Brevet FR3059764A1 — publié le 20180608

La présente invention est relative à un procédé intégré et à un appareil intégré de séparation d'air par distillation cryogénique et de refroidissement d'un gaz. Le refroidissement permet de refroidir, voire au moins partiellement condenser un gaz provenant d'un stockage qui contient un liquide ; le liquide est produit par une unité alimentée par un gaz provenant de l'appareil de séparation d'air. Il est souvent nécessaire de stocker des liquides à basse température, c'est-à-dire à des températures en dessous de la température ambiante. Les stockages sont isolés pour empêcher la chaleur ambiante de faire évaporer le liquide mais néanmoins des defaults dans l'isolation provoquent des rentrées de chaleur et du gaz se forme en haut du stockage. Ce gaz doit être soit rejeté à l'atmosphère soit recondensé et renvoyé au stockage. Une autre possibilité, illustrée dans la Figure 1, est de dissoudre le gaz dans de l'eau déminéralisée H et de l'envoyer à une unité de purification. Dans la Figure, un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique ASU produit de l'oxygène 1 qui est envoyé à un appareil de production de méthanol MEOH. Le méthanol produit sous forme liquide est envoyé à un stockage isolé 7. Le méthanol sous forme gazeux 9 formé en haut du stockage par les rentrées de chaleur à travers l'isolation est envoyé se mélanger avec de l'eau déminéralisée H dans une unité 13. Le mélange formé 15 est renvoyé à la section de purification dans l'appareil de production de méthanol MEOH. Pour condenser le gaz, une autre possibilité est d'utiliser de l'eau refroidie par un réfrigérateur électrique à une température de 10°C qui échange des frigories avec le gaz dans un échangeur de chaleur par échange indirect. Dans beaucoup de cas, un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique produit de l'oxygène à la demande d'un client mais n'a pas de client pour l'azote, voire tout l'azote, qui est nécessairement coproduit. Selon l'invention, l'azote produit en excès est utilisé à la sortie de l'appareil de séparation d'air pour refroidir de l'eau dans une tour à contact direct alimentée en bas par l'azote gazeux froid et en haut par l'eau à refroidir. L'eau refroidie sert ensuite à refroidir, voire à condenser un gaz provenant d'un stockage d'un liquide à une température subambiante, permettant de réduire la consommation électrique. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé intégré de séparation d'air par distillation cryogénique et de refroidissement d'un gaz provenant d'un stockage d'un liquide 3059764 2 produit par une unité alimentée par un gaz provenant de l'appareil de séparation d'air dans lequel : i) On sépare de l'air dans l'appareil de séparation d'air qui est au moins un appareil de distillation cryogénique pour produire un gaz enrichi en oxygène et un gaz enrichi 5 en azote ii) On envoie du gaz enrichi en oxygène de l'appareil de distillation cryogénique ou d'au moins un des appareils de distillation cryogénique à au moins une unité de production d'un liquide comprenant un stockage isolé du liquide iii) On soutire un gaz formé dans le stockage, le liquide ayant un point d'ébullition 10 à la pression à l'intérieur du stockage inférieure à 50°C ou inférieure à 15°C, voire inférieure à 10°C, voire inférieure à 0°C iv) On envoie du gaz enrichi en azote de l'appareil de distillation cryogénique ou d'au moins un des appareils de distillation cryogénique à la cuve d'une première tour d'échange de masse et de chaleur par contact direct et on envoie de l'eau en tête de la 15 première tour, la température de l'eau rentrant dans la tour étant supérieure à celle à laquelle le gaz enrichi en azote rentre dans la première tour v) On soutire de l'eau refroidie de la première tour et on l'utilise pour refroidir, voire au moins partiellement condenser au moins une partie du gaz formé dans le stockage pour former un premier fluide 20 vi) Eventuellement on condense le premier fluide s'il n'est pas complètement condensé et vii) On renvoie le premier fluide au stockage sous forme liquide. Selon d'autres aspects facultatifs de l'invention : - l'unité est une unité de production de méthanol. 25 - l'air envoyé à distillation est refroidi par un moyen autre qu'un échangeur de chaleur alimenté par de l'eau refroidie provenant de la première tour. - on envoie un premier débit de gaz enrichi en azote à la première tour et une deuxième débit de gaz enrichi en azote à une unité d'épuration qui sert à épurer l'air destiné à la distillation. 30 - le rapport entre le premier débit de l'azote et le débit enrichi en oxygène envoyé à l'unité de production est inférieur à 0,7 :1, voire à 0,1 :1. - l'eau refroidie sort de la première tour à une température inférieure à 50°C ou inférieure à 15°C, voire inférieure à 10°C. 3059764 3 - l'étape vi) se réalise par refroidissement dans un moyen de réfrigération utilisant de l'énergie électrique. