Brevet FR2950685A1 — publié le 20110401

La présente invention s'applique aux appareils et aux procédés de production de séparation des gaz de l'air équipés d'une colonne de concentration capable de produire une mixture concentrée en krypton et xénon. Dans certaines unités, telle qu'illustré dans la Figure 1, un débit liquide 1, flitré pour enlever des hydrocarbures et contenant du krypton et du xénon, est envoyé de la colonne basse pression d'une double colonne de séparation d'air à une colonne d'enrichissement 3. La colonne d'enrichissement 3 a un rebouilleur de cuve 5 chauffé par un gaz calorigène 4, par exemple de l'azote ou de l'air. Le rebouilleur de cuve peut être un vaporiseur à bain du type en io aluminium à plaques bras ées. Un gaz de tête 21 est soutiré en tête de cette colonne 3 et est renvoyé à la colonne basse pression. La mixture 7 issue de la cuve cette colonne 3 et enrichie en krypton, xénon et au plus 5000 ppm de méthane est vaporisée et envoyée vers une unité d'épuration chaude 9. Cette unité d'épuration chaude 9 a pour but d'éliminer les hydrocarbures et autre 15 produits de combustion des hydrocarbures. En amont de l'unité d'épuration chaude, le liquide de cuve 7 est pompé à au moins 8 bars. L'unité d'épuration chaude 9 comprenant une unité de vaporisation et une unité de purification. Au sein de cette unité de vaporisation, il est vaporisé et réchauffé dans un échangeur à l'eau chauffée par de la vapeur 20 ou de l'eau chaude (non-illustré). Ce débit vaporisé est envoyé à un réacteur catalytique formant partie de l'unité de purification qui oxyde à 500°C le méthane et les traces restantes d'autres hydrocarbures. La réaction produit de l'eau et du CO2. Le produit est ensuite refroidi dans un refroidisseur à l'eau. Les produits de la combustion qui 25 sont l'eau et le dioxyde de carbone sont éliminés par adsorption. Au final, le produit 11 épuré en hydrocarbures, CO2 et H20 est concentré (sous température cryogénique) jusqu'à obtenir un produit contenant très peu d'oxygène et le reste en krypton et xénon. La concentration se fait dans une ou deux colonnes de distillation, dans la Figure 1 une seule colonne 13 est 30 illustrée. Le gaz chaud 11 provenant de la partie chaude est refroidi dans le rebouilleur 15 de cette colonne de concentration finale 13 et ensuite liquéfié dans le rebouilleur 5 de la colonne d'enrichissement 3. Il est ensuite introduit en tête de colonne de concentration finale 13 (comme reflux). Le gaz froid 19 de tête de colonne est renvoyé vers la colonne d'enrichissement 3 et un produit liquide 17 riche en krypton et xénon (contenant au moins 98% de ces composés) est soutiré en cuve de la colonne de concentration finale 13. Afin de découpler les deux phases de concentration cryogénique, il peut être envisagé d'utiliser de l'azote liquide 23 envoyé en tête de la colonne de concentration finale 13 (Figure 2) plutôt que d'envoyer le gaz 11 du rebouilleur 15 vers le rebouilleur 5. Ainsi, le gaz 11 est envoyé du rebouilleur 15 vers la colonne 13 sans passer par le rebouilleur 5. Le gaz 19 rejeté à l'atmosphère contient des molécules d'oxygène qui sont perdues ainsi que le froid qu'elles contiennent. io Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil d'extraction de krypton et de xénon à partir d'un appareil de séparation d'air comprenant au moins une première colonne et une deuxième colonne, une unité d'épuration chaude comprenant une unité de vaporisation et une unité de purification, une conduite pour envoyer un liquide enrichi en krypton et xénon de l'appareil de 15 séparation d'air en tête de la première colonne, une conduite pour envoyer un liquide de cuve de la première colonne vers l'unité d'épuration chaude pour former un gaz épuré, une conduite pour envoyer le gaz épuré dans l'unité d'épuration chaude vers un échangeur de chaleur par contact indirect, une conduite pour envoyer le gaz épuré de l'échangeur vers la partie supérieure de 20 la deuxième colonne, une conduite pour soutirer un liquide riche en krypton et xénon en cuve de la deuxième colonne et une conduite pour envoyer un gaz de tête de la deuxième colonne vers l'échangeur. Eventuellement l'appareil comprend : - une conduite pour envoyer le gaz de tête de l'échangeur vers un moyen 25 de refroidissement faisant partie de l'unité d'épuration chaude ; - une conduite pour envoyer de l'azote liquide en tête de la deuxième colonne ; - la première colonne a un rebouilleur de cuve et dans lequel l'échangeur est un échangeur distinct de ce rebouilleur de cuve ; 30 - seules des conduites de gaz épuré et de gaz de tête de la deuxième colonne sont reliées à l'échangeur. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé d'extraction de krypton et de xénon à partir d'un appareil de séparation d'air comprenant au moins une première colonne et une deuxième colonne et une unité d'épuration chaude dans lequel on envoie un liquide enrichi en krypton et xénon de l'appareil de séparation d'air en tête de la première colonne, on envoie un liquide de cuve de la première colonne vers l'unité d'épuration chaude, on refroidit le liquide ainsi épuré de l'unité d'épuration chaude dans un échangeur de chaleur par contact indirect, on envoie le liquide épuré de l'échangeur vers la tête de la deuxième colonne, on soutire un liquide riche en krypton et xénon en cuve de la deuxième colonne et on réchauffe un gaz de tête de la deuxième colonne dans l'échangeur. io Eventuellement : - on envoie le gaz de tête de l'échangeur vers un moyen de refroidissement du gaz traité dans l'unité d'épuration chaude ; - on envoie de l'azote liquide en tête de la deuxième colonne ; - la première colonne est chauffée au moyen d'un rebouilleur de cuve et 15 dans lequel l'échangeur est distinct du rebouilleur de cuve ; - la première colonne est chauffée uniquement par envoi d'azote gazeux en cuve de la colonne. L'invention se résume, en particulier, en deux points essentiels : 1. Utilisation du froid contenu dans le gaz froid de tête de la colonne de 20 concentration finale pour refroidir le gaz entrant de la colonne de concentration finale. 2. Récupération des frigories du gaz rejeté à l'atmosphère. En effet, l'unité d'épuration chaude est composée d'un réacteur ayant pour but de brûler les hydrocarbures à haute température. Le débit sortant est alors refroidi dans 25 une série d'échangeurs, le dernier étant un refroidisseur à l'eau. Le débit refroidi est alors envoyé vers une dessiccation qui enlève les produits de combustion (CO2 et H2O). L'invention consiste en particulier à rajouter un échangeur utilisant les frigories citées plus haut. Une variante serait aussi de remplacer le refroidisseur à l'eau en aval de l'épuration chaude par un 30 échangeur utilisant ces frigories. (Figure 4). L'invention sera décrite en plus de détails en se référant aux figures, les Figures 3 et 4 représentant des appareils selon l'invention. Dans la Figure 3 un débit 1 contenant du krypton et du xénon est envoyé de la colonne basse pression d'une double colonne de séparation d'air à une colonne d'enrichissement 3. La colonne d'enrichissement 3 a un rebouilleur de cuve 5 chauffé par un gaz calorigène 4. Un gaz de tête 21 est soutiré en tête de cette colonne 3 et est renvoyé à la colonne basse pression. La mixture 7 issue de cette colonne 3 est envoyée vers une unité d'épuration chaude 9, telle que décrite ci-dessus. Cette unité d'épuration chaude 9 a pour but d'éliminer les hydrocarbures et autre produits de combustion des hydrocarbures. Au final le produit 11 épuré en hydrocarbures, CO2 et H20 est concentré (sous io température cryogénique) jusqu'à obtenir un produit contenant très peu d'oxygène et le reste en krypton et xénon. La concentration se fait dans une ou deux colonnes de distillation, dans la Figure 3 une seule colonne 13 est illustrée. Le gaz chaud 11 provenant de la partie chaude est refroidi dans le rebouilleur 15 de cette colonne de concentration finale 13 et ensuite envoyé à 15 un échangeur de chaleur 25 où il se refroidit avant d'être introduit quelques plateaux en dessous de la tête de colonne de concentration finale 13 (comme reflux). Le gaz froid 19 de tête de colonne 3 est renvoyé vers l'échangeur 25 qui sert donc à récupérer les frigories de ce gaz. Un produit liquide 17 riche en krypton et xénon est soutiré en cuve de la colonne de concentration finale 13. 