WO2015128560A2 - Air separation apparatus comprising a separation column of which the bottom portion is buried - Google Patents

Air separation apparatus comprising a separation column of which the bottom portion is buried Download PDF

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WO2015128560A2
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Clement Lix
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Abstract

An apparatus for separating air by cryogenic distillation comprises a distillation column (C) of which the bottom portion is buried.

Description

Appareil de séparation d'air comprenant une colonne de séparation dont la partie inférieure est enfouie La présente invention est relative à un appareil de séparation d'air comprenant une colonne de distillation dont la partie inférieure est enfouie. Les unités de séparation d'air sont actuellement arrangées de façon horizontale avec peu ou pas d'équipements qui se superposent. L'empreinte au sol est en général grande, ce qui crée des coûts de terrain de génie civil et de montage.  The present invention relates to an air separation apparatus comprising a distillation column, the lower part of which is buried. The air separation units are currently arranged horizontally with little or no overlapping equipment. The footprint is generally large, which creates field costs for civil engineering and assembly.
II a déjà été proposé dans le passé des modes d'arrangement modulaire pour facilité le transport et le montage. Toutefois ils se calquent sur l'organisation actuelle d'une unité de séparation d'air.  It has been proposed in the past of modular arrangement modes for ease of transport and assembly. However, they rely on the current organization of an air separation unit.
Il est connu de US-A-6205814 de disposer tous les éléments d'un appareil de séparation d'air en dessous du sol.  It is known from US-A-6205814 to have all the elements of an air separation apparatus below the ground.
II est connu de US2003/034885 de prévoir un appareil de séparation d'air par des moyens n'opérant pas à des températures cryogénique dans le sous-sol d'un bâtiment.  It is known from US2003 / 034885 to provide an air separation apparatus by means not operating at cryogenic temperatures in the basement of a building.
Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant au moins une colonne de distillation, une unité de compression d'air d'alimentation, une unité de refroidissement d'air comprimé , une unité d'épuration d'air comprimé et une unité d'échange thermique indirect dans lequel une partie inférieure de la colonne de distillation est disposée sous le sol et une partie supérieure de la colonne est disposée au dessus du sol.  According to an object of the invention, there is provided a cryogenic distillation air separation apparatus comprising at least one distillation column, a supply air compression unit, a compressed air cooling unit, a a compressed air purification unit and an indirect heat exchange unit in which a lower portion of the distillation column is disposed under the ground and an upper portion of the column is disposed above the ground.
De préférence au moins un élément de l'appareil est disposé sous le sol, cet élément étant choisi dans le groupe : l'unité de compression d'air d'alimentation, l'unité d'épuration d'air comprimé, l'unité d'échange thermique indirect. De cette manière, l'appareil comprend une colonne de distillation partiellement enfouie sous le sol et certains éléments de l'appareil complètement enfouis sous le sol.  Preferably at least one element of the apparatus is disposed under the ground, this element being chosen from the group: the supply air compression unit, the compressed air purification unit, the unit indirect heat exchange. In this way, the apparatus includes a distillation column partially buried under the ground and some elements of the apparatus completely buried under the ground.
Les éléments disposés sous le sol peuvent également comprendre une unité de compression d'un produit de l'appareil, une pompe, une turbine, une tour de refroidissement, un groupe frigorigène, un sous-refroidisseur, au moins un stockage de liquide provenant de la distillation, une unité de surpression d'air. Ceci permet de libérer de la place au sol et éventuellement de réduire l'isolation requise pour les éléments devant fonctionner sous basse température, puisqu'ils ne seront pas chauffés par le soleil. Une réduction des coûts pour le maintien de la colonne contre les vents peut être un élément important. Dans certains localités, il est également défendu de dépasser une certaines hauteur au- dessus du sol pour des bâtiments. L'invention permet également de réduire les quantités d'isolant requises, tout en limitant la quantité de liquide cryogénique présente sous terre et la prise au sol total de l'appareil. The elements placed under the ground may also comprise a unit for compressing a product of the apparatus, a pump, a turbine, a cooling tower, a refrigerant group, a sub-cooler, at least one liquid storage from distillation, a unit of air overpressure. This frees space on the ground and possibly reduce the insulation required for elements to operate at low temperatures, since they will not be heated by the sun. A reduction in costs for maintaining the column against the winds can be an important element. In some localities, it is also forbidden to exceed a certain height above the ground for buildings. The invention also reduces the amounts of insulation required, while limiting the amount of cryogenic liquid present underground and total grounding of the device.
