FR3119226A1 - Procede et appareil de separation d’air par distillation cryogenique - Google Patents
Procede et appareil de separation d’air par distillation cryogenique Download PDFInfo
- Publication number
- FR3119226A1 FR3119226A1 FR2100666A FR2100666A FR3119226A1 FR 3119226 A1 FR3119226 A1 FR 3119226A1 FR 2100666 A FR2100666 A FR 2100666A FR 2100666 A FR2100666 A FR 2100666A FR 3119226 A1 FR3119226 A1 FR 3119226A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- electricity
- air
- during
- accumulator
- compressor
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000000926 separation method Methods 0.000 title claims abstract description 49
- 238000004821 distillation Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims abstract description 100
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 38
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 27
- 239000000047 product Substances 0.000 claims description 21
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000012263 liquid product Substances 0.000 claims description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 7
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000004172 nitrogen cycle Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012983 electrochemical energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 239000012782 phase change material Substances 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000000638 stimulation Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
- F25J3/04763—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
- F25J3/04812—Different modes, i.e. "runs" of operation
- F25J3/04836—Variable air feed, i.e. "load" or product demand during specified periods, e.g. during periods with high respectively low power costs
-
- 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
- F25J3/04109—Arrangements of compressors and /or their drivers
- F25J3/04115—Arrangements of compressors and /or their drivers characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
- F25J3/04133—Electrical motor as the prime mechanical driver
-
- 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
- F25J3/04472—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 the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages
- F25J3/04496—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 the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages for compensating variable air feed or variable product demand by alternating between periods of liquid storage and liquid assist
- F25J3/04503—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 the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages for compensating variable air feed or variable product demand by alternating between periods of liquid storage and liquid assist by exchanging "cold" between at least two different cryogenic liquids, e.g. independently from the main heat exchange line of the air fractionation and/or by using external alternating storage systems
- F25J3/04509—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 the cold from cryogenic liquids produced within the air fractionation unit and stored in internal or intermediate storages for compensating variable air feed or variable product demand by alternating between periods of liquid storage and liquid assist by exchanging "cold" between at least two different cryogenic liquids, e.g. independently from the main heat exchange line of the air fractionation and/or by using external alternating storage systems within the cold part of the air fractionation, i.e. exchanging "cold" within the fractionation and/or main heat exchange line
- F25J3/04515—Simultaneously changing air feed and products output
-
- 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
- F25J3/04812—Different modes, i.e. "runs" of operation
- F25J3/0483—Rapid load change of the air fractionation unit
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
- H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy
- H02J3/32—Arrangements for balancing of the load in a network by storage of energy using batteries with converting means
-
- 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
- F25J2230/22—Compressor driver arrangement, e.g. power supply by motor, gas or steam turbine
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Titre : PROCEDE ET APPAREIL DE SEPARATION D’AIR PAR DISTILLATION CRYOGENIQUE
Dans un procédé de séparation d’air par distillation cryogénique on fournit au moins une partie des besoins en électricité du procédé à partir d’au moins un accumulateur électrochimique (A) pour permettre de réduire rapidement la consommation électrique du procédé provenant du réseau (R) d’électricité.
Figure de l’abrégé : Figure 2
Description
La présente invention concerne un procédé et un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique.
Les appareils de séparation d’air par distillation cryogénique sont alimentés en grandes quantités d’électricité haute tension et/ou moyenne tension pour les moteurs des compresseurs d’air et éventuellement des compresseurs de produits.
WO2012056245 décrit un procédé d’opération d’une centrale électrique alimentant un appareil de séparation d’air où l’énergie envoyée aux compresseurs de l’appareil de séparation d’air est variée en fonction de la demande d’électricité sur le réseau. Il prévoit l’effacement de la séparation d’air en cas de grosse demande d’électricité sur le réseau.
Il est connu de fournir l’électricité pour un appareil de séparation d’air à partir d’une centrale électrique ou une centrale nucléaire,
Pour faire face aux demandes variables d’électricité, les agrégateurs peuvent demander à des clients de réduire leur consommation. L'effacement de consommation consiste, en cas de déséquilibre offre-demande d'électricité, à provisoirement réduire la consommation physique d'un site donné par rapport à sa consommation « normale ». L'effacement est déclenché par une stimulation extérieure, typiquement en période de pointe de consommation électrique journalière ou saisonnière. Il peut permettre simplement de lisser la demande d’électricité voire d’éviter une rupture de fourniture d’électricité en cas extrême.
