Brevet FR2920867A1 — publié le 20090313

La présente invention est relative à une colonne de séparation d'air incorporant un vaporiseur-condenseur. Il est classique d'utiliser des échangeurs à plaques brasées en aluminium pour des échangeurs cryogéniques. Pour les appareils de petites tailles, les coûts de fabrication sont prohibitifs. Cette technologie est surtout adaptée pour du � sur mesure �, � sur-mesure � non justifié sur des appareils de petites tailles, où c'est le coût qui prime sur la performance de l'appareil. De même, le � sur-mesure � se traduit en général par des délais de io fabrication très longs. Le vaporiseur est réalisé en aluminium : il est installé soit dans une virole (vaporiseur immergé dans un bain), soit avec un pot de recirculation externe. Il peut être à déphlegmation du coté condensation. 15 Il est connecté aux autres équipements soit à l'aide de jonctions mixtes coûteuses si ces équipements sont en inox (cas le plus courant), soit directement si ceux-ci sont en aluminium. Il est un but de la présente invention de prévoir un vaporiseurcondenseur en plaques d'acier inoxydables, tel que l'on trouve sur le marché 20 en forme standardisée. Les délais de fourniture pour ce genre d'échangeur sont extrêmement courts, leur prix est faible et leur matière rend plus facile l'installation sur une colonne dont la virole est également en acier inoxydable. Selon un objet de l'invention, il est prévu une colonne de distillation 25 incorporant au moins un vaporiseur-condenseur, à plaques, éventuellement d'acier inoxydable, comprenant des passages de vaporisation et des passages de condensation, orientés verticalement, des moyens d'entrée de liquide provenant de la colonne reliés aux passages de vaporisation et des moyens d'entrée de gaz provenant de la colonne reliés aux passages de 30 condensation, caractérisée en ce que les moyens d'entrée de liquide sont reliés au point le plus bas des passages de vaporisation. Selon d'autres aspects de l'invention, il est prévu que : 2 2920867 - les moyens d'entrée de gaz sont constitués par une conduite d'axe vertical ; - les moyens d'entrée de liquide sont constitués par une conduite d'axe horizontal ; 5 - le point le plus bas de la conduite d'entrée de liquide est relié au point le plus bas des passages de vaporisation ; - le vaporiseur condenseur est constitué par au moins deux échangeurs à plaques, éventuellement en acier inoxydable, connectés en parallèle ; io - le vaporiseur-condenseur est constitué par un empilement de plaques identiques superposés et parallèles, chaque plaque ayant deux bords droits parallèles et deux bouts l'un en face de l'autre en forme de V ; - les moyens d'entrée de liquide sont reliés au point le plus bas du vaporiseur ; 15 - le vaporiseur-condenseur est constitué par un modèle prédéfini et/ou préconçu, par exemple d'un modèle préexistant fabriqué par un fabricant d'échangeurs. Un appareil de séparation d'air peut incorporer une colonne telle que décrite ci-dessus. 20 Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un procédé de fabrication d'un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique, l'appareil comprenant au moins un vaporiseur-condenseur à plaques et une colonne caractérisé en ce que plusieurs modèles d'échangeur sont prédéfinies et le vaporiseur-condenseur est constitué par au moins un 25 échangeur d'un modèle prédéfini. De préférence le vaporiseur-condenseur et la colonne sont en acier inoxydable. Un exemple d'un échangeur à plaques en acier inoxydable soudées standardisé est l'échangeur MAXCHANGER � de la marque Tranter. 30 Ce genre d'échangeur peut être utilisé en déphlegmateur dans les passages de condensation : pour éviter l'engorgement, on pourra éventuellement modifier l'empilage des plaques avec deux passages de condensation pour un passage de vaporisation. 3 2920867 Si nécessaire, plusieurs échangeurs peuvent être mis en parallèle si nécessaire pour faire l'échange thermique en remplissant les fonctions du vaporiseur. L'échangeur peut être installé soit dans une virole en acier inoxydable 5 d'une colonne de distillation, soit fixée à la colonne de distillation avec un pot de recirculation en acier inoxydable. L'échangeur peut être accroché au dessus de la colonne en acier inoxydable. L'échangeur peut être installé dans une boite froide sous vide. io Le design permet de plus d'éviter des zones mortes au niveau de l'entrée du liquide riche, ce qui est nécessaire pour éviter des concentrations en hydrocarbures localement. Ceci est dû à la façon dont est faite la distribution du fluide : ceci est radicalement différent de ce qui se fait classiquement sur les échangeurs en 15 acier inoxydable (par exemple sur ceux de Alfalaval ou Swep), où l'on a un distributeur avec une zone morte sous celui-ci. Dans les vaporiseurs des colonnes selon l'invention, le liquide provenant de la colonne rentre dans les passages de vaporisation en passant au moins en partie par la partie la plus basse du vaporiseur. De 20 cette manière le liquide balaie toute la surface des passages de vaporisation et il n'y a pas de zones où peuvent s'accumuler des impuretés. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la figure qui montre le haut d'une colonne de distillation équipée d'un vaporiseurcondenseur selon l'invention. 25 La colonne 1 est une colonne de distillation d'air à basse température pour la production d'azote. De manière connue, un débit d'air comprimé, épuré et refroidi entre en bas de la colonne et est séparé en un liquide enrichi en oxygène et un gaz enrichi en azote par distillation sur un nombre de plateaux ou de garnissages. 30 L'azote gazeux monte verticalement via une conduite 3 fixée au sommet de la colonne et rentre dans un échangeur de chaleur 6 du type MAXCHANGER � de la société Telford, tel que décrit dans le brevet US-A-5469914. Cet échangeur possède deux cotés en forme de V en haut et en 4 2920867 bas 7, 9 et deux côtés parallèles verticaux 5. Les plaques soudées utilisées sont en acier inoxydable. Sinon des plaques brasées en aluminium peuvent être utilisées. Les passages juxtaposant les deux bords parallèles sont plus courts que les passages au milieu de l'échangeur. 5 Le côté gauche du � V � 7 est relié à la conduite verticale 3 et le côté droit à la conduite horizontale 17. Le côté gauche du � V � 9 est relié au distributeur 11 et le côté droit à la conduite horizontale 15. Les conduites 3, 17, 19 sont coupées en biseauté de sorte que la io longueur de la coupe est égale à la longueur du côté en V. De liquide enrichi en oxygène provenant de la cuve de la colonne est détendu et envoyé à une conduite 23 fixée au haut d'un pot de recirculation 19. Le liquide passe par la conduite 17 en bas de l'échangeur, monte dans les passages de vaporisation de l'échangeur 6 et ressort, au moins 15 partiellement vaporisé, par la conduite 15. Ainsi le liquide provenant de la colonne rentre dans les passages de vaporisation en passant au moins en partie par la partie la plus basse du vaporiseur. Un débit de purge est soutiré régulièrement par la conduite 21 pour éviter l'accumulation d'impuretés. 20 De l'azote condensé dans les passages de condensation retombe dans la colonne à travers la conduite 3. De l'azote gazeux passe verticalement à travers les passages de condensation et arrive en haut des passages dans le collecteur 11 et ensuite dans la conduite 13 formant le produit de l'appareil. 25 5 REVENDICATIONS 1. Colonne de distillation (1) incorporant au moins un vaporiseurcondenseur (6), à plaques, éventuellement d'acier inoxydable, comprenant des passages de vaporisation et des passages de condensation, orientés verticalement, des moyens d'entrée de liquide (17) provenant de la colonne reliés aux passages de vaporisation et des moyens d'entrée de gaz provenant de la colonne (3) reliés aux passages de condensation, caractérisée en ce que les moyens d'entrée de liquide (17) sont reliés io au point le plus bas des passages de vaporisation. 2. Colonne selon la revendication 1 dans laquelle les moyens d'entrée de gaz sont constitués par une conduite (3) d'axe vertical. 15 3. Colonne selon l'une des revendications 1 et 2 dans laquelle les moyens d'entrée de liquide sont constitués par une conduite (17) d'axe horizontal. 4. Colonne selon la revendication 3 dans laquelle le point le plus bas 20 de la conduite d'entrée de liquide est relié au point le plus bas des passages de vaporisation. 5. Colonne selon une des revendications précédentes dans laquelle le vaporiseur condenseur est constitué par au moins deux échangeurs à 25 plaques, éventuellement en acier inoxydable, connectés en parallèle. 6. Colonne selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le vaporiseur-condenseur est constitué par un empilement de plaques identiques superposés et parallèles, chaque plaque ayant deux bords droits 30 parallèles (5) et deux bouts (7, 9) l'un en face de l'autre en forme de V. 7. Colonne selon une des revendications précédentes dans laquelle les moyens d'entrée de liquide sont reliés au point le plus bas du vaporiseur. 6 2920867 8. Colonne selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le vaporiseur-condenseur est constitué par au moins un échangeur d'un modèle standardisé. 9. Colonne selon la revendication 8 dans laquelle le vaporiseur-5 condenseur et la colonne sont en acier inoxydable. 10. Appareil de séparation d'air incorporant une colonne selon l'une des revendications 1 à 9.10