WO2018055255A1 - Procédé et appareil de régulation de plusieurs fluides - Google Patents

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Madiha EL AZIZ
Alban PIVARD
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for regulating a plurality of fluids.
  • the flow Q is divided into n parts (here two), the sum of the parts being equal to Q.
  • Each of the parts 1, 2 is sent to a processing unit P1, P2 through valves V1, V2.
  • the fluid 1 1 from the unit P1 will be regulated in flow by a valve V1 1, in this way the withdrawn flow rate will be fixed and the fluid 12 from the unit P2 will be pressure-controlled by the valve V12 for the purpose of maintain the stable material balance.
  • the processing unit P1 can produce other products than 1 1.
  • the processing unit P2 can produce other products than 12.
  • the valve V1 1 regulates the flow of the product 21 to produce a constant flow rate Q1 taking into account only the flow 1 1 from the method P1 by means of a controller FIC .
  • the pressure of the product 21 may vary.
  • the valve V12 regulates the pressure of the product 12 so that it is constant by means of a PIC controller, the flow rate Q2 of the product 22 possibly varying. The regulation only takes into account flow 12 from process P2.
  • the treatment units can operate the same treatment system, for example, adsorption, distillation, absorption, etc. or else they can each operate according to a different treatment system.
  • a method for regulating at least two fluids in which:
  • a fluid feed rate Q is divided into n parts, the sum of n parts being equal to Q.
  • Each of the n parts is sent to one of n processing units.
  • Each of the n treatment units produces at least one treated flow.
  • At least one processed flow rate of a first one of the treatment units is regulated by control means to maintain its constant flow at a nominal value Q1.
  • At least one treated flow rate of a second of the treatment units is regulated by control means to maintain its constant pressure in nominal operation.
  • n 2.
  • n is at least 3.
  • the treated flow rate of a first of the treatment units regulated by control means for maintaining its constant flow at a nominal value Q1 is not regulated to maintain its constant pressure in nominal operation.
  • the treated flow rate of a second of the treatment units regulated by control means for maintaining its constant pressure in nominal operation is not regulated to maintain its constant flow in nominal operation.
  • the first unit produces two processed flows, both of which are regulated by control means to maintain its constant flow rate.
  • a single flow treated in the first processing unit is regulated to reduce its flow rate to a value less than Q1.
  • the first treatment unit is an adsorption treatment unit and / or distillation, optionally cryogenic.
  • the second treatment unit is an absorption and / or distillation treatment unit, which may be cryogenic.
  • a device for regulating at least two fluids comprising
  • Flow control means for keeping at least one treated flow rate of a first of the treatment units constant to maintain its constant flow rate at a nominal value Q1
  • the means for detecting the reduction of the treated flow rate are capable of acting to reduce the treated flow rate from the first of the treatment units below the value Q1 by reducing this flow rate coming from the first of the treatment units.
  • the means for detecting the reduction of the treated flow rate are capable of acting to reduce the processed flow rate from the first of the treatment units below the value Q1 by reducing another flow rate from the first of the treatment units.
  • FIGS 2 and 3 illustrate methods according to the invention.
  • the rate Q from a common source P is divided into n parts (here two), the sum of the parts being equal to Q.
  • Each of the parts 1, 2 is sent to a processing unit P1, P2 through valves V1, V2.
  • the fluid 1 1 from the unit P1 will be regulated in flow by a valve V1 1, in this way the withdrawn flow rate will be fixed and the fluid 12 from the unit P2 will be pressure-controlled by the valve V12 for the purpose of maintain the stable material balance.
  • the processing unit P1 can produce other products than 1 1.
  • the processing unit P2 can produce other products than 12.
  • the valve V1 1 regulates the flow of the product 21 to produce a constant flow Q1.
  • the pressure of the product 21 may vary.
  • the valve V12 regulates the pressure of the product 12 so that it is constant by means of a PIC controller, the flow rate Q2 of the product 22 possibly varying. The regulation only takes into account flow 12 from process P2.
