Brevet FR2928446A1 — publié le 20090911

La présente invention concerne un procédé de modification d'un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique. Elle concerne en particulier un procédé de modification d'un tel appareil pour réduire la quantité de produit gazeux sous pression produite et pour augmenter la quantité de liquide produite, éventuellement à partir de zéro. Il est nécessaire de modifier l'appareil en changeant le moins possible les éléments existants et avec un temps d'intervention réduit. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de modification d'un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique existant comprenant une double colonne de distillation et une ligne d'échange, un premier surpresseur d'air, une première turbine d'air, dans lequel de l'air est surpressé par le premier surpresseur, refroidi dans la ligne d'échange et détendu dans la première turbine et ensuite envoyé à la colonne haute pression de la double colonne sous forme gazeuse et un débit d'oxygène liquide se vaporise dans la ligne d'échange pour former un produit gazeux riche en oxygène dans lequel afin de réduire la production d'oxygène, on modifie le procédé en rajoutant un deuxième surpresseur et une deuxième turbine, et en réduisant, éventuellement à zéro, la quantité d'oxygène liquide qui se vaporise dans la ligne d'échange, en augmentant la production de liquide comme produit final, éventuellement à partir de zéro, en envoyant au moins une partie de l'air provenant du premier surpresseur au deuxième surpresseur, en la refroidissant, en l'envoyant à la première turbine et ensuite au moins en partie à la deuxième turbine, l'air détendu dans la deuxième turbine étant envoyé au moins en partie à l'atmosphère. Selon d'autres objets facultatifs, selon le procédé modifié : - une partie de l'air comprimé dans le deuxième surpresseur se refroidit, se condense partiellement et est envoyé à la distillation ; - l'air condensé partiellement est envoyé à un séparateur de phases en amont de la distillation ; - de l'air diphasique est envoyé de la ligne d'échange au séparateur de phases ; - l'air détendu dans la deuxième turbine sert à refroidir l'air comprimé dans le deuxième surpresseur ; - le premier surpresseur est couplé à la première turbine et le deuxième surpresseur est couplé à la deuxième turbine ; - la première turbine est alimentée par de l'air provenant du deuxième surpresseur, sans être refroidi dans la ligne d'échange ; - selon le procédé original, tout ou une partie de l'air à distiller est surpressé dans le premier surpresseur et selon le procédé modifié tout ou une partie de l'air à distiller est surpressé dans le premier et le deuxième surpresseurs. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures. Un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique illustré à la Figure 1 produisait initialement de l'oxygène gazeux basse pureté, de l'azote gazeux haute pureté, de l'azote liquide haute pureté et une très petite quantité d'oxygène liquide. Ensuite la production d'oxygène gazeux et d'azote gazeux n'est plus requise. Un procédé a été conçu qui permet de modifier l'appareil de la Figure 1 pour le transformer en l'appareil de la Figure 2. Cet appareil de la Figure 2 produit de grandes quantités d'azote liquide (pureté au-dessus de 99,9999 mol. %) et de l'oxygène (pureté au-dessus de 99,6 mol. %) selon les demandes du marché. L'installation est modifiée le moins possible et ne produit plus ni d'azote gazeux haute pureté ni d'oxygène gazeux. Le procédé initial de la Figure 1 utilisait tout l'air comprimé. Le procédé modifié de la Figure 2 implique la rejection d'une partie de l'air à l'atmosphère suite à une détente puisque seule une partie de l'air est séparée. Dans l'appareil original de la Figure 1, de l'air sec et chaud 1 à 25 bars est divisé en deux formant un débit 5 qui est envoyé à la ligne d'échange principale El de l'appareil et un débit 3. Le débit 3 est comprimé dans un surpresseur B1, refroidi en la ligne d'échange El et puis une partie 7 du débit 3 