Brevet FR2120034A1 — publié le 19720811

La présente invention concerne un procédé et un appareil pour la rectification de l'air à "basse température en vue d'obtenir de l'oxygène et de l'azote. Un système courant pour la rectification de l'air à basse 5 température utilise une colonne où règne une pression relativement élevée et dont l'extrémité supérieure est en relation d'échange de chaleur avec l'extrémité inférieure d'un étage à pression relativement moindre de colonne de rectification. Dans la colonne a pression relativement élevéeil s'effectue une séparation de 10 l'air comprimé et froid en un liquide enrichi en oxygène et en un liquide riche en azote,et l'on transfère ces liquides vers la colonne à pression relativement moindre pour une séparation en azote et oxygène constituant les produits. L'une des limitations de ce système est que la colonne à pression relativement moindre 15 fonctionne habituellement à une pression absolue légèrement supérieure à la pression atmosphérique, par exemple à 1,75 bar de pression absolue» de sorte qu'il faut habituellement comprimer les produits provenant de cette colonne avant de les emmagasiner et/ou avant de les livrer à la consommation finale. Cela nécessi-20 te un système très onéreux de compression des produits purifiés qui s'ajoute au ss^stèiae de compression séparée de l'air d'alimentation. Un autre inconvénient réside dans le fait que le rapport des pressions entre la colonne à pression relativement élevée et celle à pression relativement inférieure (et dans les échangeurs 25 de chaleur traitant les fluides provenant de ces colonnes) est assez élevé, et par exemple égal à 3*6 (en se fondant sur une différence de température de 3°K)> lorsque la colonne à pression relativement élevée fonctionne à une pression absolue de 6,3 bars. Cela signifie une perte considérable d'énergiè dans le système 30 dans les processus inévitables d'étranglement des courants de fluide entre les colonnes à pression relativement élevée et à pression relativement inférieure. Un autre inconvénient encore de ces systèmes de la technique antérieure réside dans l'équipement relativement grand, par exemple la colonne de rectification, la 35 tuyauterie et les passages dans les échangeurs de chaleur nécessaires pour traiter les fluides à une pression absolue de 1,75 bar. 71 46809 2 21.20034 Un "but de la présente invention est de proposer un procédé j perfectionné et un appareil perfectionné pour la séparation de l'air, du type rectification à deux niveaux de pression (double colonne)7~ce qui nécessite moins d'énergie et un équipement de 5 compression plus petit et moins onéreux que dans les systèmes de la technique antérieure. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à l'examen de la suite du présent mémoire. La présente invention.concerne un procédé et un appareil 10 pour la rectification de l'air, à basse température , en vue d'obtenir de l'oxygène et dé l'azote. Un mode de réalisation du procédé de l'invention concerne la séparation de l'air par une rectification à basse température dans laquelle on sépare de l'air, i | comprimé et froid, en un liquide enrichi en oxygène et en un li- I 15 quide riche en azote dans une colonne de rectification à pression j relativement élevée ayant son extrémité supérieure en relation ? d'échange de chaleur avec l'extrémité inférieure d'un étage à près- I sion relativement moindre d'une colonne de rectification, avec transfert des liquides vers la colonne de rectification à pression ! 20 relativement moindre en vue de la séparation en azote et en oxygène constituant les produits. Ce procédé se caractérise par les ' stades de la compression de l'air d'alimentation jusqu'à une pression absolue non supérieure à 9,8 bars, de la division de l'air comprimé en une majeure partie et en une partie mineure, et par i 25 le mélange de la partie mineure, à titre d'oxydant, avec du combustible à brûler dans une zone de combustion pour former des gaz de combustion relativement chauds. On injecte dans ce gaz chaud de combustion de l'azote gazeux relativement froid dans une zone séparée de fixation ou de refroidissement afin de former un mélange 30 de gaz enrichis en azote et de température intermédiaire à une pression supérieure à la pression atmosphérique, et l'on détend ce dernier mélange jusqu'à une pression inférieure avec production de travail externe. On récupère une partie de ce travail externe sous forme d'énergie pour la compression précitée de l'air d'ali-35 mentation. On utilise une autre partie de ce travail externe pour comprimer encore la majeure partie de l'air comprimé jusqu'à une pression absolue au moins égale à 10,5 bars et suffisante pour CQPY 71 46809 2120034 faire fonctionner la colonne de rectification à pression relativement élevée dans une gamme de pressions absolues comprise entre 10,5 bars et 28 bars. On refroidit partiellement la majeure partie de l'air com-5 primé avant ou bien après la nouvelle compression. On retire également avant ou après le nouveau stade de compression les impuretés atmosphériques de cette majeure partie et l'on refroidit encore l'air purifié, après quoi on introduit au moins une majeure ' partie de l'air encore plus refroidi dans la colonne de rectifica-10 tion à la pression relativement supérieure. On fait fonctionner à une pression absolue comprise entre 3»15 et 9,8 bars la colonne de rectification à pression relativement inférieure et cela suffit pour (a) en décharger du gaz riche en azote ; (b) effectuer un échange de chaleur entre au moins la majeure partie de ce gaz 15 riche en azote et l'air purifié et encore plus comprimé pour réchauffer partiellement ce gaz riche en azote et assurer au moins une partie du refroidissement supplémentaire de l'air purifié et davantage comprimé ; (c) effectuer un échange de chaleur entre le gaz riche en azote et partiellement réchauffé, d'une part, et d'autre nart 20 la majeure partie de l'air comprime/pour réchauffer davantage le gaz riche en azote et refroidir partiellement l'air et (d) pour utiliser le gaz riche en azote et encore réchauffé comme azote gazeux relativement froid à injecter dans le gaz chaud de combustion. 25 L'oxygène gazeux produit est déchargé de la colonne de rec tification à pression relativement moindre et il subit un échange de chaleur avec l'air purifié et comprimé davantage, ce qui constitue une autre partie de la réfrigération nécessaire pour refroidir davantage cet air avant sa rectification à basse température. 30 Un mode de réalisation de l'appareil de l'invention se carac térise par un compresseur de base pour comprimer l'air d'alimentation jusqu'à une première pression, supérieure à la pression atmosphérique,et dont la valeur absolue n'excède pas 9,8 bars ; une chambre de combustion et un dispositif d'introduction du com-35 bustible dans cette chambre ; de la tuyauterie pour faire couler une portion mineure de l'air comprimé d'alimentation du compresseur de base vers la chambre de combustion ; une chambre de fixa- ' COPY: 71 46809 2120034 tion ou de refroidissement séparée de la chambre de combustion et un dispositif pour faire passer le gaz chaud de combustion de la chambre de combustion dans la chambre de refroidissement. Il y a également une ou des conduites pour injecter du gaz,riche 5 en azote et relativement froid,dans le gaz chaud de combustion dans la chambre de refroidissement ou de fixation afin de former un mélange gazeux enrichi en azote et de température intermédiaire . Il y a également une turbine pour détendre ce mélange gazeux jusqu'à une pression moindre de façon à produire du tra-10 vail externe. Il y a un premier dispositif d'échange de chaleur pour refroidir la majeure partie de lrair comprimé d'alimentation. L'appareil comprend également un surpresseur avec une ou des conduites pour faire passer la majeure partie de l'air comprimé d'alimentation du compresseur de base vers ce surpresseur 15 en vue d'une compression supplémentaire jusqu'à une seconde pression supérieure à la pression atmosphérique et au moins égale à une valeur absolue de 10,5 bars. Des arbres rotatifs relient le compresseur de base, le surpresseur et la turbine de détente pour transférer le travail de l'arbre du dispositif de détente vers 20 chacun de ces compresseurs pour constituer l'énergie nécessaire pour entraîner ces compresseurs. L'appareil comporte des dispositifs pour enlever les impuretés atmosphériques de la majeure partie de l'air comprimé d'alimentation. On utilise un second échangeur de chaleur pour refroi-25 dir davantage l'air purifié et qui est davantage comprimé. Une colonne double de rectification comprend un étage à pression relativement élevée, destiné à fonctionner entre 10,5 bars et28 bars de pression absolue, un étage à pression relativement moindre, destiné à fonctionner à une pression absolue de 3,15-30 9,8 bars et un échangeur de chaleur qui relie l'extrémité supérieure de l'étage à pression relativement élevée et l'extrémité inférieure de l'étage à pression relativement moindre. On utilise des dispositifs /conduites séparées pour transférer le liquide enrichi en oxygène de l'extrémité inférieure de l'étage à pression 35 relativement élevée vers l'étage à pression relativement moindre, et pour transférer le liquide riche en azote de l'extrémité supérieure de l'étage à pression relativement élevée vers l'étage à 71 46809 5 2120034 pression relativement moindre. L'appareil comprend des conduites pour faire écouler au moins la majeure partie de l'air purifié, qui est davantage refroidi et davantage comprimé, du second échangeur de chaleur vers 5 l'étage à pression relativement élevée de la colonne de rectification double en vue d'une séparation dans cette colonne. D'autres conduites déchargent le gaz riche en azote de l'étage de rectification à pression relativement moindre et font couler ce gaz vers le second échangeur de chaleur', en vue d'un échange de chaleur 10 avec l'air purifié et davantage comprimé, afin de contribuer au refroidissement supplémentaire précité. D'autres conduites encore servent à faire circulerle gaz riche en azote et partiellement' réchauffé du second échangeur de chaleur vers le premier échangeur de chaleur pour y subir un échange de chaleur avec la majeure par-15 tie de l'air comprimé d'alimentation pour le refroidir. Finalement, des conduites font passer le gaz riche en azote et encore réchauffé du premier échangeur de chaleur dans le gaz de combustion chaud, à titre de gaz riche en azote et relativement froid que l'on envoie dans la chambre de refroidissement. 