Brevet FR2839548A1 — publié le 20031114

goupilles (16) se trouvent face aux bras supports (10). 1 2839548 La presente invention est relative a un procede et une installation de separation d'air par distillation cryogenique. En particulier elle concerne un procede de production d'argon utilisant quatre colonnes. EP-A-0687876 decrit un procede de separation d'air par distillation cryogenique dans lequel i) on envoie un debit d'air comprime' epure et refroidi a une premiere colonne operant sous une haute pression ou il se separe-formant un premier debit enrich) en oxygene et un premier debit enrich) en azote ii) on envoie au moins une partie du premier debit enrich) en oxygene a une deuxieme colonne operant sous une pression intermediaire ou elle se separe formant un deuxieme debit enrich) en oxygene et un deuxieme debit enrich) en azote iii) on envoie au moins une partie du deuxieme debit enrich) en azote eVou au moins une partie du deuxieme debit enrich) en oxygene a une troisieme colonne operant sous une basse pression iv) on envole un debit liquide enrich) en azote de la premiere colonne a la troisieme colonne v) on chauffe la cuve de la deuxieme colonne au moyen d'un premier rebouilleur de cuve vi) on chauffe la cuve de la troisieme colonne au moyen d'un deuxieme rebouilleur de cuve vii) on envoie un fluide enrich) en argon de la troisieme colonne a une quatrieme colonne ou il se separe formant un debit riche en argon en tete de colonne et un debit riche en oxygene en cuve de colonne et on soutire ces deux debits de la colonne en tent que produits et viii) on chauffe la cuve de la quatrieme colonne au moyen d'un troisieme rebouilleur de cuve. Un objet de la presente invention est de pallier les defauts des procedes connus de production d'argon utilisant une triple colonne et une colonne argon. Ainsi selon la presente invention dans un procede du type precise le gaz utilise pour chauffer le troisieme rebou il leur de cuve est un g az en rich) en azote provenant de la troisieme colonne. Selon ['invention, il est prevu un procede de separation d'air par distillation cryogenique dans lequel 2 2839548 i) on envoie un debit d'air comprime, epure et refroidi a une premiere colonne operant sous une haute pression ou il se separe formant un premier debit enrich) en oxygene et un premier debit enrich) en azote ii) on envoie au moins une partie du premier debit enrich) en oxygene a une deuxieme colonne operant sous une pression intermediaire ou elle se separe formant un deuxieme debit enrich) en oxygene et un deuxieme debit enrich) en azote iii) on envoie au moins une partie du deuxieme debit enrich) en azote et/ou au moins une partie du deuxieme debit enrich) en oxygene a une troisieme colonne operant sous une basse pression iv) on envoie un debit liquide enrich) en azote de la premiere colonne a la troisieme colonne v) on chauffe la cuve de la deuxieme colonne au moyen d'un premier rebouilleur de cuve vi) on chauffe la cuve de la troisieme colonne au moyen d'un deuxieme rebouilleur de cuve vii) on envole un fluide enrich) en argon de la troisieme colonne a une quatrieme colonne ou il se separe formant un debit riche en argon en tete de colonne et un debit riche en oxygene en cuve de colonne et on soutire ces deux debits de la colonne en tent que produits viii) on chauffe la cuve de la quatrieme colonne au moyen d'un troisieme rebouilleur de cuve caracterise en ce que le gaz utilise pour chauffer le troisieme rebouilleur de cuve est un gaz enrich) en azote provenant de la troisieme colonne. Selon d'autres aspects facultatifs: - la quatrieme colonne a un condenseur de tete et le gaz condensb dans le rebouilleur de cuve de la quatrieme colonne est envoye au condenseur de tete pour le refroidir. - le gaz vaporise dans le condenseur de tete de la quatrieme est soutire comme gaz residuaire. - le gaz qui chauffe le rebouilleur de cuve de la deuxieme colonne est un gaz enrich) en azote provenant de la premiere colonne ou un gaz intermediaire de la colonne basse pression. - le gaz qui chauffe le rebouilleur de cuve de la deuxieme colonne, s'y condense partiellement, est detendu et sert ensuite a alimenter la quatrieme colonne. 