Brevet FR2845151A1 — publié le 20040402

La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique. Il est connu de EP-A-0446004 de produire de l'oxygène ultra pur à partir d'une simple colonne de production d'azote, en prenant un débit enrichi en 5 oxygène d'un niveau intermédiaire de la simple colonne et en l'envoyant dans une colonne d'épuisement, l'oxygène ultra pur étant recueilli en cuve de la colonne d'épuisement. Le chauffage du rebouilleur de cuve de la colonne d'épuisement peut s'effectuer avec le liquide de cuve de la simple colonne, dit liquide riche. Un but de la présente invention est de démontrer que ce type de chauffage peut s'appliquer à d'autres types d'appareil de séparation d'air. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans un système de colonnes dans lequel: i) on envoie un débit d'air comprimé, épuré et refroidi à une première 15 colonne du système de colonnes ii) on condense au moins une partie d'un gaz de tête de la première colonne dans un condenseur et on renvoie au moins une partie du liquide produit à la première colonne iii) on soutire un liquide enrichi en oxygène d'une colonne du système de 20 colonnes iv) on envoie le liquide enrichi en oxygène en tête d'une colonne d'épuisement du système de colonnes et on soutire un liquide riche en oxygène en cuve de la colonne d'épuisement v) on soutire un liquide enrichi en oxygène de la première colonne et on le 25 refroidit dans un rebouilleur de cuve de la colonne d'épuisement avant de le renvoyer à une colonne du système de colonnes autre que la colonne d'épuisement. Selon d'autres aspects facultatifs - on renvoie le liquide enrichi en oxygène du rebouilleur de cuve à un 30 condenseur de tête de la première colonne; - on soutire de l'azote gazeux de la tête de la première colonne; - on alimente la colonne d'épuisement à partir d'un liquide intermédiaire de la première colonne; on renvoie le liquide enrichi en oxygène du rebouilleur de cuve à une deuxième colonne couplée thermiquement avec la première colonne au moins d'un condenseur; - on alimente la colonne d'épuisement à partir d'un liquide provenant de la deuxième colonne; - on soutire un débit riche en oxygène de la cuve de la deuxième colonne. L'invention sera décrite en plus de détailS en se référant aux figures qui sont des dessins schématiques d'appareils de séparation d'air selon l'invention. Dans la Figure 1, un débit d'air 1 est comprimé dans le compresseur COI, 10 épuré dans les bouteilles R01, R02, avant d'être refroidi dans la ligne d'échange 3. Soutiré avant le bout froid de la ligne d'échange, tout l'air est envoyé à un surpresseur froid C02 et est renvoyé ensuite à la ligne d'échange. Il est divisé en deux: une partie 7 poursuit son refroidissement dans la ligne d'échange, se liquéfie et est envoyée à la colonne moyenne pression KO1 d'une double colonne. Le reste 15 5 de l'air surpressé est envoyé à une turbine Claude D01 avant de rentrer dans la colonne moyenne pression KOI d'une double colonne sous forme gazeuse. Un débit 9 de liquide riche est soutiré en cuve de la colonne moyenne pression K01 et est divisé en deux. Une partie 13 est envoyée à la colonne basse pression K02. Un débit 15 de liquide pauvre est envoyé de la tête de la colonne moyenne pression K01 à la tête de la colonne basse pression K02. La colonne moyenne pression K01 est couplée thermiquement avec la colonne basse pression K02 au moyen d'un rebouilleur-condenseur de cuve de la colonne basse pression. Un débit riche en oxygène 17 est soutiré de la cuve de la colonne basse pression et envoyé à une colonne d'épuisement K40. Un débit d'oxygène très pur 19 est soutiré en cuve de la colonne d'épuisement K40. Un gaz de tête de la colonne d'épuisement K40 rejoint le gaz de tête 23 de 30 la colonne basse pression: une partie de ce gaz sert à régénérer les bouteilles R01, R02. Le reste du liquide riche 11 est