La présente invention concerne un procédé et un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique capable de réduire rapidement sa consommation d’électricité provenant d’un réseau.
Il est connu de stocker de l’énergie électrique dans un accumulateur électrique par conversion en énergie électrochimique comme une batterie mais stocker de l’énergie dans un accumulateur électrique coûte beaucoup plus cher qu’effacer la consommation électrique d’un appareil de séparation d’air. Par contre, le temps de réaction d’un accumulateur électrique est plus rapide (durant quelques secondes) que celui d’un appareil de séparation d’air.
La présente invention concerne un procédé de séparation d’air par distillation cryogénique, dont la consommation d’électricité provenant d’un réseau peut être réduite en utilisant un système de stockage d’énergie électrochimique comme un accumulateur électrique. Ce procédé permet d’effacer plus rapidement la consommation énergétique d’un appareil de séparation d’air. Le procédé utilise de préférence au moins un stockage de liquide cryogénique, pouvant être un stockage d’air, un stockage d’oxygène liquide ou un stockage d’azote liquide.
Il serait facile d’étendre ce concept à la liquéfaction d’un fluide cryogénique (O2, N2, Ar, CH4, CO, H2, He, CO2…) ou à d’autres types de séparation par distillation.
L’électricité fournie à un appareil de séparation des gaz de l’air peut avoir trois usages :
- La séparation oxygène/azote et éventuellement argon.
- La compression des produits de manière interne par la vaporisation de l’oxygène et/ou de l’azote et/ou de l’argon à haute pression vis-à-vis d’air haute pression qui se condense et/ou de manière externe avec un compresseur d’oxygène et/ou d’azote et/ou d’argon.
- La liquéfaction des gaz de l’air comme d’oxygène et/ou d’azote et/ou d’argon avec un cycle air intégré ou un cycle azote externe.
Pour effacer l’énergie de séparation, l’invention propose d’utiliser un stockage d’oxygène liquide et un stockage d’air liquide ou éventuellement d’azote liquide tel que décrit dans FR2924203 et FR3066809. La figure 5 de FR3066809 montre le cas où l’oxygène liquide est stocké dans un stockage en amont de la pompe et l’air liquéfié est stocké dans un stockage d’air liquéfié.
Pour effacer l’énergie de compression interne, l'invention propose d’utiliser un stockage thermique constitué d’un média peu onéreux à forte capacité thermique massique et/ou volumique par exemple des billes de quartz, des pastilles de minerai de fer ou de l’eau liquide et/ou solide encapsulée. On peut aussi utiliser un moyen plus cher mais plus efficace car à changement de phase liquide-solide soit avec des corps purs soit avec des mélanges. WO 2010/093400 liste un certain nombre de molécules qui pourraient être utilisées comme matériaux à changement de phase.
Pour effacer l’énergie de liquéfaction, l’invention propose de réduire ou d’arrêter la compression d’air associée au cycle air et/ou de réduire ou d’arrêter la compression d’azote associée au cycle azote.
Ce procédé d’effacement d’une unité de séparation des gaz de l’air permet de réaliser des variations rapides de consommation énergétique :
- A la baisse (par exemple à la demande du gestionnaire de réseau électrique pour équilibrer l’offre et la demande : réserve primaire, secondaire ou tertiaire), on diminue rapidement la puissance consommée par l’unité vue du réseau en utilisant par exemple des batteries pour fournir de l’énergie à l’unité, celle-ci réduisant sa consommation électrique plus lent que celui résultant de l’agrégation de la puissance électrique consommée par les batteries et l’unité
- A la hausse, on augmente rapidement la puissance consommée par l’unité vue du réseau en utilisant par exemple des batteries pour stocker de l’énergie, l’unité augmentant sa consommation électrique plus lentement que celle résultant de l’agrégation de la puissance électrique stockée par les batteries et l’unité.
On peut alors avoir un système de fonctionnement à deux niveaux de consommation avec des rampes rapides de changement de marche.
