Brevet FR2985198A1 — publié le 20130705

La présente invention est relative à un élément de séparation de phases, à une installation de séparation par distillation à basse température comprenant un tel élément et à un procédé de séparation dans une telle installation. Une distillation à basse température s'effectue à une température en dessous de 0°C, voire en dessous de -100°C. Elle concerne également une installation de séparation par distillation à basse température comprenant un élément de séparation de phases, par exemple une installation de séparation d'air ou d'un autre mélange de gaz. Un exemple d'un autre mélange peut être un gaz contenant au moins 20% d'hydrogène et/ou au moins 20% de monoxyde de carbone et/ou au moins 20% de méthane et/ou au moins 20% d'azote. Un autre exemple est un gaz contenant au moins 30% de dioxyde de carbone et au moins un autre gaz, par exemple au moins 5% d'oxygène, au moins 5% d'azote ou au moins 5% de monoxyde de carbone. Dans ce document, les pourcentages concernant les puretés sont des puretés molaires. La distillation à basse température s'effectue à une température subambiante et éventuellement à une température cryogénique. La distillation s'effectue dans au moins une colonne contenant des plateaux ou des garnissages. Il est souvent nécessaire dans un procédé de séparation par distillation à basse température d'effectuer une séparation du fluide d'alimentation destiné à la colonne de distillation ou d'un fluide provenant de la colonne. Cette séparation peut s'effectuer en condensant partiellement le fluide et en envoyant le fluide produit dans une enceinte vide, appelé séparateur de phases, où le liquide se sépare du gaz, le gaz étant ensuite soutiré d'en haut du séparateur de phases et le liquide d'en bas de ce séparateur. Le gaz ou liquide peut être ensuite traité dans un autre séparateur de phases et/ou dans la colonne de distillation. Sinon, le gaz ou le liquide peut constituer un produit du procédé. Ces séparateurs de phases sont classiquement assemblés dans la même enceinte 30 isolée qu'une colonne de distillation, comme on voit dans FR-A-2799822 ou US2010/0139208. Si le séparateur de phases est volumineux, ceci complique la construction de la boîte froide, comme l'on voit dans FR-A-2799822 où il est nécessaire de prévoir une excroissance sur la boîte froide pour le séparateur de phases ou sinon de surdimensionner la boîte froide. Dans les procédés de distillation cryogénique, dits « à condensation partielle », le débit à traiter, contenant au moins 20% d'hydrogène et au moins 20% de monoxyde de carbone est séparé dans au moins un séparateur de phases en amont d'une colonne de distillation. Dans les procédés de séparation à basse température d'un gaz contenant au moins 30% de dioxyde de carbone et au moins un autre gaz, par exemple au moins 5% d'oxygène, au moins 5% d'azote ou au moins 5% de monoxyde de carbone, il est fréquent de séparer le gaz dans au moins un séparateur de phases avant de traiter le liquide issu d'au moins un séparateur dans une colonne de distillation. Il est également connu de traiter un fluide issu d'une colonne de distillation dans un séparateur de phases. La présente invention permet de réduire la taille de la boîte froide contenant la colonne et d'assouplir la mise en place finale des éléments d'un appareil de séparation à basse température. Selon un objet de l'invention, il est prévu un élément d'une installation de séparation par distillation à basse température comprenant une première enveloppe d'isolation thermique contenant au moins une enceinte vide, mais ne contenant aucune colonne de distillation et contenant également des moyens pour introduire un fluide dans l'enceinte, des moyens pour soutirer un liquide de cuve de l'enceinte, des moyens pour soutirer un gaz de la tête de l'enceinte, l'enceinte vide étant adapté à séparer des phases d'un fluide diphasique. Selon d'autres objets facultatifs, il est prévu : que l'élément contienne une deuxième enveloppe d'isolation thermique contenant au moins une colonne de distillation mais ne contenant pas la première enveloppe et des moyens permettant de transférer au moins un fluide de la/ d'une des enceinte(s) vers la colonne et/ou de la colonne vers la/ d'une des enceinte(s) ; que la première enveloppe contienne au moins deux enceintes vides 30 superposées. Selon un autre objet de l'invention, il est prévue une