est détendue dans une turbine Claude Ti et envoyé à la colonne moyenne pression K1 d'une double colonne. Le reste 9 du débit 3 poursuit son refroidissement dans la ligne d'échange El et est envoyé à un séparateur de phases S1. Le débit 5 est également refroidi dans la ligne d'échange El et envoyé au séparateur de phases S1. Un débit gazeux du séparateur de phases S1 est envoyé à la colonne moyenne pression K1. Le débit liquide est divisé en deux et envoyé en partie à la colonne moyenne pression K1 et en partie à la colonne basse pression K2. De manière classique, du liquide riche 11 est soutiré de la cuve de la colonne moyenne pression K1, sous-refroidi dans la ligne d'échange El et envoyé à la colonne basse pression K2 qui dans cet exemple se trouve côte à côté de la colonne moyenne pression K1. De même, des débits 13,15 de liquide pauvre de pureté différentes sont sous-refroidis dans la ligne d'échange et envoyé en tête de la colonne basse pression qui comporte un minaret, une partie 27 pouvant cependant servir de produit liquide. Une partie de l'oxygène liquide 19 de cuve de la colonne basse pression est pressurisé par une pompe P1 et divisé en deux pour alimenter d'une part le condenseur de tête C de la colonne moyenne pression K1 et d'autre part pour servir de produit 21. Un autre débit d'oxygène 29 pris quelques plateaux plus haut dans la colonne basse pression K2 est pompé par une pompe P2. Une partie 31 de ce débit sert de produit liquide et le reste 33 se vaporise dans la ligne d'échange El. Deux débits d'azote gazeux 23,25 sont soutirés de la colonne basse pression K2 et se réchauffent dans la ligne d'échange E1. Un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique illustré à la Figure 1 produisait initialement de l'oxygène gazeux basse pureté, de l'azote gazeux haute pureté, de l'azote liquide haute pureté et une très petite quantité d'oxygène liquide. Dans l'appareil modifié de la Figure 2, on remarque l'addition d'une deuxième turbine T2, une deuxième surpresseur B2, un deuxième échangeur E2, un deuxième séparateur de phases S2 et quelques conduites et vannes supplémentaires. De l'air sec et chaud 1 à 25 bars est divisé en deux formant un débit 5 qui est envoyé à la ligne d'échange principale El de l'appareil et un débit 3. Le débit 3 est comprimé dans un surpresseur B1. Comme la vanne V1 de la conduite 67 est fermée, l'air surpressé passe par la conduite 63 au deuxième surpresseur B2 et puis est refroidi. Une partie de l'air surpressé dans les deux surpresseurs en série est envoyée par la conduite 51 au deuxième échangeur E2 où elle se refroidit et une autre partie du débit surpressé est envoyée par la conduite 65, à travers la vanne V5 à la turbine Ti sans passer par l'échangeur E1. Une partie 7' du débit 3 détendue dans une turbine Claude Ti est envoyée à la colonne moyenne pression K1 de la double colonne. Le reste passe par la conduite 39 vers la deuxième turbine T2 qui le détend à la pression atmosphérique et puis le rejette à l'atmosphère après réchauffement dans le deuxième échangeur E2. Une troisième partie du débit surpressé dans les deux surpresseurs B1,B2 est envoyée par la conduite 61,69 à la ligne d'échange El et est envoyé au séparateur de phases S1 de la Figure 1. Le débit 5 est également refroidi dans la ligne d'échange E1 et envoyé au deuxième séparateur de phases S2 à travers la vanne V3, la vanne V2 étant fermée. Le séparateur de phases S2 est également alimenté par le débit d'air de la conduite 51 à travers la vanne V4. Un débit gazeux du séparateur de phases S1 est envoyé à la colonne moyenne pression K1 par la conduite 41. Le débit liquide est envoyé par la conduite 43 dans le séparateur de phases S1 et envoyé en partie à la colonne moyenne pression K1 et en partie à la colonne basse pression K2. De manière classique, du liquide riche 11 est soutiré de la cuve de la colonne moyenne pression K1, sous-refroidi dans la ligne d'échange El et envoyé à la colonne basse pression K2 qui dans cet exemple se trouve côte à côté de la colonne moyenne pression