20 II y a des conduites pour décharger l'oxygène gazeux produit de l'étage à pression relativement moindre de la colonne de rectification double et pour faire circuler cet oxygène vers le second échangeur de chaleur pour y subir un échange de chaleur avec l'air purifié et davantage comprimé, ce qui constitue une autre partie 25 du refroidissement supplémentaire de cet air comprimé. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple nullement limitatif, et sur lesquels : la figure 1 est un schéma d'un système complet de séparation 30 de l'air en oxygène et en azote gazeux constituant les produits ; ce système utilise une seule turbine d'expansion ou de détente pour l'azote produit, selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 est un schéma d'une autre section C de séparation de l'air à basse température pour la production marginale d'un 35 produit liquide en utilisant deux turbines de détente pour l'azote produit ; 71 46809 6 2120034 la figure 3 est un schéma d'une autre section 0 de séparation de l'air à basse température, caractérisée par un seul transfert de liquide riche en azote vers l'azote gazeux en vue d'une rectification à plus basse pression ; 5 la figure 4 est un schéma d'une autre variante encore de la section C de séparation de l'air à basse température, caractérisée par une détente, avec travail, de l'air partiellement refroidi et par le passage de cet air autour de la colonne de rectification, c'est-à-dire l'utilisation d'un excès d'air ; et 10 la figure 5 est une autre section C caractérisée par la détente, avec production de travail, de la majeure partie de l'air ayant subi un refroidissement supplémentaire. En se référant maintenant aux dessins et en particulier à la figure 1, on voit que le système comprend trois sections principa-15 les : la section d'énergie A, la section de pré-purification B et la section de séparation de l'air à basse température G. l'air d'alimentation est introduit par une conduite 10 et il est comprimé dans le premier compresseur de base 11 jusqu'à une première pression, supérieure à la pression atmosphérique et par exemple 20 égale à une valeur absolue de 6,79 bars, puis il passe dans la conduite 12. Il est ensuite divisé en deux parties, une partie mineure dans une conduite latérale 13 et une majeure partie dans une conduite 14. La partie mineure, et qui comprend par exemple 25 à 30 fo èn volume de la totalité de l'air d'alimentation, est dirigée 25 vers une chambre de combustion 15 avec du combustible introduit par une conduite 16. Ce combustible peut comprendre un fluide combustible propre pour la chauffe,comme par exemple une huile,ou un mélange gazeux comprenant un combustible comme du méthane ou de l'oxyde de carbone. On introduit suffisamment d'air par la condui-30 te 13 vers la chambre de combustion 15 pour assurer une oxydation complète du combustible et l'on utilise de façon typique à cette fin un excès d'air correspondant à 20 à 30 ^ de la stoechiométrie. On fait brûler le mélange dans la chambre 15 afin de former un gaz de combustion relativement chaud à une pression supérieure à la 35 pression atmosphérique et dont la température est par exemple de 1650°C. On fait passer ce gaz chaud par une conduite 16 vers une chambre 17 de refroidissement ou de fixation pour le mélanger avec 71 46809 7 2120034 du gaz riche en azote et relativement froid que l'on injecte dans cette chambre par une conduite 18. On mélange ces gaz dans la chambre de refroidissement 17 afin de former un mélange gazeux à une température intermédiaire, qui est par exemple de 870°C, 5 également à une pression supérieure à la pression atmosphérique et égale par exemple à une valeur absolue de 6,79 bars. On fait passer par une conduite 16 le mélange gazeux enrichi en oxygène • vers une turbine de détente 19 pour la production d'un travail externe et le gaz est déchargé de cette turbine à une pression 10 moindre, par exemple à une pression absolue de 1,05 bar et à une plus faible température, par exemple 500°C. lia chambre de combustion 15 et la chambre de refroidissement 17 sont séparées en ce sens qu'il existe au moins une chicane pour les diviser. Par exemple, la chambre de combustion 15 peut 15 être située sur le bâti de l'ensemble compresseur-turbine, sous la forme de plusieurs chambres cylindriques groupées autour du compresseur et dont l'évacuation s'effectue directement dans les aubes de la turbine. Il s'agit normalement d'une construction entièrement métallique et,lorsqu'on protège de façon appropriée le 20 métal par une couche de gaz de refroidissement riche en azote, la température du gaz enrichi en azote et qui entre dans le dispositif de détente 19 peut être aussi élevée que 900°C. En variante, la chambre de combustion 15 et la chambre de refroidissement 17 peuvent être séparées du bâti de l'ensemble de compresseur 25 et de turbine, des tuyaux ou des conduites transportant l'air comprimé du compresseur 11 vers la chambre de combustion 15, la chambre de refroidissement 17 et de là vers la turbine 19» la chambre de refroidissement 17 située en dehors du bâti peut- avoir un revêtement d'isolement réfractaire, de sorte que la plus haute 30 température intermédiaire possible soit inférieure à celle existant avec des parois métalliques et soit de l'ordre de 730°C. Dans les modes de réalisation disponibles à l'échelle commerciale ou industrielle, la zone de combustion et la zone de refroidissement sont toutes deux situées dans le même compartiment ou la 35 même chambre et elles ne sont séparées que par une chicane. Si les deux zones 15 et 17 sont contenues dans des récipients séparés et sont reliées par une conduite 16, comme représenté à la figure 1, cette conduite doit supporter la température de combustion de 71 46809 8 2120034 1650°C. La majeure partie de l'air comprimé de la conduite 14 est partiellement refroidie dans le conduit 14a traversant le premier échangeur de chaleur 14b jusqu'à une température qui est encore 5 supérieure à la température ambiante pour en enlever la chaleur de compression, puis cet air subit une compression supplémentaire jusqu'à une seconde pression supérieure à la pression atmosphérique et égale par exemple à une valeur absolue de 23,45 bars dans un surpresseur d'air 20. L'énergie nécessaire pour entraîner le 10 compresseur de base 11 et le surpresseur 20 est fournie par le travail recueilli par l'arbre du dispositif 19 de détente avec une jonction 21. Cette jonction peut comprendre un dispositif de variation de vitesse comme une boîte de vitesses ou carter de transmission. Par exemple, les deux tiers du travail externe du 15 dispositif de détente 19 peuvent servir à faire fonctionner le compresseur de base 11 et le tiers restant peut servir d'énergie pour entraîner le surpresseur d'air 20. En variante, le dispositif de détente 19 peut être surdimensionné par rapport à l'énergie nécessaire pour comprimer l'air pour la section C de séparation 20 de l'air à basse température, de sorte" que l'on produit plus de travail externe qu'il n'en faut pour la compression de l'air. Dans ce cas, le reste du travail fourni par la turbine, et qui est disponible sur l'arbre, peut servir dans d'autres dispositifs consommant de l'énergie, par exemple dans des générateurs électri-25 ques. L'excès d'air provenant du compresseur 11 peut être dévié de la conduite 12 vers la conduite 16 en aval de la chambre 15 de combustion par une conduite 12a et une vanne de réglage 12b que contient cette conduite 12a, et cet excès n'est pas inclus dans l'air divisé en une partie majeure et en une partie mineure par 30 les conduites 14 et 13, respectivement. On doit également comprendre que, bien qu'un accouplement soit nécessaire entre l'arbre de la turbine de détente 19 et les arbres du compresseur de base 11 et du surpresseur 20 dans l'appareil de la présente invention, le travail externe peut être transféré indirectement vers l'un de 35 ces compresseurs ou vers les deux selon le procédé de l'invention. Par exemple, le dispositif 19 de détente peut être relié directement à un générateur électrique et ce dernier peut être, à son 71 46809 9 2120034 tour, électriquement lié à un dispositif d'entraînement des compresseurs . la chaleur contenue dans le gaz détendu déchargé de la turbine 19 dans la conduite 22 est de préférence récupérée, par 5 exemple en chauffant de l'eau introduite par une conduite 23 pour alimenter