Selon d'autres objets facultatifs :  According to other optional objects:
- une partie supérieure de la colonne de distillation est dans une boîte froide qui est à l'air libre.  an upper part of the distillation column is in a cold box which is in the open air.
au moins la partie supérieure de la colonne de distillation est isolée au moyen d'une boîte froide  at least the upper part of the distillation column is isolated by means of a cold box
tout le reste de la colonne, à part la partie inférieure, n'est pas disposé dans une salle d'un bâtiment  the rest of the column, except for the lower part, is not arranged in a room of a building
tout le reste de la colonne, à part la partie inférieure, est au-dessus du sol  all the rest of the column, except for the lower part, is above the ground
au moins une partie de la partie de la colonne disposée sous le sol est logée dans une salle souterraine  at least part of the part of the column placed under the ground is housed in an underground room
- l'appareil comprend au moins une prise d'air situé au niveau du sol relié à l'unité de compression d'air d'alimentation disposé sous le sol.  - The device comprises at least one air intake located at ground level connected to the supply air compressor unit disposed under the ground.
le filtre d'air est situé au niveau du sol.  the air filter is located at ground level.
au moins un bâtiment administratif et/ou au moins une salle de contrôle et/ou un magasin de pièces détachées est situé au niveau du sol  at least one administrative building and / or at least one control room and / or spare parts store is located at ground level
- une unité de refroidissement d'air par lavage à l'eau est située au niveau du sol.  - a unit of water cooling by washing with water is located at ground level.
l'au moins un élément disposé sous le sol se trouve à une profondeur d'au moins 5 m, voire d'au moins 10m, en dessous de la surface.  the at least one element disposed under the ground is at a depth of at least 5 m, or even at least 10 m, below the surface.
au plus 20%, voire 10% de la hauteur de la colonne de distillation se trouve en dessous du sol.  no more than 20%, or even 10% of the height of the distillation column is below the ground.
la colonne de distillation est disposée verticalement par rapport au sol  the distillation column is arranged vertically with respect to the ground
seulement la partie inférieure de la colonne est disposée sous le sol. la partie inférieure de la colonne est disposée dans une salle souterraine avec au moins un élément choisi dans le groupe : l'unité de compression d'air d'alimentation, l'unité d'épuration d'air comprimé, l'unité d'échange thermique indirect. only the lower part of the column is placed under the ground. the lower part of the column is disposed in an underground room with at least one element selected from the group: the supply air compression unit, the compressed air purification unit, the unit of indirect heat exchange.
- la partie inférieure de la colonne est disposée dans une salle souterraine avec au moins un élément choisi dans le groupe : une tour de refroidissement, un groupe frigorigène, un sous-refroidisseur, au moins un stockage de liquide provenant de la distillation, une unité de compression d'un produit de l'appareil, une pompe , une turbine, une unité de surpression d'air (X).  the lower part of the column is disposed in an underground chamber with at least one element selected from the group: a cooling tower, a refrigerant group, a subcooler, at least one liquid storage from the distillation, a unit compressing a product of the apparatus, a pump, a turbine, an air pressure unit (X).
L'usage d'une salle commune pour loger la partie inférieure de la colonne avec au moins un autre élément enfoui de l'appareil facilite la surveillance et l'entretien de l'appareil.  The use of a common room to house the lower part of the column with at least one other buried element of the apparatus facilitates the monitoring and maintenance of the apparatus.
