Brevet FR2848652A1 — publié le 20040618

f 2848R52 La présente invention concerne un procédé et une installation de production d'argon par distillation cryogénique de l'air. Deux grandes voies sont utilisées pour produire de l'argon à des 5 puretés oxygène et azote de l'ordre de quelques ppm sur une unité de séparation d'air. Selon le procédé dit " argon chaud ", un débit enrichi en argon est envoyé de la colonne basse pression d'une double colonne à une colonne de mixture qui produit en tête un débit riche en argon mais contenant typiquement 10 5% d'azote et 5% d'oxygène. L'oxygène contenu dans cette mixture est ensuite éliminé dans un réacteur, l'eau produite par la réaction catalytique de l'oxygène avec l'hydrogène est éliminée. La mixture argon est purifiée en azote dans une colonne de déazotation. L'argon est produit sous forme liquide en cuve de cette colonne avec une pureté pouvant aller jusqu'à 1 à 2 ppm mol. d'oxygène et 15 d'azote. Dans ce schéma, l'apport de frigories se fait par l'intermédiaire d'azote liquide dans le condenseur de tête de la colonne de déazotation. Des procédés utilisant une colonne de déazotation sont connus de EP-A0669508 et EP-A-0660509. Dans ces procédés, le condenseur de tête de la colonne de déazotation est refroidi avec de l'azote gazeux provenant de la 20 colonne moyenne pression qui a été condensé dans le rebouilleur de cuve de la colonne de déazotation. Selon le procédé dit " argon cryogénique ", la colonne de mixture argon comprend un grand nombre de plateaux théoriques qui permettent la production en tête de cette colonne d'une mixture à quelques ppm mol. 25 d'oxygène, qui est ensuite envoyée directement à la colonne de déazotation. Un but de l'invention est d'éliminer le biberonnage d'azote liquide en tête de la colonne de déazotation dans le procédé argon chaud. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de production d'argon par distillation cryogénique dans lequel: i) on envoie un débit liquide riche en argon à une colonne de déazotation ayant un condenseur de tête; ii) on produit un débit d'argon pur en cuve de la colonne de déazotation; iii) on envoie un débit liquide contenant au moins 70 % mol. d'azote au condenseur de tête de la colonne de déazotation, le débit liquide contenant au moins 70 % mol. d'azote provenant d'une source sous forme gazeuse et étant condensé au moins partiellement avant d'être envoyé au condenseur; 5 caractérisé en ce que le débit contenant au moins 70 % mol. d'azote sous forme gazeuse est condensé au moins partiellement par échange de chaleur indirect avec le débit liquide riche en argon qui se réchauffe dans un échangeur de chaleur. Le débit liquide riche en argon provient typiquement d'une colonne de 10 mélange qui est elle-même alimentée par un débit enrichi en argon provenant de la colonne basse pression d'une double colonne. La colonne de déazotation peut être alimentée à partir d'une ou plusieurs colonnes de mixture, par exemple à travers une canalisation. Selon d'autres aspects facultatifs de l'invention, il est prévu que: - le débit riche en argon envoyé à la colonne de déazotation a été épuré dans une unité d'épuration chaude pour l'appauvrir en oxygène; - le débit liquide riche en argon provient au moins en partie d'un stockage en amont de l'unité d'épuration chaude; - le débit liquide riche en argon provient au moins en partie d'une colonne de 20 mixture d'argon d'un appareil de séparation d'air en amont de l'unité d'épuration chaude; - le liquide riche en argon réchauffé dans l'échangeur de chaleur est envoyé à l'unité d'épuration chaude; - le débit contenant au moins 70 % mol. d'azote condensé au moins 25 partiellement par échange de chaleur indirect avec le débit liquide riche en argon est renvoyé au moins en partie à l'échangeur de chaleur; - le débit liquide riche en argon est au moins partiellement vaporisé dans l'échangeur de chaleur, ensuite comprimé, épuré et condensé dans un rebouilleur de cuve de la colonne de déazotation avant d'être envoyé au 30 moins en partie à la colonne de déazotation sous forme liquide; - une partie du liquide condensé dans le rebouilleur de cuve de la colonne de déazotation est envoyé à l'échangeur o il se vaporise; - la partie de liquide vaporisé est ensuite comprimé et épuré avec le débit liquide riche en argon dans l'unité d'épuration chaude; - le débit contenant au moins 70 % mol. d'azote sous forme gazeuse arrive dans l'échangeur de chaleur à une température substantiellement ambiante. