Brevet FR2853958A1 — publié le 20041022

La présente invention est relative à un procédé et à une installation d'alimentation d'un appareil de séparation d'air (ASU), en particulier dans le cas o une partie de l'air destiné à l'appareil de séparation d'air proviendrait du compresseur d'une turbine à gaz, typiquement dans le cas o 20% à 60% de l'air de l'ASU proviendrait de la turbine à gaz. Parmi les buts de la présente invention, il est souhaité - de concilier les avantages d'une ASU avec compresseur d'air dédié (souplesse et stabilité) et d'une ASU intégrée (énergie et investissement) , - de s'affranchir des problèmes de pression flottante (fluctuations permanente de la pression d'air de la turbine à gaz) sans détendre à chaud l'air de la turbine à gaz, - de stabiliser une ASU pendant les changements de marche rapide de la turbine à gaz ou d'un gazifieur, - de pouvoir éventuellement ajouter une colonne argon (très sensible à la stabilité de l'appareil), - de continuer à intégrer une ASU avec les turbines à gaz de nouvelle génération dont la pression d'air augmente et devient supérieure à la pression maximale à laquelle on peut distiller l'air. Art antérieur: Economiquement, diverses études ont montré que l'intégration partielle d'un ASU et d'une turbine à gaz était la solution la plus économique pour un IGCC 25 car elle conduisant au plus faible coût par kwh produit. Il est connu que même en opération stable, la pression de l'air de la turbine à gaz fluctue constamment, et qu'entre les marches maximales et les marches minimales les pressions sont sensiblement différentes (typiquement 15 bar abs. en marche maximale et 10 bar abs. en marche minimale) Deux solutions alternatives d'intégration partielle étaient jusque là mises en oeuvre: détente de l'air chaud fourni par la turbine à gaz dans une turbine, pour le ramener à la pression stable d'un ASU classique (typiquement 5.5 bar A) - compression de l'air d'appoint à la même pression que l'air de la turbine à gaz, ce qui fait que les pressions dans l'ASU sont soumises aux fluctuations de pression de la turbine à gaz. D'autre part, on a besoin d'air à plus haute pression que celle de la colonne MP dans les cas de: - procédés dits à pompe (production de NGHP ou de OGHP) - procédés à turbine Claude US-A-4224045 et US-A-5666823 décrivent le cas dans lequel l'air provenant du compresseur d'une turbine à gaz est détendu dans une turbine io avant d'être envoyé à l'ASU. EP-A-1219910 décrit la compression de l'air provenant du compresseur de la turbine à gaz en amont de l'ASU. EP-A-1223396 décrit un moyen de modification de pression sur la ligne d'air provenant de la turbine pouvant être un compresseur. US-A-5666823 montre l'usage de deux épurations pour l'air provenant de la turbine à gaz et du compresseur dédié, mais sans la surpression de l'air de la turbine à gaz. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé d'alimentation d'au moins un appareil de séparation d'air dans lequel on comprime de l'air dans un 20 compresseur dédié à une première pression, on comprime de l'air dans le compresseur d'une turbine à gaz à une deuxième pression différente de la première pression, on épure au moins une partie de l'air provenant du compresseur dédié dans une première unité d'épuration, on épure au moins une partie de l'air provenant du compresseur de la turbine à gaz à la dans une 25 deuxième unité d'épuration, et on envoie l'air épuré des première et deuxième unités d'épuration à un appareil de séparation d'air. Selon un objet particulier de l'invention, il est prévu un procédé d'alimentation d'au moins deux appareils de séparation d'air selon la revendication 1 dans lequel on envoie une partie de l'air de la première unité d'épuration à un 30 premier appareil de séparation d'air, on envoie une partie de l'air de la deuxième unité d'épuration au premier appareil de séparation d'air, on envoie une partie de l'air de la première unité d'épuration à un deuxième appareil de séparation d'air et on envoie une partie de l'air de la première unité d'épuration à un deuxième appareil de séparation d'air. De préférence: - on épure de l'air dans la première unité d'épuration à la première pression et on épure de l'air dans la deuxième