FR3010778A1 - Procede et appareil de production d'oxygene gazeux par distillation cryogenique de l'air - Google Patents

Procede et appareil de production d'oxygene gazeux par distillation cryogenique de l'air Download PDF

Info

Publication number
FR3010778A1
FR3010778A1 FR1358927A FR1358927A FR3010778A1 FR 3010778 A1 FR3010778 A1 FR 3010778A1 FR 1358927 A FR1358927 A FR 1358927A FR 1358927 A FR1358927 A FR 1358927A FR 3010778 A1 FR3010778 A1 FR 3010778A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
pressure
air
compressor
temperature
column
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR1358927A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3010778B1 (fr
Inventor
Alexis Asse
Ingrid Berthaume
Alain Briglia
Richard Dubettier-Grenier
Bot Patrick Le
Jean-Marc Peyron
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Priority to FR1358927A priority Critical patent/FR3010778B1/fr
Priority to US15/022,314 priority patent/US9976803B2/en
Priority to PCT/FR2014/052228 priority patent/WO2015040306A2/fr
Priority to EP14796163.5A priority patent/EP3047221A2/fr
Priority to CN201480049867.4A priority patent/CN105579801B/zh
Publication of FR3010778A1 publication Critical patent/FR3010778A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3010778B1 publication Critical patent/FR3010778B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04012—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling
    • F25J3/04024—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of warm gaseous streams; details of intake or interstage cooling of purified feed air, so-called boosted air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04048—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams
    • F25J3/04054—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit by compression of cold gaseous streams, e.g. intermediate or oxygen enriched (waste) streams of air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • F25J3/04175—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities at a pressure of substantially more than the highest pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04187—Cooling of the purified feed air by recuperative heat-exchange; Heat-exchange with product streams
    • F25J3/04218—Parallel arrangement of the main heat exchange line in cores having different functions, e.g. in low pressure and high pressure cores
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04296—Claude expansion, i.e. expanded into the main or high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04303—Lachmann expansion, i.e. expanded into oxygen producing or low pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04309—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04381—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion so-called companders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04387—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using liquid or hydraulic turbine expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04375—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc.
    • F25J3/04393—Details relating to the work expansion, e.g. process parameter etc. using multiple or multistage gas work expansion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04775—Air purification and pre-cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04781—Pressure changing devices, e.g. for compression, expansion, liquid pumping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/08—Cold compressor, i.e. suction of the gas at cryogenic temperature and generally without afterstage-cooler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/20—Integrated compressor and process expander; Gear box arrangement; Multiple compressors on a common shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/24—Multiple compressors or compressor stages in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/30—Compression of the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/40—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F25J2240/10—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream the fluid being air

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Emergency Medicine (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Procédé de production d'oxygène gazeux par distillation cryogénique de l'air dans lequel une partie (15) du débit d'air d'alimentation est porté à une pression P1, au moyen d'un premier compresseur (1) dont la température d'aspiration TO est comprise entre 0 et 50°C, le gaz à la pression P1 est refroidi, pour générer un flux d'air à la pression P1 et la température T1 comprise entre 5 et 45°C, une partie (17, 19) de l'air comprimé dans le premier compresseur subit une étape de compression additionnelle à partir de la température T1 et de la pression P1 jusqu'à une pression P2 supérieure à P1, puis est refroidie, jusqu'à la température T2 où T2 et T1 diffèrent de moins de 10°C.

