Brevet FR3022992A1 — publié le 20160101

L'invention est relative à un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique. Elle propose d'organiser de manière efficace l'espace d'un appareil de séparation d'air. Actuellement l'empreinte au sol des unités est très grande et non optimisée. Cela peut engendrer des couts supplémentaires de terrain, génie civil, de montage et en opération. Les opérateurs ont de grandes distances à parcourir pour aller effectuer des maintenances. Les éléments sont posés au sol suivant les besoins du procédé (le coeur du procédé occupe le centre du site en général) et une clôture entoure l'ensemble du site. Pour transporter de l'air dans les divers éléments de l'appareil traitant l'air, il est prévu des tuyaux non-isolés pour les éléments en amont de la ligne d'échange. Ceux-ci comprennent des tuyaux reliant le filtre d'air au compresseur, le compresseur au refroidisseur, le refroidisseur à l'unité d'épuration et l'unité d'épuration à la ligne d'échange. Il est également prévu des tuyaux non-isolés pour transporter l'azote gazeux de la ligne d'échange vers l'unité d'épuration pour la régénération de celle-ci. Les tuyaux transportent également de l'eau à la tour de refroidissement de l'air. Un tuyau sert à sortir de l'oxygène gazeux pour l'envoyer au client. D'autres tuyaux transportant l'air instrument pour les accessoires de contrôle. Un objet de la présente invention est d'améliorer la disposition de l'appareil de séparation d'air. Les tuyaux sont généralement organisés sur des réseaux de tuyaux (en anglais « pipe racks ») en extérieur sur lesquels les effets sonores peuvent être importants et générer des nuisances conséquentes pour l'environnement. L'objet de l'invention est de rendre l'accès aux divers éléments de l'appareil de séparation plus aisé, réduisant le risque de problèmes de sécurité et facilitant la construction et entretien. Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une unité de filtration, une unité de compression, une unité de refroidissement de l'air comprimé, une unité d'épuration de l'air comprimé refroidi, une ligne d'échange thermique, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de filtration vers l'unité de compression, au moins une tuyau pour transporter de l'air de l'unité de compression vers l'unité de refroidissement, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de refroidissement vers l'unité d'épuration, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité d'épuration vers la ligne d'échange, au moins une colonne de distillation, au moins un tuyau pour sortir un produit de la distillation de la ligne d'échange caractérisé en ce qu'au moins deux tuyaux sont disposés avec des axes parallèles sur une distance d'au moins 2 mètres, à une distance de moins de 1 mètre l'un de l'autre dans un canal creusé dans le sol, les deux tuyaux étant choisis dans le groupe suivant : au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de filtration vers l'unité de compression, au moins une tuyau pour transporter de l'air de l'unité de compression vers l'unité de refroidissement, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de refroidissement vers l'unité d'épuration, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité d'épuration vers la ligne d'échange, au moins, au moins un premier tuyau pour sortir un premier produit de la distillation de la ligne d'échange, au moins un deuxième tuyau pour sortir un deuxième produit de la distillation de la ligne d'échange, un tuyau d'eau relié à l'unité de refroidissement, un tuyau d'air ou d'azote d'instrumentation, un tuyau d'azote de balayage destiné à une enceinte renfermant une colonne de distillation. Un tuyau est à moins d'1 mètre d'un autre si les deux points les plus proches des deux circonférences respectifs des tuyaux sont espacés de moins d'un mètre. Selon d'autres aspects facultatifs : L'au moins deux tuyaux sont disposés avec des axes parallèles sur une distance d'au moins 4, voire 6, voire 8 mètres, dans un canal creusé dans le sol le canal est fermé sur le dessus au moins d'au moins une couverture amovible. la couverture est en béton ou en grillage métallique. le canal ne contient pas d'isolant. l'appareil est installé sur un site, au moins deux éléments de l'appareil choisis dans le groupe : une unité de filtration, une unité de compression, une unité de refroidissement de l'air comprimé, une unité d'épuration de l'air comprimé