3 2839548 Selon un autre aspect de ['invention, il est prevu un procede de separation d' air par distillation cryogenique dans lequel i) on envoie un debit d'air comprime, epure et refroidi a une premiere colonne operant sous une haute pression ou il se separe formant un premier debit enrich) en oxygene et un premier debit enrich) en azote ii) on envoie au moins une partie du premier debit enrich) en oxygene a une deuxieme colonne operant sous une pression intermediaire ou elle se separe formant un deuxieme debit enrich) en oxygene et un deuxieme debit enrich) en azote iii) on envoie au moins une partie du deuxieme debit enrich) en azote eVou au moins une partie du deuxieme debit enrich) en oxygene a une troisieme colonne operant sous une basse pression iv) on envoie un debit liquide enrich) en azote de la premiere colonne a la troisieme colonne v) on chauffe la cuve de la deuxieme colonne au moyen d'un premier rebouilleur de cuve vi) on chauffe la cuve de la troisieme colonne au moyen d'un deuxieme rebouilleur de cuve vii) on envoie un fluide enrich) en argon de la troisieme colonne a une quatrieme colonne ou il se separe formant un debit riche en argon en tete de colonne et un debit riche en oxygene en cuve de colonne et on soutire ces deux debits de la colonne en tent que produits caracterise en ce que l'on chauffe la cuve de la deuxieme colonne au moyen du fluide enrich) en argon soutire de la troisieme colonne, le fluide se condensant partiellement dans le premier rebouilleur de cuve avant d'etre detendu et envoye a la quatrieme colonne. L'invention sera decrite en plus en detail en se referent aux trots figures, dont la premiere figure represente un appareil de distillation d'air comparatif et les deuxieme et troisieme representent un appareil de distillation de l'air selon ['invention. La Figure 1 montre un appareil a triple colonne, dont une coionne haute pression K01, une colonne basse pression K02 et une colonne operant a une pression intermediaire entre les basse et moyenne pressions K04. Un debit d'air est comprime par le compresseur 1 jusqu'a la haute pression, le debit comprime est epure dans une unite d'epuration 3 et le debit epure est divise 4 2839548 en deux. La maeure partie de l'air 5 est envoye a la ligne d'echange 9 ou il se refroidit avant d'etre envoye sous forme gazeuse a cuve de la colonne haute pression K01. Le reste de l'air 7 est surpresse dans un surpresseur S jusqu'a une pression elevee. Apres s'etre refroidi dans la ligne d'echange 9, le debit est divise en deux, une partie 11 etant envoye a la colonne haute pression K01 et le reste 13 a la colonne basse pression K02, les deux sous forme liquide. Un debit de liquide riche 15 est soutire en cuve de la colonne haute pression K01 et est divise en deux. Une partie 23 du liquide riche alimente la cuve de la colonne K04 apres detente dans une vanne et le reste 25 est envoye a la colonne basse pression. Le liquide riche est separe pour former un debit enrich) en oxygene en cuve de la colonne et un debit riche en azote en tete de colonne. Le debit de cuve est chauffe par un rebouilleur E05 chauffe par un debit intermediaire gazeux 19 provenant d'un niveau intermediaire de la colonne basse pression. Ce debit 19 se condense en E05 et est renvoye a la colonne basse pression sous forme d'un debit liquide 21. Du liquide 27 soutire en cuve de la colonne K04 est envoye au condenseur de tete E06 de celle-ci ou il se vaporiser partiellement formant un debit gazeux 29 et un debit iiquide 31, les deux etant envoyes a la colonne basse pression. Un debit liquide 37 soutire en tete de la colonne K04 est envoye en tete de la colonne basse pression