Description

La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de production d'oxygène gazeux par distillation cryogénique de l'air. Un objet de l'invention est l'amélioration des performances énergétiques d'une unité de séparation d'air produisant un gaz, généralement de l'oxygène, à une pression supérieure à 20bar a, par vaporisation de l'échangeur principal d'oxygène liquide, soutiré des colonnes de distillation et porté à haute pression au moyen d'une pompe. Dans les unités de production d'oxygène par vaporisation de liquide, l'efficacité énergétique de l'installation dépend en grande partie de la façon dont on procède pour générer le fluide chaud sous pression, généralement de l'air d'alimentation, qui, en se condensant vers le bout froid de l'échangeur, permettra la vaporisation de l'oxygène par échange de calories. Toutes les pressions mentionnées sont des pressions absolues. L'invention propose une méthode particulièrement efficace pour générer ce gaz sous pression, par la succession des plusieurs opérations.
Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de production d'oxygène gazeux par distillation cryogénique de l'air dans lequel : i) tout ou partie du débit d'air d'alimentation est porté à une pression P1, supérieure d'au moins 5 bars à la pression de la colonne moyenne pression, au moyen d'un premier compresseur (dont la température d'aspiration TO est comprise entre 0 et 50°C, préférablement entre 5 et 30°C, ii) le gaz à la pression P1 est refroidi, typiquement par échange de chaleur avec de l'eau, pour générer un flux d'air à la pression P1 et la température T1 comprise entre 5 et 45°C, préférablement entre 15 et 25°C, iii) une partie de l'air comprimé dans le premier compresseur subit une étape de compression additionnelle à partir de la température T1 et de la pression P1 jusqu'à une pression P2 supérieure à P1, puis est refroidie, typiquement par échange de chaleur avec de l'eau, jusqu'à la température T2 où T2 et T1 diffèrent de moins de 10°C, typiquement moins de 5°C, iv) cette partie refroidie est ensuite introduite dans un échangeur de chaleur d'une unité de séparation d'air pour subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure à ou égale à -100°C, y) une autre partie de l'air est introduite à la pression P1 dans un échangeur de chaleur de l'unité de séparation d'air, éventuellement celui de l'étape iv), pour y subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure à -100°C, puis au moins une fraction de cette autre partie est comprimée à partir de cette 10 température cryogénique dans un deuxième compresseur (4) jusqu'à une pression P3 qui est soit égale à P2, ou soit supérieure ou inférieure de moins de 5 bars à P2, vi) la fraction ainsi comprimée dans le deuxième compresseur est renvoyée dans un des échangeurs précédents ou dans l'échangeur pour y être refroidie jusqu'à une température inférieure à -100°C, 15 vii) au moins une partie du flux à la pression P1 et/ou au moins une partie de l'air à la pression P2 et/ou au moins une partie de l'air à la pression P3 est/sont refroidie(s jusqu'au bout froid de l'échangeur ou elle(s) se liquéfie(nt), puis est/sont envoyée(s) après détente dans au moins une colonne de distillation de l'unité de séparation d'air, 20 viii) au moins 50%, préférablement au moins 70%, du débit d'air total alimente sous forme gazeuse au moins une colonne de distillation de l'unité, éventuellement après avoir été détendu à partir de la pression P1, P2 ou P3 ou d'une pression entre P1 et P2 dans une turbine de détente et ix) du liquide est soutiré d'une des colonnes de distillation, pressurisé au 25 moyen d'une pompe à la pression requise qui est supérieure à 20 bars abs, vaporisé par échange de chaleur, puis réchauffé pour être utilisé sous forme de produit gazeux. Selon d'autres aspects facultatifs de l'invention : - un débit d'air à une pression inférieure à P1 se refroidit dans 30 l'échangeur et est envoyé à la distillation, - le deuxième compresseur est accouplé à une/la turbine de détente, - l'unité de séparation comprend une colonne moyenne pression et une colonne basse pression et un gaz enrichi en azote issu de la colonne moyenne pression est détendu dans une turbine, - le deuxième compresseur est accouplé à une turbine et un système de fourniture ou d'extraction de puissance complémentaire ou excédentaire est intégré entre la turbine et le deuxième compresseur, soit directement sur l'arbre commun de la turbine/deuxième compresseur, soit par l'intermédiaire d'un multiplicateur, la fraction comprimée dans le deuxième compresseur et la partie qui subit une compression additionnelle sont re-mélangés dans l'échangeur de l'unité de séparation d'air pour ne former qu'un débit unique à la pression P2, - la pression P3 est supérieure ou inférieure à P2 d'au plus 5 bars, voire d'au plus 2 bars, - au moins une partie de l'air gazeux envoyé aux colonnes de distillation a été détendu dans une turbine à partir de la pression P1 ou d'une pression intermédiaire entre la pression P1 et P2, - au moins une partie de l'air gazeux envoyé aux colonnes de distillation a été détendu dans une turbine à partir de la pression P2 ou de la pression P3, - la pression P1 est entre 20 et 25 bars, - la pression P2 est entre 50 et 60 bars, - la fraction de l'air comprimé dans le deuxième compresseur est comprimé jusqu'à la pression P2 et est mélangé avec la partie de l'air à la pression P2 pour se refroidir dans l'échangeur de chaleur.