unité d'épuration à la deuxième pression, - l'appareil comprend des moyens pour détendre de l'air à la première 5 pression et pour le mélanger avec de l'air à la deuxième pression, la première pression étant supérieure à la deuxième pression ou des moyens pour détendre de l'air à la deuxième pression et pour le mélanger avec de l'air à la première pression, la deuxième pression étant supérieure à la première pression. Les moyens pour détendre l'air peuvent être en amont et/ou en aval des 10 unités d'épuration. Eventuellement, une partie de l'air à la première ou à la deuxième pression est surpressé dans un surpresseur et ensuite envoyé à au moins un appareil de séparation d'air, les moyens pour détendre l'air étant en amont et/ou en aval du su rpresse u r. Les figures 1 à 6 décrites ci dessous, permettent de ne plus soumettre l'ASU aux variations de pression de la turbine à gaz (instantanées ou due à des changements de marches) grâce à un agencement astucieux de la partie chaude. Les Figures 1, 3, 4, 5 et 6 sont particulièrement intéressantes pour des procédés à pompe ou/et à turbine Claude, qu'ils soient sous pression ou non. Ces schémas comportent deux épurations. Ceci n'est pas un désavantage pour le procédé, car bien souvent pour les ASU destinés aux IGCC, l'appareil est composé de deux trains, si bien que plutôt que de faire une épuration par train, on peut faire une épuration par type d'air (Air MAC ou Air Turbine à Gaz). Ces deux épurations peuvent même être remplacées par une seule épuration dite " 3 25 bouteilles ". Sur les Figures 1 à 6 ci après, des transferts d'air entre Air HP et Air MP ont été représentés, et permettent d'ajuster leurs débits respectifs. Toutes les possibilités de transfert n'ont pas été dessinées de façon exhaustive. L'invention sera décrite en plus de détails en se référant aux figures qui 30 sont des schémas d'installation d'alimentation d'un appareil de séparation d'air. La Figure 2 montre un procédé qui n'est pas conforme à l'invention. Un débit d'air 1 provenant du compresseur de la turbine à gaz est refroidi dans un refroidisseur 5. Optionnellement une partie 4 de l'air refroidi est détendu dans une vanne VI et mélangée avec de l'air 3 provenant du compresseur dédié MAC qui produit de l'air à plus basse pression que le compresseur de la turbine à gaz. De préférence le compresseur MAC produit de l'air à la pression de la colonne moyenne pression de l'ASU. Chaque débit d'air est épuré à une pression différente dans une unité d'épuration El, E2. Eventuellement une partie 9 de l'air à 5 haute pression épuré dans l'unité El peut être détendue dans la vanne V2 et mélangé avec l'air épuré dans l'unité E2. Les débits d'air épuré haute pression 7 et moyenne pression 11 sont ensuite envoyés à la boîte froide o ils se refroidissent dans la ligne d'échange 15. Un débit d'oxygène liquide (OL) 13 se vaporise dans la ligne d'échange 15 et d'autres débits (azote résiduaire, non io illustré) s'y réchauffent de manière connue. L'air HP est soit utilisé pour vaporiser de l'oxygène liquide ou de l'azote liquide, soit détendu dans une turbine Claude. Les pressions dans les colonnes de l'ASU sont donc insensibles aux variations de pression de l'air de la turbine à gaz. Seules varient les pressions à l'entrée de la turbine Claude ou au refoulement des 15 pompes d'azote liquide (NL) et/ou d'OL. L'appareil peut être soit un ASU sous pression (avec une colonne moyenne pression opérant à plus que 7 bars abs), soit un ASU à pression classique. Dans la Figure 2, un circulateur C (compresseur à faible taux de 20 compression) remonte la pression de l'air 1 de la turbine à gaz jusqu'à la pression de refoulement du MAC. Les deux airs sont ensuite mélangés et envoyés dans une épuration unique E. Le circulateur permet d'amortir les variations de pressions de l'air venant de la turbine à gaz. Les pressions dans l'ASU sont alors stabilisées. L'ASU est nécessairement un appareil sous pression. Dans la Figure 3, le compresseur de la turbine à gaz produit de l'air 1 à plus basse pression que le compresseur MAC. L'air 1 est refroidi dans un refroidisseur 5 et mélangé avec une partie 4 de l'air 3 provenant du MAC suite à détente dans une vanne VI. L'air est épuré à