K02 avec le liquide de tete 17 de la colonne moyenne pression K01. Un debit d'oxygene liquide 33 est soutire en cuve de la colonne basse pression K02, pressurise par la pompe P01 et ensuite se vaporise dans la ligne d'echange 9 ou se rechauffe egalement un debit d'azote basse pression provenant de la tete de la colonne basse pression K02. Les sous-refroidisseurs habituels ne vent pas illustres pour simplifier la figure. La figure 2 montre un appareil a triple colonne, dont une colonne haute pression K01, une colonne basse pression K02, une colonne operant a une pression intermediaire entre les basse et moyenne pressions K04 et une colonne de produrton dargon K10. 2839548 Un debit d 'air est comprime par un compresseur (non-ill ustre) jusq u'a la haute pression, le debit comprime est epure dans une unite d'epuration (non-illustre) et le debit epure est divise en deux. La majeure partie de l'air 5 est separe de nouveau en deux pour former deux debits 5A et 5B. Le debit 5A est surpresse dans une surpresseur 6 couple a une turbine D01. L'air 5A est ensuite refroidi dans un refroidisseur D01 E, se refroidit partiellement dans la ligne d'echange 9 et est envoye a la turbine D01. L'air detendu est envoye a la colonne basse pression K02. L'air 5B est envoye a la ligne d'echange 9 ou il se refroidit avant d'etre envoye sous forme gazeuse a cuve de la colonne haute pression K01. Le reste de l'air 7 est surpresse dans un surpresseur S jusqu'a une pression elevee. Apres s'etre refroidi dans la ligne d'echange 9, le debit est divise en deux, une partie 11 etant envoye a la colonne haute pression K01 et le reste 13 a la colonne basse pression K02 apres sousrefroidissement dans E04, les deux sous forme liquide. Un debit de liquide riche 15 est soutire en cuve de la colonne haute pression K01 et est divise en deux. Tout le liquide riche alimente la cuve de la colonne K04 apres detente dans une vanne et sous-refroidissement dans E04. Le liquide riche est separe pour former un debit enrich) en oxygene en cuve de la colonne et un debit riche en azote en tete de colonne. Le debit de cuve est chauffe par un rebouilleur EOS chauffe par un debit intermediaire gazeux 19 provenant d'un niveau intermediaire de la colonne basse pression. Ce debit 19 se condense en E05. Du liquide 27 soutire en cuve de la colonne K04 est envoye en partie au condenseur de tete E06 de celle-ci ou ii se vaporiser partiellement formant un debit gazeux 32 et un debit liquide 34, les deux etant envoyes a la colonne basse pression. Le reste du liquide 28 est envoye a la colonne basse pression K02. Un debit liquide 37 soutire en tete de la colonne K04 est envoye en tete de la colonne basse pression K02 avec un liquide intermediaire 17 de la colonne moyenne pression K01 qui est sous-refroidi dans E04. Un debit gazeux 39 est soutire en tete de la colonne moyenne pression K01 comme produit. 6 2839543 Un debit d'oxygene liquide 33 est soutire en cuve de la colonne basse pression K02, pressurise par la pompe P01 et ensuite se vaporise dans la ligne d'echange 9. La colonne argon K10 est alimentee a un niveau intermediaire par le liquide detendu 39 provenant du rebouilleur de cuve E05 de la colonne K04. Le condenseur de cuve E11 de la colonne argon K10 est chauffe par une partie du debit d'azote basse pression 35 provenant de la tete de la colonne basse pression K02. L'azote condense est ensuite envoye au condenseur de tete E10 de la colonne argon K10 ou il se vaporise pour former un debit gazeux 43 qui se rechauffe dans la ligne d'echange 9. Le reste du debit 35 sert a refroidir l'echangeur E04 avant d'etre envoye a la ligne d'echange 9. Le liquide de cuve de la colonne argon est de l'oxygene pur qui est pompe dans une pompe P02, reuni au debit pompe provenant de la pompe P01 et vaporise dans la ligne d'echange. Un debit d'argon est soutire comme produit de la tete de la colonne K10. II est evidemment envisageabie