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de production d'oxygène gazeux par distillation cryogénique de l'air comprenant un système de colonnes, un premier compresseur, un deuxième compresseur, au moins un échangeur de chaleur, des moyens pour envoyer tout ou partie du débit d'air d'alimentation au premier compresseur capable de porter sa pression à une pression P1, supérieure d'au moins 5 bars à la pression de la colonne moyenne pression, un premier refroidisseur pour refroidir le gaz à la pression P1, typiquement par échange de chaleur avec de l'eau, pour générer un flux d'air à la pression P1 et la température T1 comprise entre 5 et 45°C, préférablement entre 15 et 25°C, des moyens pour comprimer une partie de l'air comprimé dans le premier compresseur à la pression P1 jusqu'à une pression P2 supérieure à P1, un deuxième refroidisseur pour refroidir la partie de l'air à P2, jusqu'à la température T2 où T2 et T1 diffèrent de moins de 10°C, typiquement moins de 5°C, des moyens pour envoyer cette partie refroidie dans le ou un des échangeur de chaleur pour subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure à ou égale à -100°C, des moyens pour introduire une autre partie de l'air à la pression P1 dans le ou un des échangeur de chaleur de l'unité de séparation d'air, pour y subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure à -100°C, des moyens pour envoyer au moins une fraction de cette autre partie au deuxième compresseur à partir de cette température cryogénique dans un deuxième compresseur jusqu'à une pression P3 qui est soit égale à P2, ou soit supérieure ou inférieure de moins de 5 bars à P2, des moyens pour renvoyer la fraction ainsi comprimée dans le deuxième compresseur dans un des échangeurs précédents ou dans l'échangeur pour y être refroidie jusqu'à une température inférieure à 100°C, des moyens pour envoyer au moins un gaz liquéfié à la pression P1 et/ou à la pression P2 et/ou à la pression P3 dans au moins une colonne de distillation de l'unité de séparation d'air, une turbine de détente capable de détendre au moins 50%, préférablement au moins 70%, du débit d'air total reliée à au moins une colonne de du système et des moyens pour soutirer du liquide d'une colonne du système, une pompe pour pressuriser le liquide et des moyens pour envoyer le liquide pompé à le/un des échangeur de chaleur.
Tout ou partie du débit d'air d'alimentation est porté à une pression P1, supérieure à au moins 5 bars au dessus de la colonne moyenne pression, au moyen d'un compresseur dont la température d'aspiration TO est comprise entre 0 et 50°C, préférablement entre 5 et 30°C. En sortie de compresseur, le gaz est refroidi, typiquement par échange de chaleur avec de l'eau, pour générer un flux d'air à la pression P1 et la température T1 comprise entre 5 et 45°C, préférablement entre 15 et 25°C.
Une partie de ce flux subit une étape de compression additionnelle à partir de la température T1 et de la pression P1 jusqu'à une pression P2 supérieure à P1, puis est refroidie, typiquement par échange de chaleur avec de l'eau, jusqu'à la température T2. T2 et T1 ne diffère que de moins de 10°C, typiquement moins de 5°C. Ce débit est ensuite introduit dans un échangeur El de l'unité de séparation d'air pour subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure au égale à 100°C. Une autre partie de ce flux est introduite à la pression P1 et à la température T1 dans un échangeur de l'unité de séparation d'air, éventuellement E1, pour y subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure à -100°C, puis au moins une fraction de cette partie est comprimé à partir de cette température cryogénique dans un compresseur jusqu'à une pression égale à P2, ou différant de moins de 5 bars à P2. Le débit ainsi comprimé est renvoyé dans un des échangeurs précédents pour y être refroidi jusqu'à une température inférieure à -100°C. Au moins une partie de chacun des débits porté à une haute pression est refroidie jusqu'au bout froid de l'échangeur ou elles se liquéfient, puis sont envoyées après détentes dans les colonnes de distillation. Eventuellement une troisième partie du flux à la température T1 et à la pression P1 est envoyée dans un échangeur de l'unité de séparation d'air. Au moins 50%, préférablement au moins 70%, du débit d'air total alimente sous forme gazeuse les colonnes de distillation de l'unité, éventuellement après avoir été détendu à partir de l'une des pressions précédemment citées dans une turbine de détente.
Du liquide est soutiré des colonnes de distillation, pressurisé au moyen d'une pompe à la pression requise, vaporisé par échange de chaleur, en particulier lors de l'étape 4), puis réchauffé pour être utilisé sous forme de produit gazeux. La compression du flux sous pression à partir de la température cryogénique telle que décrite ci-dessous se fait dans un surpresseur accouplé à une turbine de détente Un gaz enrichi en azote issu de la colonne moyenne pression est détendu dans une turbine pour réaliser cette compression. La puissance fournie par la turbine diffère significativement de la puissance requise par le compresseur cryogénique, de sorte qu'un système de fourniture (respectivement d'extraction) de puissance complémentaire (respectivement excédentaire) soit intégré entre la turbine et le surpresseur, soit directement sur l'arbre commun de la turbine/surpresseur, soit par l'intermédiaire d'un multiplicateur Les débits à la pression P2 générés sont re-mélangés dans l'échangeur de l'unité de séparation d'air pour ne former qu'un débit unique à la pression P2. L'invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures qui représentent des procédés selon l'invention. Pour simplifier, les figures ne montrent pas l'appareil de séparation d'air qui comprend au moins une double colonne comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression, la tête de la colonne moyenne pression étant thermiquement reliée avec la cuve de la colonne basse pression. De l'air est envoyé à la colonne moyenne pression et éventuellement à la colonne basse pression. Des liquides de reflux enrichis en oxygène et en azote sont envoyés de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression.
Un liquide enrichi en oxygène est soutiré en cuve de la colonne basse pression et se vaporise dans l'échangeur où se refroidit l'air. Dans la Figure 1, de l'air 11 à une pression PO est épuré. Une partie 15 du débit d'air d'alimentation 11 est portée à une pression P1, supérieure à au moins 5 bars au dessus de la colonne moyenne pression, au moyen d'un compresseur 1 dont la température d'aspiration TO est comprise entre 0 et 50°C, préférablement entre 5 et 30°C. En sortie de compresseur 1, le gaz est refroidi dans un refroidisseur R2, typiquement par échange de chaleur avec de l'eau, pour générer un flux d'air à la pression P1 et la température T1 comprise entre 5 et 45°C, préférablement entre 15 et 25°C.
