Brevet FR2960555A1 — publié le 20111202

La présente invention concerne une installation intégrée comprenant un appareil de séparation d'air et au moins un haut fourneau et son procédé d'opération. Il est connu d'alimenter une unité de séparation d'air avec de l'air venant 5 des soufflantes de haut fourneaux. Selon l'invention, il est prévu de récupérer de l'air chaud en amont du réchauffage dans les réchauffeurs du type cowper, puis de le refroidir avec de l'eau de refroidissement avant de le traiter dans l'unité de séparation d'air. Ce genre de réchauffeur est décrit dans « Economie d'énergie sur les cowpers: io préchauffage de l'air et du gaz de combustion » GUEUGNEAU G., La Technique moderne 1983, vol. 75, n°7-8, pp. 10-13. La compression d'air par les soufflantes de hauts fourneaux est généralement faite de façon adiabatique (c'est-à-dire sans réfrigérant intermédiaire). Ce type de compression consomme davantage d'énergie 15 mécanique qu'un compresseur dit isotherme avec des réfrigérants intermédiaires tel qu'utilisés classiquement par un appareil de séparation d'air. Alimenter un appareil de séparation d'air avec de l'air des haut fourneaux signifie dans l'état de l'art actuel consommer globalement plus d'énergie qu'avec des compresseurs isothermes dédiés aux appareils de séparation d'air. 20 La seule exception est le cas d'une intégration de l'appareil de séparation avec des soufflantes existantes qui sont utilisées près de leur point d'anti-pompage quand aucun débit d'air n'est soutiré pour alimenter un ou plusieurs appareils de séparation d'air. Dans ce cas, le fait de soutirer une quantité d'air supplémentaire pour 25 l'appareil de séparation d'air permet d'augmenter le débit comprimé par ces soufflantes, et donc de se rapprocher de leur point nominal où le rendement de ces machines est significativement meilleur. Il est connu de FR-A-2758621 de vaporiser de l'eau en utilisant de l'air chauffé dans un Cowper. Ceci implique d'utiliser un gaz sidérurgique pour 30 chauffer le Cowper. Comme il s'agit d'un cycle simple, la récupération d'énergie est peu efficace. Selon la présente invention, plus de gaz sidérurgique reste disponible pour être envoyé dans une chaudière avec une meilleure efficacité de cycle et un coût marginal d'investissement réduit. Selon un objet de l'invention, il est prévu une installation intégrée comprenant un appareil de séparation d'air, au moins un haut fourneau, des moyens de préchauffage d'air destiné au(x) haut(s) fourneau(x), au moins un compresseur d'air, une première conduite pour amener de l'air d'au moins un compresseur d'air vers les moyens de préchauffage de l'air du type cowper et ensuite au(x) haut(s) fourneau(x), une deuxième conduite reliant le compresseur d'air ou au moins un des compresseurs d'air avec l'appareil de séparation d'air sans passer par les moyens de préchauffage de l'air, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens pour chauffer de l'eau sous io forme liquide et/ou de l'oxygène par échange de chaleur avec de l'air destiné à l'appareil de séparation d'air dans la deuxième conduite. Un cowper est chauffé au moyen d'un gaz sidérurgique provenant éventuellement d'au moins un haut fourneau. De préférence : 15 - le compresseur ou au moins un des compresseurs est adiabatique ; - la conduite amenant l'air destiné à l'appareil de séparation aux moyens pour chauffer de l'eau est reliée à un point en amont des moyens de préchauffage de l'air ; - l'installation comprend une conduite pour envoyer l'eau chauffée contre 20 l'air à une chaudière et/ou une conduite pour envoyer l'eau à chauffer contre l'air reliée à une chaudière (la chaudière). Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé d'opération d'une installation intégrée comprenant un appareil de séparation d'air et au moins un haut fourneau dans lequel de l'air est comprimé dans au moins un 25 compresseur, divisé pour former au moins deux débits, un premier débit est chauffé dans un réchauffeur du type cowper et puis envoyé au (à un des) haut(s) fourneau(x), un deuxième débit est envoyé à un appareil de séparation d'air, sans avoir été chauffé dans la réchauffeur, caractérisé en ce que le deuxième débit est refroidi par échange de chaleur indirect avec un débit d'eau 30 sous forme liquide. De préférence : - le compresseur est un compresseur adiabatique ; - l'eau n'est pas vaporisée lors de son échange de chaleur avec l'air destiné à l'appareil de séparation ; - l'air qui échange de la chaleur avec l'eau est inférieure à 250°C, de préférence inférieure à 200°C, voire inférieure à 170°C ; - l'eau destinée à être chauffée par l'air provient d'une chaudière ; - l'eau chauffée par l'air est envoyée à une (la) chaudière ; - la chaudière est alimentée par un gaz résiduaire du haut-fourneau. - l'air est comprimé dans au moins deux compresseurs ; - l'un des compresseurs fournit en marche normale l'air à l'appareil de séparation d'air, et en marche secours (où un autre des compresseurs est arrêté) l'air aux haut fourneaux ; io - la totalité de l'air de l'appareil de séparation d'air est fournie par le ou les compresseurs ; - le compresseur est entraîné par une turbine à vapeur alimentée par la chaudière ; - le deuxième débit est recomprimé (au moins en partie) avant d'entrer 15 dans la boite froide de l'appareil de séparation d'air et éventuellement le deuxième débit est refroidi par échange de chaleur indirect avec un débit d'eau sous forme liquide en aval de cette recompression ; - seulement une partie de l'eau de chaudière est préchauffée par échange de chaleur avec le deuxième débit ; 20 - la chaudière est une chaudière qui récupère de la chaleur d'une unité de cokerie de préférence du type Dry Coke Quench ; - la chaudière récupère de la chaleur à haute température en chauffant de l'eau dans une cokerie et de la basse température par échange de chaleur en chauffant de l'eau avec le deuxième débit ; 25 - l'eau destinée à la chaudière est chauffée par de l'air provenant d'un surpresseur de l'appareil de séparation d'air. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la figure qui montre schématiquement une installation selon l'invention. Plusieurs soufflantes adiabatiques S1, S2, S3 compriment de l'air. Les 30 débits d'air 1, 2, 3 sont réunis et une partie de l'air 6 est envoyée à un haut fourneau HF1 après chauffage dans un réchauffeur Cl du type cowper, une autre partie de l'air 8 étant envoyée à un deuxième haut fourneau HF2 après chauffage dans un réchauffeur C2 du type cowper. Les deux réchauffeurs Cl, C2 sont chauffés au moyen d'un gaz sidérurgique, provenant de préférence d'au moins un des hauts fourneaux. Le reste de l'air 9 à entre 150°C et 250°C est envoyé à un échangeur à contact indirect 11 où il chauffe un débit d'eau sous forme liquide 13 provenant d'une chaudière 17. L'eau réchauffée 15 est renvoyée à la chaudière. Cette eau est réchauffée jusqu'à une température significativement équivalente à celle du dégazeur, de l'ordre de 120°C jusqu'à 180°C, suivant la pression à laquelle est opérée ce dégazeur). Le débit d'eau 15 ne constituera qu'une partie de l'eau alimentant la chaudière 17. io Optionnellement, l'air refroidi dans l'échangeur 11 est comprimé par un compresseur 19 pour l'amener à la pression de fonctionnement de l'appareil de séparation d'air. La récupération de chaleur dans l'échangeur 11 pourra se faire en amont (comme illustré) ou en aval de ce deuxième compresseur 19. Si la récupération de chaleur a lieu en aval du compresseur 19, ceci permet de 15 récupérer de la chaleur de compression supplémentaire. L'air 19 provenant de l'échangeur 11 peut éventuellement être mélangé avec de l'air 23 d'un compresseur d'appoint 21. Or de préférence, tout l'air destiné à l'appareil de séparation d'air 31 provient des soufflantes S1, S2, S3. L'air est épuré dans une unité d'épuration 25 et divisé en deux. Une partie 29 20 est surpressée