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un appareil intégré de séparation d'air par distillation cryogénique et de refroidissement comprenant un appareil de séparation 5 d'air par distillation cryogénique, une conduite pour soutirer un gaz enrichi en azote de l'appareil de séparation d'air, une conduite pour soutirer un gaz enrichi en oxygène de l'appareil de séparation d'air, cette conduite étant reliée à une unité de production pour y envoyer le gaz enrichi en oxygène, l'unité de production comprenant au moins un stockage d'un produit liquide ayant un point d'ébullition à la pression du stockage, une conduite de 10 gaz de réchauffement pour sortir un gaz résultant du réchauffement du produit liquide du stockage, une première tour d'échange de masse et de chaleur , la cuve de la première tour étant reliée à la conduite pour soutirer le gaz enrichi en azote et la tête de la première tour étant reliée à des moyens d'amenée d'eau, une conduite pour sortir de l'eau refroidie de la première tour et pour l'envoyer à un échangeur de chaleur relié à la conduite de gaz de 15 réchauffement, l'échangeur étant relié au stockage pour y renvoyer le gaz de réchauffement refroidi, voire condensé. Selon d'autres aspects facultatifs : - l'appareil ne comprend par de moyen de refroidissement de l'air destiné à la distillation recevant de l'eau refroidie de la première tour. 20 - l'appareil comprend un stockage d'un alcène produit à partir du produit liquide qui est le méthanol, le gaz provenant du stockage de l'alcène étant refroidi au moyen d'eau refroidie provenant de la première tour, condensé et renvoyé au stockage de l'alcène. Le stockage peut par exemple être à un stockage de méthanol liquide ou de propylène liquide. 25 Le liquide contenu dans le stockage a, de préférence, une température d'ébullition à la pression à l'intérieur du stockage, inférieure à 50°C ou inférieure à 15°C, voire inférieure à 10°C, voire inférieure à 0°C. Pour un stockage de méthanol à 1.1 bars abs, la température de saturation est de 11°C et pour un stockage de propylène à 16 bars, la température de saturation est de 40°C. 30 Le procédé sera décrit en plus de détail en se référant à la Figure 2. Un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique ASU produit de l'oxygène 1 qui est envoyé à un appareil de production de méthanol Me0H. Le méthanol produit sous forme liquide est envoyé à un stockage isolé 7 à 1.1 bars abs. Le méthanol sous forme gazeux 9 formé en haut du stockage par les rentrées de chaleur à travers l'isolation est envoyé à un échangeur de 3059764 4 chaleur 23 qui est un échangeur à plaques d'aluminium brasé. Dans cet échangeur, soit il se condense totalement soit il se refroidit ou se condense partiellement pour être condensé totalement par un autre moyen. La température de condensation peut être aux alentours de 11°C. Le gaz condensé est renvoyé au stockage 7. 5 L'appareil de séparation d'air ASU produit également de l'azote gazeux 17 qui se réchauffe par échange de chaleur avec l'air à séparer. Cet azote gazeux 17 est envoyé en bas d'une tour de refroidissement 19 alimentée en haut par de l'eau 21 à refroidir. L'azote gazeux contacte l'eau à refroidir et l'azote réchauffé sort en haut de la tour 19 alors que l'eau refroidie 25 sort en bas de la tour 19. L'eau refroidie 25 est envoyée à l'échangeur de chaleur 10 23 pour refroidir voire condenser au moins partiellement le gaz 9. L'air d'alimentation envoyé à l'appareil de séparation d'air ASU pour y être séparé de préférence n'est pas refroidi par échange de chaleur avec l'eau refroidie dans la tour 19. De préférence aucun élément de l'appareil de séparation d'air n'est refroidi par échange de chaleur avec l'eau refroidie dans la tour 19. Ainsi la tour de refroidissement 19 fournit de 15 l'eau refroidie non pas pour le refroidissement de l'appareil de séparation d'air mais pour, de préférence uniquement pour, refroidir le gaz évaporé 9 provenant du stockage 7 ou d'autres stockages ne servant pas à stocker un fluide provenant de l'appareil de séparation d'air. Selon une autre variante, de l'eau refroidie de la cuve de la tour 19 sert à refroidir de l'air destiné à la distillation dans l'appareil ASU. Dans ce cas, le refroidissement peut être 20 effectué au moyen d'une deuxième tour alimentée en haut par de l'eau refroidie et en bas par l'air à refroidir. Seulement une partie de l'eau refroidie sera disponible pour refroidir le gaz 9 provenant du stockage 7. Il est envisageable de collecter de l'azote de plusieurs appareils de séparation d'air dont au moins un fournit du gaz enrichi en oxygène à l'unité de production MEOH qui produit 25 le méthanol. L'azote collecté peut être envoyé à une tour de refroidissement commune pour tous les appareils de distillation et ensuite être envoyé à un ou plusieurs stockages pour refroidir les gaz produits par réchauffement. Le méthanol est souvent converti en d'autres alcènes qui sont également stockés à température subambiante et sont susceptibles à s'évaporer. Les