Une partie de ce flux subit une étape de compression additionnelle dans un compresseur 2 à partir de la température T1 et de la pression P1 jusqu'à une pression P2 supérieure à P1, puis est refroidie dans un refroidisseur R3, typiquement par échange de chaleur avec de l'eau, jusqu'à la température T2. T2 et T1 diffèrent de moins de 10°C, typiquement moins de 5°C. Ce débit refroidi 19 est ensuite introduit dans un échangeur 9 de l'unité de séparation d'air pour subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure au égale à -100°C. Une autre partie 17 de ce flux est introduite à la pression P1 et à la température T1 dans l'échangeur 9, pour y subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure à -100°C. Puis une fraction 21 de la partie 17 est comprimée à partir de cette température cryogénique dans un compresseur 4 jusqu'à une pression P3 égale à P2. Le débit ainsi comprimé est renvoyé dans l'échangeur El pour y être refroidi jusqu'à une température inférieure à -100°C. Une partie 43 du débit 19 et une partie 27 de la fraction 17, 23 sont refroidies jusqu'au bout froid de l'échangeur 9 où elles se liquéfient, puis sont envoyées après détente dans les vannes V1, V2 dans la double colonne.
Au moins 50%, préférablement au moins 70%, du débit d'air total 11 alimente comme débit 25 sous forme gazeuse les colonnes de distillation de l'unité. Une partie 25 de l'air à la pression P1 est détendue dans une turbine de détente 3. La turbine de détente a une température d'entrée inférieure à celle du compresseur 4.
De l'oxygène liquide 29 est soutiré de la colonne basse pression, pressurisé au moyen d'une pompe 31 à la pression requise, vaporisé par échange de chaleur dans l'échangeur 9, puis réchauffé pour être utilisé sous forme de produit gazeux. De l'azote moyenne pression 37 provenant de la colonne moyenne pression se réchauffe dans l'échangeur 9, est détendu dans la turbine 7 et est envoyé comme débit 39 se mélanger avec l'azote basse pression 33 pour former le débit 35. Le débit 35 se réchauffe dans l'échangeur 9. Dans la Figure 2, l'air rentre dans l'échangeur 9 à quatre pressions différentes. De l'air 11 à une pression PO égale à 5,5 bars est épuré. De l'air 13 à la pression PO traverse l'échangeur 9 et rentre dans une colonne du système de colonnes. Une partie 15 du débit d'air d'alimentation 11 est envoyée au compresseur 1 et le débit 15 est porté à une pression P1, supérieure à au moins 5 bars au dessus de la colonne moyenne pression, égale à entre 20 et 25 bars, au moyen d'un compresseur 1 dont la température d'aspiration TO est comprise entre 0 et 50°C, préférablement entre 5 et 30°C. Dans le compresseur 1, l'air 15 est comprimé dans les premiers étages du compresseur puis refroidi dans un refroidisseur R1 pour former un débit intermédiaire du compresseur à la pression P1 et la température T1 comprise entre 5 et 45°C, préférablement entre 15 et 25°C. Une partie 12 de ce flux refroidi dans R1 est envoyée à l'échangeur 9 sans avoir été refroidie dans un autre moyen de refroidissement. Le refroidisseur R1 peut être un refroidisseur intermédiaire du compresseur 1. Le reste de l'air à P1 et T1 est renvoyé au compresseur 1 et comprimé depuis la pression P1 et la température T1 dans le compresseur 1 jusqu'au dernier étage pour former un débit à une pression P2 entre 50 et 60 bars Après refroidissement dans le refroidisseur R2 jusqu'à la température T2, l'air est divisé en deux. Une partie 17 est envoyée à l'échangeur 9 où elle se refroidit. T2 et T1 diffèrent de moins de 10°C, typiquement de moins de 5°C. Le reste de ce flux subit une étape de compression additionnelle dans un compresseur 2 à partir de la température T2 et de la pression P2 jusqu'à une pression supérieure à P2, entre 75 et 80 bars, puis est refroidie dans un refroidisseur R3, typiquement par échange de chaleur avec de l'eau. Ce débit refroidi 19 est ensuite introduit dans un échangeur 9 de l'unité de séparation d'air pour subir un refroidissement jusqu'au bout froid de l'échangeur 9. Le débit 19 sort de l'échangeur et est détendu dans la vanne V3. Le débit 12 est introduit à la pression P1 et à la température T1 dans l'échangeur 9, pour y subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure à -100°C. Puis une fraction 21 du débit 12 est comprimée à partir de cette température cryogénique dans un compresseur 4 jusqu'à une pression P3 égale à P2. Le débit ainsi comprimé est renvoyé dans l'échangeur 9 pour y être refroidi jusqu'au bout froid de l'échangeur et est envoyé à la distillation à une température inférieure à -100°C.
L'air comprimé dans le deuxième compresseur 4 est mélangé avec le débit 17 à la pression P2 pour devenir le débit 43. Le débit 43 se refroidit dans l'échangeur puis une partie du débit est détendu dans la turbine 3 alors que le reste poursuit son refroidissement jusqu'au bout et est détendu dans la vanne V2.
Une partie 43 du débit 19 et une partie 27 de la fraction 17,23 sont refroidies jusqu'au bout froid de l'échangeur 9 où elles se liquéfient, puis sont envoyées après détente dans la double colonne. De l'air 13 à la pression PO se refroidit dans l'échangeur 9 et est envoyé à la double colonne.
Au moins 50%, préférablement au moins 70%, du débit d'air total 11 alimente comme débit 25 sous forme gazeuse les colonnes de distillation de l'unité. Une partie 25 de l'air à la pression intermédiaire entre P2 et P1 est détendue dans une turbine de détente 3. La turbine de détente a une température d'entrée inférieure à celle du compresseur 4.