le bouilleur 24. le gaz détendu et refroidi sort du bouilleur 24 par une conduite d'échappement 25 et la vapeur d'eau, de préférence sous une pression absolue élevée, par exemple à 42 bars et à la température de'400°C,sort du bouilleur 24 dans 10 la conduite 26. Une partie, ou la totalité de la vapeur, peut être exportée par une conduite latérale 27. En variante ou en plus, il peut y avoir détente avec production de travail dans une turbine auxiliaire 28. Un arbre commun 21 associe de préférencQfcette turbine auxiliaire 28 à l'ensemble énergétique constitué par le 15 compresseur de base 11, la turbine 19 et le surpresseur 20. la vapeur d'eau détendue à basse pression et qui provient de la tur- ' bine auxiliaire 28 dans une conduite 29 à 215°C peut-être, peut, par exemple, être injectée dans la chambre de refroidissement 17 ainsi que le mélange gazeux contenant de l'azote, comme illus-20 tré à la figure 1. De cette façon, on réduit à son minimum la quantité de gaz nécessaire à cette fin et qui provient de la section C de séparation de l'air à basse température. En variante, on peut condenser la vapeur d'eau détendue à basse pression de la conduite 29 et la faire circuler à nouveau vers le bouilleur 25 24. Dans l'un ou l'autre cas, on utilise le travail produit par la turbine auxiliaire 28. Si on le désire, on peut relier un compresseur auxiliaire d'air (non représenté) au dispositif énergétique par l'arbre 21 pour absorber une portion du travail que fournit ce dispositif, et absorber par exemple le travail fourni 30 par la turbine auxiliaire 28. Un dispositif classique (non représenté) peut refroidir, en vue d'une condensation de l'humidité, l'air surcomprimé provenant du surpresseur 20 a une pression absolue de, par exemple, 23,45 bars et qui passe dans la conduite 30, et l'on peut faire 35 passer cet air vers la section de pré-purification B pour que cet air traverse les pièges à adsorption 31 et 32 destinés à l'adsorption sélective des impuretés de l'air, à savoir HgO, C02 71 46809 2120034 et CgHg. L'agent d1adsorption peut être, par exemple, le tamis moléculaire connu dans le commerce sous le nom de zéolite calci-que A. Les pièges 31 et 32 pour l'adsorption des impuretés comportent des tuyaux de raccordement, des vannes et interconnexions 5 appropriés aux extrémités d'entrée et de sortie pour permettre des écoulements parallèles et successifs afin d'assurer un fonctionnement continu. Après s'être chargés des impuretés de l'air, les pièges à adsorption sont nettoyés, par exemple par la suite des opérations comportant une diminution partielle de la pression, 10 un chauffage pour une désorption à l'aide d'un gaz riche en azote, séparé dans la section C mais devant être finalement rejeté après avoir servi de gaz de "balayage, refroidissement à l'aide de ce même gaz azoté destiné à être rejeté, et nouvelle mise sous pression par de l'air d'alimentation provenant d'une conduite 30. 15 Comme illustré, on fait passer dans une vanne d'admission 33 l'air surcomprimé vers le piège à adsorption 31 pour que l'air s'y purifie, et l'air sort par une soupape ou vanne de sortie 34a. Pendant cette période, un ventilateur 34"b fait passer en dérivation dans la conduite 34c le gaz riche en azote qui provient de la section 20 C de séparation de l'air- ; ce gaz est chauffé dans le réchauffeur 34d,par exemple jusqu'à '290°C,et il est envoyé dans le piège 32 à adsorption, par l'extrémité normale de sortie de l'air de ce piège 32, pour désorber et enlever les impuretés restantes, qui n'ont pas été désorbées pendant l'opération de diminution partiel-25 le de la pression. Le gaz de purge, contenant les impuretés atmosphériques, sort par l'extrémité réservée normalement à l'entrée de l'air du piège 32 et revient par la conduite 34e vers le courant principal de gaz riche en azote. Pendant ce stade de refroidissement, l'écoulement est le même sauf que le gaz riche en azote 30 n'est pas chauffé dans le dispositif de chauffage 34d et qu'il entre de préférence dans le piège 32 au voisinage de la température ambiante. On dirige ensuite l'air surcomprimé et purifié vers un second échangeur de chaleur 35 de la section C de séparation de l'air 35 pour que l'air s'y refroidisse davantage jusqu'à une température inférieure à la température ambiante et qui est, de préférence, supérieure d'au moins 10QK à la température de saturation à la 71 46809 " 2120034 pression existante, par exemple à 134°K environ pour une pression absolue de 22,4 bars. En particulier, l'air est introduit dans un conduit 36 qui traverse 1'échangeur de chaleur 35 et cet air est refroidi par deux courants séparés de gaz riche en azote et 5 d'oxygène qui constitue le gaz produit. Le plus fort courant de gaz riche en azote estlntroduit dans un conduit 37 et il sera désigné dans la suite du présent mémoire comme étant de l'azote gazeux résiduaire ou rejeté. Le plus faible courant de gaz riche en azote est introduit dans un conduit 38 et sera désigné dans la 10 suite du présent mémoire comme étant l'azote gazeux produit. On introduit l'oxygène gazeux produit dans un conduit 39 quô/uraverse le second échangeur de chaleur 35. L'air refroidi davantage,qui entre dans la colonne à plus forte pression relative 40,est de préférence surchauffé à 10°K 15 au moins au-dessus de la température de saturation. Cette surchauffe agit sur le liquide enrichi en oxygène et qui effectue un trajet descendant et elle provoque un écoulement supplémentaire de vapeur ascendante, ce qui améliore le rendement de la rectification. La technique antérieure refroidit habituellement l'air 20 d'alimentation jusqu'à une température sensiblement égale à la température de saturation,car l'on pensait que cela était nécessaire pour enlever les impuretés de l'air par une réfrigération profonde pour un dépôt quasi complet dans des échangeurs de chaleur du type à écoulements inversés. Dans ce mode préféré de réa-25 lisation, on enlève les impuretés de l'air par une adsorption sélective avant le second stade de refroidissement plus poussé, comme décrit antérieurement ci-dessus. On sépare l'air froid en un liquide enrichi en oxygène et qui s'accumule dans l'extrémité inférieure de la colonne, d'une 30 part, et en un gaz riche en azote qui se trouve à l'extrémité supérieure, d'autre part. On prélève le liquide, qui peut comprendre par exemple environ 36 fi d'oxygène, par le conduit de transfert 41 et on le divise de préférence en deux parties en vue d'un sous-refroidissement avant l'introduction dans la colonne 42 35 de rectification à une pression relativement moindre. On dirige une partie vers un troisième échangeur de chaleur 43 et un conduit 44 qui traverse cet échangeur de chaleur pour un sous-refrois- 71 46809 12 2120034 sement aux dépens de l'azote produit plU3 froid, qui a subi une détente avec production de travail et qui traverse le conduit 45 de cet échangeur 43. l'autre partie du liquide enrichi en oxygène est dirigée vers un quatrième échangeur de chaleur 46 et 5 un conduit 47 qui traverse cet échangeur 46 pour y subir un sous-refroidissement aux dépens de deux fluides plus froids provenant de la colonne 42 de rectification à une moindre pression relative : l'azote gazeux produit qui circule dans un conduit 48 et l'azote gazeux résiduaire ou à jeter qui circule dans un conduit 49* les 10 deux liquides résultant du sous-refroidissement se groupent dans la conduite 41 ; par passage dans une vanne 50, ces liquides subissent un étranglement qui les porte à la pression absolue de service dans la colonne 42, par exemple à 75,6 bars, et ils sont introduits dans cette colonne à un niveau intermédiaire entre 15 les extrémités supérieure et inférieure. En revenant au fonctionnement de la colonne 40 à plus grande pression relative, on voit que l'on peut en retirer, par une conduite de transfert 51, du liquide ayant une concentration en oxygène intermédiaire entre celle du gaz riche en oxygène et que 20 l'on trouve à l'extrémité supérieure et du liquide enrichi en oxygène que l'on trouve à l'extrémité inférieure ; ce liquide de concentration intermédiaire peut comporter par exemple 12 tfo de Og. On peut soumettre ce liquide ensuite à un sous-refroidissement dans un conduit 53 qui traverse un cinquième échangeur de chaleur 25 52 aux dépens de l'azote gazeux produit plus froid qui circule dans un conduit 54 de cet échangeur -52 et aux dépens de l'azote gazeux de rebut qui circule dans un conduit 55. le liquide sous-refroidi subit un étranglement par une vanne 56 et il est introduit dans la colonne 42 de rectification à plus basse pression relative, 30 cette introduction s'effectuant à un niveau intermédiaire pour y constituer une séparation et un reflux. La vapeur riche en azote, qui atteint l'extrémité supérieure de la colonne 40 à pression relative plus élevée, peut contenir, par exemple, 10 parties par million d'oxygène environ. On dirige 35 cette vapeur par un conduit 57 vers un échangeur de chaleur 58 en vue d'une liquéfaction par le liquide riche en oxygène et qui provient de la colonne à moindre pression relative ; ce liquide, à son tour, se vaporise au moins partiellement. L'azote se trouve 71 46809 13 2120034 à la pression relative plus élevée de la colonne 40 alors que l'oxygène se trouve à la pression relative moins élevée de la colonne 42. Le rapport entre les pressions de l'azote et de l'oxygène doit être suffisant pour permettre la différence nécessaire 5 des températures pour obtenir l'échange de chaleur, et par exemple doit permettre une différence de température de 1 à 3°K. En raison des plus fortes pressions caractéristiques des deux stades de rectification du présent procédé, le rapport entre les pressions est moins élevé que celui normalement mis en prati- 10 que dans les colonnes de rectification doubles destinées à la séparation de l'air, c'est-à-dire que le rapport est inférieur à 3,4 (en se fondant sur une différence de température de 3°K). Comme antérieurement indiqué, des pressions absolues typiques pour au niveau de le fonctionnement de telles colonnes,/ l'échange de chaleur entre 15 la vapeur riche en azote et le liquide riche en oxygène,sont de 1,75 bar et de 6,3 bars, de sorte que le rapport entre les pressions est de l'ordre de 3,6. La pression dans lçêecond échangeur de chaleur 35 est également inférieure à celle des échangeurs correspondants de chaleur de la technique antérieure, de sorte que 20 les gaz séparés dans la colonne 42 et qui s'écoulent vers cet échangeur risquent de ne pas avoir assez de volume pour enlever la totalité des impuretés de l'air dans les conduits traversant cet échangeur 35 lorsqu'on inverse le sens de circulation dans ces conduits en y faisant passer de l'air d'alimentation comprimé. 