La présente invention permet de libérer de l'espace au sol, grâce à la création d'au moins un niveau en sous sol où est disposé au moins un élément de l'appareil de séparation d'air. Il en résulte un enfouissement d'au moins un équipement dont l'accès est permis par une cage d'escalier du style de celle desservant les parkings souterrains. De par sa taille la boîte froide contenant la colonne de distillation reste en majorité apparente et aérienne. Sur la surface ainsi libérée et à l'aplomb de certains équipements de l'usine par exemple, des prises d'air, des filtres, des cheminées peuvent prendre place.  The present invention frees space on the ground, through the creation of at least one level in the basement where is disposed at least one element of the air separation apparatus. The result is a burial of at least one equipment whose access is allowed by a stairwell of the style of the one serving the underground car parks. Due to its size, the cold box containing the distillation column remains mostly visible and aerial. On the surface thus released and in line with certain equipment of the factory for example, air intakes, filters, chimneys can take place.
Par exemple les bâtiments administratifs, salles de contrôle, un magasin de pièces détachées, les accès seront, eux aussi, disposés sur la surface libérée et communiqueront avec la partie technique souterraine.  For example, administrative buildings, control rooms, a spare parts shop, the accesses will also be placed on the released surface and will communicate with the underground technical part.
L'invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures qui illustre deux appareils selon l'invention.  The invention will be described in more detail with reference to the figures which illustrates two apparatuses according to the invention.
Selon la Figure 1 , au sol S, l'appareil comprend la partie supérieure d'une colonne C de distillation et la partie inférieure de celle-ci. La partie inférieure, constituant au plus 20% de la hauteur, voire au plus 10% de la hauteur, de la colonne totale, est enfouie sous terre. De cette façon, tous les produits finaux de la distillation destinés au client sont soutirés à un niveau au dessus du sol et ainsi les conduites de produits ne sont, de préférence, pas enfouies. La partie supérieure au moins de la colonne C est isolée au moyen d'une boîte froide contenant de l'isolation particulaire. Elle se trouve ainsi à l'air libre et n'est pas disposée dans un bâtiment commun avec les autres éléments de l'appareil. La colonne C est une colonne de séparation d'air par distillation cryogénique et peut être une double colonne permettent de produire de l'oxygène pur et de l'azote pur ou une simple permettant uniquement la production d'azote pur. According to Figure 1, in the soil S, the apparatus comprises the upper part of a distillation column C and the lower part thereof. The lower part, constituting not more than 20% of the height, or even more than 10% of the height, of the total column, is buried underground. In this way, all end products of the distillation intended for the customer are withdrawn at a level above the ground and thus the product lines are preferably not buried. The upper part of at least column C is isolated by means of a cold box containing particulate insulation. It is thus in the open air and is not arranged in a building common with the other elements of the apparatus. Column C is an air separation column by cryogenic distillation and can be a double column to produce pure oxygen and pure nitrogen or a simple allowing only the production of pure nitrogen.
L'appareil comprend également au sol un bâtiment administratif, au moins une salle de contrôle et un magasin de pièces détachées (désignés par Y) situés au niveau du sol ainsi qu'une unité L de refroidissement d'air comprimé par lavage à l'eau.  The apparatus also includes on the ground an administrative building, at least one control room and a spare parts store (designated Y) located at ground level and a unit L of compressed air cooling by washing at the floor. water.
A un niveau d'au moins 5m, voire au moins 10m sous la surface sont localisés l'unité de compression V d'air d'alimentation, l'unité d'épuration d'air comprimé P, l'unité d'échange thermique indirect HX, un groupe frigorigène R, une tour de refroidissement L et éventuellement une unité de compression d'un produit de l'appareil et/ou une pompe, et/ou une turbine , et/ou un sous-refroidisseur, et/ou au moins un stockage de liquide provenant de la distillation et/ou une unité de surpression d'air, les derniers éléments étant désignés par X.  At a level of at least 5m, or even at least 10m below the surface are located the compression unit V supply air, the compressed air purification unit P, the heat exchange unit indirect HX, a refrigerant group R, a cooling tower L and optionally a unit for compressing a product of the apparatus and / or a pump, and / or a turbine, and / or a subcooler, and / or at least one liquid storage from the distillation and / or a unit of air overpressure, the last elements being designated by X.
