garnissages à interface(s) modifiée(s) alors que le tronçon C contient au moins un module, le ou les modules étant à interface non-modifiée. La Figure 5 montre une installation de séparation d'un mélange d'hydrogène, de monoxyde de carbone et de méthane à trois colonnes. Ce mélange 1 est épuré en 3, refroidi dans un échangeur 5 et envoyé dans une colonne de lavage au méthane 7. Le liquide de cuve 13 de cette colonne de lavage est détendu et envoyé en tête d'une colonne d'épuisement 19. Le liquide de cuve 23 de la colonne d'épuisement est ensuite séparé dans une colonne de distillation 27en un gaz riche en monoxyde de carbone 31 et un liquide riche en méthane 28 dont au moins une partie est recyclée à la colonne de lavage 7. L'installation est tenue en froid par un cycle de monoxyde de carbone qui chauffe les cuves des colonnes 19, 27 et qui refroidit la tête de la colonne 27 et qui comprend un compresseur 35 servant aussi à comprimer le produit 37 et une turbine 41.
La colonne de lavage 7 contient des modules à interface(s) modifiée(s) L, M, N, O et la colonne de distillation 29 contient deux modules à interface(s) modifiée(s) Q, R. Par contre, la colonne d'épuisement 19 ne contient qu'un module à interface non modifiée P.
Quand on vient à modifier une colonne à plateaux ou à modules à interface non modifiée, pour une double colonne de séparation d'air telle que dans les Figures 1 et 2 on installe des modules de garnissages à interface modifiée de préférence dans les tronçons F, G.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation de distillation, éventuellement cryogénique, comprenant un système de colonnes (1 , 3, 7,19, 21 , 27, 41) et des moyens pour envoyer un débit à séparer, éventuellement refroidi et épuré, dans une colonne du système de colonnes, au moins un tronçon (A, D, D1 , D2, D3, H, I, J, K, P) d'une colonne, adapté à opérer en fonctionnement i) avec un rapport de taux en dessous d'un seuil de rapport de taux, ce rapport de taux étant le rapport entre son taux de reflux réel et le taux de reflux minimum du tronçon, et/ou ii) avec un rapport de charge en dessus d'un seuil de rapport de charge, ce rapport de charge étant le rapport entre un débit de liquide descendant et la section du tronçon, contenant des garnissage structurés dont le(s) module(s) est (sont) à interface non-modifiée et caractérisée en ce qu'au moins un tronçon (B, C, E, F, G, I, J, L,
M, N, O, Q, R) d'une colonne adapté à opérer en fonctionnement à un rapport de taux au-dessus du seuil de rapport de taux et/ou avec un rapport de charge en dessous d'un seuil du rapport de charge contient des garnissages structurés dont le(s) module(s) a (ont) au moins une interface modifié, le seuil de rapport de taux étant 1 ,05 et le seuil de rapport de charge étant 400 L/h/dm2.
2. Installation selon la revendication 1 dans laquelle les tronçons d'une colonne adaptés à opérer en fonctionnement avec un rapport de taux de reflux en dessous du seuil de rapport de taux et/ou avec un rapport de charge en dessus du seuil de rapport de charge contiennent des garnissages structurés dont le(s) module(s) est (sont) à interface non modifiée et les tronçons d'une colonne adaptés à opérer en fonctionnement à un rapport de taux de reflux au-dessus du seuil de rapport de taux et/ou à un rapport de charge en dessous du seuil de rapport de charge contiennent des garnissages structurés dont les modules ont au moins une interface modifiée.
3. Installation de distillation cryogénique d'air selon l'une des revendications 1 et 2 comprenant une colonne moyenne pression (1) et une colonne basse pression (3) thermiquement reliées entre elles, éventuellement une colonne fonctionnant à une pression intermédiaire entre les moyenne et basse pressions et des moyens pour alimenter cette colonne à partir de la colonne moyenne pression, des moyens pour envoyer de l'air au moins à la colonne moyenne pression et dans laquelle pour la colonne moyenne pression et/ou la colonne basse pression et éventuellement la colonne à pression intermédiaire, au moins un tronçon inférieur de la colonne contient un module à interface non modifiée et au moins un tronçon supérieur contient un module à interface modifiée.
4. Installation de distillation cryogénique d'air selon l'une des revendications 1, 2 et 3 comprenant une colonne moyenne pression (1) et une colonne basse pression
(3) thermiquement reliées entre elles, une colonne argon (21), des moyens pour envoyer de l'air au moins à la colonne moyenne pression et des moyens pour envoyer un gaz enrichi en argon provenant de la colonne basse pression à la colonne argon dans laquelle au moins un des tronçons de la colonne argon, de préférence tous les tronçons de la colonne argon, contiennent un (des) module(s) à interface non-modifiée alors qu'au moins un tronçon de la colonne basse pression ou de la colonne moyenne pression contient un module à interface modifiée.