20 De l'azote liquide 23 est envoyé en tête de la colonne de concentration finale 13 plutôt que d'envoyer le gaz 11 du rebouilleur 15 vers le rebouilleur 5 pour le condenser. En variante de la Figure 3, dans la Figure 4 le gaz 19 réchauffé dans l'échangeur 25 est envoyé à l'unité d'épuration chaude où les frigories restantes 25 sont récupérées par le système de refroidissement en aval de la réaction chaude. Il sera compris que dans ce qui précède, ainsi que dans d'autres appareils de ce type, la présence du rebouilleur 5 n'est pas essentielle. En particulier, celui-ci peut être remplacé par une injection d'azote gazeux en cuve 30 de colonne 3. La présente invention a en particulier l'avantage de permettre à la colonne 3 et la colonne 13 d'être éloignées l'une de l'autre puisqu'il n'est pas nécessaire de renvoyer le gaz épuré 11 vers la colonne 3. 20 REVENDICATIONS1. Appareil d'extraction de krypton et de xénon à partir d'un appareil de séparation d'air comprenant au moins une première colonne (3) et une deuxième colonne (13), une unité d'épuration chaude (9) comprenant une unité de vaporisation et une unité de purification, une conduite pour envoyer un liquide enrichi en krypton et xénon de l'appareil de séparation d'air en tête de la première colonne, une conduite pour envoyer un liquide de cuve de la première colonne vers l'unité d'épuration chaude pour former un gaz épuré, une conduite io pour envoyer le gaz épuré dans l'unité d'épuration chaude vers un échangeur de chaleur (25) par contact indirect, une conduite pour envoyer le gaz épuré de l'échangeur vers la partie supérieure de la deuxième colonne, une conduite pour soutirer un liquide riche en krypton et xénon en cuve de la deuxième colonne et une conduite pour envoyer un gaz de tête de la deuxième colonne 15 vers l'échangeur. 2. Appareil selon la revendication 1 comprenant une conduite pour envoyer le gaz de tête de l'échangeur vers un moyen de refroidissement faisant partie de l'unité d'épuration chaude. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2 comprenant une conduite pour envoyer de l'azote liquide en tête de la deuxième colonne (13). 4. Appareil selon une des revendications précédentes dans lequel la 25 première colonne a un rebouilleur de cuve (5) et dans lequel l'échangeur (25) est un échangeur distinct de ce rebouilleur de cuve. 5. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel seules des conduites de gaz épuré et de gaz de tête de la deuxième colonne 30 sont reliées à l'échangeur de chaleur (25). 6. Procédé d'extraction de krypton et de xénon à partir d'un appareil de séparation d'air comprenant au moins une première colonne (3) et unedeuxième colonne (13) et une unité d'épuration chaude (9) dans lequel on envoie un liquide enrichi en krypton et xénon de l'appareil de séparation d'air en tête de la première colonne, on envoie un liquide de cuve de la première colonne vers l'unité d'épuration chaude, on refroidit le liquide ainsi épuré de l'unité d'épuration chaude dans un échangeur de chaleur (25) par contact indirect, on envoie le liquide épuré de l'échangeur vers la tête de la deuxième colonne, on soutire un liquide riche en krypton et xénon en cuve de la deuxième colonne et on réchauffe un gaz de tête de la deuxième colonne dans l'échangeur. i0 7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel on envoie le gaz de tête de l'échangeur vers un moyen de refroidissement du gaz traité dans l'unité d'épuration chaude (9). 15 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7 dans lequel on envoie de l'azote liquide (23) en tête de la deuxième colonne. 9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8 dans lequel la première colonne est chauffée au moyen d'un rebouilleur de cuve (5) et dans 20 lequel l'échangeur de chaleur (25) est distinct du rebouilleur de cuve. 10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9 dans lequel la première colonne est chauffée uniquement par envoi d'azote gazeux en cuve de la colonne. 25