De l'oxygène liquide 29 est soutiré de la colonne basse pression, pressurisé au moyen d'une pompe 31 à la pression requise, vaporisé par échange de chaleur dans l'échangeur 9, puis réchauffé pour être utilisé sous forme de produit gazeux. De l'azote moyenne pression 37 provenant de la colonne moyenne pression se réchauffe dans l'échangeur 9, est détendu dans la turbine 7 et est envoyé comme débit 39 se mélanger avec l'azote basse pression 33 pour former le débit 35. Le débit 35 se réchauffe dans l'échangeur 9. Dans la Figure 3, comme dans la Figure 2, l'air se refroidit dans l'échangeur à quatre pressions différentes. L'air à la pression PO de 5,5 bars est divisé en deux, une partie 13 se refroidissant dans l'échangeur. L'air 15 se refroidit dans le compresseur 1 et à un niveau intermédiaire de celui-ci se trouve à une pression P1 d'entre 20 et 25 bars et une température T1 comprise entre 5 et 45°C, préférablement entre 15 et 25°C. L'air à cette pression et température est divisé en deux. Une partie 12 est envoyée au deuxième compresseur 4 à la pression P1 entre 20 et 25 bars et comprimé à la pression la plus élevée P2 entre 50 et 60 bars. Le reste de l'air à P1 et T1 est renvoyé au compresseur 1 et comprimé dans les derniers étages du compresseur 1, refroidi dans le refroidisseur R2 puis divisé en deux. Une partie 17 est envoyée à l'échangeur 9 où elle se refroidit jusqu'à une température intermédiaire. A cette température, elle est divisée en deux, une partie 25 étant envoyée à la turbine 3 et le reste de l'air étant liquéfié et détendu dans la vanne V2. Le reste de l'air sortant du refroidisseur R2 est envoyé au compresseur 2. L'air refroidi provenant du compresseur 2 est à une pression P2 entre 50 et 60 bars et une température T2. T2 et T1 diffèrent de moins de 10°C, typiquement moins de 5°C. L'air 21 comprimé à froid est mélangé avec le gaz 19 provenant du compresseur 2 à la pression P2, entre 50 et 60 bars. L'air à détendre 25 est pris à une autre pression intermédiaire, plus élevée que celle à laquelle est pris l'air envoyé au deuxième compresseur. Cette pression intermédiaire est la pression de sortie du premier compresseur 1, entre P2 et P1. Dans la Figure 4, le deuxième compresseur 4 comprimant l'air 21 est couplé à une turbine d'azote 7 détendant le débit 37 pour produire le débit 39. Le système peut également comprendre un système de fourniture ou d'extraction de puissance complémentaire ou excédentaire K intégré entre la turbine et le deuxième compresseur, directement sur l'arbre commun de la turbine/deuxième compresseur. Sinon, comme illustré dans la Figure 5, le système K peut être relié au compresseur et à la turbine par l'intermédiaire d'un multiplicateur.
Pour la Figure 6, tout l'air 15 est envoyé à un compresseur 1 qui le comprime à partir d'une température entre 0 et 50°C jusqu'à la pression P1 et est ensuite divisé en deux. Une partie de l'air 19 est refroidi par un refroidisseur R1 jusqu'à une température T1 entre 5° et 45°C et le reste est divisé en deux. Une partie 25 se refroidit partiellement dans l'échangeur 9 et est détendu dans une turbine 3. L'air refroidi par le refroidisseur R1 est comprimé par un compresseur 2 jusqu'à une pression P2 et refroidi dans un refroidisseur R2 jusqu'à une température T2, qui diffère de T1 de moins de 10°C, voire moins de 5°C. Le compresseur 2 est couplé à la turbine 3. L'air de la turbine est envoyé à la colonne moyenne pression 8. L'air du refroidisseur R2 est refroidi en parcourant entièrement l'échangeur 9 et est détendu dans une turbine 6 avant d'être envoyé à la colonne 8. Le débit 21 à la pression P1 n'est pas refroidi en amont de l'échangeur et est refroidi partiellement dans l'échangeur 9 jusqu'à une température inférieure à ou égale à -100°C, comprimé dans un compresseur 4 jusqu'à une pression P3 inférieure ou supérieure à la pression P2 d'au plus 5 bars, renvoyé à l'échangeur et détendu dans une turbine 5 avant d'être envoyé à la turbine 5. Le compresseur 4 est couplé à une turbine d'azote 7. Au moins une des turbines 5 et 6 pourraient être remplacée par une vanne. La partie refroidie 19 peut être introduite dans un premier échangeur de chaleur d'une unité de séparation d'air pour subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure à ou égale à -100°C et l'autre partie 17 peut être introduite à la pression P1 et à la température T1 dans un autre échangeur de chaleur 9 de l'unité de séparation d'air. Par exemple, un échangeur peut être un échangeur tubulaire à eau et l'autre un échangeur à plaques. Sinon comme dans les exemples, les deux refroidissements peuvent avoir 15 lieu dans le même échangeur 9.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de production d'oxygène gazeux par distillation cryogénique de l'air dans lequel : i) tout ou partie (12, 15) du débit d'air d'alimentation est porté à une pression P1, supérieure d'au moins 5 bars à la pression de la colonne moyenne pression, au moyen d'un premier compresseur (1) dont la température d'aspiration 10 TO est comprise entre 0 et 50°C, préférablement entre 5 et 30°C ii) le gaz à la pression P1 est refroidi, typiquement par échange de chaleur avec de l'eau, pour générer un flux d'air à la pression P1 et la température T1 comprise entre 5 et 45°C, préférablement entre 15 et 25°C, iii) une partie (17, 19) de l'air comprimé dans le premier compresseur 15 subit une étape de compression additionnelle à partir de la température T1 et de la pression P1 jusqu'à une pression P2 supérieure à P1, puis est refroidie, typiquement par échange de chaleur avec de l'eau, jusqu'à la température T2 où T2 et T1 diffèrent de moins de 10°C, typiquement moins de 5°C, iv) cette partie refroidie (17, 19) est ensuite introduite dans un 20 échangeur de chaleur (9) d'une unité de séparation d'air pour subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure à ou égale à -100°C, v) une autre partie (12, 17) de l'air est introduite à la pression P1 dans un échangeur de chaleur (9) de l'unité de séparation d'air, éventuellement celui de l'étape iv), pour y subir un refroidipsement jusqu'à une température 25 inférieure à -100°C, puis au moins une fraction (21) de cette autre partie est comprimée à partir de cette température cryogénique dans un deuxième compresseur (4) jusqu'à une pression P3 qui est soit égale à P2, ou soit supérieure ou inférieure de moins de 5 bars à P2, vi) la fraction ainsi comprimée dans le deuxième compresseur est 30 renvoyée dans un des échangeurs précédents ou dans l'échangeur (13) pour y être refroidie jusqu'à une température inférieure à -100°C.vii) au moins une partie du flux à la pression P1 et/ou au moins une partie de l'air à la pression P2 et/ou au moins une partie de l'air à la pression P3 (27) est/sont refroidie(s jusqu'au bout froid de l'échangeur ou elle(s) se liquéfie(nt), puis est/sont envoyée(s) après détente dans au moins une colonne de distillation de l'unité de séparation d'air viii) au moins 50%, préférablement au moins 70%, du débit d'air total alimente sous forme gazeuse au moins une colonne de distillation de l'unité, éventuellement après avoir été détendu à partir de la pression P1, P2 ou P3 ou d'une pression entre P1 et P2 dans une turbine de détente (3) et ix) du liquide (29) est soutiré d'une des colonnes de distillation, pressurisé au moyen d'une pompe (31) à la pression requise qui est supérieure à 20 bars abs, vaporisé par échange de chaleur, puis réchauffé pour être utilisé sous forme de produit gazeux.