FR3058785A1 - Procede de separation d’air par distillation cryogenique mettant en oeuvre la detente d’un gaz - Google Patents

Procede de separation d’air par distillation cryogenique mettant en oeuvre la detente d’un gaz Download PDF

Info

Publication number
FR3058785A1
FR3058785A1 FR1661130A FR1661130A FR3058785A1 FR 3058785 A1 FR3058785 A1 FR 3058785A1 FR 1661130 A FR1661130 A FR 1661130A FR 1661130 A FR1661130 A FR 1661130A FR 3058785 A1 FR3058785 A1 FR 3058785A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
gas
pressure
enthalpy
expansion
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.)
Pending
Application number
FR1661130A
Other languages
English (en)
Inventor
Patrick Le Bot
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 FR1661130A priority Critical patent/FR3058785A1/fr
Publication of FR3058785A1 publication Critical patent/FR3058785A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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
    • F25J3/04006—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
    • F25J3/04006—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
    • F25J3/04151—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
    • F25J3/04248—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
    • F25J3/04333—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/04351—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen
    • F25J3/04357—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using quasi-closed loop internal vapor compression refrigeration cycles, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of nitrogen and comprising a gas work expansion loop
    • 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.
    • 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
    • F25J3/04406—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
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • 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
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • 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
    • 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
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/12—Particular process parameters like pressure, temperature, ratios

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 séparation d'air par distillation cryogénique dans un système de colonnes (8), mettant en œuvre la détente d'un gaz de composition connue (14), le gaz étant détendu à partir d'une pression d'entrée Pin supérieure à 2 bars abs, d'une température d'entrée Tin inférieure à 0°C, d'une enthalpie résultante d'entrée Hin, dans une turbine de détente centripète (3) avec génération de travail extérieur, pour obtenir un gaz détendu à la pression de sortie Pout, à la température de sortie Tout, et à l'enthalpie de sortie HOUT, dans lequel la détente isentropique du gaz aux conditions Pin, Tin, Hin, jusqu'à la pression Pout génère une chute d'enthalpie isentropique AHis etune détente isentropique du gaz entrant aux conditions Pin, Tin, Hin, jusqu'à une pression supérieure à Pout et générant une chute d'enthalpie égale à ΔHis * RR où 0.5<RR<0.55, conduirait à la génération d'un fluide diphasique.