25 Un autre problème est que l'auto-nettoyage nécessite la fermeture de la différence des températures à l'extrémité froide lorsqu'on inverse le sens de circulation dans les échangeurs de chaleur, mais aux grandes pressions caractéristiques de la présente invention ,1a différence des chaleurs spécifiques des courants tend à 30 étaler grandement la différence des températures à l'extrémité froide. Une autre considération est qu'en inversant le sens de fonctionnement des échangeurs de chaleur,on n'enlève pas toutes les impuretés de l'air et qu'il faut des pièges à gel à l'extrémité froide pour une purification finale avant que l'air n'entre 35 dans la colonne de rectification. Aux pressions élevées caractérisant la présente invention, la température à l'extrémité froide du sacaid échangeur de chaleur 35 est considérablement plus élevée 71 46809 U 2120034 que dans les installations à basse pression et une quantité nettement plus importante d'impuretés risquerait d'échapper à une séparation par congélation lors de l'inversion du sens de fonctionnement d'un échangeur de chaleur. Cela signifie que la charge de 5 la purification finale serait plus grande et que les pièges à gel de l'extrémité froide auraient des grandes dimensions prohibitives. Par conséquent, le second échangeur de chaleur 35 n'appartient pas au type à inversion des écoulements et il faut enlever les impuretés de l'air atmosphérique avant de faire écouler la majeure par-10 tie surcomprimée vers la section C de séparation de l'air à basse température, sinon, ces impuretés vont se déposer dans les échangeurs de chaleur à basse température et dans les colonnes de rectification. On effectue ce nettoyage dans la section B, antérieurement décrite, de nettoyage de l'air. 15 le liquide riche en azote formé dans 1'échangeur 58 de cha leur est divisé en deux portions. On.renvoie une partie par un conduit 59 pour servir de reflux à l'extrémité supérieure de la colonne 40 de rectification à pression relative élevée et l'on dirige l'autre partie par un conduit 60 tout d'abord vers un con-20 duit 61 qui traverse le -cinquième échangeur de chaleur 52 pour un sous-refroidissement et puis dans la colonne 42 fonctionnant à pression relative moindre pour y servir de reflux après un étranglement lors du passage dans la vanne 62. Il convient de noter que deux liquides riches en azote sont transférés à titre 25 Ii'azote gazeux produit sort de l'extrémité supérieure de la colonne 42 et passe dans le conduit 6-3, par exemple sous une pres-35 sion absolue de 7,35 bars et sa pureté peut être de 99,999 On peut faire passer ce courant froid dans un conduit 54 du cinquième échangeur de chaleur 52 pour effectuer le sous-refroidissement du 71 46809 15 2120034 liquide transféré de la colonne 40 à pression relative plus élevée, ce qui détermine un échauffement partiel ou une surchauffe de ce courant d'azote. Cet azote peut se réchauffer encore en circulant dans le conduit 48 qui traverse le quatrième échangeur de chaleur 5 46 et y effectuer le sous-refroidissement du liquide enrichi en oxygène, lequel passe dans le conduit 47 de cet échangeur 46. L'azote produit et qui s'est encore échauffé jusqu'à environ 119°£ se détend alors, de préférence avec fourniture de travail, dans la turbine 64 pour atteindre une moindre pression absolue, par 10 exemple 3,92 bars et il se refroidit ainsi jusqu'à 104°K environ. L'azote produit et qui s'est refroidi fait subir un sous-refroidissement au liquide enrichi en oxygène en s'écoulant dans le conduit 45 qui traverse le troisième échangeur de chaleur 43/ et cet azote passe ensuite dans le conduit 38 pour que sa réfrigération-15 sensible restante puisse être récupérée par l'air sureomprimé-qui circule dans le conduit % traversant l'échangeur 35. Si l'utilisation finale l'exige, cet azote gazeux produit, et qui émerge de l'extrémité chaude du conduit 38 traversant l'échangeur 37, peut être recomprimé par un dispositif non représenté. 20 L'extrémité inférieure de la colonne 42 à'moindre pression relative fournit l'oxygène gazeux produit et l'envoie dans le conduit 65, par exemple à une pression absolue de 7,77 bars et à une température de 115°K î cet oxygène passe par un conduit 39 du second échangeur de chaleur 35 où sa réfrigération sensible est 25 également récupérée par l'air surcomprimé circulant dans le conduit 36. On peut également, si on le désire, comprimer à nouveau l'oxygène gazeux produit ainsi réchauffé. L'azote gazeux de rebut sort à un niveau intermédiaire de la colonne 42 à moindre pression relative; il passe dans le con-30 duit 66 et peut comprendre par exemple 92 ^ de ^ et 8 ^ de Og. Ce gaz froid est partiellement réchauffé dans le conduit 55 du cinquième échangeur de chaleur 52 par échange avec les liquides transférés de la colonne 40 à moindre pression relative, puis ce gaz est encore réchauffé dans le conduit 49 traversant le quatriè-35 me échangeur de chaleur 46 et il y effectue un sous-refroidissement du liquide de transfert, enrichi en oxygène, qui circule dans le conduit 47 traversant cet échangeur 46. L'azote résiduaire ou 71 46809 16 2120034 de rebut, qui s'est encore réchauffé jusqu'à environ 119°K, contient encore une quantité considérable de réfrigération sensible au-dessous de la température ambiante, et l'on récupère cette réfrigération dans le second échangeur de chaleur 35 en faisant 5 passer l'azote de rebut dans le conduit 37 en relation d'échange de chaleur avec l'air de refroidissement surcomprimé qui circule dans le conduit 36. Comme antérieurement indiqué à propos de la section B de pré-purification, le ventilateur 34b dévie une portion de l'azote 10 de rebut provenant du second échangeur de chaleur 35 (et décrit en gros dans le présent mémoire comme étant du gaz riche en azote) du conduit 66, pour constituer un gaz de refroidissement et de purge pour les pièges d'adsorption 31 et 32, et renvoie ce gaz par le conduit 34e dans le conduit 66. 15 Le gaz de rebut ou riche en azote, qui provient des sections B de pré-purification et C de séparation de l'air et qui circule dans le conduit 66 est dirigé vers le conduit 67 traversant le premier échangeur de chaleur 14b où il refroidit partiellement la majeure partie de l'air comprimé circulant dans le conduit 14a et il en-20 lève la chaleur de compression, par exemple jusqu'à 130°C. Bien que le gaz de rebut riche en azote qui provient du premier échangeur de chaleur 14b soit à des températures supérieures à la température ambiante, et soit par exemple à 245°C environ, il est froid'relativement aux 1650°C du gaz de combustion que la chambre 25 15 envoie dans le conduit 16 ; le conduit 18 injecte ce gaz de rebut dans le conduit 16 pour y effectuer un refroidissement de la façon antérieurement décrite. L'invention décrite ci-dessus procure des avantages impor- d.