Selon un objet de l’invention, il est prévu un procédé de séparation d’air par distillation cryogénique , dans lequel pendant une première marche on comprime un premier débit d’air dans au moins un compresseur, on le refroidit et on le sépare dans un système de colonnes, on produit un premier débit d’un premier produit de distillation, on fournit les besoins en électricité haute ou moyenne tension du ou des compresseurs du procédé à partir d’un réseau d’électricité caractérisé en ce que pendant une deuxième marche, on comprime un deuxième débit d’air inférieur au premier débit d’air dans un compresseur, on refroidit le deuxième débit et on le sépare dans le système de colonnes, on produit du système de colonnes un deuxième débit d’un premier produit de distillation, inférieur au premier débit du premier produit, les besoins en électricité haute ou moyenne tension du compresseur étant moins élevés que pendant la première marche caractérisé en ce que pendant une marche intermédiaire entre la première et la deuxième marche, on fournit au moins une partie des besoins en électricité du procédé à partir d’au moins un accumulateur électrochimique et la consommation électrique provenant du réseau d’électricité du ou des compresseurs est inférieure à celle pendant la première marche et supérieure à celle pendant la deuxième marche.
Selon d’autres aspects facultatifs :
- pendant la marche intermédiaire on réduit la consommation électrique haute et/ou moyenne tension du procédé, de préférence une fois que l’alimentation à partir de l’accumulateur a commencé.
- l’au moins un accumulateur électrochimique ne fournit pas d’électricité moyenne et/ou haute tension au procédé pendant les premières et deuxième marches.
- l’au moins un accumulateur électrique fournit ne fournit plus d’électricité moyenne et/ou haute tension au procédé à la fin de la marche intermédiaire.
- l’accumulateur électrique fournit pendant la marche intermédiaire une quantité d’électricité décroissante dans le temps.
- la différence entre la consommation d’électricité du procédé de séparation d’’air en première marche et celle en deuxième marche est de X MW et la quantité d’électricité maximale fournie pendant la marche intermédiaire est au moins 0,9X MW d’électricité, de préférence au moins X MW d’électricité.
- l’au moins un accumulateur électrochimique est alimenté par le même réseau d’électricité que le ou les compresseurs du procédé.
- on charge l’accumulateur électrochimique en électricité quand le prix de l’électricité est en dessous d’un seuil et/ou quand la consommation d’électricité est en dessous d’un seuil et/ou la nuit.
- on fournit au moins une partie des besoins en électricité du procédé à partir d’un accumulateur électrochimique en cas de réduction de la quantité d’électricité disponible sur le réseau.
- le procédé comprend une étape de surpression d’air épuré dans un surpresseur entraîné par un moteur, l’air surpressé servant à vaporiser un produit liquide de la distillation, dans lequel le débit surpressé est le même pendant au moins deux des trois marches.
- le procédé comprend une étape où la surpression d’air est arrêtée. Le débit d'air total diminue (car réduction du surpresseur d’air qui représente entre 20 et 30% de l'air) mais le débit vers la colonne opérant à plus haute pression reste plutôt constant.
- on stocke de l’air liquéfié et/ou un produit liquide de l’appareil de séparation d’air pendant la première marche.
- on envoie de l’air liquéfié du stockage à l’appareil de séparation pendant la deuxième marche et/ou pendant la marche intermédiaire.
- on vaporise un produit liquide du stockage pendant la deuxième marche et/ou pendant la marche intermédiaire pour fournir un produit gazeux.
- on n’envoie pas de l’air liquéfié du stockage à l’appareil de séparation pendant la première marche et/ou pendant la marche intermédiaire.
- on ne vaporise pas un produit liquide du stockage pendant la première marche pour fournir un produit gazeux.
- on augmente la quantité d’air liquéfié envoyé du stockage à l’appareil de séparation pendant la marche intermédiaire.
- on augmente la quantité d’un produit liquide du stockage vaporisé pendant la marche intermédiaire pour fournir un produit gazeux.
Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique comprenant au moins un compresseur pour comprimer de l’air, des moyens pour refroidir et épurer l’air comprimé, un système de colonnes comprenant au moins une colonne de distillation d’air pour séparer l’air en oxygène et en azote , un moteur pour entraîner au moins un des au moins un compresseurs, des moyens pour alimenter le moteur en électricité haute et/ou moyenne tension provenant d’un réseau, au moins un accumulateur électrochimique, des moyens pour alimenter le moteur en électricité haute et/ou moyenne tension provenant de l’au moins un accumulateur, des moyens d’interrompre la fourniture d’électricité vers le moteur depuis le réseau et des moyens d’interrompre la fourniture d’électricité vers le moteur depuis l’au moins un accumulateur, les moyens d’interrompre la fourniture d’électricité étant commandés à partir d’un système de commande.
De préférence, l’appareil comprend des moyens reliés au système de colonnes pour fournir un produit de la distillation et au moins un stockage de liquide cryogénique relié à ces moyens. Ceci permet de maintenir une production constante même quand le système de colonnes reçoit moins d’air.
L’invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures.
- Représentant l’énergie envoyé du réseau électrique vers l’appareil de séparation d’air avec le temps.
- Représentant l’énergie envoyé vers l’appareil de séparation d’air d’au moins un accumulateur avec le temps.
- Représentation la consommation en énergie du ou des compresseurs d’un appareil de séparation d’air avec le temps.
- Représentant le débit d’oxygène gazeux produit avec le temps.
Au moment t0où l’alimentation en électricité baisse b), un accumulateur d’électricité est mis en marche pour fournir à l’appareil de séparation fonctionnant toujours en plein régime la quantité d’électricité qui manque.
Pendant une marche intermédiaire entre la première et la deuxième marche, on fournit au moins une partie des besoins en électricité du procédé à partir d’au moins un accumulateur électrochimique A et la consommation électrique provenant du réseau d’électricité est inférieure à celle pendant la première marche et supérieure à celle pendant la deuxième marche.
Ainsi juste après la réduction d’arrivée d’électricité depuis le réseau, l’appareil de séparation d’air est toujours alimenté par la même quantité d’électricité que pendant la première marche.
L’accumulateur A fonctionne pendant une marche intermédiaire, le temps que le procédé de séparation d’air s’adapte à la réduction d’électricité provenant du réseau. Pendant cette marche intermédiaire, la production d’électricité depuis l’au moins un accumulateur A baisse régulièrement pour être nulle en fin de marche intermédiaire au temps t1.
Pendant la marche intermédiaire, la production d’électricité depuis le réseau R est à une valeur basse B correspondant à celle de la deuxième marche ( a)).
La consommation du procédé de séparation d’air baisse pendant la marche intermédiaire pour arriver à une valeur basse BASUet le débit comprimé du compresseur d’air principal baisse en même temps, de sorte que le moteur consomme moins d’électricité. Si le procédé comprend une étape de surpression d’air d’alimentation, cet air servant à comprimer l’air pour vaporiser un produit liquide de la distillation par exemple l’oxygène, le surpresseur d’air peut avoir un débit constant pendant au moins deux des marches : première marche, deuxième marche et marche intermédiaire. Ainsi la production d’oxygène d) vaporisé par l’air surpressé ne varie pas dans ce cas. Au moins une partie d’oxygène peut être fournie par un stockage d’oxygène liquide alimenté par une colonne de l’appareil de séparation. Ainsi on voit dans d) que la production de l’oxygène total OG ne varie pas, la quantité d’oxygène manquant de la production des colonnes étant fournie par le stockage d’oxygène liquide.
Il est également possible de laisser varier la production d’oxygène, en la laissant baisser entre t1 et t2, ou entre t0 et t3, si le client peut supporter des réductions de débit.
De préférence un surpresseur de l’air épuré est entraîné par un moteur.
Pendant la marche intermédiaire on réduit la consommation électrique haute et/ou moyenne tension du procédé, de préférence une fois que l’alimentation à partir de l’accumulateur a commencé.
Quand l’accumulateur ne produit plus d’électricité, le procédé fonctionne à bas régime produisant éventuellement moins de produit. Dans ce cas, la consommation électrique du procédé réduit avant que la production baisse à cause du temps nécessaire pour effectuer la distillation.
La deuxième marche commence au temps t1. Pendant la deuxième marche, on comprime un deuxième débit d’air inférieur au premier débit d’air dans un compresseur, on refroidit le deuxième débit et on le sépare, on produit un deuxième débit d’un premier produit de distillation, éventuellement inférieur au premier débit du premier produit, les besoins en électricité haute ou moyenne tension étant moins élevés que pendant la première marche.