Description

Titulaire(s) : L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE Société anonyme.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : L'AIR LIQUIDE.
to4J PROCEDE DE SEPARATION D'AIR PAR DISTILLATION CRYOGENIQUE METTANT EN OEUVRE LA DETENTE D'UN GAZ.
FR 3 058 785 - A1
JT) Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans un système de colonnes (8), mettant en oeuvre la détente d'un gaz de composition connue (14), le gaz étant détendu à partir d'une pression d'entrée Pjn supérieure à 2 bars abs, d'une température d'entrée Tin inférieure à 0°C, d'une enthalpie résultante d'entrée Hin, dans une turbine de détente centripète (3) avec génération de travail extérieur, pour obtenir un gaz détendu à la pression de sortie Pput, à la température de sortie Tout, et à l’enthalpie de sortie HqUT, dans lequel la détente isentropique du gaz aux conditions Pin, Tin, Hin, jusqu'à la pression PQUt génère une chute d'enthalpie isentropique AHis etune detente isentropique du gaz entrant aux conditions Pin, Tin, Hin, jusqu'à une pression supérieure à Pout et générant une chute d’enthalpie égale à AHis * RR où 0.5<RR<0.55, conduirait à la génération d'un fluide diphasique.
La présente invention est relative à un procédé de séparation d’air par distillation cryogénique mettant en œuvre la détente d’un gaz.
La détente d’un gaz dans une turbine cryogénique est parfois le point qui limite en efficacité énergétique le procédé de séparation d’air mis en œuvre.
Par exemple, les performances de certains procédés peuvent être améliorées si la température d’aspiration de la turbine est refroidie.
La limitation est liée au processus de détente du gaz dans la turbine :
Il est connu et décrit que la génération du travail, égale à la chute enthalpique du fluide entre l’entrée et la sortie de la turbine, et liée à la détente quasi isentropique du gaz se fait en deux phases :
• Une phase de mise en vitesse quasi isentropique lors du passage au travers des aubages, • Une phase de passage au travers de la roue de détente centripète
H est communément admis que la répartition de la chute enthalpique est • 50% dans la première phase • 50% dans la deuxième phase : cette valeur est définie comme étant le taux de réaction RR de la turbine
Après son passage au travers les diffuseurs, le gaz entrant aura, par rapport à ses conditions d’entrée :
• Une enthalpie plus basse • Une pression statique plus basse • Une température plus basse
Et se rapproche donc de sa température de rosée sous sa pression statique, c'est-à-dire celle à laquelle a lieu l’apparition de la première goutte de liquide.
L’état de l’art communément décrit est d’éviter l’apparition de gouttelettes de liquide en entrée de la roue de détente, pour éviter la détérioration mécanique de la roue de détente.
A cette fin, l’état de l’art recommande donc de limiter en température basse le gaz entrant dans la turbine. De façon conservative, il est recommandé d’évaluer l’état du gaz en entrée de roue, et d‘éviter qu’il s’y trouve dans le domaine diphasique. Le conservatisme réside dans le fait que la mise à l’équilibre thermodynamique est retardée par les fortes vitesses du gaz à l’interface aubages/ roue.
On peut donc avantageusement tirer parti de ce retard à l’équilibre pour abaisser encore plus la température de gaz en entrée de la turbine sans que cela ne conduise à une formation de gouttelettes, ce qui favorisera certains procédés de séparation d’air.
Dans un procédé de séparation d’air par distillation cryogénique dans un système de colonnes , de l’air comprimé, épuré en dioxyde de carbone et en eau et refroidi destiné à la distillation dans le système de colonnes est détendu à partir d’une pression d’entrée PHI (bar a) supérieure à 2 bars abs, d’une température d’entrée Tin (°C) inférieure à 0°C, d’une enthalpie a
résultante d’entrée Hin (kcal/h/Nm ), dans une turbine de détente centripète avec génération de travail extérieur, pour obtenir de l’air détendu à la pression de sortie Pout, à la température de sortie Tout, et à l’enthalpie de sortie Hout.
La détente isentropique du gaz aux conditions Pin, Tin, Hin , jusqu’à la pression Pout génère une chute d’enthalpie isentropique AHis.
Les conditions sont choisies de sorte qu’une détente isentropique du gaz entrant aux conditions Pin, Tin, ΗΙΝ, jusqu’à une pression supérieure à Pout et générant une chute d’enthalpie égale à AHis * RR où 0.5<RR<0.55, conduirait, après mise à l’équilibre thermodynamique, à la génération d’un fluide diphasique
La fraction molaire liquide générée lors de la détente est comprise entre 1 et 10%, de préférence entre 1 et 5%.
Sinon le gaz détendu peut être de l’azote gazeux provenant d’une colonne du système de colonnes.
Selon un objet de l’invention, il est prévu un procédé de séparation d’air par distillation cryogénique dans un système de colonnes , mettant en œuvre la détente d’un gaz de composition connue, le gaz provenant de ou étant destiné au système de colonnes, le gaz étant détendu à partir d’une pression d’entrée Pin supérieure à 2 bars abs, d’une température d’entrée Tin inférieure à 0°C, d’une enthalpie résultante d’entrée Hin , dans une turbine de détente centripète avec génération de travail extérieur, pour obtenir un gaz détendu à la pression de sortie Pout, à la température de sortie Tout, et à l’enthalpie de sortie Hout caractérisé en ce que
i) La détente isentropique du gaz aux conditions Pm, Tin , Hin, jusqu’à la pression Pout génère une chute d’enthalpie isentropique AHis et ii) Une détente isentropique du gaz entrant aux conditions Pm, Tm, Η,,,. jusqu’à une pression supérieure à Pout et générant une chute d’enthalpie égale à AHis * RR où
0.5<RR<0.55, conduirait, après mise à l’équilibre thermodynamique, à la génération d’un fluide diphasique.
