Brevet FR2961892A1 — publié le 20111230

La présente invention est relative à une installation de séparation d'air. En particulier elle concerne une installation de séparation de gaz de l'air par distillation cryogénique. Depuis très longtemps, les unités de séparation des gaz de l'air utilisent des échangeurs à plaques en aluminium brasés. Or, par leur mode de fabrication et la nécessité d'exercer une force sur les passages pour assurer un bon brasage, on est amené à utiliser beaucoup plus de matière (facteur 2 à 10) que ce qui serait nécessaire pour la tenue à la pression de l'équipement, notamment pour les applications à basse pression (inférieure à 10 bar abs). io Un objet de l'invention est de proposer une installation de séparation d'air qui pallie les défauts de l'art antérieur. Les échangeurs à surface primaire sont connus de « Techniques de l'Ingénieur », pages B 2 341-9 à B 2 341-13 de Bontemps et al. Ces échangeurs comprennent des échangeurs à plaques et joints, des échangeurs 15 à plaques soudées ou brasées (de type Compabloc ® ou Packinox ®), des échangeurs lamellaires, des échangeurs à spirale et des échangeurs brasés. A cet effet, l'invention a pour objet une installation de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant un compresseur principal, une unité d'adsorption, un échangeur principal, des moyens pour envoyer de l'air 20 comprimé de l'unité d'adsorption à l'échangeur principal et de l'échangeur principal à un système de colonnes comprenant au moins un vaporiseur/condenseur et/ou un déflegmateur, des moyens pour envoyer de l'azote de régénération du système de colonnes à l'unité d'adsorption et éventuellement un échangeur de réchauffage de l'azote de régénération, au 25 moins un sous-refroidisseur pour refroidir un fluide provenant de ou destiné au système de colonnes, un échangeur auxiliaire pour réchauffer un produit gazeux provenant de l'installation qui est un échangeur à surface primaire, une conduite pour envoyer de l'air du compresseur principal à l'échangeur auxiliaire, une conduite pour envoyer de l'air refroidi dans l'échangeur 30 auxiliaire à l'unité d'adsorption, une conduite pour envoyer un produit gazeux du système de colonnes à l'échangeur principal et une conduite pour envoyer le produit gazeux à l'échangeur auxiliaire. Selon d'autres objets facultatifs : - le produit gazeux est de l'azote ; - l'installation comprend une conduite pour envoyer de l'azote de l'échangeur auxiliaire à une turbine ; - les moyens pour envoyer l'azote de régénération du système de colonne à l'unité d'adsorption sont constitués par une conduite pour envoyer de l'azote du système de colonnes à l'échangeur auxiliaire et une conduite pour envoyer l'azote réchauffé de l'échangeur auxiliaire à l'unité d'adsorption ; - l'échangeur à surface primaire comprend des lamelles superposées ou l'échangeur à surface primaire comprend des plaques et des lamelles io superposées et dans laquelle les lamelles et, le cas échéant, les plaques sont en alliage à base de cuivre, en alliage à base de fer ou en alliage à base d'aluminium ; - les lamelles et, le cas échéant, les plaques sont brasées ; - les lamelles et, le cas échéant, les plaques sont soudées, par exemple 15 au laser ; - un sous-refroidisseur et/ou un échangeur de récupération de chaleur d'un compresseur est un échangeur à surface primaire. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu une installation intégrée comprenant une installation de séparation d'air telle que décrite ci-dessus où 20 le produit gazeux est de l'oxygène et des moyens pour envoyer l'oxygène chauffé à une unité d'oxycombustion. Un échangeur à surface primaire, pouvant être soit de section rectangulaire, soit de forme cylindrique (formant par des lamelles en spirale), pourrait être utilisé dans les applications suivantes d'un appareil de séparation 25 d'air ou autre appareil du même genre : - récupération de chaleur sur les compresseurs - préchauffe d'oxygène gazeux ou d'azote gazeux - réchauffeur de régénération des adsorbeurs - échangeur principal d'une unité de séparation des gaz de l'air 30 - vaporiseur/condenseur - sous-refroidisseur - déflegmateur Eventuellement : - les plaques/ondes sont en alliage à base de cuivre ; - les plaques/ondes sont en alliage à base de fer ; - les plaques/ondes sont en alliage à base d'aluminium ; - les plaques/ondes sont brasées ; - les plaques/ondes sont soudées, par exemple au laser. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures, qui illustrent des installations selon l'invention. Dans la Figure 1, un débit d'air 1 est comprimé dans un compresseur 3 pour former un débit comprimé 5. Le compresseur peut être un compresseur io adiabatique tel qu'un compresseur de turbine à gaz. Ce débit comprimé est envoyé à un échangeur à surface primaire 7 pouvant être un échangeur à plaques et joints, un échangeur à plaques soudées ou brasées (de type Compabloc ® ou Packinox ®), un échangeur lamellaire, un échangeur à spirale ou un échangeur brasé. Les plaques et ondes peuvent être en alliage à base 15 de cuivre, fer ou aluminium. L'air se refroidit dans l'échangeur 7 et est envoyé à une unité d'adsorption 9 où il est épuré en eau et en dioxyde de carbone. L'air épuré 11 est envoyé à un appareil de séparation d'air 13 comprenant un échangeur principal où l'air se refroidit et un système de colonnes où l'air se sépare. L'appareil de séparation d'air 13 produit de l'oxygène gazeux 15 et de 20 l'azote gazeux 17. L'azote gazeux 17 se réchauffe dans l'échangeur auxiliaire et est envoyé ensuite à l'unité d'adsorption où il sert de gaz de régénération. Dans la Figure 2, un débit d'air 1 est comprimé dans un compresseur 3 pour former un débit comprimé 5. Le compresseur peut être un compresseur adiabatique tel qu'un compresseur de turbine à gaz. Ce débit comprimé est 25 envoyé à un échangeur à surface primaire 7 pouvant être un échangeur à plaques et joints, un échangeur à plaques soudées ou brasées (de type Compabloc ® ou Packinox ®), un échangeur lamellaire, un échangeur à spirale ou un échangeur brasé. Les plaques et ondes peuvent être en alliage à base de cuivre, fer ou aluminium. L'air se refroidit dans l'échangeur 7 et est envoyé 30 à une unité d'adsorption 9 où il est épuré en eau et en dioxyde de carbone. L'air épuré 11 est envoyé à un appareil de séparation d'air 13 comprenant un échangeur principal où l'air se refroidit et un système de colonnes où l'air se sépare. L'appareil de séparation d'air produit de l'oxygène gazeux 15 et de l'azote gazeux 17. Le débit 17 se réchauffe dans l'échangeur auxiliaire et est envoyé ensuite à une turbine 19 où il est détendu. Il est possible de combiner les concepts des Figures 1 et 2 en envoyant un premier débit d'azote chauffé dans l'échangeur auxiliaire à l'unité d'adsorption où elle sert de gaz de régénération et un deuxième débit d'azote chauffé dans l'échangeur auxiliaire à une turbine 19. Dans ce cas, les premier et deuxième débits n'auront pas forcément la même pression, le deuxième débit étant préférentiellement à pression plus élevée par le premier. Les premier et deuxième débits n'auront pas forcément non plus la même io composition et peuvent être soutirés de colonnes différentes de l'appareil de séparation d'air. Il est également possible d'utiliser l'échangeur 7 pour effectuer un échange de chaleur entre l'air et l'oxygène gazeux 15, à la place de réchauffer l'azote 17. Dans ce cas, l'oxygène réchauffé peut être envoyé à une installation 15 d'oxycombustion.