de vaporiser d'autres liquides dans la ligne d'echange. Les sous-refroidisseurs habituels ne vent pas illustres pour simpliher ia figure. La figure 3 montre un appareil a triple colonne, dont une colonne haute pression K01, une colonne basse pression K02, une colonne operant a une pression intermediaire entre les basse et moyenne pressions K04 et une colonne de production d'argon K10. Un debit d'air est comprime par un compresseur (non-illustre) jusqu'a la haute pression, le debit comprime est epure dans une unite d'epuration (non-illustre) et le debit epure est divise en deux. La majeure partie de l'air 5 est separe (non illustre) de nouveau en deux pour former deux debits 5A et 5B. Le debit 5A est surpresse dans un surpresseur 6 couple a une turbine D01. L'air 5A est ensuite refroidi dans un refroidisseur D01 E, se refroidit partiellement dans la ligne d'echange 9 et est envoye a la turbine D01. L'air detendu est envoye a la colonne basse pression K02. L'air 5B est envoye a la ligne d'echange 9 ou il se refroidit avant d'etre envoye sous forme gazeuse a cuve de la colonne haute pression K01. 7 2839548 Le reste de l' air 7 est surpresse d ans un surpresseur S jusqu'a une pression elevee. Apres s'etre refroidi dans la ligne d'echange 9, le debit est divise en deux, une partie 11 etant envoye a la colonne haute pression K01 et le reste 13 a la colonne basse pression K02 apres sousrefroidissement dans E04, les deux sous forme liquide. Un debit de liquide riche 15 est soutire en cuve de la colonne haute pression K01 et est divise en deux. Tout le liquide riche alimente la cuve de la colonne K04 apres detente dans une vanne et sous-refroidissement dans E04. Le liquide riche est separe pour former un debit enrich) en oxygene en cuve de la colonne et un debit riche en azote en tete de colonne. Le debit de cuve est chauffe par un rebouilleur E05 chauffe par une debit intermediaire gazeux 40 provenant de la tete de la colonne moyenne pression. Ce debit se condense en E05 et est ensuite envoye a la tete de la colonne basse pression K02. Du liquide 27 soutire en cuve de la colonne K04 est envoye en partie au condenseur de tete E06 de celle-ci ou il se vaporiser partiellement formant un debit gazeux 32 et un debit liquide 34, les deux etant envoyes a la colonne basse pression. Le reste du liquide 28 est envoye a la colonne basse pression K02. Un debit liquide 37 soutire en tete de la colonne K04 est envoye en tete de la colonne basse pression K02 avec un liquide intermediaire 17 de la colonne moyenne pression K01 qui est sous-refroidi dans E04 et le debit condense en E05. Un debit gazeux 3g est soutire en tete de la colonne moyenne pression K01 comme produit. Un debit d'oxygene liquide 33 est soutire en cuve de la colonne basse pression K02, pressurise par la pompe P01 et ensuite se vaporise dans la ligne d'echange 9. La colonne argon K10 est de maniere classique alimentee a un niveau intermediaire par un gaz 19 provenant d'un niveau intermediaire de la colonne basse pression K02. Le condenseur de cuve E11 de la colonne argon K10 est chauffe par une partie du debit d'azote basse pression 35 provenant de la tete de la colonne basse pression K02. L'azote condense est ensuite envoye au condenseur de tete E10 de la colonne argon K10ouil se vaporise pour former un debit gazeux 43 qui se rechauffe dans la ligne d'echange 9. Le reste du debit 35 sert a refroidir l'echangeur E04 avant d'etre envoye a la ligne d'echange 9. 8 2839548 Le liquids de cave de la coronae argon eat de l'ogAne pur qui eat pomps days une pomps P02, rAuni flu dabs pomps provenan1 de la pompe PO] et vpodsA dans la ligne d'dchange. Un dabs d'argon es1 sough comma produR de la de la Cologne K10. 11 es1 Avidemment envisageable de vsporiser d'autres liquides dens la ligne d'dchange. 