FR3071914A3 - Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique - Google Patents

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Abstract

Dans un procédé de séparation d'air, un débit d'air (2) est surpressé dans un surpresseur chaud (B), refroidi et envoyé au bout froid d'un échangeur (E1), une partie (4) de l'air est surpressée dans un surpresseur froid (C) et ensuite distillé dans une colonne de séparation d'air.

Description

La présente invention vise l’amélioration des performances énergétiques d'une unité de séparation d'air produisant un gaz, généralement de l'oxygène, à une pression supérieure à 10 bara, par vaporisation dans 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. L'invention propose un procédé particulièrement efficace pour générer ce gaz sous pression.
Selon un objet de l’invention, il est prévu un procédé de production d'un gaz par distillation cryogénique de l'air dans une installation comprenant au moins une colonne moyenne pression et une colonne basse pression, thermiquement reliées entre elles, dans lequel : i) au moins une partie de l'air d'alimentation est portée à une première pression P2, supérieure d'au moins 5 bars à la pression opératoire de la colonne moyenne pression, au moyen d'un compresseur dont la température d'aspiration T1 est proche de la température atmosphérique, ii) au moins un réfrigérant refroidit le gaz comprimé en sortie de compresseur pour générer un flux d'air à la pression P2 et à une température T2 proche de la température ambiante T1, iii) au moins une partie du flux est ensuite introduite dans un premier échangeur E1 de l'unité de séparation d'air pour subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure ou égale à -100°C, iv) une deuxième partie du flux (ii) subit au moins une étape de compression additionnelle à partir de la pression P2 et à la température T2 jusqu'à une pression P3 supérieure à P2, puis est refroidie jusqu'à la température T3 proche de T1, v) cette deuxième partie d flux est ensuite introduit dans le premier échangeur E1 de l'unité de séparation d'air pour subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure ou égale à -50°C, vi) au moins une partie de cette deuxième partie du flux est comprimée à partir de cette température cryogénique dans un surpresseur jusqu'à une pression P5 supérieure à P3 et une température T5, vii) ce débit ainsi comprimé est renvoyé dans un des échangeurs des étapes iii) ou iv) pour y être refroidi jusqu'au bout froid de l'échangeur où il se liquéfie, puis est envoyé après détente dans au moins une des colonnes de distillatio, vii) au moins une partie de cette deuxième partie de flux, non comprimée de manière cryogénique, est refroidie jusqu'au bout froid de l'échangeur où il se liquéfie, puis est envoyé après détente dans au moins une des colonnes de distillation, et viii) de l’oxygène liquide se vaporise à une pression supérieure à 10 bars abs dans l’échangeur de chaleur. L’invention sera décrite en plus de détail en se référant à la Figure.
Un procédé de production d'un gaz par distillation cryogénique de l'air est mis en oeuvre dans une installation comprenant au moins une colonne moyenne pression et une colonne basse pression, thermiquement reliées entre elles.
Au moins une partie de l'air d'alimentation 1 est portée à une première pression P2, supérieure d'au moins 5 bars à la pression opératoire de la colonne moyenne pression, au moyen d'un compresseur A dont la température d'aspiration T1 est proche de la température atmosphérique.
Une partie 8 de l’air à P1 et T1 peut être refroidie dans l’échangeur de chaleur E1 et ensuite envoyée à la distillation. Cette étape est optionnelle.
Au moins un réfrigérant refroidit le gaz comprimé en sortie de compresseur A pour générer un flux d'air 2 à la pression P2 et à une température T2 proche de la température ambiante T1.
Au moins une partie 7 du flux 2 est ensuite introduite dans un premier échangeur E1 de l'unité de séparation d'air pour subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure ou égale à -100°C. Ensuite elle est détendue dans une turbine D et envoyée à la distillation.
Une deuxième partie du flux subit au moins une étape de compression additionnelle dans un compresseur B à partir de la pression P2 et à la température T2 jusqu'à une pression P3 supérieure à P2, puis est refroidie jusqu'à la température T3 proche de T1.
Ce flux 3 est ensuite introduit dans un premier échangeur E1 de l'unité de séparation d'air pour subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure ou égale à -50°C.
Au moins une partie 4 de ce flux est comprimée à partir de cette température cryogénique dans un compresseur C jusqu'à une pression P5 supérieure à P3 et une température T5.
Ce flux ainsi comprimé 5 est renvoyé dans l’échangeur E1 pour y être refroidi jusqu'au bout froid de l'échangeur où il se liquéfie, puis est envoyé après détente dans au moins une des colonnes de distillation.
De l’oxygène liquide (non-illustré) se vaporise à une pression supérieure à 10 bars abs dans l’échangeur de chaleur E1.
Au moins une partie de cette deuxième partie de flux, non comprimée de manière cryogénique, est refroidie jusqu'au bout froid de l'échangeur où il se liquéfie, puis est envoyé après détente dans au moins une des colonnes de distillation.
La compression du flux sous pression à partir de la température cryogénique peut se faire dans un surpresseur C accouplé à la turbine de détente D.
Un gaz enrichi en azote issu de la colonne moyenne pression est détendu dans une turbine E après réchauffage dans l’échangeur E1.
La puissance fournie par la turbine D peut différer significativement de la puissance requise par le surpresseur cryogénique C, 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
Un turbine liquide est présente sur au moins une partie du fluide 6.
Les compresseurs A et B peuvent être une machine combinée avec extraction intermédiaire.
Les turbines D et E peuvent être couplées aux compresseurs B et C ou bien couplées à des génératrices électriques.

Claims (2)

  1. Revendications
  2. 1. Procédé de production d'un gaz par distillation cryogénique de l'air dans une installation comprenant au moins une colonne moyenne pression et une colonne basse pression, thermiquement reliées entre elles, dans lequel : i) au moins une partie de l'air d'alimentation (1) est portée à une première pression P2, supérieure d'au moins 5 bars à la pression opératoire de la colonne moyenne pression, au moyen d'un compresseur (A) dont la température d'aspiration T1 est proche de la température atmosphérique, ii) au moins un réfrigérant refroidit le gaz comprimé (2) en sortie de compresseur pour générer un flux d'air à la pression P2 et à une température T2 proche de la température ambiante T1, iii) au moins une partie du flux est ensuite introduite dans un premier échangeur (E1) de l'unité de séparation d'air pour subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure ou égale à -100°C, iv) une deuxième partie du flux (ii) subit au moins une étape de compression additionnelle à partir de la pression P2 et à la température T2 jusqu'à une pression P3 supérieure à P2, puis est refroidi jusqu'à la température T3 proche de T, v) cette deuxième partie du flux (3) est ensuite introduite dans le premier échangeur (E1 ) de l'unité de séparation d'air pour subir un refroidissement jusqu'à une température inférieure ou égale à -50°C, vi) au moins une partie (4) de cette deuxième partie du flux est comprimée à partir de cette température cryogénique dans un compresseur (C) jusqu'à une pression P5 supérieure à P3 et une température T5, vii) ce débit ainsi comprimé (5) est renvoyé dans l’échangeur pour y être refroidi jusqu'au bout froid de l'échangeur où il se liquéfie, puis est envoyé après détente dans au moins une des colonnes de distillation, viii) au moins une partie de cette deuxième partie de flux, non comprimée de manière cryogénique, est refroidie jusqu'au bout froid de l'échangeur où il se liquéfie, puis est envoyé après détente dans au moins une des colonnes de distillation et ix) de l’oxygène liquide se vaporise à une pression supérieure à 10 bars abs dans l’échangeur de chaleur.
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