Brevet FR2690633A1 — publié le 19931105

La présente invention concerne les installations de distillation ou de séparation d'air par voie cryogénique comprenant au moins une unité de distillation ayant une entrée d'air et au moins une sortie de gaz résiduaire, une ligne de fourniture d'air reliée en sortie d'un compresseur et comprenant un dispositif de dessiccationdécarbonatation comprenant au moins deux récipients contenant chacun au moins une masse d'adsorbant et ayant chacun une entrée d'air connectable au compresseur, une sortie d'air épuré connectable à l'entrée d'air de l'unité, une entrée de gaz résiduaire connectable à la sortie de gaz résiduaire de l'unité, une sortie de gaz de décompression et une sortie de gaz résiduaire. La séparation de l'air par voie cryogénique implique une purification préalable de l'air d'alimentation de son eau et du gaz carbonique. Cette opération de dessiccation-décarbonatation est classiquement effectuée par adsorption sur une masse d'adsorbant, typiquement sur tamis moléculaire associé ou non à de l'alumine, qui doit être périodiquement régénéré, typiquement par un gaz résiduaire de l'unité de distillation. Pour cette régénération, lors de l'inversion pour passer en phase de régénération par le gaz résidaire, le récipient doit être dégonflé, ce qui provoque une perte de l'air préalablement comprimé s'y trouvant. Cette perte en air comprimé est loin d'être négligeable, et peut représenter environ 0,3 % du débit d'air pour les cycles à basse pression (inférieure à 6 x 105 Pa) et environ I,5 % pour les cycles à haute pression (supérieure à 6 x 105 Pa et pouvant atteindre et dépasser 30 x 105 Pa. Par ailleurs, les unités de séparation d'air comportent un certain nombre d'appareils de contrôle ou de commande nécessitant d'être alimentés en air dit "instrument" à une pression de l'ordre de 4 à 7 x 1n5 Pa et qui doit être exempt d'eau. La présente invention a pour objet une installation de distillation d'air et un procédé d'exploitation permettant, de façon simple et peu coûteuse en équipements, de récupérer une partie substantielle de l'air notamment épuré, habituellement perdu lors des opérations de dégonflage des récipients de dessiccationdécarbonatation, d'améliorer ainsi le rendement global de production et également d'optimiser le dispositif d'épuration de l'air. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, chaque récipient du dispositif de dessiccation-décarbonatation comporte au moins un passage de gaz connectable à un réservoir d'air comprimé, lui-même connectable à au moins un équipement de contrôle de l'installation. Dans les installations comportant un ensemble de dessiccation-décarbonatation à régénération dite "tiède", c'est-à-dire à une température de régénération peu supérieure à la température de l'air comprimé entrant dans le récipient en phase d'épuration, tel que décrit dans le document EP-A-0.456.575, au nom de la Demanderesse, dont le contenu est supposé intégré ici pour référence, les temps de cycle sont considérablement réduits en raison de la diminution des temps de chauffage et de refroidissement des récipients d'adsorption, d'où il s'ensuit que le débit de fuite d'air épuré lors du dégonflage des récipients s'en trouve augmenté et la présente invention trouve un intérêt supplémentaire dans ce type dtinstalTation. La présente invention a pour autre objet de proposer un procédé d'exploitation d'une installation de distillation d'air, comprenant les étapes de comprimer un débit d'air d'alimentation de l'installation à une pression supérieure à 6 x 105 Pa, typiquement supérieure à 9 x 105 Pa, d'acheminer dans une ligne d'entrée, l'air comprimé vers un dispositif de dessiccation-décarbonatation comprenant au moins deux récipients contenant chacun au moins une masse d'adsorbant régénérable, d'acheminer l'air comprimé desséché et décarbonaté vers une unité de distillation d'air et de régénérer périodiquement l'adsorbant de chaque récipient a) en isolant le récipient de la ligne d'entrée b) en dépressurisant le récipient c) en introduisant, dans le récipient, un gaz résiduaire de l'installation, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes, de connecter, pendant une première partie de l'étape b), le récipient en cours de dépressurisation à un réservoir d'air, et de soutirer ultérieurement du réservoir l'air comprimé pour fourniture à au moins un équipement de l'installation. Selon l'invention, une partie du débit d'air comprimé, notamment épuré, évacué des récipients lors des phases de dégonflage est récupérée dans le réservoir et utilisée par la suite en tant qu'air instrument et/ou air de regonflage des récipients, ce qui permet de réduire le débit d'air comprimé par le compresseur nécessaire au regonflage du récipient préalablement à une phase d'adsorption/épuration. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec le dessin annexé, sur lequel La figure unique représente schématiquement une installation de distillation d'air selon l'invention. On a représenté sur cette figure une installation de séparation d'air par voie cryogénique comprenant un compresseur d'air d'alimentation 1 refoulant dans une ligne d'entrée d'air 2 alimentant, en 30, une colonne de distillation 3 fournissant en sortie au moins un constituant de l'air, typiquement de l'oxygène, en 4. La ligne d'entrée d'air 2 traverse au moins un réfrigérant amont 5, un dispositif de dessiccation-décarbonatation 6 et une ligne d'échange de chaleur 7 associée à la colonne 3. Cette dernière comporte une sortie 8 de gaz résiduaire, typiquement de-l'azote impur. Le dispositif de dessiccation-décarbonatation 6 comporte au moins deux récipients en parallèle 91' 92' comportant chacun, d'un côté, une entrée d'air comprimé 101, 102, sélectivement connectable, via une vanne, à la portion amont de la ligne d'entrée 2 et, de l'autre côté, une sortie lii, 112, sélectivement connectable, via une vanne, à la portion aval de la ligne d'entrée 2. Du même côté que les sorties lii, 112, chaque récipient 91' 92 comporte une entrée 121, 122, sélectivement connectable, via une vanne, à une ligne de gaz résiduaire 13 provenant de la sortie 8 de la colonne 3 et traversant la ligne d'échange 7. Du même côté que l'entrée d'air 101, 102, chaque récipient 91' 92' comporte une sortie de décompression de gaz 141, 142 et une sortie de gaz résiduaire 151, 152 reliées, par des vannes, à des circuits d'évacuation. Chaque récipient 91' 92' contient une masse d'adsorbant 161, 162, typiquement au moins un lit de tamis moléculaire éventuellement associé à de l'alumine, les récipients 91' 92' sont interconnectables du côté des sorties 111, 112, par une ligne de pontage pourvue d'une vanne 60. Conformément à l'invention, chaque récipient 91' 92' comporte, typiquement du côté de la sortie d'air comprimé 111, 112, un passage de gaz 171, 172, sélectivement connectable, via une vanne, à une ligne de transfert 18 vers un réservoir d'air comprimé 19 comportant en outre une sortie d'air comprimé 20 sélectivement connectable, via au moins une vanne et éventuellement un détendeur, à au moins un équipement 211, 212... de commande et/ou de contrôle de l'installation. Le fonctionnement de l'installation est le suivant L'air comprimé, à une pression supérieure à 6 x 105 Pa, typiquement supérieure à 11 x 105 Pa, par le compresseur 1 est adressé, pour une phase d'épuration, à l'entrée 102 d'un (92) des récipients du dispositif de dessiccation-décarbonatation 6 pour alimentation de la colonne 3. Parallèlement, le gaz résiduaire, disponible en sortie 8 de la colonne 3, est adressé à l'entrée de gaz 111 de l'autre (161) récipient, à une température n'excédant pas avantageusement de plus de 50"C la température de l'air comprimé fourni au récipient en phase d'épuration, de façon à régénérer l'adsorbant dans le récipient 161, le gaz résiduaire étant évacué par la sortie 151 de ce dernier. Lorsque le récipient 162 a terminé sa phase d'adsorption, la vanne en amont de l'entrée 102 est fermée pour l'isoler de la sortie du compresseur 1, l'air comprimé étant alors adressé à l'autre récipient (161) pour une nouvelle phase d'épuration. La vanne en aval de la sortie d'air comprimé 112 est également fermée et la vanne entre le passage 172 et la ligne 18 est ouverte pour décharger l'air comprimé épuré à pression haute dans le récipient. 92 vers le réservoir 19 et recharger ainsi celui-ci. Lorsque la pression de l'air comprimé épuré dans le récipient 9 tombe au-dessous d'une valeur déterminée, typiquement de l'ordre de 5 x 105 Pa, la liaison entre la sortie 172 et la ligne 18 est fermée et la vanne en aval de la sortie 152 est ouverte pour achever le dégonflage du récipient 92. La vanne en amont de l'entrée de gaz résiduaire 122 et la vanne en aval de la sortie 142 sont alors ouvertes et le récipient 92 est traversé à contre-courant par le gaz résiduaire fourni par la ligne 13. Lorsque la phase de régénération de l'adsorbant 162 dans le récipient 92 est terminée, les vannes mentionnées en dernier sont refermées. Lorsque l'autre récipient 91 atteint la fin de sa phase d'adsorption, la vanne entre le passage 172 et la ligne 18 est réouverte pour regonfler le récipient 92 à pression intermédiaire avec l'air comprimé épuré provenant du réservoir 19. Lorsque le récipient est partiellement regonflé, la liaison avec la ligne 18 est alors interrompue. La fin du regonflage du récipient 92 est obtenue en ouvrant la vanne 60 en prélevant une partie de l'air épuré de production dans l'autre récipient 91. La vanne 60 est ensuite refermée et l'air comprimé par le compresseur 1 est alors est de nouveau réadressé à l'entrée 102 du récipient 92 les vannes correspondantes dans la ligne 2 étant réouvertes. Parallèlement aux opérations ci-dessus, et indépendamment de ces dernières, l'air comprimé épuré disponible dans le réservoir 19 est fourni, à la demande, aux différents équipements de contrôle ou de commande 211, 212. Dans les conditions sus-mentionnées de régénération "tiède" des masses d'adsorbants 161, 162, où la durée d'un cycle d'adsorption/ régénération des récipients 91 92 n'excède pas 4 heures, la récupération de l'air comprimé de dégonflage permet d'optimiser encore le fonctionnement du dispositif d'épuration tiède 6. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, elle ne s'en trouve pas limitée pour autant mais est au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, en sus du réservoir d'air épuré 19, on peut prévoir un réservoir d'air non épuré analogue 22 alimentable, via une vanne 23, en air non épuré basse pression disponible au dégonflage aux sorties 141, 142 et pouvant restituer l'air ainsi emmagasiné, éventuellement asséché dans un sécheur 24, via une ligne 25 à d'autres équipements 261, 262... REVENDICATIONS 1. Procédé d'exploitation d'une installation de distillation d'air comprenant les étapes de comprimer un débit d'air d'alimentation de l'installation à une pression supérieure à 6 x 105 Pa, d'acheminer, dans une ligne d'entrée (2) l'air comprimé vers un dispositif de dessiccation-décarbonatation (6) comprenant au moins deux récipients (91' 92) contenant chacun au moins une masse d'adsorbant régénérable (161, 162), d'acheminer l'air comprimé desséché et décarbonaté vers une unité de distillation d'air (3), et de régénérer périodiquement l'adsorbant de chaque récipient a) en isolant le récipient (91' 92) de la ligne d'entrée (2) b) en dépressurisant le récipient et, c) en introduisant dans le récipient un gaz résiduaire de l'installation (8), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de connecter, pendant une première partie de l'étape b), le récipient (91 92) en cours de dépressurisation à au moins un réservoir d'air (19, 22) et de soutirer ultérieurement du réservoir (19, 22) l'air comprimé pour fourniture à au moins un équipement (21j ; 16. ; 26.) de l'installation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air soutiré du réservoir (19) est fourni sélectivement à au moins un équipement (21i) de contrôle et/ou de commande de l'installation. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'air de dépressurisation fourni au réservoir (19) est de l'air épuré dans le récipient (91' 92) 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte, après une phase de régénération d'un récipient (91' 92)' l'étape de connecter le réservoir (19) audit récipient pour repressuriser ce dernier en air comprimé avant sa reconnection à la ligne d'entrée (2). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la régénération s'effectue à une température n'excédant pas de plus de 50"C la température d'adsorption de l'air comprimé. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la durée d'un cycle d'adsorption/régénération d'un récipient n'excède pas 4 heures. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz résiduaire de régénération est de l'azote impur fourni par l'unité de distillation d'air. 8. Installation de distillation d'air comprenant une unité de distillation (3) ayant une entrée d'air (30) et au moins une sortie (8) de gaz résiduaire, une ligne de fourniture d'air (2) reliée en sortie d'un compresseur (1) fournissant de l'air comprimé à une pression supérieure à 6 x 105 Pa et comprenant un dispositif de dessiccation-décarbonatation (6) comprenant au moins deux récipients (91' 92) contenant chacun au moins une masse d'adsorbant régénérable (161, 162) et ayant chacun une entrée d'air (101, 102) connectable au compresseur (1), une sortie d'air épuré (111, 112) connectable à l'entrée d'air (30) de l'unité (3), une entrée de gaz résiduaire (121, 122) connectable à la sortie (8) de gaz résiduaire de l'unité, une sortie (141, 142) de décompression de gaz et une sortie (151, 152) de gaz résiduaire, caractérisée en ce que chaque récipient (91' 92) comporte au moins un passage de gaz (171, 172 ; 141, 142) connectable à un réservoir d'air comprimé (19 ; 22). 9. Installation selon la revendication 8, caractérisée en ce que le réservoir (19) est en outre connectable à au moins un équipement (21j, 26s) de contrôle et/ou de commande de l'installation. 10. Installation selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisée en ce que le passage de gaz (171, 172) est disposé du même côté du récipient (91 92) que la sortie d'air (111, 112) et l'entrée de gaz résiduaire (121, 122), pour alimenter le réservoir (19) en air comprimé épuré.