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel une troisième partie du flux à une pression PO inférieure à la pression P1 est envoyée dans un échangeur de l'unité de séparation d'air.
  3. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le deuxième compresseur (4) est accouplé à une/la turbine de détente (3, 7).
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'unité de séparation comprend une colonne moyenne pression et une colonne basse pression et un gaz enrichi en azote (37) issu de la colonne moyenne pression est détendu dans une turbine (7).
  5. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le deuxième compresseur (4) est accouplé à une turbine (3, 7) et un système de fourniture ou d'extraction de puissance complémentaire ou excédentaire est intégré entre la turbine et le deuxième compresseur, soit directement sur un arbrecommun de la turbine/deuxième compresseur, soit par l'intermédiaire d'un multiplicateur.
  6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la fraction comprimée dans le deuxième compresseur (4) et la partie (19) qui subit une compression additionnelle sont re-mélangés dans l'échangeur (13) de l'unité de séparation d'air pour ne former qu'un débit unique (43) à la pression P2.
  7. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la 10 pression P3 est supérieure ou inférieure à P2 d'au plus 5 bars, voire d'au plus 2 bars.
  8. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une partie (25) de l'air gazeux envoyé aux colonnes de distillation a été 15 détendu dans une turbine (3) à partir de la pression P1 ou d'une pression intermédiaire entre la pression P1 et P2.
  9. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une partie de l'air gazeux envoyé aux colonnes de distillation a été détendu 20 dans une turbine à partir de la pression P2 ou de la pression P3.
  10. 10. Appareil de production d'oxygène gazeux par distillation cryogénique de l'air comprenant un système de colonnes, un premier compresseur, un deuxième compresseur, au moins un échangeur dé chaleur, des moyens pour 25 envoyer tout ou partie (12, 15) du débit d'air d'alimentation au premier compresseur capable de porter sa pression à une pression P1, supérieure d'au moins 5 bars à la pression de la colonne moyenne pression, un premier refroidisseur (R1) pour refroidir le gaz à la pression P1, typiquement par échange de chaleur avec de l'eau, pour générer un flux d'air à la pression P1 et la 30 température T1 comprise entre 5 et 45°C, préférablement entre 15 et 25°C, des moyens pour comprimer une partie (19) de l'air comprimé dans le premiercompresseur à la pression P1 jusqu'à une pression P2 supérieure à P1, un deuxième refroidisseur (R2, R3) pour refroidir la partie de l'air à P2, jusqu'à la température T2 où T2 et T1 diffèrent de moins de 10°C, typiquement moins de 5°C, des moyens pour envoyer cette partie refroidie (19) dans le ou un des échangeur de chaleur (9) pour subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure à ou égale à -100°C, des moyens pour introduire une autre partie (12) de l'air à la pression P1 dans le ou un des échangeur de chaleur (9) de l'unité de séparation d'air, pour y subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure à -100°C, des moyens pour envoyer au moins une fraction (21) de cette autre partie au deuxième compresseur à partir de cette température cryogénique dans un deuxième compresseur (4) jusqu'à une pression P3 qui est soit égale à P2, ou soit supérieure ou inférieure de moins de 5 bars à P2, des moyens pour renvoyer la fraction ainsi comprimée dans le deuxième compresseur dans un des échangeurs précédents ou dans l'échangeur pour y être refroidie jusqu'à une température inférieure à -100°C, des moyens pour envoyer au moins un gaz liquéfié à la pression P1 et/ou à la pression P2 et/ou à la pression P3 (27) dans au moins une colonne de distillation de l'unité de séparation d'air, une turbine de détente (3) capable de détendre au moins 50%, préférablement au moins 70%, du débit d'air total reliée à au moins une colonne de du système et des moyens pour soutirer du liquide (29) d'une colonne du système, une pompe pour pressuriser le liquide et des moyens pour envoyer le liquide pompé à le/un des échangeur de chaleur.
FR1358927A 2013-09-17 2013-09-17 Procede et appareil de production d'oxygene gazeux par distillation cryogenique de l'air Active FR3010778B1 (fr)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1358927A FR3010778B1 (fr) 2013-09-17 2013-09-17 Procede et appareil de production d'oxygene gazeux par distillation cryogenique de l'air
US15/022,314 US9976803B2 (en) 2013-09-17 2014-09-09 Process and apparatus for producing gaseous oxygen by cryogenic distillation of air
PCT/FR2014/052228 WO2015040306A2 (fr) 2013-09-17 2014-09-09 Procédé et appareil de production d'oxygène gazeux par distillation cryogénique de l'air
EP14796163.5A EP3047221A2 (fr) 2013-09-17 2014-09-09 Procédé et appareil de production d'oxygène gazeux par distillation cryogénique de l'air
CN201480049867.4A CN105579801B (zh) 2013-09-17 2014-09-09 通过空气的低温蒸馏而制备气态氧的方法和设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1358927A FR3010778B1 (fr) 2013-09-17 2013-09-17 Procede et appareil de production d'oxygene gazeux par distillation cryogenique de l'air

