Brevet FR2767317A1 — publié le 19990219

La présente invention est relative à un procédé et une installation de conversion d'un débit contenant des hydrocarbures par oxydation partielle. Dans ce genre de procédé, un débit contenant des hydrocarbures, typiquement du gaz naturel est converti en gaz de synthèse suite à une oxydation partielle à l'oxygène ou à de l'air enrichi en oxygène. Cette conversion peut être réalisée par un procédé de réformage, par exemple du type ATR (Autothermal Reforming) qui permet la production d'un gaz de synthèse. Suite à une conversion catalytique, le gaz de synthèse est converti en hydrocarbures liquides (Kérosène, diesel, naphtha). Ce genre de procédé est décrit dans US 5 628 931, WO 93 15999, GB 2249555, GB 2183672, EP 214 432 A. La présente invention est également relative à un procédé et une installation de séparation d'air par distillation cryogénique et, en particulier, aux procédés et aux installations permettant la production d'oxygène. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de conversion d'un débit contenant des hydrocarbures par oxydation partielle à l'oxygène caractérisé en ce que l'oxygène nécessaire à la conversion est séparé par distillation cryogénique de l'air dans une simple colonne installée sur un bateau. Selon d'autres aspects de l'invention, - le débit contenant des hydrocarbures est du méthane, du gaz naturel ou du GPL. - I'oxygène est soutiré de la simple colonne sous forme liquide, pressurisé et vaporisé. - la conversion est réalisée par un procédé de réformage produisant un gaz de synthèse, lequel réformage est suivi d'une conversion catalytique dudit gaz de synthèse en hydrocarbures liquide. - I'azote nécessaire au procédé est produit par adsorption ou par perméation. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu une installation de conversion d'un débit contenant des hydrocarbures comprenant une unité d'oxydation partielle alimentée par de l'oxygène caractérisée en ce qu'elle comprend un appareil de séparation d'air comportant une simple colonne installée sur un bateau. L'oxygène est généralement produit par distillation d'air dans une double colonne. Quand celle-ci est positionnée sur une base qui n'est pas stable, tel que le pont d'un bateau, la qualité de la distillation se dégrade car les plateaux ou les garnissages contenus dans la colonne ne peuvent pas fonctionner correctement. " Nitrogen for Inerting " Tank and Bulk Carrier, Novembre 1973 et " Distillation Problems on a Floating Plant " CEP, Novembre 1982, décrivent des solutions pour améliorer la distillation sur un bateau. Cette invention a pour but de fournir un procédé de séparation d'air compatible avec les conditions de fonctionnement sur un bateau. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une simple colonne dans lequel: i) on envoie de l'air à distiller dans une simple colonne o il se sépare en une vapeur enrichie en azote et un liquide enrichi en oxygène, ii) on chauffe la cuve de la colonne au moyen d'un rebouilleur, caractérisé en ce que l'on soutire au moins une partie du liquide enrichi en oxygène, on la pressurise et on la vaporise par échange de chaleur avec un débit sous pression. Selon d'autres aspects de l'invention, - le fluide utilisé pour chauffer le rebouilleur est de l'azote ou au moins une partie de l'air à distiller. - I'air envoyé au rebouilleur provient d'une turbine, éventuellement couplée à un surpresseur, - le débit sous pression est de l'air surpressé ou de l'azote comprimé, - on soutire de la vapeur de la tête de la colonne et on en comprime au moins une partie, - au moins une partie de l'azote comprimé est recyclée à la colonne, - il y a une production de liquide enrichi en oxygène, s - au moins une partie de l'air destiné à la colonne est refroidie à une température intermédiaire dans un échangeur de chaleur avant d'être détendu éventuellement à la pression de la colonne dans une turbine. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu une installation de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant - une simple colonne, - des moyens pour alimenter la simple colonne avec de l'air, - un rebouilleur en cuve de la simple colonne, - des moyens pour envoyer un fluide de chauffage au rebouilleur caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour soutirer un liquide enrichi en oxygène de la cuve de la simple colonne, des moyens pour pressuriser au moins une partie du liquide - des moyens pour vaporiser au moins une partie du liquide pressurisé par échange de chaleur avec un débit sous pression. Selon d'autres aspects de l'invention, - le rebouilleur est chauffé par de l'azote ou au moins une partie de l'air à distiller, - le rebouilleur est relié à une turbine, - le débit sous pression est de l'air surpressé ou de l'azote comprimé, - des moyens sont prévus pour comprimer un débit enrichi en azote soutiré en tête de la colonne. - la simple colonne contient des plateaux ou des garnissages structurés. D'autres aspects de l'invention seront maintenant décrits en se référant aux figures 1 à 3 qui sont des schémas de procédés, conformes à l'invention. Dans la figure 1, un débit d'air est comprimé par le compresseur 1 à 4,5 bars et épuré dans l'unité 2 pour enlever de l'eau et du C02. Une première fraction de l'air est surpressé à 6 bars, par le surpresseur 4 partiellement refroidie dans l'échangeur 6 et détendue dans la turbine 5 à 1,4 bars. La fraction est ensuite sous-refroidie dans l'échangeur 10 avant d'être envoyée à la colonne 8 installée sur un bateau 31. Une deuxième fraction d'air est surpressée à 70 bars dans le surpresseur 3 et condensée au moins partiellement dans l'échangeur 6. Le reste de l'air traverse entièrement l'échangeur 6, se condense au moins partiellement dans le rebouilleur de cuve 7 et est envoyé en tête de la colonne 8, après avoir été sous-refroidi et détendu dans une vanne. Un débit contenant de l'oxygène ayant une pureté d'au moins 95% sous forme liquide est soutiré