  • the treatment units can operate the same treatment system, for example, adsorption, distillation, absorption, etc. or else they can each operate according to a different treatment system.
  • the fluid 21 from the unit P1 will always be regulated in flow to keep it constant when possible and the fluid 12 from the unit P2 will be pressure regulated in order to maintain the stable material balance. If the flow rate of the fluid 21 must be stable regardless of the operating case as far as possible and the second product 22 must absolutely not fall below a certain flow rate, otherwise the P2 process will stop it is clear that the needs of the consumer of the flow 22 have priority over those of the consumer of the flow 21. The consumer must be able to receive the product 22 when the feed Q is low even if, to do this, it is necessary to lower the production of the product 21. For this purpose, a controller FIC2min will be added to the valve V1 1 regulating the pressure of the fluid 22.
  • the FIC2min will always maintain a minimum flow through the process P2.
  • a low pass will maintain the rate of 21 at the constant value Q1 as long as it remains possible.
  • the FIC2min will reduce the flow rate 1 1 in order to maintain, as a priority, a flow rate 22 at a minimum flow threshold.
  • the flow 21 is sent to a customer who defines the flow Q1 he needs.
  • the flow 22 is sent to another customer but for which the flow is not important (supply of a network or downstream process that supports flow fluctuations ).
  • the process P2 requires a minimum feed rate that corresponds to a product flow 22 of 80 Nm 3 / h to operate.
  • the two processes P1, P2 produce productions 21, 22 of 100 Nm 3 / h each, corresponding for the case of the flow 21 to the desired flow rate Q1.
  • the controller lowers the flow 21 to a value of 90 Nm 3 / h, therefore below 100 Nm 3 / h (Q1).
  • the flow rate produced by the process P2 is maintained at 80 Nm 3 / h.
  • P1 and P2 are identical processes, but their performances deteriorate rapidly when they do not operate at their nominal rates. Rather than having two units far from their optimum, here P1 retains its optimum.
  • the source P of the flow Q consists of two units whose steps can vary from 60 to 100. This source provides four processes whose steps range from 30 to 20. If both sources are available
  • FIG. 3 represents an example of three fluids 11, 12, 13 produced by two processing units P1, P2: the fluids 11, 13 being produced by P1 and the fluid 12 by P2.
  • the fluids 11, 13,12 are regulated by the valves V1 1, V12, V13 to produce the fluids 21, 23,22 with flow rates Q1, Q3, Q2 respectively.
  • the fluid 1 1 must be stable regardless of the case of operation so that the flow 21 downstream of the valve V1 1 remains equal to Q1.
  • the fluid 22 will be used to establish the material balance until the fluid 22 has reached its minimum flow. Thus if the flow rate of 22 reaches a minimum threshold, the flow 13, 23 produced by the method P1, will be lowered while the flow 1 1, 21 will remain constant.

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Abstract

Dans un procédé de régulation d'au moins deux fluides, un débit d'alimentation de fluide Q est divisé en n parties, la somme des n parties étant égale à Q, chacune des n parties est envoyée à une de n unités de traitement (P1, P2), chacune des n unités de traitement produit au moins un débit traité (11, 12), au moins un débit traité (11) d'une première des unités de traitement est régulé par des moyens de commande pour maintenir son débit constant à une valeur Q1 en marche nominale, au moins un débit traité (12) d'une deuxième des unités de traitement est régulé par des moyens de commande pour maintenir sa pression constante en marche nominale et en cas de réduction du débit d'alimentation Q, en marche alimentation réduite, si, de préférence uniquement si, le débit du débit traité (12) dans la deuxième unité de traitement de l'étape v) baisse et atteint ainsi un premier seuil minimal de débit, un débit traité (11, 13) dans la première unité de traitement est régulé de sorte que le débit traité ayant une valeur Q1 en marche nominale est réduit à une valeur inférieure à Q1.

Description

Procédé et appareil de régulation de plusieurs fluides
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de régulation de plusieurs fluides.
