Brevet FR2774158A1 — publié le 19990730

La présente invention concerne les installations combinées d'au moins un four, typiquement un four de traitement de métal, alimenté en air comprimé par au moins une soufflante, et d'au moins un appareil de distillation d'air, également alimenté au moins en partie par ladite soufflante, fournissant de l'oxygène au four et comportant au moins une colonne moyenne pression et une colonne de mélange. Une installation de ce type est décrite dans le document US-A-5 244 489 (Grenier), auquel on pourra se référer pour plus de détails. Dans ce document le surpresseur de l'air fourni à la colonne de mélange est entraîné par une turbine de maintien en froid détendant la part du flux d'air adressé à la colonne moyenne pression, dans un agencement imposant, pour effectuer la surpression nécessaire, de turbiner une part importante de l'air d'alimentation de la colonne moyenne pression occasionnant des pertes de rendement d'extraction et d'énergie ainsi que des surdimensionnements des postes de réfrigération et d'épuration de l'air d'alimentation de l'appareil de distillation. La présente invention a pour objet de proposer une installation combinée du type mentionné plus haut, permettant des coûts d'exploitation réduits et avec une plus grande flexibilité dans le choix des plages de fonctionnement. Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, I'ensemble surpresseurlturbine cryogénique est couplé à un organe d'assistance auxiliaire. La présente invention a également pour objet de proposer un procédé de mise en oeuvre d'une installation combinée comprenant au moins un four et un appareil de distillation d'air comportant au moins une colonne moyenne pression et une colonne de mélange, et alimentés en air sous une pression P, par au moins une soufflante, dans lequel on dérive une partie du débit d'air fourni par la soufflante pour alimenter l'appareil de distillation d'air et où l'on surpresse une partie de cet air dérivé pour alimenter la colonne de mélange par un surpresseur couplé à au moins une turbine cryogénique détendant un fluide de l'installation et servant notamment au maintien en froid de l'appareil de distillation, dans lequel on apporte une énergie d'assistance à l'ensemble surpresseur/turbine cryogénique pour maintenir dans la colonne de mélange une pression P2 supérieure d'au moins 0,3 x 105 Pa par rapport à la pression P1 sans devoir prélever pour le turbinage une part importante du débit d'air alimentant la colonne moyenne pression. Selon une caractéristique plus particulière de l'invention, I'assistance est apportée par un moteur électrique couplé à l'arbre de l'ensemble surpresseur/turbine. L'assistance d'ensembles compresseur/turbine est connue depuis longtemps, en particulier pour assister les turbo-compresseurs de moteurs à combustion interne (cf US-A4 485 310, de Valroger ou plus récemment, US-A-5 560 208, Halimi et al., avec assistance électrique, ou US-A4 622 817, Kobayashi, avec assistance hydraulique). L'état de la technique n'enseigne par contre rien pour des applications d'alimentation d'appareils de distillation selon la présente invention. 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 i est une vue schématique d'une installation combinée selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un four de traitement de métal, en l'occurence un haut fourneau (FM), et un appareil de distillation d'air associé comprenant essentiellement, dans l'exemple représenté, une ligne d'échange principal LE, une double colonne avec une colonne moyenne pression MP et une colonne basse pression BP, et une colonne de mélange CM. Du sommet de la colonne de mélange CM par une ligne O d'oxygène moyenne pureté qui, selon l'invention, après traversée de la ligne d'échange LE, débouche dans la ligne d'air comprimé principale en amont du four FM pour enrichir en oxygène l'air fourni à ce dernier. Classiquement, du sommet de la colonne basse pression BP part une ligne d'azote impur N1. En variante, dans l'exemple représenté, la colonne basse pression BP est surmontée d'un minaret M utilisant comme reflux de l'azote liquide en provenance de la colonne MP et produisant à son sommet de l'azote pur évacué par une ligne Np pour une utilisation sur le site ou dans le voisinage de ce dernier. Le