installation de séparation d'un gaz par distillation par basse température contenant un élément tel que décrit ci-dessus, des moyens d'échange de chaleur, la première enveloppe étant reliée aux moyens d'échange de chaleur pour permettre le transfert de fluide de l'enceinte vers les moyens d'échange de chaleur ou des moyens d'échange de chaleur vers l'enceinte. Eventuellement : - les moyens d'échange de chaleur sont disposés entre la première et la deuxième enveloppe. - une troisième enveloppe d'isolation thermique contenant les moyens d'échange de chaleur. - la deuxième enveloppe et/ou la troisième enveloppe contient également au moins un séparateur de phases. - la première enveloppe contient tous les séparateurs de phases de l'installation. - des moyens pour envoyer un fluide d'alimentation à séparer à au moins un séparateur de phases. - au moins une enveloppe est isolée avec de la perlite. - le ou les séparateurs de phases ainsi que leurs tuyaux associés occupent entre 60% et 70% du volume interne de la première enveloppe. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'un gaz par distillation à basse température dans une installation telle que décrite ci-dessus dans lequel le gaz est de l' air ou contient au moins 20% d'hydrogène et au moins 20% de monoxyde de carbone ou contient au moins 30% de dioxyde de carbone et au moins un autre gaz, éventuellement au moins 5% d'oxygène, au moins 5% d'azote ou au moins 5% de monoxyde de carbone. Le gaz peut contenir au moins 50% de dioxyde de carbone, voire au moins 70% de dioxyde de carbone. Le fait que le ou les séparateurs de phases soient dans une enceinte dédiée permet de livrer les séparateurs de phases séparément des colonnes, plutôt que d'être obligé d'attendre la fin de fabrication des séparateurs de phases pour assembler la boîte froide des colonnes. L'invention sera décrite de façon plus détaillée par rapport à la figure. Un élément d'une installation de distillation à basse température comprend une première enveloppe 1 et une deuxième enveloppe 2. La première enveloppe 1 contient au moins un séparateur de phases 51, ici deux séparateurs de phases superposés 51, S2. Chaque séparateur de phases est constitué par une enceinte vide dans lequel un fluide diphasique peut être introduit, permettant de soutirer le liquide formé par la cuve de l'enceinte et le gaz formé par la tête de l'enceinte. La première enveloppe contient également des moyens M1 d'envoi de fluide diphasique vers l'enceinte, des moyens M3 pour soutirer le liquide en cuve et des moyens M2 pour soutirer le gaz en tête de l'enceinte, ces moyens étant constitués par des conduites permettant de rentrer ou de sortir le fluide concerné à travers les parois de l'enveloppe 1. La première enveloppe peut également contenir des moyens de régulation du ou des séparateurs de phases, par exemple des vannes. L'instrumentation du ou des séparateurs de phase peut se trouver également dans cette enveloppe. L'enveloppe 1 est en tôle et en état de fonctionnement contient de la perlite P. Toutefois cette perlite P peut être rajoutée uniquement quand l'enveloppe est installée sur site. Le ou les séparateurs de phases, en tant que séparateurs de phase, occupe(nt) entre 20% et 25 % du volume interne de l'enceinte. Le ou les séparateurs, chacun équipé d'une jupe et de tuyaux pour amener et exporter des fluides, occupe(nt) en tout entre 60% et 70% du volume interne de l'enveloppe, laissant entre 30% et 40% de volume à remplir par de la perlite P ou un autre isolant. La deuxième enveloppe 2 contient au moins une colonne de distillation C, destiné à séparer un fluide provenant d'au moins une des enceintes Si, S2. La deuxième enveloppe 2 peut également contenir au moins un séparateur de phases S3, par exemple de petite taille, mais il est préférable que tout séparateur de phases se trouve dans la première enveloppe 1. La deuxième enveloppe peut contenir des moyens M4 pour amener du fluide du séparateur de phases Si ou S2 vers la colonne C ou pour amener un fluide de la colonne C vers le séparateur de phases Si, S2. Alternativement la colonne de distillation C peut fournir un fluide à séparer dans une des enceintes Si, S2. Les première et deuxième enveloppes 1, 2 peuvent être reliées pour former un ensemble, par exemple à transporter sur site. Sinon chaque enveloppe peut être transportée séparément. La troisième enveloppe 3 contient au moins un échangeur