La régulation de plusieurs fluides en parallèle, qui proviennent de différentes provenances, nécessite une adaptation lorsque :
Le bilan de matière en débit doit être maintenu.
Il y a une priorité de certains fluides par rapport aux autres, surtout lors des phases transitoires, par exemple si un des fluides doit absolument être maintenu avec une certaine gamme de débits.
Il est parfois nécessaire de diviser un fluide en plusieurs parties pour traiter les parties séparément par différentes méthodes de traitement. Le ou les produits des méthodes de traitement sont ensuite utilisés par un ou plusieurs clients. S'il y a une fluctuation de débit pour un procédé où une source principale P alimente différentes unités de traitement P1 et P2, la régulation se fait de la manière suivante, comme illustré à la Figure 1 :
Le débit Q est divisé en n parties (ici deux), la somme des parties étant égale à Q. Chacune des parties 1 , 2 est envoyée à une unité de traitement P1 , P2 à travers des vannes V1 , V2. Le fluide 1 1 provenant de l'unité P1 sera régulé en débit par une vanne V1 1 , de cette manière le débit soutiré sera fixé et le fluide 12 provenant de l'unité P2 sera contrôlé en pression par la vanne V12 dans le but de maintenir le bilan de matière stable. (Figure 1 ). L'unité de traitement P1 peut produire d'autres produits que 1 1 . L'unité de traitement P2 peut produire d'autres produits que 12. La vanne V1 1 régule le débit du produit 21 pour produire un débit constant Q1 en tenant compte uniquement du débit 1 1 provenant du procédé P1 au moyen d'un contrôleur FIC. La pression du produit 21 peut varier. La vanne V12 régule la pression du produit 12 pour que celle-ci soit constante au moyen d'un contrôleur PIC, le débit Q2 du produit 22 variant éventuellement. La régulation tient compte uniquement du débit 12 provenant du procédé P2.
Les unités de traitement peuvent opérer le même système de traitement, par exemple, adsorption, distillation, absorption, etc .. ou sinon peuvent chacune opérer selon un système de traitement différent. Selon un aspect de l'invention, il est prévu un procédé de régulation d'au moins deux fluides dans lequel :
i) Un débit d'alimentation de fluide Q est divisé en n parties, la somme des n parties étant égale à Q.
ii) Chacune des n parties est envoyée à une de n unités de traitement.
iii) Chacune des n unités de traitement produit au moins un débit traité.
iv) Au moins un débit traité d'une première des unités de traitement est régulé par des moyens de commande pour maintenir son débit constant à une valeur Q1 en marche nominale.
v) Au moins un débit traité d'une deuxième des unités de traitement est régulé par des moyens de commande pour maintenir sa pression constante en marche nominale.
vi) En cas de réduction du débit d'alimentation Q, en marche alimentation réduite, si, de préférence uniquement si, le débit du débit traité dans la deuxième unité de traitement de l'étape v) baisse et atteint ainsi un premier seuil minimal de débit, un débit traité dans la première unité de traitement est régulé de sorte que le débit traité ayant une valeur Q1 en marche nominale est réduit à une valeur inférieure à Q1 .
Selon d'autres aspects facultatifs :
- n est égal à 2.
n est égal à au moins 3.
le débit traité d'une première des unités de traitement régulé par des moyens de commande pour maintenir son débit constant à une valeur Q1 en marche nominale n'est pas régulé pour maintenir sa pression constante en marche nominale.
- le débit traité d'une deuxième des unités de traitement régulé par des moyens de commande pour maintenir sa pression constante en marche nominale n'est pas régulé pour maintenir son débit constant en marche nominale.
la première unité produit deux débits traités, chacun des deux étant régulé par des moyens de commande pour maintenir son débit constant.