dans un surpresseur 27 et les parties surpressée et nonsurpressée sont séparées dans une boîte froide 31. Il est envisageable de récupérer de la chaleur en aval de ce surpresseur 27 pour chauffer l'eau 13 destinée à la chaudière. De l'oxygène 33 de la boîte froide peut être envoyé à la chaudière 17 25 pour participer à la combustion. L'oxygène 33 peut être préchauffé dans l'échangeur 11 à la place de l'eau 13 ou en même temps. La chaudière 17 peut récupérer également de la chaleur d'une unité de cokerie du type « Trempe à sec du coke » (« Dry Coke Quench »). Cette 30 nouvelle technologie récupère de la chaleur sur une cokerie (alors que d'habitude elle était perdue). Ainsi la chaudière récupère de la chaleur à haute température de la cokerie et récupère de la chaleur basse température sur la soufflante du haut fourneau dans l'échangeur 11. Eventuellement, une des soufflantes de haut fourneau peut fournir en marche normale l'air à l'appareil de séparation d'air 31, et en marche secours (où une autre soufflante alimentant les haut fourneaux est arrêtée) l'air aux haut fourneaux.5 REVENDICATIONS1. Installation intégrée comprenant un appareil de séparation d'air (31), au moins un haut fourneau (HF1, HF2), des moyens de préchauffage d'air destiné au(x) haut(s) fourneau(x) du type cowper (Cl, C2), au moins un compresseur d'air (S1, S2, S3), une première conduite (6, 8) pour amener de l'air du au moins un compresseur d'air vers les moyens de préchauffage de l'air et ensuite au(x) haut(s) fourneau(x), une deuxième conduite (9) reliant le compresseur d'air ou au moins un des compresseurs d'air avec l'appareil de io séparation d'air sans passer par les moyens de préchauffage, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (11) pour chauffer de l'eau sous forme liquide et/ou de l'oxygène par échange de chaleur avec de l'air destiné à l'appareil de séparation d'air dans la deuxième conduite. 15 2. Installation selon la revendication 1 dans laquelle le compresseur ou au moins un des compresseurs (S1, S2, S3), est adiabatique. 3. Installation selon l'une des revendications précédentes comprenant une conduite (15) pour envoyer l'eau chauffée contre l'air à une 20 chaudière (17) et/ou une conduite (13) pour envoyer l'eau à chauffer contre l'air reliée à une chaudière (la chaudière) (17). 4. Installation selon l'une des revendications précédentes comprenant des moyens pour envoyer un gaz résiduaire d'un haut fourneau 25 (HF1, HF2) aux moyens de préchauffage de l'air (Cl, C2). 5. Procédé d'opération d'une installation intégrée comprenant un appareil de séparation d'air (31) et au moins un haut fourneau (HF1, HF2) dans lequel de l'air est comprimé dans au moins un compresseur (S1, S2, S3), divisé 30 pour former au moins deux débits, un premier débit est chauffé dans un préchauffeur du type cowper (Cl, C2) et puis envoyé au (à un des) haut(s) fourneau(x), un deuxième débit est envoyé à un appareil de séparation d'air sans avoir été chauffé dans la réchauffeur, caractérisé en ce que le deuxième iodébit est refroidi par échange de chaleur indirect avec un débit d'eau sous forme liquide. 6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel le compresseur est un compresseur adiabatique (Si, S2, S3). 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6 dans lequel l'eau n'est pas vaporisée lors de son échange de chaleur avec l'air destiné à l'appareil de séparation (31). 8. Procédé selon la revendication 5, 6 ou 7 dans lequel l'air qui échange de la chaleur avec l'eau est inférieur à 250°C, de préférence inférieur à 200°C, voire inférieur à 170°C. 15 9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 8 dans lequel l'eau destinée à être chauffée par l'air provient d'une chaudière (17) et/ou l'eau chauffée par l'air est envoyée à une (la) chaudière (17). 10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel la chaudière (17) est 20 alimentée par un gaz résiduaire du haut-fourneau (HF1, HF2).