deux pressions dans deux unités El, E2. En aval de l'unité E2 une partie 19 de l'air moyenne pression épuré 21 est détendue dans 30 une vanne V2 et mélangée avec l'air de l'unité El. Le mélange d'air 25 est surpressé dans une surpresseur BAC avant d'être envoyé à la boîte froide et à la ligne d'échange 15 comme le débit 27. Eventuellement de l'air surpressé 29 peut être envoyé à l'air moyenne pression 23 à travers la vanne V3 pour former un débit 31. Les variations de pression de l'air de la turbine à gaz sont amorties par le surpresseur BAC qui délivre un Air HP à pression constante. L'ASU peut être soit sous pression, soit à une pression classique. Alternativement comme l'on voit dans la figure 4, si le compresseur de la 5 turbine à gaz produit de l'air 1 à plus haute pression que le compresseur dédié MAC, de l'air provenant du compresseur de la turbine à gaz peut être mélangé à l'air du MAC en aval et/ou en amont des unités d'épuration El et E2 à travers les vannes Vi, V2. Eventuellement de l'air surpressé 29 peut être envoyé à l'air moyenne io pression à travers la vanne V3 pour former le débit 31. Dans la Figure 5, le principe est le même que pour la figure 3 avec de l'air 1 à plus basse pression que l'air provenant du MAC, mais l'air lde la turbine à gaz est d'abord comprimé dans un surpresseur BAC, et est ensuite épuré. Les variations de pression de l'air de la turbine à gaz sont amorties par le 15 surpresseur qui délivre un Air HP à pression constante. L'ASU peut être soit sous pression, soit à une pression classique De même dans la Figure 6, comme dans la Figure 4, le compresseur de la turbine à gaz produit de l'air 1 à plus haute pression que le compresseur dédié MAC mais comme dans la Figure 5, l'air 1de la turbine à gaz est d'abord 20 comprimé dans un surpresseur BAC, et est ensuite épuré. Les appareils peuvent comprendre une colonne argon. 6 2853958 REVENDICATIONS 1. Procédé d'alimentation d'au moins un appareil de séparation d'air dans lequel on comprime de l'air dans un compresseur dédié à une première pression, 5 on comprime de l'air dans le compresseur d'une turbine à gaz à une deuxième pression différente de la première pression, on épure au moins une partie de l'air provenant du compresseur dédié dans une première unité d'épuration (El), on épure au moins une partie de l'air provenant du compresseur de la turbine à gaz à la dans une deuxième unité d'épuration (E2), et on envoie l'air épuré des première 10 et deuxième unités d'épuration à un appareil de séparation d'air. 2. Procédé d'alimentation d'au moins deux appareils de séparation d'air selon la revendication 1 dans lequel on envoie une partie de l'air de la première unité d'épuration (El) à un premier appareil de séparation d'air, on envoie une partie de l'air de la deuxième unité d'épuration (E2) au premier appareil de séparation d'air, 15 on envoie une partie de l'air de la première unité d'épuration à un deuxième appareil de séparation d'air et on envoie une partie de l'air de la première unité d'épuration à un deuxième appareil de séparation d'air. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel on épure de l'air dans la première unité d'épuration (El) à la première pression et on épure de l'air dans la 20 deuxième unité d'épuration (E2) à la deuxième pression. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 comprenant des moyens (V) pour détendre de l'air à la première pression et pour le mélanger avec de l'air à la deuxième pression, la première pression étant supérieure à la deuxième pression. 5. Procédé selon la revendication 1 ou 2 comprenant des moyens (V) pour 25 détendre de l'air à la deuxième pression et pour le mélanger avec de l'air à la première pression, la deuxième pression étant supérieure à la première pression. 6. Procédé selon l'une des revendications 4 ou 5 dans lequel les moyens (V) pour détendre l'air sont en amont et/ou en aval des unités d'épuration. 7. Procédé selon l'une des revendications 4,5 ou 6 dans lequel une partie de 30 l'air à la première ou à la deuxième pression est surpressé dans un surpresseur (BAC) et ensuite envoyé à au moins un appareil de séparation d'air, les moyens (V) pour détendre l'air étant en amont et/ou en aval du surpresseur.