- en cas de réduction du débit de fluide Q, si, de préférence uniquement si, le débit du débit traité dans la deuxième unité de traitement de l'étape v) passe en dessous d'un seuil, un seul débit traité dans la première unité de traitement est régulé pour réduire son débit à une valeur inférieure à Q1 . la première unité de traitement est une unité de traitement par adsorption et/ou par distillation, éventuellement cryogénique.
la deuxième unité de traitement est une unité de traitement par absorption et/ou par distillation, éventuellement cryogénique.
Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un appareil de régulation d'au moins deux fluides comprenant
a) Des moyens pour diviser un débit d'alimentation de fluide Q en n parties, la somme des n parties étant égale à Q
b) Des moyens pour envoyer chacune des n parties à une de n unités de traitement
c) Des moyens pour sortir au moins un débit traité de chacune des n unités de traitement
d) Des moyens de régulation de débit pour maintenir constant au moins un débit traité d'une première des unités de traitement pour maintenir son débit constant à une valeur Q1 en marche nominale
e) Des moyens de régulation de pression pour maintenir constante la pression d'au moins un débit traité d'une deuxième des unités de traitement en marche nominale et
f) Des moyens de détection de la réduction du débit traité de e), ces moyens de détection étant capables de réduire le débit d'un débit traité provenant de la première des unités de traitement quand un seuil minimal du débit traité de e) est atteint afin de réduire le débit d'un débit traité provenant de la première des unités de traitement en dessous de la valeur Q1 .
Selon d'autres aspects facultatifs :
- les moyens de détection de la réduction du débit traité sont capables d'agir pour réduire le débit traité provenant de la première des unités de traitement en dessous de la valeur Q1 en réduisant ce débit provenant de la première des unités de traitement.
les moyens de détection de la réduction du débit traité sont capables d'agir pour réduire le débit traité provenant de la première des unités de traitement en dessous de la valeur Q1 en réduisant un autre débit provenant de la première des unités de traitement.
Les Figures 2 et 3 illustrent des procédés selon l'invention. Dans la Figure 1 , le débit Q provenant d'une source commune P est divisé en n parties (ici deux), la somme des parties étant égale à Q. Chacune des parties 1 , 2 est envoyée à une unité de traitement P1 , P2 à travers des vannes V1 , V2. Le fluide 1 1 provenant de l'unité P1 sera régulé en débit par une vanne V1 1 , de cette manière le débit soutiré sera fixé et le fluide 12 provenant de l'unité P2 sera contrôlé en pression par la vanne V12 dans le but de maintenir le bilan de matière stable. L'unité de traitement P1 peut produire d'autres produits que 1 1 . L'unité de traitement P2 peut produire d'autres produits que 12. La vanne V1 1 régule le débit du produit 21 pour produire un débit constant Q1 . La pression du produit 21 peut varier. La vanne V12 régule la pression du produit 12 pour que celle-ci soit constante au moyen d'un contrôleur PIC, le débit Q2 du produit 22 variant éventuellement. La régulation tient compte uniquement du débit 12 provenant du procédé P2.
Les unités de traitement peuvent opérer le même système de traitement, par exemple, adsorption, distillation, absorption, etc .. ou sinon peuvent chacune opérer selon un système de traitement différent.
En considérant une variante de la Figure 1 , s'il y a une différence de priorité de production des débits des produits finaux, la régulation sera adaptée de la manière suivante comme illustrée dans la Figure 2 :
Le fluide 21 provenant de l'unité P1 sera toujours régulé en débit pour maintenir celui-ci constant quand cela est possible et le fluide 12 provenant de l'unité P2 sera régulé en pression dans le but de maintenir le bilan de matière stable. Si le débit du fluide 21 doit être stable quel que soit le cas de marche dans la mesure du possible et que le deuxième produit 22 ne doit absolument pas passer en dessous d'un certain débit, sous peine de voir le procédé P2 s'arrêter, il est clair que les besoins du consommateur du débit 22 sont prioritaires sur ceux du consommateur du débit 21 . Le consommateur doit pouvoir recevoir du produit 22 quand l'alimentation Q est basse même si, pour ce faire, il est nécessaire de baisser la production du produit 21 . Dans ce but, un contrôleur FIC2min sera ajouté sur la vanne V1 1 régulant la pression du fluide 22. Par cette boucle de régulation le FIC2min maintiendra toujours un débit minimal à travers le procédé P2. Un passe bas maintiendra le débit de 21 à la valeur constante Q1 tant que cela reste possible. Or quand le seuil minimal pour 12 est atteint, le FIC2min baissera le débit 1 1 afin de maintenir en priorité un débit 22 à un seuil de débit minimal. Par exemple, on peut considérer un système où le débit 21 est envoyé à un client qui définit le débit Q1 dont il a besoin. Le débit 22 est envoyé à un autre client mais pour qui le débit n'est pas important (alimentation d'un réseau ou procédé en aval qui supporte des fluctuations de débit...).
