Brevet FR3013107A1 — publié le 20150515

Les unités de production de monoxyde de carbone et d'hydrogène peuvent être séparées en deux parties : - génération du gaz de synthèse (mélange contenant H2, CO, CH4, CO2, Ar et N2 essentiellement). Parmi les diverses voies industrielles de production de gaz de synthèse, les plus développées utilisent le gaz naturel comme matière première telles que : les fours de reformage, les réacteurs auto thermiques ou les réacteurs d'oxydation partielle. D'autres voies industrielles qui se développent de plus en plus utilisent le charbon comme matière première qui nécessite un gaz vecteur vers le réacteur. - purification du gaz de synthèse. On retrouve : - une unité de lavage à un solvant liquide pour éliminer la plus grande partie des gaz acides contenus dans le gaz de synthèse - une unité d'épuration sur lit d'adsorbants. Une unité de séparation par voie cryogénique dite boite froide pour la production de CO. La plupart des unités existantes de séparation cryogénique de mélange H2 et CO n'incluent pas de moyen de séparation du CO contaminé par l'azote car les teneurs en azote dans le gaz de synthèse sont compatibles avec la pureté du CO requise par le client. Dans d'autres cas, les unités de séparation cryogénique de gaz de synthèse comprennent une colonne de séparation CO/N2 complètement intégrée dans la boite froide initiale. La teneur en N2 dans la matière première à tendance à augmenter dans le temps car la teneur de N2 augmente dans le gaz naturel alimentant la génération de gaz de synthèse ou on utilise de l'azote comme fluide porteur du charbon. Ainsi la pureté du CO des unités de séparation cryogéniques existantes se dégrade et conduit à des pertes de rendements de production des produits qui consomment le CO. Afin d'augmenter la productivité des unités avals qui consomment du CO, on est amené à définir une unité de séparation CO / N2 qui est alimentée par le CO impur produit par la boite froide existante. La nouvelle boite froide est alimentée par un mélange CO/N2 produit par l'unité existante (pris sur la ligne CO produit impur provenant de la sortie du compresseur de cycle existant). La nouvelle boite froide comprend une colonne de distillation CO/N2 et un ensemble d'échangeurs de chaleur permettant de refroidir le mélange CO/N2 ainsi que d'apporter les énergies de condensation et de rebouillage à la colonne CO/N2. Un compresseur de cycle CO pur avec une turbine CO impur assurent le bilan frigorifique. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de déazotation d'un mélange gazeux contenant au moins 80% de monoxyde de carbone et de l'azote dans lequel : i) on refroidit le mélange gazeux dans un échangeur de chaleur, ii) on détend au moins une partie du mélange refroidi dans l'échangeur de chaleur dans une turbine et on envoie le débit détendu dans la turbine à une colonne de distillation ayant un condenseur de tête iii) on envoie un liquide de cuve de la colonne au condenseur de tête où il se vaporise au moins partiellement pour former un gaz contenant plus que 80% de monoxyde de carbone, on réchauffe le gaz dans l'échangeur de chaleur pour former un produit ou une partie d'un produit et iv) on condense dans le condenseur un gaz de tête de la colonne. Selon d'autres objets facultatifs : - on comprime le mélange gazeux contenant plus que 80% de monoxyde de carbone dans un compresseur et on le divise en deux parties, une partie étant le produit du procédé et le reste étant refroidi dans l'échangeur de chaleur et renvoyé en cuve de la colonne. - la première partie est à une pression supérieure ou inférieure à celle de la deuxième partie, les parties étant soutirées à des pressions différentes du compresseur. le produit du procédé est à une pression supérieure ou inférieure à celle du reste, le reste et le produit étant soutirés à des pressions différentes du compresseur. le compresseur est entraîné par la turbine. - le mélange provient d'un appareil de séparation d'un mélange de 30 monoxyde de carbone, d'azote et d'hydrogène qui produit une fraction contenant du monoxyde de carbone avec une première pureté, dont au moins une partie constitue le mélange gazeux. - le compresseur est un compresseur de cycle de l'appareil de séparation d'un mélange de monoxyde de carbone, d'azote et d'hydrogène - une première partie de la fraction est traitée selon les étapes i) à) iv) pour former le gaz contenant plus que 80% de monoxyde de carbone, cette pureté étant une deuxième pureté supérieure à la première pureté et dans lequel on mélange le gaz à la deuxième pureté avec la première partie à la première pureté pour former un produit. - la colonne opère à une pression entre 1.5 bar abs.et 15 bars abs. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de déazotation d'un mélange gazeux contenant au moins 80% de monoxyde de carbone et de l'azote comprenant un échangeur de chaleur dans lequel on refroidit le mélange gazeux pour former un mélange gazeux refroidi, une turbine pour détendre au moins une partie du mélange gazeux refroidi, une colonne de distillation ayant un condenseur de tête, des moyens pour envoyer le débit détendu dans la turbine à la colonne de distillation, une conduite pour envoyer un liquide de cuve de la colonne au condenseur de tête où il se vaporise au moins partiellement pour former un gaz contenant plus que 80% de monoxyde de carbone, une conduite pour envoyer le gaz se réchauffer dans l'échangeur de chaleur pour former un produit ou une partie d'un produit et des moyens pour envoyer un gaz de tête de la colonne se condenser dans le condenseur. L'appareil peut comprendre un compresseur pour comprimer le mélange 20 gazeux en amont de l'échangeur de chaleur et pour comprimer un produit du procédé, éventuellement à des pressions différentes. L'appareil peut comprendre un appareil de séparation d'un mélange de monoxyde de carbone, d'azote et d'hydrogène qui produit une fraction contenant du monoxyde de carbone avec une première pureté, dont au moins une partie constitue 25 le mélange gazeux. L'invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures ; la figure 1 montre un procédé de déazotation selon l'invention intégré à un procédé existant et la figure 2 montre le détail du procédé de déazotation selon l'invention. Dans la Figure 1, la boîte froide CB1 contient un appareil de séparation d'un 30 mélange d'hydrogène, de monoxyde de carbone et d'azote. L'appareil est tenu en froid par un cycle CO utilisant un compresseur à deux étage C1, C2. Le monoxyde de carbone 1 est en partie comprimé dans les deux étages et renvoyé comme débit 5 à la boîte froide CB1. La boîte froide CB1 produit une fraction 3 ayant une première pureté égale à au moins 80% de monoxyde de carbone. Tous les pourcentages 35 mentionnés dans ce document concernant des puretés sont des puretés molaires. Avant la modification de l'appareil, cette fraction était envoyée à travers la vanne V11, à une conduite 19 de fourniture de CO Avec le temps, la fraction 3 devient de plus en plus riche en azote et donc le procédé est modifié pour envoyer seulement une partie 7 de la fraction 3 directement à la conduite 19 sans séparation, voire aucune partie. La partie 9 ou toute la fraction 3 est filtrée par un filtre F1 et envoyée à une deuxième boîte froide CB2 où elle est séparée pour produire un débit 13 à une deuxième pureté contenant moins d'azote et plus de monoxyde de carbone que la fraction 3. Après compression dans le compresseur C3, une partie 15 du débit 13 est renvoyée à la boîte froide CB2 et le reste 17 du débit est envoyé à la vanne V15 et sert à enrichir en monoxyde de carbone le débit 7 pour former le débit 19 envoyé aux clients. Un débit 25 enrichi en azote est envoyé comme purge à un débit de carburant. La boîte froide CB1 peut ne pas contenir de colonne de déazotation ou peut contenir une colonne de déazotation qui ne parvient plus à éliminer assez d'azote. Dans la Figure 2, le débit 9 filtré dans le filtre F2 rentre dans la deuxième boîte froide CB2 et se refroidit dans l'échangeur de chaleur HX à partir de la température ambiante jusqu'au bout froid de l'échangeur. Le débit 9 est divisé en deux, une partie 9A étant envoyée à une vanne V17 et ensuite à une turbine de détente T et l'autre partie 9B étant détendue dans une vanne V2. Les deux parties réunies comme débit 9 sont envoyées dans l'échangeur HX et le débit 9 est envoyé dans la colonne K à un niveau intermédiaire sous forme gazeuse. Le débit 9 est séparé dans la colonne K pour former un gaz de tête enrichi en azote et un liquide de cuve enrichi en monoxyde de carbone. Le liquide 27 est détendu dans une vanne V3 et envoyé au condenseur de tête C de la colonne K. Là le liquide se vaporise au moins partiellement et le gaz formé 13 se réchauffe dans l'échangeur HX et sort de la deuxième boîte froide. le gaz 13 peut être comprimé dans le compresseur C3 et