envoyé au rebouilleur de cuve 25 de la colonne d'épuisement K40 o il se refroidit avant d'être envoyé à la colonne basse pression K02. Un débit d'oxygène liquide 27 est soutiré en cuve de la colonne basse pression K02, pompé et se vaporise dans la ligne d'échange 3. La Figure 2 illustre un appareil de séparation à deux colonnes, K01 et K40. K01 est une colonne avec double condenseurs de tête alimentée par de l'air qui 5 produit de l'azote gazeux comme seul produit et la colonne K40 est une colonne d'épuisement qui permet de produire de l'oxygène ultra pur en cuve de colonne. Un débit d'air 1 est comprimé à la pression de la colonne K01 par le compresseur C01, épuré par les bouteilles d'épuration R01, R02, refroidi dans la ligne d'échange 5 et entièrement envoyé à la colonne K01. Un débit de liquide 10 riche 9 est soutiré en cuve de la colonne KOI avant d'être divisé en deux. Une partie 13 du liquide riche est envoyé à un premier condenseur 41 et le reste 11 du liquide riche est envoyé au rebouilleur de cuve 25 de la colonne K40 o il se refroidit avant d'être envoyé également au premier condenseur 41. Le liquide riche vaporisé 31 produit par le condenseur est envoyé à un surpresseur froid C02, 15 comprimé à la pression de la colonne K01 et renvoyé dans la colonne. Le liquide riche qui n'est pas vaporisé est envoyé au deuxième condenseur 43 o il se vaporise contre l'azote de tête de la colonne K01. Le liquide vaporisé dans le deuxième condenseur réchauffé partiellement dans la ligne d'échange 5, est détendu dans une turbine D01, renvoyé comme débit 37 à la ligne d'échange 20 avant de servir pour la régénération de l'épuration. Un débit 45 d'azote gazeux est soutiré de la colonne KOI. Un débit liquide 17 soutiré à un niveau intermédiaire de la colonne K01 est envoyé en tête de la colonne K40. Le gaz de tête 21 de celle-ci est rejeté à l'atmosphère et le liquide de cuve 19 constitue le produit riche en oxygène. Revendications 1. Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans un système de colonnes (KO1,K02,K40) dans lequel i) on envoie un débit d'air comprimé, épuré et refroidi à une première colonne (KOl) du système de colonnes ii) on condense au moins une partie d'un gaz de tête de la première colonne dans un condenseur (43) et on renvoie au moins une partie du liquide produit à la première colonne iii) on soutire un liquide enrichi en oxygène (9) d'une colonne (KO1,K02) du système de colonnes iv) on envoie le liquide enrichi en oxygène en tête d'une colonne d'épuisement (K40) du système de colonnes et on soutire un liquide riche en oxygène (19) en cuve de la colonne d'épuisement et v) on soutire un liquide enrichi en oxygène (11) de la première colonne et on le refroidit dans un rebouilleur de cuve (25) de la colonne d'épuisement avant de le renvoyer à une colonne (KO1,K02) du système de colonnes autre que la colonne d'épuisement. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on renvoie le liquide 20 enrichi en oxygène du rebouilleur de cuve à un condenseur de tête (43) de la première colonne (KOI). 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel on soutire de l'azote gazeux (45) de la tête de la première colonne (K01). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel on 25 alimente la colonne d'épuisement (K40) à partir d'un liquide intermédiaire (17) de la première colonne (K01). 5. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on renvoie le liquide (15) enrichi en oxygène du rebouilleur de cuve à une deuxième colonne (K02) couplée thermiquement avec la première colonne (K01). 6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel on alimente la colonne d'épuisement (K40) à partir d'un liquide (17) provenant de la deuxième colonne (K02). 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6 dans lequel on soutire un débit (27) riche en oxygène de la cuve de la deuxième colonne (K02).