© tants par rapport aux systèmes/ séparation de l'air à basse tem-30 pérature selon la technique antérieure. L'oxygène et l'azote gazeux produits sont fournis sous pression, ce qui diminue fortement ou même, dans certains.cas, élimine les frais et les complexités de la compression des produits. Puisque les frais de compression des produits constituent souvent un chef important de dépen-35 ses dans une installation de séparation de l'air, la diminution de ces frais grâce à l'invention exerce un effet important sur le prix de revient global du produit. En se fondant sur le mode de 71 46809 17 2120034 réalisation représenté à la figure 1, cette diminution des frais pour la production, par de plus grandes installations,' d'un produit h 98 fo de Ng et d'un produit à 98 fo de Og est d'environ 5-10 fo en supposant que les produits gazeux et 02 soient fournis aux 5 pressions absolues respectives de 3,5 bars et de 7 bars. Uh autre avantage de l'invention est la diminution des frais d'investissement dans l'installation, en raison du fait qu'il faut un équipement plus petit pour traiter les fluides à pression plus élevée. De même, en se fondant sur une*grande installation, le mode de 10 réalisation représenté à la figure 1 permet une économie de l'ordre de 5 5» sur les investissements initiaux. Il existe de nombreuses modifications au mode de réalisation représenté par la figure 1, et ces modifications ont été envisagées comme faisant partie de l'invention. Par exemple, le 15 premier échangeur de chaleur 14b, destiné à refroidir partiellement la majeure partie de l'air comprimé et à réchauffer encore davantage le gaz riche en azote, peut être situé dans le conduit 30 de sortie du surpresseur plutôt que dans le conduit d'admission 14. De même, la section B de pré-purification pour enlever 20 les impuretés de l'air peut être située dans le conduit 14 en amont du surpresseur 20. Comme autre modification, on peut enlever les impuretés de l'air dans des échangeurs de chaleur, du type ne comportant pas une inversion des écoulements, et où les impuretés se déposent 25 dans des conduits traversant ces échangeurs et qui sont refroidis par du gaz froid provenant du système ou provenant d'un réfrigérant fourni par l'extérieur du système. Pour le dépôt des impuretés, il est nécessaire de refroidir l'air d'alimentation jusqu'au point de rosée de l'impureté à la pression existante, comme le 30 comprendront bien les experts en ce domaine. Pour un fonctionnement continu, il est nécessaire de prévoir en double les échangeurs de chaleur du type ne comportant pas une inversion des écoulements, de sorte que l'on puisse nettoyer un conduit chargé d'impuretés et que l'on puisse faire circuler l'air dans un conduit 35 préalablement nettoyé. On peut, par exemple, nettoyer le conduit chargé d'impuretés en faisant écouler dans ce conduit un gaz de purge chauffé, de façon analogue au mode opératoir^de régénération 71 46809 18 2120034 antérieurement décrit dans le cas des pièges 31 et 32 comportant des matières d1adsorption. les figures 2 à 5 illustrent certaines modifications de la section G de séparation de l'air à basse température selon la 5 figure 1 ; on peut utiliser ces modifications avec la section de travail ou d'énergie A et la section B de pré-purification. On n'étudiera que les caractéristiques différentes de celles antérieurement décrites de la section C de séparation de l'air, et les éléments qui correspondent'à des éléments de la figure 1 se-10 ront identifiés par le même indice, les indices à l'extrémité de certains conduits identifient l'élément de la section B de pré-purification auquel le conduit est relié. la figure 2 illustre un mode de réalisation convenant pour une production d'oxygène liquide en plus de la production d'oxy-15 gène et d'azote gazeux, l'azote gazeux produit, que l'extrémité supérieure de la colonne 42 envoie dans le conduit 63, est partiellement surchauffé, jusqu'à, par exemple, 117°K dans le conduit 54 traversant le cinquième échangeur de chaleur 52 et il fait subir un sous-refroidissement aux liquides de transfert 20 provenant de la colonne 40 à plus grande pression relative et circulant dans les conduits 53 et 61 qui traversent cet échangeur de chaleur 52. l'azote gazeux subit ensuite une détente, avec production de travail, dans une première turbine 70 jusqu'à des conditions légèrement supérieures à celles de la saturation, comme par 25 exemple 101°K et une pression absolue de 4,06 bars, l'azote est ensuite surchauffé à nouveau dans l'échangeur de chaleur 71 et il sous-refroidit une troisième partie de l'azote liquide de plus grande pureté qui circule dans le conduit 72, cet azote de plus grande pureté ayant été prélevé par un conduit 73 sur le conduit 30 60. l'azote produit et à nouveau surchauffé subit une nouvelle détente avec production de travail dans une seconde turbine 74 avant d'entrer dans un conduit 48 traversant le quatrième échangeur de chaleur 46 pour sous-refroidir une partie du liquide enrichi en .-oxygène qui circule dans le conduit 47 traversant cet 35 échangeur 46. On peut récupérer un supplément de réfrigération à partir de cet azote qui a subi une nouvelle détente avec production de travail en faisant écouler l'azote dans un conduit 75 tra 71 46809 19 2120034 versant l'échangeur de chaleur 76 pour y sous-refroidir une quatrième partie du liquide riche en azote prélevée du conduit 60 par le conduit 77 et qui passe de là dans le conduit 75 traver -sant l'échangeur 76. Un conduit 79» comportant une vanne de ré-5 glage 80, prélève l'oxygène liquide produit à la base de la colonne 42 à moindre pression relative. Dans, le mode de réalisation présenté à la figure 3,.la section de séparation de 3.'azote de haute pureté à l'extrémité supérieure de la colonne 42 à moindre pression relative est éliminée, 10 et il existe un seul transfert de liquide riche en azote de cette colonne 42 par un conduit 60. l'azote gazeux circulant dans le conduit 63 subit successivement une surchauffe dans le cinquième échangeur de chaleur 52 et le quatrième échangeur de chaleur 46, puis il est divisé en deux parties. Une partie circule dans le 15 conduit 81 et se dirige vers le conduit 31 du second échangeur de chaleur 35 pour y refroidir encore l'air purifié et sur comprimé qui circule dans le conduit 36 traversant cet échangeur 35. Une autre partie de l'azote gazeux surchauffé se dirige par un conduit 82 de dérivation vers une turbine 83 pour une détente avec 20 fourniturçâe travail, puis elle est surchauffée *à nouveau dans un conduit 45 traversant un troisième échangeur de chaleur 43 en effectuant le sous-refroidissement du liquide enrichi en oxygène qui circule dans un conduit 44 traversant cet échangeur 43. On dirige ce gaz surchauffé à nouveau vers un conduit 84 traversant 25 le second échangeur de chaleur 35 où le reste de sa réfrigération sensible est récupéré par l'air surcomprimé et purifié qui circule dans un conduit 36 traversant cet échangeur 35 ; ce gaz du conduit 84 est ensuite jeté (82). A la figure 4, une portion de l'air surcomprimé et purifié 30 est prélevée par un conduit 85 sur le conduit 36 qui traverse le second échangeur de chaleur 35 à une température intermédiaire. Cette portion prélevée ou déviée est soumise à une détente dans la turbine 86 jusqu'à la pression de la colonne 42 à moindre pression relative et elle est ensuite partiellement réchauffée dans 35 un conduit 45 en sous-reiroidissant le liquide enrichi en oxygène qui coule dans un conduit. 44 du troisième échangeur de chaleur 43. Cet air prélevé, qui a été détendu avec fourniture de travail et 7146809 20 2120034 partiellement réchauffé, subit un nouveau réchauffage dans un conduit 87 de l'échangeur de chaleur 88 en refroidissant encore une partie de l'air surcomprimé et refroidi davantage qui provient de la conduite 30 et passe dans la conduite latérale 89 5 et le passage 90 de l'échangeur 88. l'air ayant subi un supplément de refroidissement est alors introduit dans la colonne 40 à pression supérieure relative pour y subir une séparation, l'air détendu et réchauffé qui émerge de l'échangeur de chaleur 88 dans le conduit 87 rejoint l'azote gazeux du conduit 63 pour former 10 le gaz de rebut du conduit 66. Dans ce mode de réalisation, l'air comprimé et détendu pour sa réfrigération n'est pas séparé dans la colonne de rectification mais, au contraire, il sert à constituer une partie du gaz de refroidissement dans l'échangeur de chaleur 17. 15 Dans le mode de réalisation présenté à la figure 5, la ré frigération nécessaire au procédé s'obtient par une détente préliminaire, avec production de travail, de l'air déjà refroidi avant admission dans le stade de rectification à plus grande pression relative. Dans ce cas, la pression produite par le compresseur 20 20 de la figure 1 est nettement supérieure à la pression de service dans le stade de rectification à plus grande pression relative, et la différence de pression est essentiellement celle à maintenir dans le dispositif de détente avec fourniture de travail. Cette différence de pression dépend à son tour de la réfrigération 25 nécessaire, et par exemple du fait qu' il faut , ou non, soutirer des produits liquides et, dans l'affirmative, cela dépend du fait que la quantité des produits liquides est grande ou faible. Cela constraste avec les modes de réalisation antérieurement décrits où la pression de sortie du compresseur 20 ne doit excéder la 30 pression de service dans le stade de rectification à plus grande pression relative que d'yme quantité suffisante pour surmonter les pertes par frottement dans les conduits de liaison. Plus particulièrement, dans la figure 5, l'air d'alimentation est comprimé dans une machine 20 jusqu'à une pression absolue 35 comprise entre environ 14 et environ 49 bars, cet air subit une pré-purification dans la section B et il passe par le conduit 30 dans l'échangeur de chaleur 35 pour y subir un nouveau refroidis- 71 46809 21 2120034 sement. La plus grande portion de cet air qui a subi un refroidis sement supplémentaire s'écoule par le conduit 91 vers le dispositif 93 de détente avec production de travail où sa pression est réduite pour atteindre le niveau du stade 40 de rectification à 5 plus grande pression relative, c'est-à-dire que la pression est réduite jusqu'à une valeur absolue comprise entre 10,5 et 28 bars On obtient ainsi une réfrigération et la température de l'air détendu diminue encore jusqu'au voisinage de la saturation correspondant à la pression de sortie ou de décharge. La seconde, et 10 plus faible, portion de cet air qui a subi un refroidissement supplémentaire est déviée par un conduit 92 vers un conduit 95 traversant un échangeur de chaleur 94. Cet air subit un refroidis sement supplémentaire et une liquéfaction résultant de l'action de l'azote gazeux (produit) qui coule du conduit 81 vers le con-15 duit 96 de cet échangeur 94. La seconde et plus faible portion- liquéfiée, subit un étranglement dans la vanne 97 jusqu'à la pression de service du stade 40 de rectification à plus grande pression et cette portion est admise dans cette colonne 40 pour y subir une séparation. 