Le procédé P2 a besoin d'un débit minimal d'alimentation qui correspond à un débit de produit 22 de 80 Nm3/h pour fonctionner.
En marche normale, les deux procédés P1 , P2 produisent des productions 21 , 22 de 100 Nm3/h chacun, correspondant pour le cas du débit 21 au débit souhaité Q1 .
Si le débit d'alimentation baisse, dans un premier temps, il est encore possible de satisfaire les deux clients et le procédé P1 produit un débit de 100 Nm3/h du débit
21 alors que le procédé P2 se contente de produire 80 Nm3/h du débit 22 correspondant à la production minimale.
Si le débit d'alimentation baisse encore, il n'est plus possible de produire 100 Nm3/h du débit 21 et en même temps de faire fonctionner le procédé P2, puisque le débit 12 passerait en dessous de la valeur minimale de 80 Nm3/h.
Dans ce cas, le contrôleur fait baisser le débit 21 à une valeur de 90 Nm3/h, donc en dessous de 100 Nm3/h (Q1 ). Par contre, le débit produit par le procédé P2 est maintenu à 80 Nm3/h.
Ainsi il est possible de préserver P2 en fonctionnement en limitant la fourniture au client Q1 de façon totalement automatique.
Sans ce contrôle P2 aurait déclenché ou mal fonctionné engendrant un arrêt de production de Q2. Ici les clients de Q1 et Q2 continuent d'être alimentés même si le client de Q1 n'a plus le débit escompté.
Dans une autre application de cette idée, P1 et P2 sont des procédés identiques mais qui voient leurs performances se dégrader vite lorsqu'ils ne fonctionnent pas à leurs débits nominaux. Plutôt que d'avoir deux unités loin de leurs optima, ici P1 conserve son optimum.
Dans une autre application, la source P du débit Q est constituée par deux unités dont les marches peuvent varier de 60 à 100. Cette source fournit quatre procédés dont les marches varient de 30 à 20. Si les deux sources sont disponibles
Q(unité1 )=Q(unité2)=60 et les Q1 =Q2=Q3=Q4=30. Si Q (unité2) déclenche alors
Q(unité1 ) augmentera sa charge à 100 et P1 =P2=30 pour conserver leurs optima et
P3=P4=20 pour garder ces unités en service. La régulation ci-dessus est valable quel que soit le nombre de fluides (n fluides). La Figure 3 représente un exemple de trois fluides 1 1 , 12, 13 produits par deux unités de traitement P1 , P2: les fluides 1 1 ,13 étant produits par P1 et le fluide 12 par P2. Les fluides 1 1 ,13,12 sont régulés par les vannes V1 1 ,V12,V13 pour produire les fluides 21 ,23,22 avec débits Q1 ,Q3, Q2 respectivement.
Le fluide 1 1 doit être stable quel que soit le cas de marche de sorte que le débit 21 en aval de la vanne V1 1 reste égal à Q1 . Le fluide 22 sera utilisé pour établir le bilan de matière tant que le fluide 22 n'aura pas atteint son débit minimal. Ainsi si le débit de 22 arrive à un seuil minimal, le débit 13, 23 produit par le procédé P1 , sera baissé alors que le débit 1 1 ,21 restera constant.

