Brevet FR2782787A1 — publié le 20000303

La présente invention est relative à un procédé et une installation de production d'oxygène impur par distillation d'air. De l'oxygène impur est souvent utilisé pour la production de gaz de synthèse par oxydation partielle ou reformage. Le gaz de synthèse est séparé par PSA pour produire de l'hydrogène qui est mélangé avec de l'azote pour la 0 synthèse d'ammoniac. L'oxygène impur contient typiquement de 2 à 5% d'argon. Cet argon s'accumule dans la boucle de synthèse et peut entraîner des pertes de production d'ammoniac et des pollutions éventuelles à l'occasion des purges. J-B-74023997 décrit l'usage d'un appareil de séparation d'air pour fournir de l'oxygène et de l'azote à une unité de production d'ammoniac. EP-A-0562893 décrit un procédé utilisant une double colonCe pour produire de l'azote contenant moins de'10 ppm d'oxygène pour une unité de fabrication d'ammoniac et de l'oxygène de pureté moyenne à haute,soit 95 à 99,5% en moles pour la production d'hydrogène par réaction de l'oxygène sur des hydrocarbures lourdes, I'hydrogène étant destiné à alimenter la même unité de fabrication d'ammoniac. US-A-5 775 128 décrit l'usage d'oxygène impur contenant entre 50 % et 99 % d'oxygène pour l'oxydation partielle d'un mélange d'hydrocarbures. Evidemment le problème lié à la présence d'argon peut être évité en utilisant de l'oxygène d'une pureté supérieur à 99% d'oxygène contenant moins de 1 % d'argon mais ceci augmente les coûts de production. Un procédé de ce genre est décrit dans la demande S.4322 au nom de la demanderesse qui n'a pas encore été publiée. Il est connu de produire de l'oxygène impur utilisant une double colonne et une colonne de mélange. EP-A-0636845 décrit un procédé dans lequel de l'oxygène pompé d'une double colonne est envoyé en tête d'une colonne de mélange. Le procédé utilise une colonne à pression intermédiaire du type dit colonne Etienne alimentée par du liquide riche de la colonne moyenne pression et produit de l'oxygène à 30 bar avec 95% d'oxygène, 2% d'azote et 3% d'argon. EP-A-0531182 divulgue un procédé utilisant une colonne de mélange opérant à une pression différente de celle de la colonne moyenne pression pour produire de l'oxygène ayant une pureté entre 80 et 97% d'oxygène. US-A-5490391 décrit un procédé utilisant une double colonne et une colonne de mélange avec une turbine Claude pour fournir du froid à l'appareil. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de production d'oxygène impur par distillation cryogénique de l'air caractérisé en ce que l'oxygène impur contient entre 70 et 98% d'oxygène et moins de 2% d'argon éventuellement moins de 1 % d'argon et préférablement de 1 à 29 % d'azote. Préférablement l'oxygène impur contient entre 75 et 85% d'oxygène et de 14 à 24% d'azote. L'invention sera maintenant décrite en plus de détail avec références aux figures dans lesquelles: - les Figures 1, 2 et 4 sont des diagrammes schématiques de procédés selon l'invention; et, - la Figure 3 est un schéma simplifié d'un procédé de synthèse d'ammoniac selon l'invention. Pour produire l'oxygène,on peut utiliser un procédé dans lequel on envoie de l'air dans une colonne moyenne pression d'une double colonne, on envoie un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne moyenne pression à une colonne basse pression de la double colonne, on envoie de l'air en cuve d'une colonne de mélange on envoie un liquide enrichi en oxygène de la colonne basse pression à la tête de la colonne de mélange et on soutire l'oxygène impur comme produit en tête de la colonne de mélange. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de fourniture d'oxygène impur à une unité de production de gaz de synthèse caractérisé en ce que l'oxygène impur contient de 70 à 98% d'oxygène et moins de 2% d'argon et éventuellement moins de 1 % d'argon. De préférence l'oxygène impur contient de 0 à 30% d'azote. Préférablement l'oxygène impur contient entre 75 et 85% d'oxygène et de 14 à 24% d'azote. Optionnellement, on envoie de l'air dans une colonne moyenne pression d'une double colonne,on envoie un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne moyenne pression à une colonne basse pression de la double colonne, on envoie un fluide en cuve d'une colonne de