divisé en deux. Une partie 17 est envoyée par la vanne V15 au débit 19 Le reste 15 est filtré dans le filtre F2, refroidi dans l'échangeur HX et envoyé en cuve de la colonne K pour faire du rebouillage. L'azote séparé dans le condenseur C sort comme débit 25, se réchauffe dans l'échangeur HX et sort de la boite froide CB2 pour être utilisé comme carburant par exemple à travers la ligne 41. Le compresseur C3 peut être entraîné par la turbine T. Le débit 13 contient au moins 85% de monoxyde de carbone, voire au moins 90, voire au moins 95% de monoxyde de carbone. La colonne K fonctionne à une pression généralement comprise entre 1.5 bar abs.et 15 bars abs. REVENDICATIONS1. Procédé de déazotation d'un mélange gazeux contenant au moins 80% de monoxyde de carbone et de l'azote dans lequel : i) on refroidit le mélange gazeux (9) dans un échangeur de chaleur (HX), ii) on détend au moins une partie (9A) du mélange refroidi dans l'échangeur de chaleur dans une turbine (T) et on envoie le débit détendu dans la turbine à une colonne de distillation (K) ayant un condenseur de tête (C) iii) on envoie un liquide de cuve (27) de la colonne au condenseur de tête où il se vaporise au moins partiellement pour former un gaz (13) contenant plus que 80% de monoxyde de carbone, on réchauffe le gaz dans l'échangeur de chaleur pour former un produit ou une partie d'un produit (17,19) et iv) on condense dans le condenseur un gaz de tête de la colonne 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on comprime le mélange gazeux (3,9) contenant plus que 80% de monoxyde de carbone dans un compresseur (C1,C2) et on le divise en deux parties, une première partie (7) étant le produit du procédé et une deuxième partie (9) étant refroidi dans l'échangeur de chaleur (HX) et renvoyé en cuve de la colonne (K). 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel la première partie (7) est à une pression supérieure ou inférieure à celle de la deuxième partie (9), les parties étant soutirées à des pressions différentes du compresseur (C1, C2). 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3 dans lequel le compresseur (C1, C2) est entraîné par la turbine (T). 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le mélange (9) provient d'un appareil de séparation (CB1) d'un mélange de monoxyde de carbone, d'azote et d'hydrogène qui produit une fraction contenant du monoxyde 3013 10 7 7 de carbone (3) avec une première pureté, dont au moins une partie constitue le mélange gazeux (9). 6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel une deuxième partie (9) 5 de la fraction est traitée selon les étapes i) à) iv) pour former le gaz contenant plus que 80% de monoxyde de carbone, cette pureté étant une deuxième pureté supérieure à la première pureté et dans lequel on mélange le gaz à la deuxième pureté avec une première partie à la première pureté (7) pour former un produit (19). 10 7. Procédé selon une des revendications précédentes dans lequel la colonne (K) opère à une pression entre 1.5 bar abs.et 15 bars abs 8. Appareil de déazotation d'un mélange gazeux contenant au moins 80% de monoxyde de carbone et de l'azote comprenant un échangeur de chaleur (HX) 15 dans lequel on refroidit le mélange gazeux pour former un mélange gazeux refroidi, une turbine pour détendre au moins une partie du mélange gazeux refroidi, une colonne de distillation (K) ayant un condenseur de tête (C ), des moyens pour envoyer le débit détendu dans la turbine à la colonne de distillation, une conduite pour envoyer un liquide de cuve (27) de la colonne au condenseur de tête où il se 20 vaporise au moins partiellement pour former un gaz contenant plus que 80% de monoxyde de carbone, une conduite pour envoyer le gaz (13) se réchauffer dans l'échangeur de chaleur pour former un produit (17,19) ou une partie d'un produit et des moyens pour envoyer un gaz de tête de la colonne se condenser dans le condenseur. 25 9. Appareil selon la revendication 8 comprenant un compresseur (C1,C2) pour comprimer le mélange gazeux en amont de l'échangeur de chaleur et pour comprimer un produit du procédé, éventuellement à des pressions différentes. 30 10. Appareil selon l'une des revendications 8 ou 9 comprenant un appareil de séparation (CB1) d'un mélange de monoxyde de carbone, d'azote et d'hydrogène qui produit une fraction (3) contenant du monoxyde de carbone avec une première pureté, dont au moins une partie constitue le mélange gazeux.