gaz provenant d'au moins un 30 stockage d'alcène produit à partir du méthanol de l'unité de production MEOH peuvent également être refroidis par l'azote de l'appareil de séparation d'air, en utilisant de l'eau de la tour de refroidissement 19 ou d'une tour de refroidissement commune à plusieurs d'appareils de séparation d'air. L'alcène peut par exemple être le propylène, stocké à 16 bars abs avec une température de saturation de 40°C. REVENDICATIONS1. Procédé intégré de séparation d'air par distillation cryogénique et de refroidissement d'un gaz provenant d'un stockage d'un liquide produit par une unité (MEOH) alimentée par un gaz (1) provenant de l'appareil de séparation d'air (ASU) dans lequel : i) On sépare de l'air dans l'appareil de séparation d'air qui est au moins un appareil de distillation cryogénique (ASU) pour produire un gaz enrichi en oxygène (1) et un gaz enrichi en azote (17) ii) On envoie du gaz enrichi en oxygène de l'appareil de distillation cryogénique ou d'au moins un des appareils de distillation cryogénique à au moins une unité de production d'un liquide (5) comprenant un stockage isolé (7) du liquide iii) On soutire un gaz (9) formé dans le stockage, le liquide ayant un point d'ébullition à la pression à l'intérieur du stockage inférieure à 50°C ou inférieure à 15°C, voire inférieure à 10°C, voire inférieure à 0°C iv) On envoie du gaz enrichi en azote de l'appareil de distillation cryogénique ou d'au moins un des appareils de distillation cryogénique à la cuve d'une première tour d'échange de masse et de chaleur par contact direct (19) et on envoie de l'eau (25) en tête de la première tour, la température de l'eau rentrant dans la tour étant supérieure à celle à laquelle le gaz enrichi en azote rentre dans la première tour v) On soutire de l'eau refroidie (21) de la première tour et on l'utilise pour refroidir, voire au moins partiellement condenser au moins une partie du gaz formé dans le stockage pour former un premier fluide (15) vi) Eventuellement on condense le premier fluide s'il n'est pas complètement 25 condensé et vii) On renvoie le premier fluide au stockage (7) sous forme liquide. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'unité (MEOH) est une unité de production de méthanol. 30 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'air envoyé à distillation est refroidi par un moyen autre qu'un échangeur de chaleur alimenté par de l'eau refroidie provenant de la première tour (19). 3059764 6 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel on envoie un premier débit de gaz enrichi en azote (17) à la première tour et une deuxième débit de gaz enrichi en azote à une unité d'épuration qui sert à épurer l'air destiné à la distillation. 5 5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel le rapport entre le premier débit de l'azote (17) et le débit enrichi en oxygène (1) envoyé à l'unité de production (MEOH) est inférieur à 0,7 :1, voire à 0,1 :1. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'eau refroidie 10 (21) sort de la première tour à une température inférieure à 50°C ou inférieure à 15°C, voire inférieure à 10°C. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'étape vi) se réalise par refroidissement dans un moyen de réfrigération utilisant de l'énergie électrique. 15 8. Appareil intégré de séparation d'air par distillation cryogénique et de refroidissement comprenant un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique (ASU), une conduite pour soutirer un gaz enrichi en azote (17) de l'appareil de séparation d'air, une conduite pour soutirer un gaz enrichi en oxygène (1) de l'appareil de séparation 20 d'air, cette conduite étant reliée à une unité de production (MEOH) pour y envoyer le gaz enrichi en oxygène, l'unité de production comprenant au moins un stockage (7) d'un produit liquide (5) ayant un point d'ébullition à la pression du stockage, une conduite de gaz de réchauffement pour sortir un gaz résultant du réchauffement du produit liquide du stockage, une première tour d'échange de masse et de chaleur (19) , la cuve de la première tour étant reliée à la conduite pour soutirer le gaz enrichi en azote et la tête de la première tour étant reliée à des moyens d'amenée d'eau (25), une conduite pour sortir de l'eau refroidie (21) de la première tour et pour l'envoyer à un échangeur de chaleur (23) relié à la conduite de gaz de réchauffement, l'échangeur étant relié au stockage pour y renvoyer le gaz de réchauffement refroidi, voire condensé. 9. Appareil selon la revendication 8 ne comprenant par de moyen de refroidissement de l'air destiné à la distillation recevant de l'eau refroidie (21) de la première tour (19). 3059764 7 10. Appareil selon la revendication 8 ou 9 comprenant un stockage d'un alcène produit à partir du produit liquide (5) qui est le méthanol, le gaz provenant du stockage de l'alcène étant refroidi au moyen d'eau refroidie provenant de la première tour, condensé et renvoyé au stockage de l'alcène. 5