refroidi, une ligne d'échange thermique sont disposés sur le pourtour du site, les deux éléments étant reliés entre eux par les au moins deux tuyaux disposés dans le canal. la colonne de distillation est disposée sur le pourtour du site. - le site comprend une cour centrale traversée par au moins un canal creusé dans le sol contenant au moins deux tuyaux reliant l'unité de filtration et/ou l'unité de compression et/ ou l'unité de refroidissement de l'air comprimé et/ou l'unité d'épuration de l'air comprimé refroidi et/ou la ligne d'échange thermique. le canal contient au moins trois, au moins quatre, au moins cinq, au moins six tuyaux choisis dans le groupe décrit ci-dessus. - le canal est renfermé sur le dessus par un plafond au ras du sol, permettant le passage de piétons et de véhicules par-dessus le plafond. - les au moins deux tuyaux sont reliés pour transporter le même fluide d'une même source vers une destination commune ou pour transporter au moins deux fluides différents, de préférence d'au moins deux sources différentes vers au moins deux destinations différentes. - le site comprend une espace plane, entourée d'au moins quatre éléments de l'appareil, libre de tout élément sur le sol, l'espace plane a une surface au moins 25m2, voire au moins 40 m2. - l'espace plane est traversée par au moins un canal dans le sol ayant une couverture au ras de l'espace plane Nous souhaitons proposer une organisation qui peut éventuellement projeter les différents éléments constitutifs à la frontière du site. On peut circuler plus facilement à l'intérieur et pas à l'extérieur; on peut enterrer les stockages; les filtres à air peuvent être placés en façade; les ossatures (en anglais « racks ») de tuyaux sont intégrés dans un caniveau dans le sol couvert de caillebotis pour dégager le centre de l'ASU. Cette solution est astucieuse, esthétique et peu couteuse; on utilise de la condensation vapeur d'eau pour faire de l'eau d'appoint. L'ensemble de ces solutions est efficace, et évite de créer de la pollution visuelle et sonore. La réorganisation volumique de l'appareil de séparation d'air permet de définir un nouveau périmètre en utilisant les éléments et ou équipements constituant l'usine comme clôture. Les différents réseaux de tuyaux véhiculant les fluides sont installés en sous sol libérant la totalité de l'accès au centre de l'appareil de séparation d'air et par la même aide à réduire les effets sonores. L'invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures 1 à 6. La Figure 1 représente l'art antérieur. Le dessin représente un appareil de séparation d'air où la présente invention peut, en particulier, être appliquée. Le dessin montre les canaux couverts contenant des tuyaux à température au-dessus de 0°C qui sont à l'air libre et retenus dans des ossatures PR (en anglais « pipe rack ») reliant divers éléments sur le pourtour P du site. La Figure 2 montre un appareil selon l'invention dans lequel l'unité de filtrage, l'unité de compression, l'unité d'épuration, le générateur électrique, la tour de distillation, le compresseur et la ligne d'échange sont tous disposés sur le pourtour P du site en forme de carré. Comme illustré à la Figure 3, selon l'invention, avec tous les éléments sur le pourtour P du site, les tuyaux entre les éléments chauds (l'unité de filtration et/ou l'unité de compression et/ ou l'unité de refroidissement de l'air comprimé et/ou l'unité d'épuration de l'air comprimé refroidi et/ou la ligne d'échange thermique) traversent la cour centrale entre les éléments. Au moins deux tuyaux sont disposés dans le canal avec des axes parallèles sur une distance d'au moins 2 mètres, à une distance de moins de 1 mètre l'un de l'autre. L'unité de filtration sert à filtrer l'air destiné à la distillation. L'air filtré dans l'unité de filtration est comprimé dans l'unité de compression pour l'amener à une pression plus élevée. L'air comprimé dans l'unité de compression est ensuite refroidi dans l'unité de refroidissement de l'air. L'air refroidi dans l'unité de refroidissement est envoyé l' unité d'épuration et l'air épuré dans l'unité d'épuration est envoyé à la ligne d'échange thermique. La ligne d'échange thermique sert à refroidir l'air jusqu'à la température de distillation. Au moins deux tuyaux sont positionnés dans un canal traversant la cour centrale. Les tuyaux sont entièrement à l'intérieur du canal qui n'est pas isolé thermiquement et le canal est couvert pour éviter des accidents. Pour couvrir le canal, il est préconisé d'utiliser des éléments amovibles, tels que des dalles en béton ou du grillage. La Figure 4 montre des éléments de l'appareil de séparation d'air alignés sur le pourtour. Les colonnes K sont deux colonnes d'une double colonne de distillation cryogénique de l'air, une colonne moyenne pression et une colonne basse pression posées côte à côte. Entre la tour de refroidissement TR et les colonnes K se trouvent l'unité d'épuration S et un pré-refroidisseur PC, qui servent respectivement à épurer l'air comprimé et à refroidir l'air comprimé. 