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu une installation de production d'argon comprenant: a) une colonne de déazotation ayant un condenseur de tête; b) des moyens pour envoyer un débit liquide riche en argon à la colonne de 10 déazotation; c) des moyens pour produire un débit d'argon pur en cuve de la colonne de déazotation; d) des moyens pour envoyer un débit liquide contenant au moins 70 % mol. d'azote au condenseur de tête de la colonne de déazotation, le débit liquide 15 contenant au moins 70 % mol. d'azote provenant d'une source sous forme gazeuse et étant condensé au moins partiellement avant d'être envoyé au condenseur; caractérisé en ce qu'elle comprend un échangeur de chaleur et des moyens pour y envoyer le débit contenant au moins 70 % mol. d'azote sous forme 20 gazeuse et le débit liquide riche en argon. Selon d'autres aspects facultatifs de l'invention, l'installation peut comprendre: - une unité d'épuration chaude dans laquelle le débit riche en argon envoyé à la colonne de déazotation est épuré pour l'appauvrir en oxygène; - un stockage du débit liquide riche en argon en amont de l'unité d'épuration chaude; - une colonne de mixture d'argon d'un appareil de séparation d'air en amont de l'unité d'épuration chaude; - des moyens pour envoyer le liquide riche en argon, réchauffé dans 30 l'échangeur de chaleur, à l'unité d'épuration chaude; - des moyens pour renvoyer au moins une partie du débit contenant au moins 70 % mol. d'azote condensé au moins partiellement par échange de chaleur indirect dans l'échangeur de chaleur à l'échangeur de chaleur; - un compresseur, une unité d'épuration, des moyens pour envoyer le débit liquide riche en argon au moins partiellement vaporisé dans l'échangeur de chaleur au compresseur, du compresseur à l'unité d'épuration et ensuite dans un rebouilleur de cuve de la colonne de déazotation et des moyens 5 pour envoyer le débit condensé dans le rebouilleur au moins en partie à la colonne de déazotation sous forme liquide; - des moyens pour envoyer une partie du liquide condensé dans le rebouilleur de cuve de la colonne de déazotation à l'échangeur; - des moyens pour comprimer et ensuite épurer la partie de liquide vaporisé 10 dans l'échangeur de chaleur avec le débit liquide riche en argon dans l'unité d'épuration chaude. L'invention sera maintenant décrite en plus de détails en se référant à la Figure qui est un schéma d'un procédé selon l'invention. La source 1 du liquide riche en argon peut être un stockage ou une 15 colonne de mixture d'un appareil de séparation d'air (non-illustré). Le liquide 3 contient environ 5 % d'azote et 5 % d'oxygène. Il se vaporise dans un échangeur de chaleur 5 formant un gaz riche en argon qui est ensuite envoyé à une unité d'épuration chaude 7. Cette unité opère de manière connue selon laquelle le gaz est comprimé, envoyé à un réacteur catalytique o l'oxygène est 20 transformé en eau en réagissant avec de l'hydrogène, refroidi, épuré pour enlever l'eau formée et filtré. Le gaz formé 9 contenant très peu d'oxygène mais encore environ 5 % d'azote se refroidit dans l'échangeur 5 à une température proche de son point de rosée. Ensuite, il est utilisé comme fluide calorigène dans le vaporiseur 13 de cuve de la colonne de déazotation 11 dans lequel il se 25 condense au moins partiellement. L'échangeur de chaleur 5 est un échangeur de chaleur indépendant ne servant qu'à refroidir ou à réchauffer des fluides provenant de ou destinés à la colonne de déazotation. Réduit à sa plus simple expression, il sert à chauffer les débits 3 et 25 30 et à refroidir le débit 21. Le liquide en sortie du vaporiseur est détendu à la pression de la colonne 11 et est envoyé en tant qu'alimentation 15 à un niveau intermédiaire de celle-ci. Le flash riche en hydrogène 17 est recyclé dans l'unité d'épuration 7 en étant remélangé au fluide 3 en sortie de l'échangeur. La condensation en tête de la colonne de déazotation est assurée par de l'azote provenant d'un appareil de séparation d'air qui peut être celui de la 5 source 1 ou un autre appareil ou d'un réseau. Le gaz 21 riche en azote se liquéfie dans l'échangeur 5 à contre courant de la mixture argon 3 qui se vaporise et est envoyé au condenseur de tête 23 de la colonne de déazotation 11 dans lequel il se vaporise. Le gaz ainsi formé 25 est renvoyé à l'échangeur 5 en basse pression. Un débit d'argon 29 en tant que produit final est soutiré en cuve de la colonne de déazotation 11 sous forme liquide. Alternativement, il peut être sous forme gazeuse. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'argon par distillation cryogénique dans lequel i) on envoie un débit liquide (3) riche en argon à une colonne de déazotation (11) ayant un condenseur de tête (23) ii) on produit un débit d'argon pur (29) en cuve de la colonne de déazotation iii)on envoie un débit liquide contenant au moins 70 % mol. d'azote au condenseur de tête de la colonne de déazotation, le débit liquide 10 contenant au moins 70 % mol. d'azote provenant d'une source (1) sous forme gazeuse et étant condensé au moins partiellement avant d'être envoyé au condenseur caractérisé en ce que le débit contenant au moins 70 % mol. d'azote sous forme gazeuse (21) est condensé au moins partiellement par échange de 15 chaleur indirect avec le débit liquide riche en argon qui se réchauffe dans un échangeur de chaleur (5). 