Selon d’autres aspects facultatifs de l’invention :
la fraction molaire liquide générée dans la turbine est comprise entre 1 et 20%. la fraction molaire liquide générée dans la turbine est comprise entre 8 et 15%. le gaz de composition connue est de l’air comprimé, épuré en dioxyde de carbone et en eau et refroidi et le gaz détendu dans la turbine est envoyé à au moins une colonne du système de colonnes.
la turbine de détente détend de l’air destiné à la colonne opérant à la plus haute pression du système de colonnes.
le gaz de composition connue est de l’azote gazeux provenant d’une colonne du système de colonnes.
l’azote gazeux provient de la colonne opérant à la pression la plus haute du système de colonnes.
un débit enrichi en oxygène provenant du système de colonnes est pressurisé et se vaporise dans un échangeur de chaleur où se refroidit le gaz destiné à la turbine de détente.
L’invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures qui représentent des procédés de séparation d’air selon l’invention.
Dans la Figure 1, un débit d’air représentant tout ou partie du débit d’air total à distiller, est comprimé dans un compresseur 1 pour former un débit comprimé 10 qui est séparé en trois. Le compresseur 1 peut être de type multi-étagé, avec ou sans réfrigérant intermédiaire, et comporte généralement un réfrigérant final (non montré) pour amener le gaz comprimé à une température généralement comprise entre 15 et 50°C Une partie 16 est surpressée par un surpresseur 2, éventuellement refroidie dans un réfrigérant final à eau (non montré) puis refroidie dans l’échangeur de chaleur 9 jusqu’au bout froid, d’où elle sort (pseudo) liquéfiée et est ensuite éventuellement envoyée à une turbine 6. Une autre partie 14 est refroidie dans l’échangeur de chaleur 9 sans avoir été surpressée, détendue dans une turbine 3 à une température intermédiaire de l’échangeur et envoyée à la colonne moyenne pression 8 d’une double colonne de séparation d’air. La troisième partie 12 se refroidit dans l’échangeur jusqu’à une température intermédiaire, est surpressée dans un surpresseur 4 et renvoyée à un point intermédiaire de l’échangeur jusqu’au bout froid où elle se (pseudo) liquéfie. Elle est ensuite éventuellement détendue dans une turbine 5 et envoyée à la colonne moyenne pression 8.
Un débit d’oxygène liquide est soutiré de la colonne basse pression de la double colonne, pressurisé dans une pompe P et vaporisé pour former un débit 34 dans l’échangeur 9.
De l’azote gazeux de la colonne basse pression se réchauffe dans l’échangeur 9 pour former un débit 32.
La turbine3 a une pression d’entrée Pin, une température d’entrée Tin et une enthalpie d’entrée Hin, et une pression de sortie Pout. Les conditions sont choisies de sorte qu’une détente isentropique du gaz entrant aux conditions Pin, Tin, Hin, jusqu’à la pression Pout génère une chute d’enthalpie AHis ,et qu’une détente isentropique à partir du gaz entrant aux conditions Pin, Tin, Hin jusqu’à une pression supérieure à Pout générant une chute d’enthalpie égale à AHis * RR où 0.5<RR<0.55, conduirait, après mise à l’équilibre thermodynamique, à la génération d’un fluide diphasique.
La fraction molaire liquide générée lors de la détente dans la turbine 6 est comprise entre 1 et 20%, de préférence entre 8 etl5%, du débit total.
Pour la Ligure 2, l’air 10 se refroidit dans l’échangeur de chaleur 9 et est envoyé dans la colonne moyenne pression 8 de la double colonne. De l’azote basse pression de la colonne basse pression 18 est envoyé se réchauffer dans l’échangeur pour former le débit 32. De l’azote basse pression résiduaire de la colonne basse pression 18 est envoyé se réchauffer dans l’échangeur pour former le débit 30. De l’oxygène liquide de la colonne basse pression est pressurisé dans une pompe P et vaporisé dans l’échangeur pour former le débit 20.
De l’azote 28 de la tête de la colonne moyenne pression 8 est réchauffé dans l’échangeur de chaleur jusqu’au bout chaud pour former un débit 30 et puis comprimé dans un compresseur 26. Le compresseur 26 peut être de type multi-étagé, avec ou sans réfrigérant intermédiaire, et comporte généralement un réfrigérant final pour amener le gaz comprimé à une température généralement comprise entre 15 et 50°C. Le débit refroidi est divisé en deux.
Une partie 32 se refroidit jusqu’ à une température intermédiaire dans l’échangeur 9, puis est détendue dans une turbine 28 jusqu’à une pression proche de la pression de la colonne Moyenne Pression. En sortie de turbine 28, le fluide est diphasique et est envoyé dans le séparateur 38. La phase gazeuse est remélangée au débit 28 pour former, après réchauffage dans l’échangeur 9, le débit 30. La phase liquide est envoyée vers les colonnes de distillation où vers un stockage liquide, comme produit.
Une partie 34 est surpressée, par exemple par un compresseur 24 couplé à la turbine 28, puis refroidie l’échangeur de chaleur 9, jusqu’au bout froid de l’échangeur où elle se (pseudo) condense. La turbine 28 a une pression d’entrée Pin, une température d’entrée Tin et une enthalpie d’entrée Hin. Les conditions sont choisies de sorte qu’une détente isentropique du gaz entrant aux conditions Pin, Ί\η, Hin, jusqu’à la pression Pout génère une chute d’enthalpie ΔΗ is et qu’une détente isentropique à partir du gaz entrant aux conditions Pin, Tjn, Hin jusqu’à une pression supérieure à Pout générant une chute d’enthalpie égale à AHis * RR où 0.5<RR<0.55, conduirait, après mise à l’équilibre thermodynamique, à la génération d’un fluide diphasique
La fraction molaire liquide générée lors de la détente dans la turbine 28 est comprise entre 1 et 20%, de préférence entre 8 et 15%, du débit total.