9 2839548 REVENDICATIONS 1. Procede de separation d'air par distillation cryogenique dans lequel i) on envoie un debit d'air (5B) comprime, epure et refroidi a une premiere colonne (K01) operant sous une haute pression ou il se separe formant un premier debit enrich) en oxygene et un premier debit enrich) en azote ii) on envoie au moins une partie du premier debit enrich) en oxygene (15) a une deuxieme colonne (K04) operant sous une pression intermediaire ou elle se separe formant un deuxieme debit (27) enrich) en oxygene et un deuxieme debit (37) enrich) en azote iii) on envoie au moins une partie du deuxieme debit enrich) en azote eVou au moins une partie du deuxieme debit enrich) en oxygene a une troisieme colonne (K02) operant sous une basse pression iv) on envoie un debit liquide (17) enrich) en azote de la premiere colonne a la troisieme colonne v) on chauffe la cuve de la deuxieme colonne au moyen d'un premier rebouilleur de cuve (E05) vi) on chauffe la cuve de la troisieme colonne au moyen d'un deuxieme rebouilleur de cuve (E02) vii) on envoie un fluide enrich) en argon de la troisieme colonne a une quatrieme colonne (K10) ou il se separe formant un debit riche en argon (45) en tete de colonne et un debit riche en oxygene (41) en cuve de colonne et on soutire ces deux debits de la colonne en tent que produits viii) on chauffe la cuve de la quatrieme colonne au moyen d'un troisieme rebouilleur de cuve (E11) caracterise en ce que le gaz utilise pour chauffer le troisieme rebouilleur de cuve est un gaz enrich) en azote (35) provenant de la troisieme colonne. 2. Procede selon la revendication 1 dans lequel la quatrieme colonne (K10) a un condenseur de tete (E10) et le gaz condense (41) dans le rebouiileur de cuve (E11) de la quatrieme colonne est envoye au condenseur de tete pour le refroidir. 1 0 2339548 3. Procede selon ia revendication 2 dans lequel le gaz vaporise (43) dans le condenseur de tete (E10) de la quatrieme colonne (K10) est soutire comme gaz residuaire. 4. Procede selon l'une des revendications precedentes dans lequel le gaz qui chauffe le rebouilleur de cuve (E05) de la deuxieme colonne (K04) est un gaz enrich) en azote provenant de la premiere colonne (K01) ou un gaz intermediaire de la colonne basse pression (K02). 5. Procede selon la revendication 4 dans lequel le gaz (19) qui chauffe le rebouilleur de cuve (E05) de la deuxieme colonne (K04), s'y condense partiellement, est detendu et sert ensuite a alimenter la quatrieme colonne (K10). 6. Procede de separation d'air par distillation cryogenique dans lequel i) on envoie un debit d'air comprime, epure et refroidi a une premiere colonne (K01) operant sous une haute pression ou il se separe formant un premier debit enrich) en oxygene et un premier debit enrich) en azote ii) on envoie au moins une partie du premier debit enrich) en oxygene a une deuxieme colonne (K04) operant sous une pression intermediaire ou elle se separe formant un deuxieme debit enrich) en oxygene et un deuxieme debit enrich) en azote iii) on envoie au moins une partie du deuxieme debit enrich) en azote etlou au moins une partie du deuxieme debit enrich) en oxygene a une troisieme colonne (K02) operant sous une basse pression iv) on envoie un debit liquide enrich) en azote de la premiere colonne a la troisieme colonne v) on chauffe la cuve de la deuxieme coionne au moyen d'un premier rebouilleur de cuve (EO5) vi) on chauffe la cuve de la troisieme colonne au moyen d'un deuxieme rebouilleur de cuve (E02) vii) on envole un fluide enrich) en argon de la troisieme colonne a une quatrieme colonne (K10) ou il se separe formant un debit riche en argon en tete de colonne (45) et un debit riche en oxygene (41) en cuve de colonne et on soutire ces deux debits de la colonne en tent que produits t 14 2839S48 carat en ce qua lion Chaucer cave de deuxiAme Cologne au moyen du guide endchi en argon (19) souhrd de la Noisome Cologne, le guide se condensant psHieNemen1 dens le premier mboudleuF de cave (EOS) avant d'6tre dAtendu et envoys la qushiAme Cologne.