Brevet FR2962799A1 — publié le 20120120

La présente invention concerne un ensemble de refroidissement et appareil de séparation d'air par distillation d'air comprenant un tel ensemble de refroidissement. Il est connu de « Industrial Gas Handbook » de Frank Kerry, CRC Press, pages 112 à 113, d'utiliser une tour de refroidissement pour refroidir l'air destiné à la séparation d'air, dans un système de distillation, par contact direct avec de l'eau dans une première tour. L'air est ensuite envoyé à un système d'épuration pour le sécher et l'épurer en dioxyde de carbone. L'eau utilisée pour le refroidissement est évidemment chauffée dans la première tour. Pour la refroidir et ainsi pouvoir la recycler à la première tour, l'eau est refroidie dans une deuxième tour par contact direct avec de l'azote provenant du système de distillation d'air. En amont de la deuxième tour, l'azote est réchauffé dans la ligne d'échange où se refroidit l'air à distiller. Comme signalé par Kerry, ce débit d'azote peut constituer un pourcentage considérable de l'air distillé. EP-A-1666822 montre la première et la deuxième tour disposées sur le sol, la deuxième tour étant à proximité de la sortie de la ligne d'échange principale. Des pompes permettant le transfert de l'eau glacée obtenue dans la deuxième tour vers la première tour sont généralement installées au sol à coté de la deuxième tour. Cette deuxième tour peut être réalisée en acier ou en béton, de section ronde ou carré. Dans le cas du procédé produisant de l'azote à basse pression, par exemple un appareil de séparation d'air devant fournir l'oxygène pour une oxycombustion, les pertes de charges dans la ligne d'azote résiduaire sortant de la ligne d'échange vers cette deuxième tour sont critiques car elles fixent la pression de la colonne basse pression (et donc du compresseur d'air) qui est uniquement liée à la deuxième tour où s'effectue l'échange de chaleur entre l'azote et l'eau. La tour, de section ronde ou carré, sera installée en hauteur, par exemple sur la toiture de la ligne d'échange principale afin de permettre à la ligne d'azote résiduaire de rentrer directement dans la tour sans coudes et avec un minimum de longueur de tuyauterie, ceux-ci étant générateurs de perte de 35 charge. Cette tour pourra être en acier, en béton ou en plastique. La tour sera de préférence supportée par un prolongement de la structure de l'enveloppe dans laquelle est installée la ligne d'échange ou par tout autre moyen de support adéquat. Selon un objet de l'invention, il est prévu un ensemble de refroidissement constituée par une tour de refroidissement permettant l'échange de chaleur et de masse entre de l'eau à refroidir envoyée en haut de la tour et de l'azote provenant d'un système de colonnes de distillation d'air, la partie inférieure de la tour comprenant une entrée reliée à une conduite d'azote et la conduite d'azote étant reliée à au moins un corps d'échangeur d'une ligne d'échange capable de réchauffer l'azote provenant du système de colonnes par échange de chaleur avec de l'air à refroidir destiné au système de colonnes caractérisé en ce que la tour est disposée au-dessus d'au moins une partie de la ligne d'échange. Selon d'autres caractéristiques facultatives : - la tour est supportée sur au moins une partie de la ligne d'échange ; - la tour est supportée par une structure montée sur au moins une partie de la ligne d'échange ; - le point le plus bas de la tour est au-dessus du ou des corps d'échangeur ; - la conduite d'azote est reliée à un point au-dessus de la cuve de la tour de refroidissement ; - l'ensemble comprend deux lignes d'échange, chacune comprenant plusieurs corps d'échange, les deux lignes d'échange ayant de préférence substantiellement la même hauteur ; - la tour est supportée par une structure montée sur les deux lignes d'échange ; - la tour est disposée au-dessus d'une espace entre les deux lignes d'échange ; - au moins une conduite d'arrivée d'air reliée aux deux lignes d'échange passe dans l'espace en dessous de la tour. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant un ensemble tel que décrit ci-dessus un système de colonnes, une conduite d'envoi d'air à la ligne d'échange, une conduite d'envoi d'air de la ligne d'échange, une conduite d'envoi d'air de la ligne d'échange au système de colonnes et la conduite d'azote étant reliée au système de colonnes. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la figure, qui représente un ensemble selon l'invention incorporée dans une unité de séparation d'air par distillation cryogénique. L'ensemble de refroidissement comprend une tour 1, deux lignes d'échange basse pression 3A, 3B, une ligne d'échange haute pression 5. L'appareil de séparation d'air comprend en plus des turbines d'air 7, des colonnes de distillation et un ensemble de tuyauteries et de vannes 9, 11. L'air est refroidi épuré dans une unité d'épuration, refroidi dans les lignes d'échange 3A, 3B, détendu dans au moins une turbine 7 et envoyé à une colonne 9 pour être séparé. L'azote produit se réchauffe dans les lignes d'échange 3A, 3B et est envoyé à la tour de refroidissement 1 où il refroidit l'eau destinée à refroidir l'air. Les lignes d'échange 3A, 3B sont les échangeurs de fluides à basse pression et sont séparées par un espace. Chaque ligne d'échange comprend un certain nombre de corps (ici huit) qui reçoivent de l'air à refroidir et de l'azote à réchauffer. L'azote réchauffé est collecté dans des conduites 15 qui débouchent quelques mètres au-dessus du fond de la tour 1. La conduite d'azote 15 est plus élevée que les autres conduites et par ce fait est plus facile à relier à la tour 1. La tour 1 est soutenue par une structure 13 qui repose sur les bouts des deux lignes d'échange 3A, 3B. Dans le cas où il n'y a qu'une seule ligne d'échange, la structure 13 se reposera sur le sol ou un autre élément. Les conduites d'arrivée et de départ d'eau ne sont pas illustrées sur la figure. REVENDICATIONS1. Ensemble de refroidissement constitué par une tour de refroidissement (1) permettant l'échange de chaleur et de masse entre de l'eau à refroidir envoyée en haut de la tour et de l'azote provenant d'un système de colonnes de distillation d'air (9), la partie inférieure de la tour comprenant une entrée reliée à une conduite d'azote et la conduite d'azote étant reliée à au moins un corps d'échangeur d'une ligne d'échange (3A,3B) capable de réchauffer l'azote provenant du système de colonnes par échange de chaleur avec de l'air à refroidir destiné au système de colonnes caractérisé en ce que la tour est disposée au-dessus d'au moins une partie de la ligne d'échange. 2. Ensemble selon la revendication 1 dans lequel la tour (1) est supportée sur au moins une partie de la ligne d'échange (3A,3B). 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la tour (1) est supportée par une structure (13) montée sur au moins une partie de la ligne d'échange (3A,3B). 20 4. Ensemble selon l'une des revendications précédentes dans lequel le point le plus bas de la tour (1) est au-dessus du ou des corps d'échangeur. 5. Ensemble selon l'une des revendications précédentes dans lequel la conduite d'azote est reliée à un point au-dessus de la cuve de la tour de 25 refroidissement (1). 6. Ensemble selon l'une des revendications précédentes comprenant deux lignes d'échange, (3A,3B) chacune comprenant plusieurs corps d'échange, les deux lignes d'échange ayant de préférence substantiellement la 30 même hauteur. 7. Ensemble selon la revendication 6 dans lequel la tour (1) est supportée par une structure (13) montée sur les deux lignes d'échange (3A,3B).15 8. Ensemble selon la revendication 6 ou 7 dans lequel la tour (1) est disposée au-dessus d'une espace entre les deux lignes d'échange (3A,3B). 9. Ensemble selon la revendication 8 dans lequel au moins une conduite d'arrivée d'air reliée aux deux lignes d'échange (3A,3B) passe dans l'espace en dessous de la tour. 10. Unité de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant un ensemble selon l'une des revendications précédentes, un système de colonnes (9), une conduite d'envoi d'air à la ligne d'échange (3A,3B), une conduite d'envoi d'air de la ligne d'échange, une conduite d'envoi d'air de la ligne d'échange au système de colonnes et la conduite d'azote étant reliée au système de colonnes.