Au temps t2le réseau produit de nouveau de l’énergie à la quantité initiale H. L’accumulateur commence à se charger à t2ou après t2pour terminer de se charge à t3. Pendant ce chargement l’appareil de séparation d’air augmente sa consommation d’énergie pour arriver à la valeur HASUà t3.
Une fois l’accumulateur chargé à t3, la consommation de l’appareil de séparation est de nouveau à HASU. La production du réseau ne change pas pendant le chargement de l’accumulateur.
L’au moins un accumulateur électrochimique ne fournit pas d’électricité moyenne et/ou haute tension au procédé pendant les premières et deuxième marches.
L’au moins un accumulateur électrique fournit ne fournit plus d’électricité moyenne et/ou haute tension au procédé à la fin de la marche intermédiaire.
L’accumulateur électrique fournit pendant la marche intermédiaire une quantité d’électricité décroissante dans le temps.
La différence entre la consommation d’électricité du procédé de séparation d’’air en première marche et celle en deuxième marche est de X MW et la quantité d’électricité maximale fournie pendant la marche intermédiaire est au moins 0,9X MW d’électricité, de préférence au moins X MW d’électricité.
L’au moins un accumulateur électrochimique est alimenté par le même réseau d’électricité que le ou les compresseurs du procédé.
De préférence on charge l’accumulateur électrochimique en électricité quand le prix de l’électricité est en dessous d’un seuil et/ou quand la consommation d’électricité est en dessous d’un seuil et/ou la nuit.
On fournit au moins une partie des besoins en électricité du procédé à partir d’un accumulateur électrochimique en cas de réduction de la quantité d’électricité disponible sur le réseau.
L’accumulateur n’est pas nécessairement sur le même site que l’appareil de séparation d’air. L’invention peut aussi mettre en œuvre plusieurs accumulateurs et plusieurs appareils de séparation d’air situés sur des sites différents mais reliés électriquement au même réseau.
L’invention peut aussi être mise en œuvre pour améliorer l’adéquation à tout instant entre la consommation d’une ou plusieurs unités de séparation d’air avec la production d’une ou plusieurs installations de production d’électricité renouvelable intermittente comme l’éolien ou le solaire.
Selon une variante, le procédé utilise un stockage d’air liquéfié et/ou un stockage d’un produit liquéfié. On peut stocker de l’air liquéfié et/ou un produit liquide de l’appareil de séparation d’air pendant la première marche.
Selon les besoins d’un procédé, on utilise au moins un des étapes de procédés suivants :
- on envoie de l’air liquéfié du stockage à l’appareil de séparation pendant la deuxième marche et/ou pendant la marche intermédiaire.
- on vaporise un produit liquide du stockage pendant la deuxième marche et/ou pendant la marche intermédiaire pour fournir un produit gazeux.
- on n’envoie pas de l’air liquéfié du stockage à l’appareil de séparation pendant la première marche et/ou pendant la marche intermédiaire.
- on ne vaporise pas un produit liquide du stockage pendant la première marche pour fournir un produit gazeux.
- on augmente la quantité d’air liquéfié envoyé du stockage à l’appareil de séparation pendant la marche intermédiaire.
- on augmente la quantité d’un produit liquide du stockage vaporisé pendant la marche intermédiaire pour fournir un produit gazeux.
Claims (12)
- Procédé de séparation d’air par distillation cryogénique dans lequel pendant une première marche on comprime un premier débit d’air dans au moins un compresseur (C), on le refroidit et on le sépare dans un système de colonnes, on produit un premier débit (OG) d’un premier produit de distillation, on fournit les besoins en électricité haute ou moyenne tension du ou des compresseurs du procédé à partir d’un réseau (R ) d’électricité caractérisé en ce que pendant une deuxième marche, on comprime un deuxième débit d’air inférieur au premier débit d’air dans un compresseur, on refroidit le deuxième débit et on le sépare dans le système de colonnes, on produit du système de colonnes un deuxième débit d’un premier produit de distillation, inférieur au premier débit du premier produit, les besoins en électricité haute ou moyenne tension du compresseur étant moins élevés que pendant la première marche caractérisé en ce que pendant une marche intermédiaire entre la première et la deuxième marche, on fournit au moins une partie des besoins en électricité du procédé à partir d’au moins un accumulateur électrochimique (A) et la consommation électrique provenant du réseau d’électricité du ou des compresseurs est inférieure à celle pendant la première marche et supérieure à celle pendant la deuxième marche.