20 L'échangeur de chaleur 94 contribue de façon importante à l'efficacité du mode de réalisation présenté à la figure 5. La liquéfaction d'une portion de l'air d'alimentation à pression élevée stabilise la température de l'azote froid qui entre à un niveau relativement chaud dans l'échangeur de chaleur 35. Cela 25 stabilise à son tour la température de l'air ayant subi un refroidissement supplémentaire dans le conduit 91 et qui entre dans le dispositif 93 de détente avec production de travail à peu près à la même température. Ainsi, on peut faire fonctionner le dispositif 93 de détente et de production de travail afin 30 qu'il produise le maximum de réfrigération. On peut combiner d'autres stades de production d'un supplément, encore, de réfrigération avec le mode de réalisation représenté à la figure 5 ï par exemple, on peut faire appel au^fetades de détente avec travail illustrés dans les figures là 4. Cepen-35 dant, le mode de réalisation représenté à la figure 5 est capable à lui tout seul de produire un produit liquide comme de l'oxygène liquide soutiré à la base du stade 40 de rectification à moindre 71 46809 22 2120034 pression relative par un conduit 98, pourvu que le taux de détente dans la traversée de la turbine 93 soit suffisant pour assurer la réfrigération nécessaire. Il va de soi que l'invention n'a été décrite et représentée 5 qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif,et qu'elle est susceptible de recevoir diverses variantes sans sortir de son cadre. 71 46809 23 2120034 KETSKDICATIQITS 1. Procédé perfectionné pour séparer l'air par une rectification à basse température, selon lequel on sépare l'air comprimé et froid en un liquide enrichi en oxygène et en un liquide riche 5 en azote dans une colonne de rectification fonctionnant à une pression supérieure relative et dont l'extrémité supérieure est en relation d'échange de chaleur avec l'extrémité inférieure d'une colonne de rectification fonctionnant à une moindre pression relative, avec transfert de ces liquides vers la colonne de recti-10 fication à moindre pression relative pour une séparation en de l'azote et de l'oxygène constituant les produits, le procédé perfectionné étant caractérisé en ce qu'on comprime l'air d'alimentation jusqu'à une pression absolue non supérieure à 9,8 bars ; on divise l'air comprimé en une majeure partie et en une partie 15 mineure ; on mélange cette partie mineure, à titre d!oxydant, avec du combustible à brûler dans une zone de combustion afin de former un gaz de combustion relativement chaud ; on injecte du gaz riche en azote et relativement froid dans ce gaz chaud de combustion, dans une zone de refroidissement séparée, afin de 20 former un mélange gazeux enrichi en azote à une température intermédiaire et à une pression supérieure à la pression atmosphérique ; on fait détendre le mélange gazeux à température intermédiaire jusqu'à une pression inférieure avec production d'un travail externe ; on récupère une partie de ce travail externe comme énergie 25 servant à la compression de l'air d'admission ; on refroidit partiellement la majeure . partie de l'air comprimé ; on comprime davantage cette majeure partie d'air comprimé jusqu'à une pression absolue au moins égale à 10,5 bars et suffisante pour faire fonctionner l'étage ou stade à pression relative supérieure de colon-30 ne de rectification, en utilisant une autre partie du travail externe provenant de cette détente comme énergie nécessaire pour cette compression supplémentaire ; on enlève les impuretés atmosphériques de cette majeure partie d'air comprimé ; on refroidit davantage l'air surcomprimé et purifié et on en introduit au moins 35 la majeure partie dç,ns la colonne de rectification fonctionnant à une plus grande pression relative ; on fait fonctionner à une pression absolue de 3,15—10,8 bars la colonne de rectification 71 46809 24 2120034 (qui fonctionne sous une plus grande pression relative) et qui suffit pour fournir du gaz riche en azote ; on soumet au moins la majeure partie de ce gaz riche en azote à un échange de chaleur avec l'air surcomprimé et purifié afin de réchauffer 5 partiellement lQ§az riche en azote et d'assurer une partie du refroidissement supplémentaire de l'air surcomprimé et purifié ; on soumet le gaz riche en azote et partiellement réchauffé à un échange de chaleur avec la majeure partie de l'air comprimé pour effectuer le refroidissement partiel de l'air comprimé et .10 pour réchauffer encore davantage le gaz riche en azote ; on utilise le gaz riche en azote et réchauffé comme azote gazeux relativement froid à injecter dans le gaz chaud de combustion ; et l'on retire de la colonne de rectification, fonctionnant à une pression relative inférieure, de l'oxygène gazeux produit 15 que l'on soumet à un échange de chaleur avec l'air sur comprimé et purifié afin d'assurer une autre partie de la réfrigération nécessaire pour le refroidissement de cet air comprimé. 2. Procédé de séparation de l'air à basse température selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'azote gazeux produit 20 provenant de l'extrémité-supérieure de'la colonne de rectification (qui fonctionne à une moindre pression relative) constitue une partie mineure du gaz riche en azote ; on soumet cette partie à une détente avec production de travail pour en abaisser la pression et on la soumet à un échange de chaleur avec l'air puri-25 fié et surcomprimé pour constituer une autre partie de la réfrigération nécessaire pour le refroidissement de cet air purifié. 3. Procédé de séparation d'air à basse température selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'azote gazeux produit et qui a subi une détente avec production de travail subit un 30 échange de chaleur avec ls liquide enrichi en oxygène, qui provient de l'extrémité inférieure de la colonne de rectification (qui fonctionne à une pression relative supérieure) afin de sous-refroidir ce liquide enrichi en oxygène avant de subir l'échange de chaleur pour refroidir l'air surcomprimé et purifié. 35 4. Procédé de séparation de l'air à basse température selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit dans la colonne de rectification fonctionnant à une pression supérieure 71 46809 25 -2120034 relative la totalité de l'air froid surcomprimé et qui a subi un. supplément de refroidissement. 5. Procédé de séparation de l'air à "basse température selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport des pres- 5 sions absolues entre la vapeur riche en azote, qui provient de l'extrémité supérieure de la colonne de rectification fonctionnant à line pression relative supérieure, d'une part, et le liquide riche en oxygène et qui provient de l'extrémité inférieure de la colonne de rectification fonctionnant à une pression relative 10 inférieure, d'autre part, est inférieur 3,4 en se fondant sur une différence de température de 3°K pour la relation d'échange de chaleur. 6. Procédé de séparation de l'air à basse température selon la revendication 1, caractérisé en ce quron enlève les impuretés 15 atmosphériques de l'air surcomprimé par une adsorption sélective de ces impuretés ; on régénère périodiquement l'agent d'adsorption en faisant dévier une partie mineure du gaz riche en azote et partiellement réchauffé, en chauffant ce gaz et en faisant passer cette partie mineure chauffée dans l'agent d'adsorption pour le 20 purger-; et l'on renvoie le gaz de purge, contenant les impuretés atmosphériques, vers le gaz riche en azote, partiellement réchauffé et qui n'a pas été dévié, pour subir l'échange de chaleur avec la majeure partie de l'air comprimé. 7. Procédé de séparation de l'air à basse température selon 25 la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange gazeux ayant subi une détente avec production de travail subit un échange de chaleur avec de l'eau pour engendrer de la vapeur d'eau pression élevée ; on soumet cette vapeur d'eau à pression élevée à une détente jusqu'à une moindre pression afin de produire du travail 30 externe et l'on récupère ce travail externe pour constituer une partie de l'énergie nécessaire pour la compression et la sur-compression de l'air d'alimentation. 8. Procédé de séparation de l'air à basse température selon la revendication 1, caractérisé en ce que la totalité du refroi- 35 dissement du gaz de combustion est assurée par le gaz riche en azote et relativement froid. 71 46809 26 2120034 9. Procédé de séparation d'air à basse température selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on injecte dans la zone de refroidissement la vapeur d'eau, qui a subi une détente avec production de travail, pour refroidir le gaz chaud de combustion 5 ainsi que le gaz riche en azote. 10. Procédé de séparation de l'air à basse température selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on soumet l'azote gazeux produit à une détente avec production de travail jusqu'à une première pression inférieure, on le soumet à un échange de /.a colonne de rectification (fonctionnant à une pression relative supérieure) pour effectuer le sous-refroidissement du liquide avant de l'introduire dans la colonne de rectification à pression relative inférieure, puis l'on effectue une détente avec production de 15 travail de cette première pression inférieure jusqu'à une seconde pression inférieure et un échange de chaleur avec un autre liquide plus chaud prélevé sur la colonne de rectification (fonctionnant à une pression relative supérieure) avant d'effectuer l'échange de chaleur avec l'air surcomprimé et purifié, et en 20 ce que la colonne de rectification fonctionnant à une plus basse pression relative fournit un produit liquide. 