Claims

Revendications
1 . Procédé de régulation d'au moins deux fluides dans lequel :
i) Un débit d'alimentation de fluide Q est divisé en n parties, la somme des n parties étant égale à Q.
ii) Chacune des n parties est envoyée à une de n unités de traitement (P1 , P2).
iii) Chacune des n unités de traitement produit au moins un débit traité
(1 1 , 12).
iv) Au moins un débit traité (1 1 ) d'une première des unités de traitement est régulé par des moyens de commande pour maintenir son débit constant à une valeur Q1 en marche nominale.
v) Au moins un débit traité (12) d'une deuxième des unités de traitement est régulé par des moyens de commande pour maintenir sa pression constante en marche nominale.
vi) En cas de réduction du débit d'alimentation Q, en marche alimentation réduite, si, de préférence uniquement si, le débit du débit traité (12) dans la deuxième unité de traitement de l'étape v) baisse et atteint ainsi un premier seuil minimal de débit, un débit traité (1 1 , 13) dans la première unité de traitement est régulé de sorte que le débit traité ayant une valeur Q1 en marche nominale est réduit à une valeur inférieure à Q1 .
2. Procédé selon la revendication 1 où n est égal à 2.
3. Procédé selon la revendication 2 où n est égal à au moins 3.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la première unité produit deux débits traités (1 1 , 13), chacun des deux étant régulé par des moyens de commande pour maintenir son débit constant.
5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel en cas de réduction du débit de fluide Q, si, de préférence uniquement si, le débit du débit traité (12) dans la deuxième unité de traitement (P2) de l'étape v) passe en dessous d'un seuil, un seul débit traité (1 1 ,13) dans la première unité de traitement est régulé pour réduire son débit à une valeur inférieure à Q1 .
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la première unité de traitement (P1 ) est une unité de traitement par adsorption et/ou par distillation.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la deuxième unité de traitement (P2) est une unité de traitement par absorption ou par distillation.
8. Appareil de régulation d'au moins deux fluides comprenant :
a) des moyens pour diviser un débit d'alimentation de fluide Q en n parties, la somme des n parties étant égale à Q
b) des moyens pour envoyer chacune des n parties à une de n unités de traitement (P1 , P2)
c) des moyens pour sortir au moins un débit traité (1 1 , 12, 13) de chacune des n unités de traitement,
d) des moyens de régulation de débit pour maintenir constant au moins un débit traité (1 1 , 13) d'une première des unités de traitement (P1 ) pour maintenir son débit constant à une valeur Q1 en marche nominale,
e) des moyens de régulation de pression pour maintenir constante la pression d'au moins un débit traité (12) d'une deuxième des unités de traitement (P2) en marche nominale, et
f) des moyens de détection de la réduction du débit traité de e), ces moyens de détection étant capables de réduire le débit d'un ou du débit traité (1 1 , 13) provenant de la première des unités de traitement (P1 ) quand un seuil minimal du débit traité de e) est atteint afin de réduire le débit d'un débit traité provenant de la première des unités de traitement en dessous de la valeur Q1 .
9. Appareil selon la revendication 8 dans lequel les moyens de détection de la réduction du débit traité sont capables d'agir pour réduire le débit traité (1 1 ) provenant de la première des unités de traitement en dessous de la valeur Q1 en réduisant ce débit provenant de la première des unités de traitement (P1 ).
10. Appareil selon la revendication 8 dans lequel les moyens de détection de la réduction du débit traité sont capables d'agir pour réduire le débit traité (1 1 ) provenant de la première des unités de traitement (P1 ) en dessous de la valeur Q1 en réduisant un autre débit (13) provenant de la première des unités de traitement.
1 1 . Appareil selon l'une des revendications 8 à 10 dans lequel la première et/ou la deuxième unité de traitement est un appareil d'adsorption, de distillation ou d'absorption.
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