- Procédé selon la revendication 1 dans lequel pendant la marche intermédiaire on réduit la consommation électrique haute et/ou moyenne tension du procédé, de préférence une fois que l’alimentation à partir de l’accumulateur (A) a commencé.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel l’au moins un accumulateur électrochimique (A) ne fournit pas d’électricité moyenne et/ou haute tension au procédé pendant les premières et deuxième marches.
- Procédé selon la revendication 1 ou 2 ou 3 dans lequel l’au moins un accumulateur électrique (A) fournit ne fournit plus d’électricité moyenne et/ou haute tension au procédé à la fin de la marche intermédiaire.
- Procédé selon la revendication 4 dans lequel l’accumulateur électrique (A) fournit pendant la marche intermédiaire une quantité d’électricité décroissante dans le temps.
- Procédé selon la revendication 1 dans lequel la différence entre la consommation d’électricité du procédé de séparation d’’air en première marche et celle en deuxième marche est de X MW et la quantité d’électricité maximale fournie pendant la marche intermédiaire est au moins 0,9X MW d’électricité, de préférence au moins X MW d’électricité.
- Procédé selon la revendication 1 à 3 dans lequel l’au moins un accumulateur électrochimique (A) est alimenté par le même réseau (R) d’électricité que le ou les compresseurs (C) du procédé.
- Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel on charge l’accumulateur électrochimique (A) en électricité quand le prix de l’électricité est en dessous d’un seuil et/ou quand la consommation d’électricité est en dessous d’un seuil et/ou la nuit.
- Procédé selon l’une revendications précédentes dans lequel on fournit au moins une partie des besoins en électricité du procédé à partir d’un accumulateur électrochimique (A) en cas de réduction de la quantité d’électricité disponible sur le réseau (R).
- Procédé selon l’une des revendications précédentes comprenant une étape de surpression d’air épuré dans un surpresseur entraîné par un moteur, l’air surpressé servant à vaporiser un produit liquide de la distillation, dans lequel le débit surpressé est le même pendant au moins deux des trois marches.
- Appareil de séparation d’air par distillation cryogénique comprenant au moins un compresseur (C) pour comprimer de l’air, des moyens (ER) pour refroidir et épurer l’air comprimé, un système de colonnes (K) comprenant au moins une colonne de distillation d’air pour séparer l’air en oxygène et azote, un moteur (M) pour entraîner au moins un des au moins un compresseurs, des moyens pour alimenter le moteur en électricité haute et/ou moyenne tension provenant d’un réseau (R) , au moins un accumulateur électrochimique (A), des moyens pour alimenter le moteur en électricité haute et/ou moyenne tension provenant de l’au moins un accumulateur, des moyens d’interrompre la fourniture d’électricité vers le moteur depuis le réseau et des moyens d’interrompre la fourniture d’électricité vers le moteur depuis l’au moins un accumulateur, les moyens d’interrompre la fourniture d’électricité étant commandés à partir d’un système (S) de commande.
- Appareil selon la revendication 11 comprenant des moyens reliés au système de colonnes (K) pour fournir un produit de la distillation et au moins un stockage de liquide cryogénique relié à ces moyens.