11. Procédé de séparation de l'air à basse température selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidissement supplémentaire de l'air surcomprimé et purifié s'effectue jusqu'à 25 une température supérieure d'au moins 10°E au point de saturation de cet air à la pression existante. 12. Procédé pour la séparation de l'air par une rectification à basse température, caractérisé en ce qu'il comprend les stades suivants : premièrement, on comprime l'air d'alimentation 30 jusqu'à une première pression supérieure à la pression atmosphérique mais non supérieure à une valeur absolue de 9,8 bars, en utilisant comme énergie nécessaire pour cette compression une partie du travail externe provenant de la détente subséquente effectuée dans le sixième stade ; deuxièmement, on divise l'air 35 d'alimentation comprimé en une majeure partie et en une partie mineure, et l'on fait passer cette partie mineure, à titre d'oxydant, dans une zone de combustion ; troisièmement, on introduit 71 46809 27 2120034 du combusti'ble dans cette zone de combustion et l'on fait brûler ce combustible avec l'oxydant pour former un gaz de combustion relativement chaud à une pression supérieure à la pression atmosphérique ; quatrièmement, on fait passer ce gaz de combustion 5 relativement chaud vers une zone de refroidissement séparée de cette zone de combustion ; cinquièmement, on injecte un gaz riche en azote et relativement froid dans ce gaz de combustion relativement chaud dans la zone de refroidissement de façon à effectuer un mélange et à former un mélange gazeux enrichi en azote 10 à une température intermédiaire et à une pression supérieure à la pression atmosphérique ; sixièmement, on fait détendre le mélange gazeux enrichi en azote et à température intermédiaire jusqu'à une pression plus faible de façon à produire du travail externe ; septièmement, on comprime -encore la majeure partie de 15 l'air comprimé d'alimentation pour en faire passer la pression d'une première valeur supérieure à la pression atmosphérique jusqu'à une seconde valeur absolue comprise entre 10,5 et 28 bars et l'on utilise une autre partie de ce travail externe comme/ assurant ce travail de surpression ; huitièmement, 20 on refroidit partiellement la majeure partie de l'air comprimé j neuvièmement, on enlève les impuretés atmosphériques de cette partie majeure de l'air comprimé ; dixièmement, on refroidit encore l'air surcomprimé et purifié ; onzièmement, on rectifie au moins la majeure partie de l'air froid surcomprimé dans une 25 colonne de rectification à pression relative élevée de façon à produire à l'extrémité inférieure du liquide enrichi en oxygène et à l'extrémité supérieure de cette colonne un gaz riche en azote et dont la pression absolue se situe entre 10,5 et 28'bars ; douzièmement, on soumet le gaz riche en azote à un échange de 30 chaleur avec le liquide riche en oxygène à une pression absolue de 3,15-9,8 bars de façon à condenser le gaz riche en azote et à l'utiliser comme reflux pour la colonne de rectification fonctionnant à une pression relative supérieure et pour la colonne de rectification fonctionnant à une pression relative inférieure 35 tout en vaporisant le liquide riche en oxygène pour obtenir une vapeur circulant en trajet ascendant dans la colonne de rectification à pression relative supérieure ; treizièmement, on soumet 71 46809 28 212003^ une partie du liquide riche en azote, et qui provient de l'échange de chaleur du douzième stade, et le liquide enrichi en oxygène et qui provient de la colonne de rectification à pression relative supérieure, à un étranglement qui en porte la pression absolue 5 à une valeur* comprise entre 3,15 et 9,8 bars et l'on introduit chaque liquide dans la colonne de rectification fonctionnant à une pression relative inférieure en vue d'une rectification en présence de la vapeur riche en oxygène afin de produire le liquide riche en oxygène à l'extrémité inférieure de la colonne et le 10 gaz riche en azote dans la région supérieure de la colonne ; quatorzièmement, on décharge le gaz riche en azote de cette colonne de rectification à pression relative inférieure et l'on soumet au moins une majeure partie de ce gaz à un échange de chaleur avec l'air purifié et surcomprimé afin d'échauffer partiel-15 lement le gaz riche en azote et d'assurer une partie de la réfrigération destinée au dixième stade de refroidissement ; quinzièmement, on effectue un échange de chaleur entre le gaz riche en azote et partiellement réchauffé, d'une part, et la majeure partie de l'air d'alimentation comprimé, d'autre part, ce qui 20 constitue le refroidissement partiel du huitième stade ; et l'on réchauffe ainsi encore davantage le gaz riche en azote ; seizièmement, on utilise ce gaz riche en azote et qui vient d'être réchauffé par l'échange de chaleur comme gaz riche en azote et relativement froid pour le cinquième stade d'injection et de mélange 25 et dix-septièmement, on décharge l'oxygène gazeux produit de la colonne de rectification fonctionnant à une basse pression relative et l'on soumet cet oxygène à un échange de chaleur avec l'air surcomprimé et purifié, ce qui constitue une partie supplémentaire de la réfrigération nécessaire /au dixième stade de 30 refroidissement supplémentaire. 13. Appareil pour une séparation de l'air par une rectification à basse température, caractérisé en ce qu'il comprend : premièrement, un compresseur de base pour comprimer l'air d'alimentation jusqu'à une première pression absolue, supérieure à la 35 pression atmosphérique mais non supérieure à 9,8 bars ; deuxièmement, une chambre de combustion et un dispositif d'introduction d'un combustible dans cette chambre ; troisièmement, des conduits 71 46809 29 2120034 pour faire circuler une partie mineure de l'air d'alimentation comprimé du compresseur de base vers la chambre de combustion ; quatrièmement, une chambre de refroidissement, séparée de la chambre de combustion, et un dispositif pour faire passer le gaz 5 chaud de conbustion de la chambre de combustion dans la chambre de refroidissement ; cinquièmement, des conduits pour injecter du gaz riche en azote et relativement froid dans le gaz chaud de combustion dans la chambre de refroidissement afin de former un mélange gazeux enrichi en azote à une température intermédiai-10 re ; sixièmement, une turbine pour détendre le mélange gazeux enrichi en azote et de température intermédiaire jusqu'à une pression inférieure de façon à produire du travail externe ; septièmement, un premier échangeur de chaleur pour refroidir partiellement la majeure partie de l'air d'alimentation comprimé j huitiè-15 mement, un surpresseur et des conduits pour faire passer la majeure partie de l'air d'alimentation comprimé du compresseur de base vers le surpresseur, afin de faire passer la pression de l'air à une valeur absolue au moins égale à 10,5 bars ; neuvièmement, un arbre rotatif joignant le compresseur de base, le surpresseur 20 et la turbine de détente pour transférer le travail recueilli sur l'arbre de la turbine de détente au compresseur de base et au surpresseur pour constituer l'énergie nécessaire pour entraîner ce compresseur et ce surpresseur ; dixièmement, un dispositif pour enlever les impuretés atmosphériques de la majeure partie de l'air 25 d'alimentation comprimé ; onzièmement, un second échangeur de chaleur pour refroidir encore davantage l'air surcomprimé et purifié ; douzièmement, une colonne de rectification double comprenant un étage à plus grande pression relative et fonctionnant à une pression absolue comprise entre 9,8 et 28 bars, un étage à 30 plus basse pression relative fonctionnant à une pression absolue comprise entre 3,15 et 9,8 bars, et un échangeur de chaleur reliant l'extrémité supérieure de l'étage à pression supérieure et l'extrémité inférieure de l'étage à pression inférieure, des conduits sépares pour transférer du liquide enrichi en oxygène 35 de 1 'extrejmitsyinférieure de l'étage à haute pression vers l'étage à moindre pression et pour transférer du liquide riche en azote de l'extrémité supérieure de l'étage à haute pression vers l'étage 71 46809 30 2120034 à "basse pression ; treizièmement, des conduits pour faire couler au moins une majeure partie de l'air purifié, et qui a subi un supplément de refroidissement et de compression, du second échangeur de chaleur vers l'étage à pression relativement élevée de 5 la colonne de rectification pour y subir une séparation ; quatorzièmement, des conduits pour décharger le gaz riche en azote du stade de rectification à pression inférieure de la colonne de rectification et faire couler ce gaz riche en azote vers un second échangeur de chaleur pour y subir un échange de chaleur avec 1'air 10 purifié et surcomprimé, ce qui constitue une partie d'un refroidissement supplémentaire ; quinzièmement, des conduits pour faire écouler le gaz riche en azote et partiellement réchauffé, provenant du second échangeur de chaleur, vers le premier échangeur de chaleur pour y subir un échange de chaleur a,vec la majeure partie 15 de l'air d'alimentation comprimé afin de refroidir partiellement cet air d'alimentation comprimé ; seizièmement, des conduits pour faire passer le gaz enrichi en azote et encore réchauffé, à titre de gaz riche en azote et relativement froid, du premier échangeur de chaleur vers le dispositif d'injection dans la chambre de re-20 froidissement ; dix-septièmement, des conduits pour décharger l'oxygène .gazeux produit du stade à basse pression relative de la colonne de rectification, à une pression absolue comprise entre 3,15 et 9,8 bars, et à faire circuler cet oxygène gazeux vers le second échangeur de chaleur pour y subir un échange de chaleur 25 avec l'air surcomprimé et purifié afin d'effectuer une autre partie du refroidissement de l'air d'alimentation. 