four FM et l'appareil de distillation sont alimentés en air par une même soufflante S débitant dans une ligne d'air comprimé principale A alimentant au moins le four FM avec un fort volume d'air (supérieur typiquement à 100 000 Nm3/h) sous une moyenne pression P1 inférieure à 6 x 105 Pa, typiquement entre 3 x 105 Pa et 5,5 x 105 Pa. La ligne A peut également alimenter, en simultané ou en alterné, un autre four de traitement de métal, par exemple un four électrique avec le procédé AOD. De la ligne principale A part un circuit de dérivation d'air D alimentant l'appareil de distillation en air refroidi puis épuré dans un appareil d'épuration E, typiquement du type par adsorption. En aval de cet appareil d'épuration E, le circuit D se divise en une première ligne J d'alimentation de la double colonne et une deuxième ligne L d'alimentation en air de la colonne de mélange CM. Selon un aspect de l'invention, une partie du flux d'air dans la ligne J est dérivée dans la ligne d'échange LE et turbinée dans une turbine cryogénique T pour être introduite dans la colonne basse pression BP à la basse pression de cette dernière. La turbine T est couplée à un surpresseur C disposé dans la ligne L pour surpresser l'air comprimé en provenance de la soufflante et l'adresser à la colonne de mélange CM à une pression P2 supérieure à la pression P1 d'au moins 0,3 x 105 Pa et inférieure à 1,5 x 105 Pa, typiquement comprise entre 0,4 x 105 Pa et 0,8 x 105 Pa. Selon un aspect de l'invention, I'ensemble surpresseurlturbine C-T est assisté par au moins un moteur EM couplé à la ligne d'arbre de l'ensemble C-T. Le moteur EM est d'un type électrique ou hydraulique, tels que décrits dans les documents susmentionnés. Dans la pratique, L'énergie d'appoint est de l'ordre de 30 à 500 kW, selon les caractéristiques de l'installation combinée et étant inversement corrélée à la pression délivrée par la soufflante S. Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec un mode de réalisation particulier, elle ne s'en trouve pas limitée mais au contraire susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art tout en demeurant dans le cadre des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Installation combinée comprenant au moins un four (FM) alimenté en air comprimé par au moins une soufflante (S), et au moins un appareil de distillation d'air alimenté au moins en partie par ladite soufflante (S) et fournissant de l'oxygène (O) au four, L'appareil comprenant au moins une colonne moyenne pression (MP) recevant de l'air à la pression (P1) de la soufflante et au moins une turbine cryogénique (T) détendant une partie de cet air en provenance de la soufflante, et une colonne de mélange (CM) fournissant ledit oxygène et recevant de l'air en provenance de la soufflante surpressé par un surpresseur (C) couplé à la turbine, dans lequel l'ensemble surpresseur/turbine cryogénique (C-T) est couplé à un organe d'assistance auxiliaire (EM) 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'assistance comprend au moins un moteur électrique (EM). 3. Procédé de mise en oeuvre d'une installation combinée comprenant au moins un four (FM) alimenté en air comprimé par au moins une soufflante (S) fournissant de l'air à une première pression (P1) et en oxygène par au moins un appareil de séparation de l'air, comprenant au moins une colonne moyenne pression (MP) et une colonne de mélange (CM), alimenté en air au moins en partie par la soufflante (S), dans lequel la colonne de mélange est alimentée en air provenant de la soufflante (S) et surpressé par un surpresseur (C) couplé à au moins une turbine cryogénique (T) détendant un fluide de l'installation, dans lequel on apporte à l'ensemble surpresseur/turbine une énergie d'assistance pour maintenir dans la colonne de mélange (CM) une surpression d'au moins 0,3 x 105 Pa par rapport à la pression (P1) de sortie de la soufflante. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on apporte à l'ensemble surpresseur/turbine (C-T) une énergie d'assistance pour maintenir dans la colonne de mélange une surpression comprise entre environ 0,4 x Pa et 0,8 x 105 Pa par rapport à la pression (P1) de sortie de la soufflante. 5. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que l'énergie d'assistance est une énergie électrique.