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le débit riche en argon (9) envoyé à la colonne de déazotation a été épuré dans une unité d'épuration chaude (7) pour l'appauvrir en oxygène. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel le débit liquide riche en argon provient au moins en partie d'un stockage (1) en amont de l'unité d'épuration chaude (7). 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3 dans lequel le débit liquide riche en argon provient au moins en partie d'au moins une colonne de mixture 25 d'argon d'un appareil de séparation d'air en amont de l'unité d'épuration chaude (7). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le liquide riche en argon réchauffé dans l'échangeur de chaleur (5) est envoyé à l'unité d'épuration chaude (7). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le débit contenant au moins 70 % mol. d'azote condensé au moins partiellement par échange de chaleur indirect avec le débit liquide riche en argon est renvoyé au moins en partie à l'échangeur de chaleur (5). 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le débit liquide riche en argon est au moins partiellement vaporisé dans l'échangeur de chaleur (5), ensuite comprimé, épuré et condensé dans un rebouilleur de cuve (13) de la colonne de déazotation (11) avant d'être envoyé au moins en partie à la colonne de déazotation sous forme liquide. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel une partie (17) du liquide condensé dans le rebouilleur de cuve (13) de la colonne de déazotation est envoyée à l'échangeur (5) o il se vaporise. 9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel la partie (17) de liquide 10 vaporisé est ensuite comprimé et épuré avec le débit liquide riche en argon dans l'unité d'épuration chaude (7). 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le débit contenant au moins 70 % mol. d'azote sous forme gazeuse (23) arrive dans l'échangeur de chaleur (5) à une température substantiellement ambiante. 15 11. Installation de production d'argon comprenant a) une colonne de déazotation (11) ayant un condenseur de tête (23), b) des moyens pour envoyer un débit liquide (15) riche en argon à la colonne de déazotation, c) des moyens pour produire un débit d'argon pur (29) en cuve de la 20 colonne de déazotation, d) des moyens pour envoyer un débit liquide contenant au moins 70 % mol. d'azote au condenseur de tête de la colonne de déazotation, le débit liquide contenant au moins 70 % mol. d'azote provenant d'une source (1) sous forme gazeuse (21) et étant condensé au moins 25 partiellement avant d'être envoyé au condenseur, caractérisé en ce qu'elle comprend un échangeur de chaleur (5) et des moyens pour y envoyer le débit contenant au moins 70 % mol. d'azote sous forme gazeuse (21) et le débit liquide (3) riche en argon. 12. Installation selon la revendication 11 comprenant une unité d'épuration 30 chaude (7) et des moyens pour envoyer le liquide riche en argon, réchauffé dans l'échangeur de chaleur (5), à l'unité d'épuration chaude. 13. Installation selon la revendication 12 comprenant un stockage (1) du débit liquide riche en argon en amont de l'unité d'épuration chaude (7). 14. Installation selon la revendication 12 ou 13 comprenant une colonne de mixture d'argon (1) d'un appareil de séparation d'air en amont de l'unité d'épuration chaude (7). 15. Installation selon l'une des revendications 11 à 14 comprenant des moyens 5 pour renvoyer au moins une partie (25) du débit contenant au moins 70 % mol. d'azote condensé au moins partiellement par échange de chaleur indirect dans l'échangeur de chaleur (5) à l'échangeur de chaleur. 16. Installation selon l'une des revendications 11 à 15 comprenant un compresseur, une unité d'épuration, des moyens pour envoyer le débit 10 liquide, riche en argon au moins partiellement vaporisé dans l'échangeur de chaleur au compresseur, du compresseur à l'unité d'épuration (7) et ensuite dans un rebouilleur de cuve (13) de la colonne de déazotation (11) et des moyens pour envoyer le débit condensé dans le rebouilleur au moins en partie à la colonne de déazotation sous forme liquide. 17. Installation selon la revendication 16 comprenant des moyens pour envoyer une partie (17) du liquide condensé dans le rebouilleur de cuve (13) de la colonne de déazotation (11) à l'échangeur (5). 18. Installation selon la revendication 17 comprenant des moyens pour comprimer et ensuite épurer la partie de liquide vaporisé dans l'échangeur 20 de chaleur (5) avec le débit liquide riche en argon dans l'unité d'épuration chaude (7).