Claims (8)

  1. Revendications
    1) Procédé de séparation d’air par distillation cryogénique dans un système de colonnes (8,18) , mettant en œuvre la détente d’un gaz de composition connue (14,32), le gaz provenant de ou étant destiné au système de colonnes, le gaz étant détendu à partir d’une pression d’entrée PHI supérieure à 2 bars abs, d’une température d’entrée Tin inférieure à 0°C, d’une enthalpie résultante d’entrée HUI , dans une turbine de détente centripète (3,28) avec génération de travail extérieur, pour obtenir un gaz détendu à la pression de sortie Pout, à la température de sortie Tout, et à l’enthalpie de sortie Hout caractérisé en ce que
    1) La détente isentropique du gaz aux conditions Pm, Ί\η , Hin, jusqu’à la pression POut génère une chute d’enthalpie isentropique AHis et ii) Une détente isentropique du gaz entrant aux conditions Pm, Tm, Η,,,. jusqu’à une pression supérieure à Pout et générant une chute d’enthalpie égale à AHis * RR où 0.5<RR<0.55, conduirait, après mise à l’équilibre thermodynamique, à la génération d’un fluide diphasique.
  2. 2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel la fraction molaire liquide générée dans la turbine (3,28) est comprise entre 1 et 20%.
  3. 3) Procédé selon la revendication 2 dans lequel la fraction molaire liquide générée dans la turbine (3,28) est comprise entre 8 et 15%.
  4. 4) Procédé selon Tune des revendications précédentes dans lequel le gaz de composition connue (14) est de l’air comprimé, épuré en dioxyde de carbone et en eau et refroidi et le gaz détendu dans la turbine est envoyé à au moins une colonne (8) du système de colonnes.
  5. 5) Procédé selon la revendication 4 dans lequel la turbine de détente (3,28) détend de l’air destiné à la colonne opérant à la plus haute pression (8) du système de colonnes.
  6. 6) Procédé selon Tune des revendications 1 à 3 dans lequel le gaz de composition connue est de l’azote gazeux (32) provenant d’une colonne (8,18) du système de colonnes.
  7. 7) Procédé selon la revendication 6 dans lequel l’azote gazeux (32) provient de la colonne (8) opérant à la pression la plus haute du système de colonnes.
    5
  8. 8) Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel un débit enrichi en oxygène provenant du système de colonnes (8,18) est pressurisé et se vaporise dans un échangeur de chaleur (9) où se refroidit le gaz (14,32) destiné à la turbine de détente (3,28).
    02 HP ο
    Z
FR1661130A 2016-11-17 2016-11-17 Procede de separation d’air par distillation cryogenique mettant en oeuvre la detente d’un gaz Pending FR3058785A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1661130A FR3058785A1 (fr) 2016-11-17 2016-11-17 Procede de separation d’air par distillation cryogenique mettant en oeuvre la detente d’un gaz

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1661130A FR3058785A1 (fr) 2016-11-17 2016-11-17 Procede de separation d’air par distillation cryogenique mettant en oeuvre la detente d’un gaz
FR1661130 2016-11-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3058785A1 true FR3058785A1 (fr) 2018-05-18

Family

ID=57963322

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR1661130A Pending FR3058785A1 (fr) 2016-11-17 2016-11-17 Procede de separation d’air par distillation cryogenique mettant en oeuvre la detente d’un gaz

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3058785A1 (fr)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3696486A1 (fr) * 2019-02-13 2020-08-19 Linde GmbH Procédé et installation de fourniture d'un ou d'une pluralité de produits dérivés de l'air gazeux, riches en oxygène
RU2794009C2 (ru) * 2019-02-13 2023-04-11 Линде Гмбх Способ и установка для подготовки одного или более обогащенных кислородом газообразных продуктов разделения воздуха

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0042676A1 (fr) * 1980-06-17 1981-12-30 Air Products And Chemicals, Inc. Méthode de production d'oxygène gazeux et installation cryogénique pour la mise en oeuvre de cette méthode
DE10115258A1 (de) * 2001-03-28 2002-07-18 Linde Ag Maschinensystem und dessen Anwendung
EP2784420A1 (fr) * 2013-03-26 2014-10-01 Linde Aktiengesellschaft Procédé de séparation de l'air et installation de séparation de l'air