Priority Applications (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2100666A FR3119226B1 (fr) | 2021-01-25 | 2021-01-25 | Procede et appareil de separation d’air par distillation cryogenique |
PCT/EP2022/051578 WO2022157379A1 (fr) | 2021-01-25 | 2022-01-25 | Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique |
AU2022211608A AU2022211608A1 (en) | 2021-01-25 | 2022-01-25 | Method and device for separating air by cryogenic distillation |
EP22701955.1A EP4281719A1 (fr) | 2021-01-25 | 2022-01-25 | Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique |
CN202280011121.9A CN116783440A (zh) | 2021-01-25 | 2022-01-25 | 用于通过低温蒸馏来分离空气的方法和设备 |
CL2023002092A CL2023002092A1 (es) | 2021-01-25 | 2023-07-18 | Método y dispositivo para separar aire por destilación criogénica |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR2100666A FR3119226B1 (fr) | 2021-01-25 | 2021-01-25 | Procede et appareil de separation d’air par distillation cryogenique |
FR2100666 | 2021-01-25 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FR3119226A1 true FR3119226A1 (fr) | 2022-07-29 |
FR3119226B1 FR3119226B1 (fr) | 2023-05-26 |
Family
ID=74759148
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FR2100666A Active FR3119226B1 (fr) | 2021-01-25 | 2021-01-25 | Procede et appareil de separation d’air par distillation cryogenique |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP4281719A1 (fr) |
CN (1) | CN116783440A (fr) |
AU (1) | AU2022211608A1 (fr) |
CL (1) | CL2023002092A1 (fr) |
FR (1) | FR3119226B1 (fr) |
WO (1) | WO2022157379A1 (fr) |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2924203A1 (fr) | 2007-11-26 | 2009-05-29 | Air Liquide | Adaptation d'une centrale a oxycombustion a la disponibilite de l'energie et a la quantite de co2 a capturer |
WO2010093400A1 (fr) | 2009-02-11 | 2010-08-19 | Exxonmobil Upstream Research Company | Procédés et systèmes d'échange de chaleur régénératif |
WO2012056245A2 (fr) | 2010-10-28 | 2012-05-03 | Doosan Power Systems Limited | Système et procédé de commande pour centrale électrique |
WO2015003809A2 (fr) * | 2013-07-11 | 2015-01-15 | Linde Aktiengesellschaft | Procédé et dispositif permettant d'obtenir de l'oxygène par fractionnement cryogénique d'air avec une consommation variable d'énergie |
WO2015060930A2 (fr) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | Praxair Technology, Inc. | Procédé de séparation d'air et appareil associé |
US20160380460A1 (en) * | 2015-06-24 | 2016-12-29 | Wind Inertia Technologies, S.L. | Method and electrical energy storage unit for the of electrical power supply to a power grid node |
US20170324256A1 (en) * | 2016-05-05 | 2017-11-09 | Inventus Holdings, Llc | Control of parallel battery utilization |
US20180262008A1 (en) * | 2015-09-24 | 2018-09-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Power control system and method, and control device |
FR3066809A1 (fr) | 2017-05-24 | 2018-11-30 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Procede et appareil pour la separation de l'air par distillation cryogenique |
EP3550482A1 (fr) * | 2018-04-05 | 2019-10-09 | Linde Aktiengesellschaft | Procédé de planification de la conception et/ou de la production concernant une installation industrielle |
CN110595153A (zh) * | 2018-06-12 | 2019-12-20 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种空分装置自动变负荷过程中空气进料量的控制方法 |
EP3616289A1 (fr) * | 2017-05-31 | 2020-03-04 | General Electric Company | Système et procédé de commande destinés à un système de stockage d'énergie |
-
2021
- 2021-01-25 FR FR2100666A patent/FR3119226B1/fr active Active
-
2022
- 2022-01-25 CN CN202280011121.9A patent/CN116783440A/zh active Pending
- 2022-01-25 AU AU2022211608A patent/AU2022211608A1/en active Pending
- 2022-01-25 WO PCT/EP2022/051578 patent/WO2022157379A1/fr active Application Filing
- 2022-01-25 EP EP22701955.1A patent/EP4281719A1/fr active Pending
-
2023
- 2023-07-18 CL CL2023002092A patent/CL2023002092A1/es unknown
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2924203A1 (fr) | 2007-11-26 | 2009-05-29 | Air Liquide | Adaptation d'une centrale a oxycombustion a la disponibilite de l'energie et a la quantite de co2 a capturer |
WO2010093400A1 (fr) | 2009-02-11 | 2010-08-19 | Exxonmobil Upstream Research Company | Procédés et systèmes d'échange de chaleur régénératif |