mélange, on envoie un liquide enrichi en oxygène de la colonne basse pression à la tête de la colonne de mélange et on soutire l'oxygène impur comme produit en tête de la colonne de mélange. Selon l'invention,il est également prévu un procédé de foumrniture d'oxygène impur à une unité de production de gaz de synthèse caractérisé en ce que l'oxygène impur contient de 70 à 98% d'oxygène et moins de 2% d'argon éventuellement moins de 1% d'argon. L'unité de production de gaz de synthèse peut être un appareil à reformage ou à oxydation partielle. Eventuellement le procédé de séparation d'air produit de l'argon et/ou de l'azote comme produit final. k Selon l'invention, il est aussi prévu un procédé de fourniture d'oxygène impur dans lequel l'unité de production de gaz de synthèse produit du gaz de synthèse qui est séparé en une partie enrichie en hydrogène destiné à la synthèse d'ammoniac caractérisé en ce que l'oxygène impur contient de 70 à 98% d'oxygène et moins de 2% d'argon et éventuellement moins de 1% d'argon. L'unité de production de gaz de synthèse peut être un appareil à reformage ou à oxydation partielle d'hydrocarbures. Préférablement, I'unité de production de gaz de synthse produit du gaz de synthèse qui est séparé en une partie enrichie en hydrogène destiné au synthèse d'ammoniac. Les impuretés contenues dans l'oxygène impur sont essentiellement de l'azote qui va prendre part à la réaction de synthèse d'ammoniac. Un exemple de mise en oeuvre de l'invention va maintenant être décrit en regard de la Figure 1. Tout l'air est comprimé à 6 bars dans un compresseur 1, est refroidi en 3 et épuré en eau et en dioxyde de carbone et hydrocarbures dans les lits d'adsorbant 5. L'air est ensuite divisé en trois fractions. La première fraction 6 est refroidie à sa température de rosée dans l'échangeur 13 et envoyée à la colonne moyenne pression 15 d'une double colonne 14. Le compresseur peut être entraîné par une turbine de l'unité de production de gaz de synthèse (non -illustrée). La deuxième fraction 8 est surpressée par le surpresseur 7 à 11 bars, se refroidit dans l'échangeur 13 et est envoyée en cuve d'une colonne de mélange 19. La troisième fraction 10 est surpressée par le surpresseur 9 à 8 bars, est refroidie en 13 et détendue dans la turbine d'insufflation 11 avant d'être envoyée à la colonne basse pression 17 de la double colonne. Alternativement la colonne de mélange peut être alimentée en cuve par un débit soutiré de la colonne moyenne pression ou basse pression (par exemple de l'azote basse pression). Un débit de 99 % oxygène est soutiré en cuve de la colonne basse pression 14 pressurisé à 11,8 bars par la pompe 21 et envoyé en tête de la colonne de mélange. 19. Un débit d'oxygène impur 23 à 95% d'oxygène, 4 % d'azote et 1 % d'argon est soutiré en tête de la colonne de mélange et un débit 22 est soutiré à un niveau intermédiaire de celle-ci et un débit 31 est soutiré en cuve; les deux derrners sont renvoyés à la colonne basse pression. Le débit d'oxygène impur est destiné à une unité de production de gaz de synthèse. Il peut être avantageux de renvoyer ce débit de cuve plutôt à la colonne moyenne pression si la colonne de mélange opère à une pression supérieure à celle à laquelle opère la colonne moyenne pression (voir Figure 2). Dans la Figure 2, un débit liquide 30 est envoyé de la colonne de mélange à la colonne basse pression 17 quelques plateaux au-dessus du point d'injection du débit 22 et du point d'injection du débit 10. Un débit d'azote liquide est soutiré en tête de la colonne moyenne pression, pressurisé par la pompe 25 et envoyé (en 26) à l'échangeur 13 o il se vaporise. Il va de soi que cette vaporisation n'est pas essentielle au procédé. L'azote peut être comprimé par un compresseur. Le procédé permet également de produire de l'azote basse pression soutiré en tête du minaret de la colonne 17 De l'azote impur a la basse pression sert à régénérer les lits d'adsorbants 5. La Figure 3 montre les étapes d'un procédé de production d'ammoniac selon l'invention. Un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique 1 produit de l'oxygène 2 contenant moins de 1% d'argon et de l'azote pur. L'oxygène est envoyé à une unité o des hydrocarbures 3 subissent une étape de reforming ou d'oxydation