K1. De même, des débits 13,15 de liquide pauvre de pureté différentes sont sous-refroidis dans la ligne d'échange et envoyé en tête de la colonne basse pression qui comporte un minaret, une partie 27 pouvant cependant servir de produit liquide. Une partie de l'oxygène liquide 19 de cuve de la colonne basse pression est pressurisé par une pompe P1 et divisé en deux pour alimenter d'une part le condenseur de tête C de la colonne moyenne pression K1 et d'autre part pour servir de produit 21. L'autre débit d'oxygène 29 pris quelques plateaux plus haut dans la colonne basse pression K2 n'est plus soutiré ou est soutiré en plus petite quantité. Comme on produit moins ou on ne produit plus d'oxygène gazeux, on envoie de l'azote résiduaire sous pression à au moins certains des passages dédiés à l'oxygène pour le procédé initial de la Figure 1. Deux débits d'azote gazeux 23,25 sont soutirés de la colonne basse pression K2 et se réchauffent dans la ligne d'échange E1. Il sera compris que toutes les conduites illustrées pour la Figure 2 ne sont pas forcément en état de fonctionnement suite à la modification de l'appareil. Il sera compris aisément que ce procédé s'applique à des procédés utilisant une double colonne ou une triple colonne ainsi que d'autres colonnes telles qu'une colonne argon ou une colonne de mélange. L'avantage de cette façon de modifier le procédé est que : - seul le module de l'échangeur doit être modifié, - les colonnes de distillation ne sont pas modifiées, - les nouveaux éléments prennent très peu de place, -la ligne d'échange existante n'est pas modifiée, - le temps requis pour modifier l'appareil est minimal, - les modifications sont facilement réversibles. REVENDICATIONS 1. Procédé de modification d'un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique existant comprenant une double colonne de distillation et une ligne d'échange, un premier surpresseur d'air, une première turbine d'air, dans lequel de l'air est surpressé par le premier surpresseur, refroidi dans la ligne d'échange et détendu dans la première turbine et ensuite envoyé à la colonne haute pression de la double colonne sous forme gazeuse et un débit d'oxygène liquide se vaporise dans la ligne d'échange pour former un produit gazeux riche en oxygène dans lequel afin de réduire la production d'oxygène, on modifie le procédé en rajoutant un deuxième surpresseur et une deuxième turbine, et en réduisant, éventuellement à zéro, la quantité d'oxygène liquide qui se vaporise dans la ligne d'échange, en augmentant la production de liquide comme produit final, éventuellement à partir de zéro, en envoyant au moins une partie de l'air provenant du premier surpresseur au deuxième surpresseur, en la refroidissant, en l'envoyant à la première turbine et ensuite au moins en partie à la deuxième turbine, l'air détendu dans la deuxième turbine étant envoyé au moins en partie à l'atmosphère. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel, dans le procédé modifié, une partie de l'air comprimé dans le deuxième surpresseur se refroidit, se condense partiellement et est envoyé à la distillation. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel, dans le procédé modifié, de l'air condensé partiellement est envoyé à un séparateur de phases en amont de la distillation. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3 dans lequel, dans le procédé modifié, de l'air diphasique est envoyé de la ligne d'échange au 30 séparateur de phases. 5. Procédé selon la revendication 1 à 4 dans lequel, dans le procédé modifié, de l'air détendu dans la deuxième turbine sert à refroidir l'air comprimé dans le deuxième surpresseur. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel, dans le procédé modifié, le premier surpresseur est couplé à la première turbine et le deuxième surpresseur est couplé à la deuxième turbine. 7. Procédé selon une des revendications précédentes dans lequel, selon le procédé modifié, la première turbine est alimentée par de l'air provenant du deuxième surpresseur, sans être refroidi dans la ligne d'échange.10