WO2012056245A2 (fr) | 2010-10-28 | 2012-05-03 | Doosan Power Systems Limited | Système et procédé de commande pour centrale électrique |
WO2015003809A2 (fr) * | 2013-07-11 | 2015-01-15 | Linde Aktiengesellschaft | Procédé et dispositif permettant d'obtenir de l'oxygène par fractionnement cryogénique d'air avec une consommation variable d'énergie |
WO2015060930A2 (fr) * | 2013-10-25 | 2015-04-30 | Praxair Technology, Inc. | Procédé de séparation d'air et appareil associé |
US20160380460A1 (en) * | 2015-06-24 | 2016-12-29 | Wind Inertia Technologies, S.L. | Method and electrical energy storage unit for the of electrical power supply to a power grid node |
US20180262008A1 (en) * | 2015-09-24 | 2018-09-13 | Sharp Kabushiki Kaisha | Power control system and method, and control device |
US20170324256A1 (en) * | 2016-05-05 | 2017-11-09 | Inventus Holdings, Llc | Control of parallel battery utilization |
FR3066809A1 (fr) | 2017-05-24 | 2018-11-30 | L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude | Procede et appareil pour la separation de l'air par distillation cryogenique |
EP3616289A1 (fr) * | 2017-05-31 | 2020-03-04 | General Electric Company | Système et procédé de commande destinés à un système de stockage d'énergie |
EP3550482A1 (fr) * | 2018-04-05 | 2019-10-09 | Linde Aktiengesellschaft | Procédé de planification de la conception et/ou de la production concernant une installation industrielle |
CN110595153A (zh) * | 2018-06-12 | 2019-12-20 | 中国科学院沈阳自动化研究所 | 一种空分装置自动变负荷过程中空气进料量的控制方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP4281719A1 (fr) | 2023-11-29 |
CL2023002092A1 (es) | 2024-01-05 |
WO2022157379A1 (fr) | 2022-07-28 |
AU2022211608A1 (en) | 2023-09-07 |
FR3119226B1 (fr) | 2023-05-26 |
CN116783440A (zh) | 2023-09-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2686934B1 (fr) | Système d'alimentation électrique hybride autonome d'un équipement électrique et unité et procédé de gestion du système | |
WO2012123290A1 (fr) | Déstockage d'hydrogène dans une unité génératrice électrochimique comprenant une pile à hydrogène | |
US20100230292A1 (en) | Integrated solar-powered high-pressure hydrogen production and battery charging system | |
EP3499626B1 (fr) | Systeme reversible de stockage et destockage d'electricite comprenant un convertisseur electrochimique (sofc/soec) couple a un systeme de stockage/destockage d'air comprime (caes) | |
WO2013182799A1 (fr) | Procédé de régulation d'une installation comprenant des appareils de cogéneration et des systèmes thermodynamiques destines a la climatisation et/ou au chauffage | |
FR2991439A1 (fr) | Installation de transformation d'energie thermique | |
EP2774210A1 (fr) | Procede de gestion du fonctionnement d'un systeme hybride | |
WO2022157379A1 (fr) | Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique | |
US9768479B2 (en) | Hybrid metal air system and method | |
CA2771201C (fr) | Procede d'operation d'au moins un appareil de separation d'air et d'une unite de consommation d'oxygene | |
US10573907B2 (en) | Load-following fuel cell system with energy storage | |
Wilhelm et al. | Evaluation of a micro fuel cell as applied to a mobile robot | |
EP1521628B1 (fr) | Procede de conduite d'une installation de production | |
FR2904476A1 (fr) | Systeme de pile a combustible avec reformeur | |
JP2003336966A (ja) | 液化天然ガスを用いた空気の液化分離と発電を行う方法及びその装置 | |
CN116154815A (zh) | 一种光伏-液化空气储能联合发电*** | |
EP1455405A2 (fr) | Système de traction à pile à combustible pour véhicule | |
EP4012875A1 (fr) | Système de gestion d'énergie pour la consommation ou la distribution d'énergie d'un habitat résidentiel | |
Mushtaha et al. | Performance study of self-sufficient and renewables based electricity supply of a hospital in the Near East Region | |
FR3126066A1 (fr) | Système de production autonome d’hydrogène et électricité à partir de gaz naturel et biogaz | |
FR2872632A1 (fr) | Procede de montee en temperature d'une pile a combustible et generateur electrique mettant en oeuvre ce procede |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20220729 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
RM | Correction of a material error |
Effective date: 20230328 |
|
PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 4 |