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0042676A1 (fr) * 1980-06-17 1981-12-30 Air Products And Chemicals, Inc. Méthode de production d'oxygène gazeux et installation cryogénique pour la mise en oeuvre de cette méthode
DE10115258A1 (de) * 2001-03-28 2002-07-18 Linde Ag Maschinensystem und dessen Anwendung
EP2784420A1 (fr) * 2013-03-26 2014-10-01 Linde Aktiengesellschaft Procédé de séparation de l'air et installation de séparation de l'air

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3696486A1 (fr) * 2019-02-13 2020-08-19 Linde GmbH Procédé et installation de fourniture d'un ou d'une pluralité de produits dérivés de l'air gazeux, riches en oxygène
WO2020164799A1 (fr) * 2019-02-13 2020-08-20 Linde Gmbh Procédé et installation pour fournir un ou plusieurs produits présents dans l'air, gazeux et à teneur élevée en oxygène
RU2794009C2 (ru) * 2019-02-13 2023-04-11 Линде Гмбх Способ и установка для подготовки одного или более обогащенных кислородом газообразных продуктов разделения воздуха

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1454104B1 (fr) Procede et installation de separation d&#39;un melange gazeux contenant du methane par distillation
KR101820560B1 (ko) 천연가스의 액화를 위한 방법
CA2527381C (fr) Procede et installation de production simultanee d&#39;un gaz naturel apte a etre liquefie et d&#39;une coupe de liquides du gaz naturel
RU2010150141A (ru) Улучшенное удаление азота в установке для получения сжиженного природного газа
FR2826969A1 (fr) Procede de liquefaction et de deazotation de gaz naturel, installation de mise en oeuvre, et gaz obtenus par cette separation
WO2006108952A1 (fr) Procede de sous-refroidissement d&#39;un courant de gnl obtenu par refroidissement au moyen d&#39;un premier cycle de refrigeration, et installation associee
FR2936864A1 (fr) Procede de production de courants d&#39;azote liquide et gazeux, d&#39;un courant gazeux riche en helium et d&#39;un courant d&#39;hydrocarbures deazote et installation associee.
WO2007042662A2 (fr) Procede de traitement d&#39;un courant de gnl obtenu par refroidissement au moyen d&#39;un premier cycle de refrigeration et installation associee
EP2205920A2 (fr) Procede de liquefaction d&#39;un gaz naturel avec fractionnement a haute pression
EP2959243B1 (fr) Séparation à température subambiante d&#39;un mélange gazeux contenant du dioxyde de carbone et un contaminant plus léger
FR2972792A1 (fr) Procede et appareil de liquefaction de co2
FR3030026B1 (fr) Procede et appareil pour separer un gaz d&#39;alimentation contenant au moins 20% mol. de co2 et au moins 20% mol de methane, par condensation partielle et/ou par distillation
EP2788699B1 (fr) Procédé et appareil de liquéfaction d&#39;un gaz riche en co2
FR2829569A1 (fr) Procede de liquefaction de gaz naturel, mettant en oeuvre deux cycles de refrigeration
EP3092453B1 (fr) Procédé et appareil de liquéfaction d&#39;un courant de co2 gazeux
EP2494295B1 (fr) Procédé de fractionnement d&#39;un courant de gaz craqué pour obtenir une coupe riche en éthylène et un courant de combustible, et installation associée
FR3058785A1 (fr) Procede de separation d’air par distillation cryogenique mettant en oeuvre la detente d’un gaz
EP3252408B1 (fr) Procédé de purification de gaz naturel et de liquéfaction de dioxyde de carbone
RU2514804C2 (ru) Способ удаления азота
FR2967485A1 (fr) Installation de purification d&#39;un flux gazeux comprenant au moins 50% de co2, avec fonctions de compression integrees.
WO2009112744A2 (fr) Appareil de separation d&#39;air par distillation cryogenique
EP2938414A2 (fr) Procédé et appareil de séparation d&#39;un gaz riche en dioxyde de carbone
EP3060629B1 (fr) Procédé de fractionnement d&#39;un courant de gaz craqué, mettant en oeuvre un courant de recycle intermédiaire, et installation associée
US20240067888A1 (en) Systems and methods to use waste heat for cooling in a gas oil separation plant
WO2017098099A1 (fr) Procédé de liquéfaction de gaz naturel et d&#39;azote

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20180518

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3

RX Complete rejection

Effective date: 20200403