3022 992 5 Dans le sol 17 sont creusés deux canaux pour contenir des conduites apportant l'air à épurer du compresseur vers l'unité d'épuration et apportant de l'air épuré de l'unité d'épuration S vers la ligne d'échange. Au moins deux tuyaux sont disposés dans le canal avec des axes parallèles sur 5 une distance d'au moins 2 mètres, à une distance de moins de 1 mètre l'un de l'autre. L'unité de filtration sert à filtrer l'air destiné à la distillation. La Figure 5 montre l'appareil de séparation entier selon l'invention. En plus des éléments de la Figure 4, on remarque la ligne d'échange HX reliées à l'unité d'épuration par les conduites des canaux 15. L'air filtré est comprimé par le 10 compresseur C, envoyé à l'unité d'épuration dans au moins une conduite à travers les canaux 15 et ensuite envoyé à la ligne d'échange HX de nouveau dans au moins une conduite à travers les canaux 15. Au moins deux tuyaux sont disposés dans le canal 15 avec des axes parallèles sur une distance d'au moins 2 mètres, à une distance de moins de 1 mètre l'un de l'autre. L'unité de filtration sert à filtrer 15 l'air destiné à la distillation. L'air provenant de l'unité d'épuration S peut être envoyé à la ligne d'échange HX ou au moins une partie de l'air peut être envoyée à un surpresseur BAC. Un stockage ST de liquide cryogénique se trouve en sous-sol. Les éléments C, TR, S, K, HX, BAC sont disposés le long du pourtour P de l'appareil, 20 laissant une cour centrale. Cette cour centrale présente un intérêt particulier pour la construction puisque la grue peut être garée dans la cour centrale et se tourner pour monter les divers éléments de l'usine. La Figure 6 montre en plus de détails le canal 15 contenant 6 conduites. Ici les conduites sont au moins une conduite d'air épuré passant de l'unité 25 d'épuration S vers le surpresseur BAC et/ou au moins une conduite d'air épuré passant de l'unité d'épuration S vers la ligne d'échange HX. Au moins une conduite peut être une conduite de gaz produit par une colonne K chauffé dans la ligne d'échange HX et étant envoyé à un client. Au moins une conduite peut être une ligne d'air d'instrumentation utilisée pour faire fonctionner une vanne. Au 30 moins une conduite peut être une conduite d'amenée d'azote de balayage pour balayer l'isolant contenu dans la boîte froide contenant une colonne K La salle d'électricité SE est disposée à côté du transformateur TR. Un transformateur TR alimente en électricité le compresseur de l'appareil de séparation d'air. La figure 6 montre un canal contenant six tuyaux et couvert par un caillebotis. Le nombre de canaux peut varier au dessus de deux tuyaux. Les au moins deux tuyaux sont reliés pour transporter le même fluide d'une même source vers une destination commune ; sinon ils peuvent pour transporter au moins deux fluides différents. Les fluides peuvent provenir d'au moins deux sources différentes et/ou peuvent être envoyés vers au moins deux destinations différentes Un canal 15 peut avoir une largeur d'au moins 2 mètres, voire au moins 5 mètres. L'usage des canaux est décrit dans le contexte d'un site où les éléments sont disposés sur le pourtour du site. Evidemment l'invention s'applique pour tout appareil de distillation, permettant de limiter l'encombrement au sol entre deux éléments fonctionnant à au-dessus de 0°C. REVENDICATIONS1. Appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une unité de filtration, une unité de compression (C) , une unité de refroidissement (PR,TR) de l'air comprimé, une unité d'épuration (S) de l'air comprimé refroidi, une ligne d'échange thermique (HX), au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de filtration vers l'unité de compression, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de compression vers l'unité de refroidissement, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de