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3010778A1 true FR3010778A1 (fr) 2015-03-20
FR3010778B1 FR3010778B1 (fr) 2019-05-24

Family

ID=50137734

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1358927A Active FR3010778B1 (fr) 2013-09-17 2013-09-17 Procede et appareil de production d'oxygene gazeux par distillation cryogenique de l'air

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9976803B2 (fr)
EP (1) EP3047221A2 (fr)
CN (1) CN105579801B (fr)
FR (1) FR3010778B1 (fr)
WO (1) WO2015040306A2 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10794630B2 (en) 2017-08-03 2020-10-06 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and device for separating air by cryogenic distillation

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2980514A1 (fr) * 2014-07-31 2016-02-03 Linde Aktiengesellschaft Procédé de séparation cryogénique de l'air et installation de séparation d'air
EP3343158A1 (fr) * 2016-12-28 2018-07-04 Linde Aktiengesellschaft Procédé de production d'un ou plusieurs produits pneumatiques et unité de fractionnement d'air
WO2019104524A1 (fr) * 2017-11-29 2019-06-06 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 Procédé et appareil de distillation cryogénique pour produire de l'air sous pression au moyen d'un accélérateur de détente en liaison avec un détendeur d'azote pour le freinage
US11054182B2 (en) * 2018-05-31 2021-07-06 Air Products And Chemicals, Inc. Process and apparatus for separating air using a split heat exchanger
CN109630269B (zh) * 2019-01-15 2021-12-31 中国石油大学(华东) 天然气-蒸汽联合循环洁净发电工艺
CN109681325B (zh) * 2019-01-15 2021-12-31 中国石油大学(华东) 天然气-超临界co2联合循环发电工艺
EP4163576A1 (fr) * 2021-10-06 2023-04-12 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Appareil et procédé de séparation d'air par distillation cryogénique