Ces éléments sont localisés, avec l'isolation antibruit ou calorifuge qui convient, dans une salle T par exemple au troisième sous-sol. Cette salle est constituée par une pièce permettant l'accès aux éléments de l'appareil par les techniciens. Cette salle loge également la partie inférieure de la colonne C, facilitant l'accès à celle-ci.  These elements are localized, with the appropriate soundproofing or lagging insulation, in a room T for example in the third basement. This room is constituted by a room allowing access to the elements of the apparatus by the technicians. This room also houses the lower part of column C, facilitating access to it.
L'air filtré provenant du filtre F au sol S est envoyé dans la salle T à l'unité de compression V. Ensuite il est refroidi dans le groupe frigorigène R et épuré dans l'unité d'épuration, sans quitter la salle T. L'air refroidi continue à se refroidir dans l'unité d'échange thermique indirect HX dans la salle T et procède à la partie inférieure de la colonne toujours située dans la salle T.  The filtered air from the filter F to the soil S is sent into the room T to the compression unit V. Then it is cooled in the refrigerant group R and purified in the purification unit, without leaving the room T. The cooled air continues to cool in the indirect heat exchange unit HX in room T and proceeds to the lower part of the column still located in room T.
Selon la Figure 2, l'air de l'unité de compression V est refroidi dans une tour de refroidissement L située sur le sol S à l'air libre.  According to Figure 2, the air of the compression unit V is cooled in a cooling tower L located on the ground S in the open air.
Ceci veut dire que l'air comprimé dans l'unité de compression V sort de la salle T, sous terre, est envoyé dans l'unité L au niveau du sol pour être refroidi, puis est de nouveau envoyé sous terre dans la salle T pour l'épuration dans l'unité P. De cette manière, l'entretien des conduites d'eau est facilitée ainsi que l'évacuation d'eau réchauffée.  This means that the compressed air in the compression unit V leaves the room T, underground, is sent into the unit L at ground level to be cooled, then is sent again underground in room T for purification in the unit P. In this way, the maintenance of the water pipes is facilitated as well as the evacuation of heated water.
Les autres éléments de la Figure 2 sont disposés comme décrit pour la Figure 1 .  The other elements of Figure 2 are arranged as described for Figure 1.

Claims

Revendications claims
1 . Appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant au moins une colonne de distillation (C ), une unité de compression d'air d'alimentation (V), une unité de refroidissement d'air comprimé (L), une unité d'épuration d'air comprimé (P), une unité d'échange thermique indirect (HX) dans lequel une partie inférieure de la colonne de distillation est disposée sous le sol (S) et une partie supérieure de la colonne est disposée au dessus du sol. 1. A cryogenic distillation air separation apparatus comprising at least one distillation column (C), a supply air compression unit (V), a compressed air cooling unit (L), a unit of compressed air purification (P), an indirect heat exchange unit (HX) in which a lower portion of the distillation column is disposed under the ground (S) and an upper portion of the column is disposed above the ground .
2. Appareil selon la revendication 1 dans lequel au moins un élément de l'appareil est disposé sous le sol (S), cet élément étant choisi dans le groupe : l'unité de compression d'air d'alimentation (V), l'unité d'épuration d'air comprimé (P), l'unité d'échange thermique indirect (HX). 2. Apparatus according to claim 1 wherein at least one element of the apparatus is disposed under the ground (S), this element being selected from the group: the supply air compression unit (V), the compressed air purification unit (P), the indirect heat exchange unit (HX).
3. Appareil selon la revendication 2 comprenant au moins une prise d'air situé au niveau du sol (S) relié à l'unité de compression d'air d'alimentation (V) disposé sous le sol. 3. Apparatus according to claim 2 comprising at least one air intake located at ground level (S) connected to the supply air compression unit (V) disposed under the ground.
4. Appareil selon la revendication 3 dans lequel le filtre d'air (F) est situé au niveau du sol (S). 4. Apparatus according to claim 3 wherein the air filter (F) is located at ground level (S).
5. Appareil selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel un élément choisi dans le groupe suivant est disposé également sous le sol (S) : une tour de refroidissement (L), un groupe frigorigène (R), un sous-refroidisseur (X), au moins un stockage de liquide provenant de la distillation (X). 5. Apparatus according to one of claims 1 to 4 wherein a member selected from the following group is also disposed under the ground (S): a cooling tower (L), a refrigerant (R), a subcooler (X) at least one liquid storage from the distillation (X).