partielle. Le mélange de gaz de synthèse ainsi produit est séparé dans un PSA 5 et l'hydrogène pur 6 est envoyé au synthèse d'ammoniac 7 produit en 8 en utilisant l'azote 9 produit par l'appareil de séparation 1 0 d'air. Dans la figure 4, le débit d'air à 6 bars est divisé en trois. La fraction 6 est envoyée à la colonne moyenne pression 15 et la fraction 8 est comprimé par le compresseur 7 à n étages. La fraction 10 est comprimée par au plus n-1 étages du compresseur 8 et ensuite par le booster 49, refroidie en 13 et détendue dans une turbine Claude 41 avant être envoyée à la colonne moyenne pression. La turbine 11,41 peut produire un débit qui est au moins partiellement liquide. La colonne de mélange peut opérer à entre 2 et 30 bar. Elle peut fonctionner à la même pression que la colonne moyenne pression ou à une pression au-dessus ou au-dessous de cette valeur. L'installation des figures 1,2 et 4 peut évidemment comprendre une colonne Etienne (colonne intermédiaire d'une triple colonne) et/ou une colonne argon alimentée à partir de la colonne basse pression. Les frigories nécessaires au procédé peuvent être fournies par d'autres moyens que la détente d'air par exemple par détente d'azote de la colonne moyenne pression 15 ou de la colonne basse pression 17 si celle- ci opère sous pression. Un gaz de la colonne de mélange peut également être détendu pour fournir du froid. Dans le cas o il y aurait une colonne argon, la colonne de mélange est alimentée par un débit liquide plus riche en oxygène que le débit qui alimente la colonne argon et préférablement par un débit contenant au moins 98 % d'oxygène. La colonne de mélange peut être alimentée par un débit d'air venant d'une source autre que le compresseur d'air principal ou par un autre débit plus volatil que le liquide envoyé en tête de colonne. Eventuellement, deux puretés d'oxygène peuvent être produites en soutirant un débit liquide en cuve de colonne basse pression et en alimentant la colonne de mélange par un autre débit liquide soutiré quelques plateaux théoriques au-dessus de la cuve de la colonne basse pression. La colonne de mélange contient généralement des gamrnissages structurés de type ondulé-croisé. L'oxygène impur contenant moins de 2 ou même 1% d'argon peut provenir d'une colonne autre qu'une colonne de mélange par exemple d'une double colonne avec deux rebouilleurs dans la colonne basse pression. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'oxygène impur par distillation cryogénique de l'air caractérisé en ce que l'oxygène impur contient entre 70 et 98% d'oxygène et moins de 2% d'argon. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'oxygène impur contient de 0 à 30% d'azote. 3 Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'oxygène impur contient entre 75 et 85% d'oxygène. 4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel l'oxygène impur contient de 14 à 24% d'azote. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel on envoie de l'air dans une colonne moyenne pression d'une double colonne (14) on envoie un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne moyenne pression (15) à une colonne basse pression (17) de la double colonne, on envoie un fluide en cuve d'une colonne de mélange (19),on envoie un liquide (20) enrichi en oxygène de la colonne basse pression à la tête de la colonne de mélahge et on soutire l'oxygène impur (23) comme produit en tête de la colonne de mélange. 6. Procédé de fourniture d'oxygène impur à une unité de production de gaz de synthèse caractérisé en ce que l'oxygène impur contient de 70 à 98% d'oxygène et moins de 2% d'argon. 7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel l'unité de production de gaz de synthèse est un appareil à reformage ou à oxydation partielle. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel le procédé produit de l'argon comme produit final. 9. Procédé selon la revendication 5, 6, 7 ou 8 dans lequel le procédé produit de l'azote comme produit final. 10. Procédé de fourniture d'oxygène impur dans lequel l'unité de production de gaz de synthèse produit du gaz de synthèse qui est séparé en une partie enrichie en hydrogène destiné à la synthèse d'ammoniac caractérisé en ce que l'oxygène impur contient de 70 à 98% d'oxygène et moins de 2% d'argon.