en cuve de la colonne 8, pompé à 36 bars (en 9) et vaporisé dans l'échangeur 6 par échange de chaleur avec l'air surpressé à bars. La vapeur enrichie en azote est soutirée en tête de la colonne 8 et chauffée dans les échangeurs 10 et 6. Dans la figure 2, on retrouve la turbine boostée 4,5 mais le surpresseur 3 est remplacé par un cycle d'azote. De la vapeur enrichie en azote est réchauffée à la température ambiante et comprimée à 70 bars par un compresseur 30. Au moins de l'azote comprimé est recyclé à la colonne après avoir été refroidi dans les échangeurs 6 et 10. Le procédé peut également être simplifié (Figure 3) pour utiliser un seul compresseur d'air. Tout l'air est comprimé par le compresseur 4 à 28 bars environ,puis refroidi dans l'échangeur 6 jusqu'à une température intermédiaire à laquelle une partie de l'air est soutirée, détendue et envoyée dans le rebouiller 7 o il se condense au moins partiellement avant d'etre détendu dans une vanne et envoyé en tete de la colonne 8. Le reste de l'air poursuit son refroidissement et se liquéfie dans l'échangeur 6,est sousrefroidi dans l'échangeur 10 et envoyé à la colonne, après avoir été mélangé avec l'autre partie de l'air. La figure 4 montre un schéma de procédé selon l'invention dans lequel de l'air 103 est distillé dans une unité de séparation d'air 104, telles que celles illustrées dans les figures 1 à 3. De l'oxygène liquide vaporisé 105 est envoyé à une unité d'oxydation partielle 102, alimentée également par du gaz naturel 101. Le gaz de synthèse 107 ainsi produit subit une étape de conversion catalytique 109 (du type FISCHER-TROPSCH), afin de produire des hydrocarbures liquides (kérosène, diesel et/ou naphtha). REVENDICATIONS 1. Procédé de conversion d'un débit (101) contenant des hydrocarbures par oxydation partielle à l'oxygène caractérisé en ce que l'oxygène nécessaire à la conversion est séparé par distillation cryogénique de l'air dans une simple colonne (8) installée sur un bateau. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le débit contenant des hydrocarbures est du méthane, du gaz naturel ou du GPL. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel l'oxygène est soutiré de la simple colonne sous forme liquide, pressurisé et vaporise. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel la conversion est réalisée par un procédé de réformage produisant un gaz de synthèse, lequel réformage est suivi d'une conversion catalytique dudit gaz de synthèse en hydrocarbures liquide. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel l'azote nécessaire au procédé est produit par adsorption ou par perméation. 6. Installation de conversion d'un débit (101) contenant des hydrocarbures comprenant une unité d'oxydation partielle (102) alimentée par de l'oxygène caractérisée en ce qu'elle comprend un appareil de séparation d'air (104) comportant une simple colonne (8) installée sur un bateau (31). 7. Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une simple colonne (8) dans lequel i) on envoie de l'air à distiller dans une simple colonne o il se sépare en une vapeur enrichie en azote et un liquide enrichi en oxygène ii) on chauffe la cuve de la colonne au moyen d'un rebouilleur (7) caractérisé en ce que l'on soutire au moins une partie du liquide enrichi en oxygène, on la pressurise et on la vaporise par échange de chaleur avec un débit sous pression. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel le fluide utilisé pour chauffer le rebouilleur (7) est de l'azote ou au moins une partie de l'air à distiller. 9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel l'air envoyé au rebouilleur provient d'une turbine (5), éventuellement couplée à un surpresseur (4). 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9 dans lequel le débit sous pression est de l'air surpressé ou de l'azote comprimé. 11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10 dans lequel on soutire de la vapeur de la tête de la colonne (8) et on en comprime au moins une partie. 12. Procédé selon la revendication 11 dans lequel au moins une partie de l'azote comprimé est recyclée à la colonne (8). 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel il y a une production de liquide enrichi en oxygène. 14. Procédé selon l'une des revendications 7 à 13 dans lequel au moins une partie de l'air destiné à la colonne (8) est refroidie à une température intermédiaire dans un échangeur de chaleur (6) avant d'être détendu éventuellement à la pression de la colonne dans une turbine (5). 15. Installation de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une simple colonne (8), des moyens pour alimenter la simple colonne avec de l'air (103), un rebouilleur (7) en cuve de la simple colonne, des moyens pour envoyer un fluide de chauffage au rebouilleur caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour soutirer un liquide enrichi en oxygène de la cuve de la simple colonne, des moyens (9) pour pressuriser au moins une partie du liquide des moyens (6) pour vaporiser au moins une partie du liquide pressurisé par échange de chaleur avec un débit sous pression. 16. Installation selon la revendication 15 dans laquelle le rebouilleur (7) est chauffé par de l'azote ou au moins une partie de l'air à distiller. 17. Installation selon la revendication 16 dans laquelle le rebouilleur (7) est relié à une turbine (5). 18. Installation selon l'une des revendications 15 à 17 dans laquelle le débit sous pression est de l'air surpressé ou de l'azote comprimé. 19. Installation selon une des revendications 15 à 18 comprenant des moyens (30) pour comprimer un débit enrichi en azote soutiré en tête de la colonne (8). 20. Installation selon une des revendications 15 à 19 dans laquelle la simple colonne contient des plateaux ou des garnissages structurés. 21. Usage d'une installation selon une des revendications 15 à 20 sur un bateau. 22. Usage d'une installation selon une des revendications 15 à 20 dans un procédé selon l'une des revendications 1 à 5.