6. Appareil selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel un élément choisi dans le groupe suivant est disposé également sous le sol (S) : une unité de compression d'un produit de l'appareil (X), une pompe (X), une turbine (X), une unité de surpression d'air (X). 6. Apparatus according to one of claims 1 to 5 wherein an element selected from the following group is also placed under the ground (S): a compressor unit of a product of the apparatus (X), a pump ( X), a turbine (X), an air overpressure unit (X).
7. Appareil selon une des revendications précédentes dans lequel la partie supérieure de la colonne de distillation (C ) est dans une boîte froide qui est à l'air libre. 7. Apparatus according to one of the preceding claims wherein the upper part of the distillation column (C) is in a cold box which is in the open air.
8. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins un bâtiment administratif et/ou au moins une salle de contrôle et/ou un magasin de pièces détachées (Y) est situé au niveau du sol. 8. Apparatus according to one of the preceding claims wherein at least one administrative building and / or at least one control room and / or spare parts store (Y) is located at ground level.
9. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'unité de refroidissement d'air par lavage à l'eau (L) est située au niveau du sol9. Apparatus according to one of the preceding claims wherein the water washing air cooling unit (L) is located at ground level.
(S) (S)
10. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'au moins un élément disposé sous le sol (V, R, P, HX, X) se trouve(nt) à une profondeur d'au moins 5 m, voire d'au moins 10m, en dessous de la surface. 10. Apparatus according to one of the preceding claims wherein the at least one element disposed below the ground (V, R, P, HX, X) is (are) at a depth of at least 5 m, or even d at least 10m below the surface.
1 1 . Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel la partie inférieure de la colonne (C) se trouve à une profondeur d'au moins 5 m, voire d'au moins 10m, en dessous de la surface. 1 1. Apparatus according to one of the preceding claims wherein the lower portion of the column (C) is at a depth of at least 5 m, or even at least 10 m, below the surface.
12. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel au plus 20%, voire au plus 10% de la hauteur de la colonne de distillation (C ) se trouve en dessous du sol (S). 12. Apparatus according to one of the preceding claims wherein at most 20%, or at most 10% of the height of the distillation column (C) is below the ground (S).
13. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel seulement la partie inférieure de la colonne est disposée sous le sol. 13. Apparatus according to one of the preceding claims wherein only the lower part of the column is disposed under the ground.
14. Appareil selon la revendication 2 ou l'une des revendications 3 à 12 quand dépendante de la revendication 2 dans lequel la partie inférieure de la colonne (C) est disposée dans une salle souterraine (T) avec au moins un élément choisi dans le groupe : l'unité de compression d'air d'alimentation (V), l'unité d'épuration d'air comprimé (P), l'unité d'échange thermique indirect (HX). Apparatus according to claim 2 or one of claims 3 to 12 when dependent on claim 2 wherein the lower portion of the column (C) is disposed in an underground chamber (T) with at least one element selected from group: the supply air compression unit (V), the compressed air purification unit (P), the indirect heat exchange unit (HX).
15. Appareil selon la revendication 5, 6 ou une des revendications précédentes quand dépendante de la revendication 5 ou 6 dans lequel la partie inférieure de la colonne (C) est disposée dans une salle souterraine (T) avec au moins un élément choisi dans le groupe : une tour de refroidissement (L), un groupe frigorigène (R), un sous-refroidisseur (X), au moins un stockage de liquide provenant de la distillation (X), une unité de compression d'un produit de l'appareil (X), une pompe (X), une turbine (X), une unité de surpression d'air (X). Apparatus according to claim 5, 6 or any of the preceding claims when dependent on claim 5 or 6 wherein the lower portion of the column (C) is disposed in an underground chamber (T) with at least one element selected from the group: a cooling tower (L), a refrigerant group (R), a subcooler (X), at least one liquid storage from the distillation (X), a compression unit of a product of the apparatus (X), a pump (X), a turbine (X), an air pressure unit (X).
PCT/FR2015/050339 2014-02-25 2015-02-11 Air separation apparatus comprising a separation column of which the bottom portion is buried WO2015128560A2 (en)

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