refroidissement vers l'unité d'épuration, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité d'épuration vers la ligne d'échange, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité d'épuration vers un surpresseur (BAC) au moins une colonne de distillation, au moins un tuyau pour sortir un produit de la distillation de la ligne d'échange caractérisé en ce qu'au moins deux tuyaux sont disposés avec des axes parallèles sur une distance d'au 15 moins 2 mètres, à une distance de moins de 1 mètre l'un de l'autre dans un canal (15) creusé dans le sol (17), les deux tuyaux étant choisis dans le groupe suivant : au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de filtration vers l'unité de compression, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de compression vers l'unité de refroidissement, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de refroidissement vers l'unité d'épuration, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité d'épuration vers la ligne d'échange, au moins un premier tuyau pour sortir un premier produit de la distillation de la ligne d'échange, au moins un deuxième tuyau pour sortir un deuxième produit de la distillation de la ligne d'échange, un tuyau d'eau relié à l'unité de refroidissement, un tuyau d'air ou d'azote d'instrumentation, un tuyau d'azote de balayage destiné à une enceinte renfermant une colonne de distillation. 2. Appareil selon la revendication 1 dans lequel le canal (15) est fermé sur le dessus au moins par au moins une couverture amovible. 3. Appareil selon la revendication 2 dans lequel la couverture est en béton ou en grillage métallique. 4. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel le canal (15) ne contient pas d'isolant et les tuyaux ne sont pas isolés. 5. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'appareil est installé sur un site, au moins deux éléments, voire au moins quatre éléments, de l'appareil choisis dans le groupe : une unité de filtration, une unité de compression (C), une unité de refroidissement (PR,TR) de l'air comprimé, une unité d'épuration (S) de l'air comprimé refroidi, un surpresseur d'air (BAC), une ligne d'échange thermique (HX) sont disposés sur le pourtour (P) du site, les deux éléments étant reliés entre eux par les au moins deux tuyaux disposés dans le canal (15). 6. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une colonne de distillation (K) est disposée sur le pourtour (P) du site. 7. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel le 15 site comprend une cour centrale traversée par l'au moins un canal (15) creusé dans le sol (17) contenant au moins deux tuyaux reliant l'unité de filtration et/ou l'unité de compression (C, BAC) et/ ou l'unité de refroidissement (TR, PR) de l'air comprimé et/ou l' unité d'épuration (S) de l'air comprimé refroidi et/ou la ligne d'échange thermique (HX). 20 8. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel le canal (15) contient au moins trois ou au moins quatre ou au moins cinq ou au moins six tuyaux choisis dans le groupe suivant : au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de filtration vers l'unité de compression, au moins un tuyau pour 25 transporter de l'air de l'unité de compression vers l'unité de refroidissement, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité de refroidissement vers l'unité d'épuration, au moins un tuyau pour transporter de l'air de l'unité d'épuration vers la ligne d'échange, au moins un premier tuyau pour sortir un premier produit de la distillation de la ligne d'échange, au moins un deuxième tuyau pour sortir un deuxième produit de la distillation 30 de la ligne d'échange, un tuyau d'eau relié à l'unité de refroidissement, un tuyau d'air ou d'azote d'instrumentation, un tuyau d'azote de balayage destiné à une enceinte renfermant une colonne de distillation. 9 3022992 9. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel le canal (15) est renfermé sur le dessus par un plafond au ras du sol, permettant le passage de piétons et de véhicules par-dessus le plafond. 5 10. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel les au moins deux tuyaux sont reliés pour transporter le même fluide d'une même source vers une destination commune ou pour transporter au moins deux fluides différents, de préférence d'au moins deux sources différentes (C, BAC, HX, S, TR) et/ou vers au moins deux destinations différentes (BAC, HX, S, TR).