Brevet FR2930331A1 — publié le 20091023

La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique. Un des buts de l'invention est de réduire l'énergie spécifique de séparation de l'oxygène basse pureté basse pression WO-A-2007129152 décrit un appareil de séparation d'air dans lequel de l'azote comprimé dans un compresseur froid est utilisé pour chauffer le condenseur de cuve de la colonne basse pression. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'air io par distillation cryogénique dans lequel : i) on envoie de l'air comprimé, épuré et refroidi dans une ligne d'échange à une colonne d'un système de colonnes comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression ii) on soutire au moins un fluide enrichi en un composant de l'air du 15 système de colonnes iii) on comprime un fluide soutiré d'une colonne du système de colonnes dans un compresseur froid, iv) on refroidit le fluide comprimé dans la ligne d'échange pour former un fluide refroidi et 20 v) on condense au moins partiellement le fluide refroidi dans un condenseur du système de colonnes. Eventuellement : - le fluide est refroidi jusqu'à son point de rosée ; - le fluide comprimé dans le compresseur froid est de l'azote provenant 25 de la colonne moyenne pression ; - le condenseur assure le rebouillage en cuve ou dans une position intermédiaire de la colonne basse pression. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant : 30 i) une ligne d'échange, ii) un système de colonnes comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression, 2 2930331 iii) des moyens pour envoyer de l'air comprimé, épuré et refroidi dans la ligne d'échange à une colonne du système de colonnes iv) des moyens pour soutirer au moins un fluide enrichi en un composant de l'air du système de colonnes 5 v) un compresseur froid et des moyens pour envoyer un fluide soutiré d'une colonne du système de colonnes au compresseur froid pour former un fluide comprimé, vi) des moyens pour envoyer le fluide comprimé dans la ligne d'échange pour le refroidir et io vii) un condenseur du système de colonnes et des moyens pour envoyer le fluide comprimé de la ligne d'échange au condenseur. Eventuellement : - le fluide envoyé au compresseur froid est soutiré de la tête de la colonne moyenne pression ; 15 - le condenseur est un rebouilleur de cuve ou intermédiaire de la colonne basse pression ; Selon l'invention l'azote provenant du compresseur froid est refroidi, pour être ramené à son point de rosée, avant d'être condensé dans le condenseur de cuve. Ceci permet de gagner jusqu'à 1% sur l'énergie de 20 séparation et de réduire les irréversibilités du cycle. L'air en entrée de la colonne moyenne pression contient moins de liquide, ce qui permet de tirer plus d'azote moyenne pression de la colonne moyenne pression, le débit d'azote détendu dans la turbine augmente, et donc la puissance frigorifique. La puissance du compresseur froid peut être 25 augmentée, ce qui réduit la pression de marche de l'appareil de séparation d'air, et donc son énergie de séparation. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la figure qui montre schématiquement un appareil selon l'invention. Un débit d'air 1 est divisé en deux, une partie 7 étant surpressée dans 30 un surpresseur 9 et le reste 3 étant envoyé directement à la ligne d'échange 11. L'air 3 se refroidit et est envoyé sous forme gazeuse à la colonne moyenne pression 15 d'une double colonne de séparation d'air. L'air 7 se refroidit également dans la ligne d'échange, puis se condense au moins partiellement 3 2930331 dans un vaporiseur 13 avant d'être envoyé à la colonne moyenne pression 15. Du liquide riche 25, du liquide pauvre 61 et un liquide proche de l'air liquide sont envoyés de la colonne moyenne pression 15 à la colonne basse pression 17 en tant que débits de reflux après sous-refroidissement dans l'échangeur 5 29. Il est également possible de diviser le débit 7 entre les colonnes moyenne et basse pression au lieu de prélever un débit Un débit d'oxygène liquide 33 est soutiré de la colonne basse pression, pressurisé par la pompe 13 et vaporisé dans le vaporiseur 13 en amont de la ligne d'échange 11. La compression du fluide 33 peut se faire aussi par une io hauteur hydrostatique, sans la pompe 13. De l'azote basse pression 31 est soutiré en tête de la colonne basse pression 17 et se réchauffe dans les échangeurs 29,11. Un débit d'azote gazeux moyenne pression 39 est soutiré en tête de la colonne moyenne pression 15 et divisé en deux. Une partie 53 est envoyée à 15 un condenseur intermédiaire 23 de la colonne basse pression 17 où elle se condense avant d'être renvoyée à la colonne moyenne pression en tant que reflux. Le reste de l'azote 41 est divisé en deux, une portion est envoyée à un compresseur froid 51 pour former un débit 55, ce débit 55 est envoyé à un point en amont du bout froid de la ligne d'échange 11 où il se refroidit jusqu'à 20 son point de rosée avant d'être envoyé au condenseur de cuve 19 de la colonne basse pression 17. Dans ce condenseur 19 il se condense et ensuite sert de reflux pour au moins une des colonnes. Le reste 45 de l'azote est envoyé à la ligne d'échange, se réchauffe et est envoyé à une turbine 47. L'azote détendu dans la turbine 47 est envoyé à 25 la ligne d'échange et se réchauffe pour devenir le débit 49. 4 REVENDICATIONS1. Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans lequel : a. on envoie de l'air comprimé, épuré et refroidi dans une ligne d'échange (11) à une colonne d'un système de colonnes comprenant une colonne moyenne pression (15) et une colonne basse pression (17) b. on soutire au moins un fluide enrichi en un composant de l'air du système de colonnes c. on comprime un fluide soutiré d'une colonne du système de 10 colonnes dans un compresseur froid (51), d. on refroidit le fluide comprimé dans la ligne d'échange pour former un fluide refroidi et e. on condense au moins partiellement le fluide refroidi dans un condenseur (19,23) du système de colonnes. 15 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le fluide est refroidi jusqu'à son point de rosée. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le fluide comprimé 20 dans le compresseur froid (51) est de l'azote provenant de la colonne moyenne pression (15). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le condenseur (19,23)assure le rebouillage en cuve ou dans une position 25 intermédiaire de la colonne basse pression. 5. Appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant : a. une ligne d'échange (3), b. un système de colonnes comprenant une colonne moyenne pression 30 (15) et une colonne basse pression (17), c. des moyens (3) pour envoyer de l'air comprimé, épuré et refroidi dans la ligne d'échange à une colonne du système de colonnes 5 2930331 d. des moyens pour soutirer au moins un fluide enrichi en un composant de l'air du système de colonnes e. un compresseur froid (51) et des moyens pour envoyer un fluide soutiré d'une colonne du système de colonnes au compresseur froid pour 5 former un fluide comprimé, f. des moyens pour envoyer le fluide comprimé dans la ligne d'échange pour le refroidir et g. un condenseur (19,23) du système de colonnes et des moyens pour envoyer le fluide comprimé de la ligne d'échange au condenseur. io 6. Appareil selon la revendication 5 dans lequel le fluide envoyé au compresseur froid (51) est soutiré de la tête de la colonne moyenne pression (15). 15 7. Appareil selon la revendication 5 ou 6 dans lequel le condenseur est un rebouilleur de cuve (19) ou intermédiaire (23) de la colonne basse pression.