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5475980A (en) * 1993-12-30 1995-12-19 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and installation for production of high pressure gaseous fluid
DE102007014643A1 (de) * 2007-03-27 2007-09-20 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von gasförmigem Druckprodukt durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2015012A2 (fr) * 2007-07-07 2009-01-14 Linde Aktiengesellschaft Procédé pour la séparation cryogénique d'air
EP2369281A1 (fr) * 2010-03-09 2011-09-28 Linde Aktiengesellschaft Procédé et dispositif destinés à la décomposition à basse température d'air
EP2597409A1 (fr) * 2011-11-24 2013-05-29 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Processus et appareil pour la séparation de l'air par distillation cryogénique

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0793069A1 (fr) * 1996-03-01 1997-09-03 Air Products And Chemicals, Inc. Générateur d'oxygène à deux degrés de pureté avec compresseur pour le rebouilleur
US7713497B2 (en) * 2002-08-15 2010-05-11 Fluor Technologies Corporation Low pressure NGL plant configurations
FR2854683B1 (fr) * 2003-05-05 2006-09-29 Air Liquide Procede et installation de production de gaz de l'air sous pression par distillation cryogenique d'air
FR2867262B1 (fr) * 2004-03-02 2006-06-23 Air Liquide Procede de separation d'air par distillation cryogenique et une installation pour la mise en oeuvre de ce procede
FR2943408A1 (fr) * 2009-03-17 2010-09-24 Air Liquide Procede et installation de separation d'air par distillation cryogenique

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5475980A (en) * 1993-12-30 1995-12-19 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process and installation for production of high pressure gaseous fluid
DE102007014643A1 (de) * 2007-03-27 2007-09-20 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von gasförmigem Druckprodukt durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP2015012A2 (fr) * 2007-07-07 2009-01-14 Linde Aktiengesellschaft Procédé pour la séparation cryogénique d'air
EP2369281A1 (fr) * 2010-03-09 2011-09-28 Linde Aktiengesellschaft Procédé et dispositif destinés à la décomposition à basse température d'air
EP2597409A1 (fr) * 2011-11-24 2013-05-29 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Processus et appareil pour la séparation de l'air par distillation cryogénique

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10794630B2 (en) 2017-08-03 2020-10-06 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and device for separating air by cryogenic distillation
US10866024B2 (en) 2017-08-03 2020-12-15 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Device and method for separating air by cryogenic distillation

Also Published As

Publication number Publication date
WO2015040306A2 (fr) 2015-03-26
CN105579801A (zh) 2016-05-11
US20160231053A1 (en) 2016-08-11
WO2015040306A3 (fr) 2015-06-11
EP3047221A2 (fr) 2016-07-27
US9976803B2 (en) 2018-05-22
CN105579801B (zh) 2018-06-29
FR3010778B1 (fr) 2019-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR3010778A1 (fr) Procede et appareil de production d'oxygene gazeux par distillation cryogenique de l'air
CN101479550B (zh) 低温空气分离***
CN1985137A (zh) 用于生产加压气态产品的低温空气分离方法
WO2009136075A2 (fr) Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
EP1623172A1 (fr) Procede et installation de production de gaz de l`air sous pression par distillation cryogenique d`air
TW201730493A (zh) 在空氣分離廠中獲取空氣產品之方法及空氣分離廠
EP1189003B1 (fr) Procédé et installation de séparation d'air par distillation cryogénique
FR2949846A1 (fr) Procede et installation de production d'oxygene par distillation d'air
EP3058297B1 (fr) Procédé et appareil de séparation d'air par distillation cryogénique
FR2831249A1 (fr) Procede et installation de separation d'air par distillation cryogenique
FR2943772A1 (fr) Appareil et procede de separation d'air par distillation cryogenique
FR3071914A3 (fr) Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
WO2014041274A1 (fr) Procédé et appareil de séparation d'air par distillation cryogénique.
WO2009112744A2 (fr) Appareil de separation d'air par distillation cryogenique
FR2915271A1 (fr) Procede et appareil de separation des gaz de l'air par distillation cryogenique
FR2930328A1 (fr) Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
FR2819046A1 (fr) Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
FR2830928A1 (fr) Procede de separation d'air par distillation cryogenique et une installation pour la mise en oeuvre de ce procede
FR2761762A1 (fr) Procede et installation de separation d'air par distillation cryogenique
EP1697690A2 (fr) Procede et installation d enrichissement d'un flux gazeux en l'un de ses constituants
FR2795496A1 (fr) Appareil et procede de separation d'air par distillation cryogenique
FR2861841A1 (fr) Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
FR2985305A1 (fr) Procede et appareil de production de gaz de l'air sous pression utilisant un surpresseur cryogenique
FR3135134A1 (fr) Procédé d’augmentation de la capacité d’un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique existant et appareil de séparation d’air
FR2864213A1 (fr) Procede et installation de production sous forme gazeuse et sous haute pression d'au moins un fluide choisi parmi l'oxygene, l'argon et l'azote par distillation cryogenique de l'air

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 4

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 5

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 6

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 8

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 9

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 10

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 11