de chaleur E. L'échangeur de chaleur E est destiné à refroidir le débit à traiter dans la ou les colonnes C de la deuxième enveloppe 2 et éventuellement dans le ou les séparateurs de phases 51, S2 de la première enveloppe. Il peut également réchauffer au moins un produit d'une ou de la colonne, ce produit ayant éventuellement été séparé dans un séparateur de phases 51, S2 contenu dans la première enveloppe 1. La troisième enveloppe 3 sera donc reliée à la première enveloppe 1 soit pour permettre l'envoi d'un débit refroidi dans l'échangeur E à séparer dans une colonne à un des séparateur de phases Si, S2 soit pour réchauffer dans l'échangeur E un fluide séparé dans un séparateur de phases Si, S2, dérivé d'un produit d'une colonne. La troisième enveloppe 3 peut également contenir au moins un séparateur de phases, par exemple de petite taille, mais il est préférable que tout séparateur de phases se trouve dans la première enveloppe 1. Les deuxième et troisième enveloppes 2,3 peuvent également être isolées avec de la perlite P. Pour un appareil de séparation, l'usage de l'invention a permis de réduire la longueur d'une deuxième enveloppe contenant des colonnes de 43 m à 33,5 m. Une telle réduction peut permettre de s'adapter à la grande majorité des infrastructures existantes. L'usage d'un nombre d'enveloppes dédiées permet de maintenir la préfabrication en atelier et la minimisation des risques de chantier, tout en donnant la possibilité d'adresser des tailles d'unités très importantes. REVENDICATIONS1. Elément d'une installation de séparation par distillation à basse température comprenant une première enveloppe (1) d'isolation thermique contenant au moins une enceinte vide (Si, S2), mais ne contenant aucune colonne de distillation et contenant également des moyens (M1) pour introduire un fluide dans l'enceinte, des moyens (M3) pour soutirer un liquide de cuve de l'enceinte et des moyens (M2) pour soutirer un gaz de la tête de l'enceinte, l'enceinte vide étant adaptée à séparer des phases d'un fluide diphasique. 2. Elément selon la revendication 1, comprenant une deuxième enveloppe d'isolation thermique (2) contenant au moins une colonne de distillation (C ) mais ne contenant pas la première enveloppe (1) et des moyens (M4) permettant de transférer au moins un fluide de la/ d'une des enceinte(s) vers la colonne et/ou de la colonne vers la/ d'une des enceinte(s). 3. Elément selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première enveloppe (1) contient au moins deux enceintes vides (Si, S2) superposées. 20 4. Installation de séparation d'un gaz par distillation par basse température contenant un élément selon la revendication 2 ou 3 quand dépendante de la revendication 2, des moyens d'échange de chaleur (E), la première enveloppe (1) étant reliée aux moyens d'échange de chaleur pour permettre le transfert de fluide de l'enceinte (S1, S2) vers les 25 moyens d'échange de chaleur ou des moyens d'échange de chaleur vers l'enceinte. 5. Installation selon la revendication 4, dans laquelle les moyens d'échange de chaleur sont disposés entre la première et la deuxième enveloppe (1, 2). 30 6. Installation selon la revendication 4 ou 5, comprenant une troisième enveloppe d'isolation thermique (3) contenant les moyens d'échange de chaleur (E). 7. Installation selon l'une des revendications 4 à 6, dans laquelle la deuxième enveloppe (2) et/ou la troisième enveloppe (3) contient également au moins un séparateur de phases (S3). 8. Installation selon l'une des revendications 4 à 6, dans laquelle la première enveloppe de l'élément de séparation de phases contient tous les séparateurs de phases (S1, S2) de l'installation. 9. Installation selon l'une des revendications 4 à 8, comprenant des moyens (M1) pour envoyer un fluide d'alimentation à séparer à au moins un séparateur de phases (Si, S2). 10. Installation selon l'une des revendications 4 à 9, dans laquelle au moins une enveloppe (1, 2, 3) est isolée avec de la perlite (P). 15 11. Procédé de séparation d'un gaz par distillation à basse température dans une installation selon l'une des revendications 4 à 10 dans lequel le gaz i) est de l'air, ou ii) contient au moins 20% d'hydrogène et au moins 20% de monoxyde de 20 carbone, ou iii) contient au moins 30% de dioxyde de carbone et au moins un autre gaz, éventuellement au moins 5% d'oxygène, au moins 5% d'azote ou au moins 5% de monoxyde de carbone. 25