5. Installation de distillation cryogénique d'air selon l'une des revendications précédentes comprenant une colonne moyenne pression (1) et une colonne basse pression (3) thermiqμement reliées entre elles, une colonne de mélange (41), des moyens pour envoyer de l'air au moins à la colonne moyenne pression et des moyens pour envoyer un liquide enrichi en oxygène provenant de la colonne basse pression et de l'air à la colonne de mélange dans laquelle au moins un des tronçons de la colonne de mélange, de préférence tous les tronçons de la colonne mélange, contiennent un module à interface non-modifiée alors qu'au moins un tronçon de la colonne basse pression ou de la colonne moyenne pression contient un module à interface modifiée.
6. Installation de distillation cryogénique d'un mélange comprenant principalement du monoxyde de carbone et/ou de l'hydrogène et/ou de l'azote et/ou du méthane selon l'une des revendications 1 et 2 comprenant une colonne de lavage au méthane (7) et/ou une colonne de lavage à l'azote et/ou une colonne de distillation (27) et/ou une colonne d'épuisement (19).
7. Installation selon la revendication 6 comprenant une colonne de lavage au méthane (7), une colonne d'épuisement (19), des moyens pour envoyer le mélange à la colonne de lavage au méthane et des moyens pour envoyer un liquide de la partie inférieure de la colonne de lavage au méthane à la partie supérieure de la colonne d'épuisement dans laquelle la colonne d'épuisement contient au moins un module à interface non-modifiée et la colonne de lavage contient au moins un module à interface(s) modifiée(s).
8. Installation selon l'une des revendications précédentes dans lequel, au moins un tronçon d'une colonne adapté à opérer en fonctionnement i) avec un rapport de taux en dessous d'un seuil de rapport de taux, ce rapport de taux étant le rapport entre son taux de reflux réel et le taux de reflux minimum du tronçon, et/ou ii) avec un rapport de charge en dessus d'un seuil de rapport de charge, ce rapport de charge étant le rapport entre un débit de liquide descendant et la section du tronçon, contient uniquement des garnissage structurés dont le(s) module(s) est (sont) à interface non-modifiée et au moins un tronçon d'une colonne adapté à opérer en fonctionnement à un rapport de taux au-dessus du seuil de rapport de taux et/ou avec un rapport de charge en dessous d'un seuil du rapport de charge contient uniquement des garnissages structurés dont le(s) module(s) a (ont) au moins une interface modifiée.
9. Procédé de distillation, éventuellement cryogénique, dans un appareil comprenant un système de colonnes (1, 3, 7, 19, 21 , 27, 41) comprenant les étapes de : a) envoyer un débit refroidi et épuré à séparer dans une colonne du système de colonnes, b) séparer le débit dans le système de colonnes pour former des fluides enrichis en au moins un composant du mélange, au moins un tronçon (A, D, D1 , D2, D3, H, I, J, K, P) d'une colonne fonctionnant : i) avec un rapport de taux en dessous d'un seuil de rapport de taux, ce rapport de taux étant le rapport entre son taux de reflux réel et le taux de reflux minimum du tronçon, et/ou ii) avec un rapport de charge en dessus d'un seuil de rapport de charge, ce rapport de charge étant le rapport entre un débit de liquide descendant et la section du tronçon, et contenant des garnissage structurés dont le(s) module(s) sont à interface non- modifiée et caractérisée en ce qu'au moins un tronçon d'une colonne fonctionne à un rapport de taux au-dessus du seuil de rapport de taux et/ou avec un rapport de charge en dessous d'un seuil du rapport de charge et contient des garnissages structurés dont le(s) module(s) a (ont) au moins une interface modifiée, le seuil de rapport de taux étant 1 ,05 et le seuil de rapport de charge étant 400 L/h/dm2.
10. Procédé d'augmentation de la capacité d'au moins une colonne (1 , 3, 7, 19, 21 , 27, 41) d'une installation de distillation, éventuellement cryogénique, comprenant un système de colonnes ne contenant que des modules à interface non-modifiée ou des plateaux en remplaçant certains modules ou plateaux par des modules à interface(s) modifiée(s) comprenant l'étape d'installer des modules à interface(s) modifiée(s) dans au moins certains des, de préférence seuls les, tronçons (B, C,
E, F, G, I, J, L, M, N, O, Q, R) adaptés à fonctionner avec un rapport de taux au- dessus d'un seuil de rapport de taux, ce rapport de taux étant le rapport entre son taux de reflux réel et le taux de reflux minimum du tronçon, et/ou avec un rapport de charge en dessous d'un seuil du rapport de charge, ce rapport de charge étant le rapport entre un débit de liquide descendant et la section du tronçon, le seuil de rapport de taux étant 1 ,05 et le seuil de rapport de charge étant 400 L/h/dm2.
11. Procédé d'augmentation selon la revendication 10 consistant à remplacer au plus des modules de garnissages dans la partie supérieure d'une colonne (partie la plus chargée en gaz), de préférence uniquement le ou les tronçons de tête (F,
G), par des (un) module(s) à interface(s) modifiée(s) et de laisser les modules à interface non modifiée dans la partie inférieure de la colonne.
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