14. Appareil pour la séparation de l'air selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend une seconde turbine pour détendre l'azote gazeux produit, qui provient de l'extrémité 30 supérieure du stade à pression inférieure de la double colonne de rectification, jusqu'à une pression inférieure afin de produire du travail externe ; et des conduits pour faire passer l'azote gazeux produit, après sa détente et la fourniture de travail, dans un second échangeur de chaleur pour y subir un échange de chaleur 35 avec l'air surcomprimé et purifié, ce qui effectue une autre partie encore du refroidissement de cet air comprimé. 71 46809 31 2120034 15. Appareil pour la séparation de l'air selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un troisième échangeur de chaleur relié aux conduits de transfert du liquide provenant de la colonne de rectification double pour effectuer un sous-5 refroidissement d'une partie au moins du liquide enrichi en oxygène et provenant de l'extrémité inférieure du stade à haute pression pour introduire le liquide vers le stade à moindre pression de la double colonne de rectification, ce troisième échangeur de chaleur étant également relié aux conduits destinés à véhiculer 10 l'azote gazeux produit, détendu et ayant fourni du travail, pour chauffer partiellement le gaz avant de le faire passer vers le second échangeur de chaleur. 16. Appareil pour la séparation de l'air selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un quatrième échangeur 15 de chaleur relié aux conduits de transfert de liquide de la double colonne de rectification .pour effectuer un sous-refroidissement d'une partie au moins du liquide enrichi en oxygène et provenant de l'extrémité inférieure du stade à pression élevée avant de l'introduire dans le stade à pression inférieure de la double co-20 lonne de rectification ; et en ce que les premiers conduits reliés à l'extrémité supérieure de l'étage à basse pression de la double colonne de rectification pour faire circuler l'azote gazeux produit vers le quatrième échangeur de chaleur et retirer de ce quatrième échangeur l'azote gazeux produit partiellement réchauffé, 25 et le second conduit relié à un niveau intermédiaire du stade à moindre pression pour faire écouler l'azote gazeux de rebut vers le quatrième échangeur de chaleur et en retirer l'azote gazeux de rebut partiellement réchauffé, comprennent le conduit de décharge du gaz riche en azote du stade de rectification à basse 30 pression de la colonne de rectification d'eau pour faire circuler ce gaz vers le second échangeur de chaleur. 17. Appareil pour la séparation de l'air selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend un second conduit de liquide pour décharger le liquide enrichi en oxygène, provenant 35 d'un niveau intermédiaire du stade à pression élevée de la double colonne de purification et pour transférer ce liquide vers un niveau intermédiaire du stade à basse pression ; un cinquième 71 46809 32 2120034 échangeur de chaleur lié à ce conduit de transfert du second liquide et aux conduits de la colonne de rectification double pour transférer du liquide riche en azote, pour sous-refroidir chacun de ces liquides avant de les introduire dans le stade à moindre 5 pression ; et en ce qu'un premier conduit de gaz, relié à l'extrémité supérieure de l'étage à moindre pression de la colonne de rectification double pour faire circuler l'azote gazeux produit vers le cinquième échangeur de chaleur et décharger cet azote gazeux produit, partiellement réchauffé, du cinquième échan-10 geur de chaleur et l'envoyer à la seconde turbine, et le second conduit de gaz relié à un niveau intermédiaire du stade à basse pression pour faire circuler de l'azote gazeux de rebut vers le cinquième échangeur de chaleur et en décharger de l'azote gazeux de rebut partiellement réchauffé, comprennent les conduits pour 15 faire circuler au moins une majeure partie de l'air purifié surcomprimé et sur-refroidi,du second échangeur de chaleur vers le stade à plus grande pression relative de la colonne de rectification double. 18. Appareil pour la séparation de l'air selon la revendi-20 cation 13, caractérisé en ce que le dispositif d'enlèvement des impuretés comprend plusieurs pièges à adsorption sélective ; des conduits de diversion reliés à des conduits situés entre le second échangeur de chaleur et le premier échangeur de chaleur, à une extrémité, et l'extrémité de décharge de l'air purifié par 25 les pièges d'adsorption à l'autre extrémité pour faire circuler du gaz riche en azote et partiellement réchauffé ; un ventilateur dans le conduit de diversion ; un dispositif de chauffage du gaz dans le conduit de diversion ; un conduit de retour relié à une extrémité aux conduits reliant le premier et le second échangeur 30 de chaleur entre le conduit de diversion et le premier échangeur de chaleur, et relié à l'extrémité d'admission de l'air d'alimentation contenant les impuretés dans les pièges à adsorption à l'autre extrémité ; et des vannes de réglage reliées aux extrémités d'introduction et de décharge de l'air dans les pièges à 35 adsorption, ces vannes étant disposées de façon à envoyer de l'air dans un piège pour que s'effectue l'adsorption des impuretés, et à régénérer simultanément au moins un autre piège, préalablement 71 46809 33 2120034 chargé d'impuretés, en faisant circuler dans ce piège chargé un courant de gaz de purge riche en azote et chauffé, et pour régler ensuite de façon cyclique la circulation de l'air d'alimentation et celle d.u gaz de purge riche en azote. 5 19. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend un bouilleur utilisant de la chaleur perdue, des conduits pour faire passer vers ce bouilleur le mélange gazeux enrichi en azote et détendu après avoir fourni du travail ; un dispositif d'alimentation en eau pour ce bouilleur pour y subir * 10 un échange de chaleur avec le mélange gazeux afin d'engendrer de la vapeur d'ea.u à haute pression, une turbine à vapeur d'eau pour détendre cette vapeur d'eau de sa pression élevée à une pression moindre afin de produire du travail externe, et un dispositif rotatif de couplage reliant cette turbine à vapeur d'eau 15 et l'arbre rotatif reliant le compresseur de base, le surpresseur et la turbine de détente. 20. Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend des conduits pour faire circuler la vapeur d'eau détendue jusqu'à la chambre de refroidissement afin d'effectuer 20 le refroidissement du gaz chaud de combustion. - 21. Procédé de séparation de l'air à basse température selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soumet une première portion, majeure, de l'air surcomprimé et sur-refroidi à une détente avec production de travail jusqu'à la pression de la colonne 25 fonctionnant à une pression relative supérieure ; on soumet une seconde et plus faible portion de cet air surcomprimé et refroidi à un nouveau refroidissement et à une liquéfaction par échange de chaleur avec le gaz riche en azote provenant de la colonne de rectification à basse pression avant l'échange de chaleur avec l'air 30 surcomprimé et purifié ; on soumet la seconde et plus faible portion ainsi liquéfiée à un étranglement jusqu'à la pression de la colonne de rectification fonctionnant à une pression relative supérieure ; et l'on introduit la première et plus grande portion, détendue avec fourniture de travail, et la seconde portion, liqué-35 fiée et étranglée,de l'air, chacune dans le stade à pression élevée de la colonne de rectification. 71 46809 34 2120034 22. Appareil pour la séparation de l'air selon la revendication 13» caractérisé en ce qu'il comprend, dans les conduits reliant le second échangeur de chaleur et le stade à haute pression d"è~"la colonne de rectification double, une turbine pour la 5 détente d'une première portion importante de l'air sur comprimé, purifié et refroidi jusqu'à la pression du stade de rectification à haute pression ; un échangeur supplémentaire de chaleur pour refroidir encore davantage et liquéfier une seconde et plus faible portion de cet air surcomprimé, purifié et refroidi, cet échan-10 geur supplémentaire étant disposé de façon à communiquer avec le conduit reliant le stade de rectification à basse pression et le second échangeur de chaleur, de façon à introduire à titre de réfrigérant le gaz riche en azote et à faire passer ce gaz dans le second échangeur de chaleur ; un dispositif pour étrangler la 15 seconde et plus faible portion liquéfiée jusqu'à la pression du stade de rectification à haute pression et des conduits pour introduire le liquide ainsi étranglé dans le"stade de rectification à haute pression. 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