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FR2895068A1 - Procede de separation d'air par distillation cryogenique - Google Patents

Procede de separation d'air par distillation cryogenique Download PDF

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FR2895068A1
FR2895068A1 FR0553893A FR0553893A FR2895068A1 FR 2895068 A1 FR2895068 A1 FR 2895068A1 FR 0553893 A FR0553893 A FR 0553893A FR 0553893 A FR0553893 A FR 0553893A FR 2895068 A1 FR2895068 A1 FR 2895068A1
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Cayeux Olivier De
Grenier Richard Dubettier
Alain Guillard
Bot Patrick Le
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Selon une première marche dans un appareil de séparation d'air, on comprime dans un compresseur principal (1) de l'air destiné à la distillation, on envoie un premier débit d'air comprimé au moins dans le compresseur principal, épuré et refroidi dans une ligne d'échange (6) à la colonne moyenne pression (8) d'une double colonne, on sépare le débit d'air en des flux enrichis en azote et en oxygène dans la colonne moyenne pression, on soutire un débit d'oxygène liquide (16) de la colonne basse pression, on le pressurise jusqu'à une pression élevée et on le vaporise dans la ligne d'échange pour former un premier débit gazeux riche en oxygène et à pression élevée, on liquéfie au moins une partie (24) de l'air comprimé dans le compresseur principal et on envoie la partie liquéfiée à la double colonne et on produit également un deuxième débit gazeux riche en oxygène (115) mais à une pression moins élevée que le premier débit gazeux riche en oxygène et selon une deuxième marche, on augmente la pression de liquéfaction de l'air dans en réglant les aubages du compresseur principal (1) qui fixe cette pression, on réduit la production du deuxième débit gazeux riche en oxygène et on augmente le soutirage du premier débit gazeux riche en oxygène.

Description

La presente invention est relative a un procede de separation d'air par
distillation cryogenique, en particulier a un procede et installation de fourniture d'oxygene a deux pressions et/ou a deux puretes. Certains contextes industriels necessitent la fourniture simultanee, en grandes quantites, d'oxygene a une seule purete sous des pressions differentes, voire d'oxygene pratiquement pur et d'oxygene impur sous des pressions differentes. Par ailleurs, certaines applications industrielles necessitent des quantites importantes d'oxygene impur sous diverses pressions : gazeification du charbon, gazeification de residus petroliers, reduction-fusion directe du minerai de fer, injection de charbon dans les hauts fourneaux, metallurgie des metaux non-ferreux, etc. Une unite de production siderurgique comprend classiquement plusieurs elements ayant des besoins differents en oxygene, tel que decrit dans The Making, Shaping and Treating of Steel D, AISE, 1985. Le haut fourneau consomme de I'air enrichi en oxygene, produit en general en melangeant de I'air comprime avec de I'oxygene moyenne pression (P < 10 bar)et dans certains cas basse purete. L'oxygene basse purete a une purete d'entre 80 et 97 %. Par contre les convertisseurs et les fours a arc consomment de I'oxygene a haute pression (P> 15 bar pour injection dans convertisseur, et P > 25 bar typiquement dans les capacites tampons gaz installe en amont des convertisseurs) avec une haute purete d'entre 99 et 99,8 %. Pour fournir ces deux qualites d'oxygene, it est souvent prevu deux appareils de production d'oxygene par distillation d'air, celui qui produit I'oxygene moyenne pression etant par exemple un appareil a colonne de melange du type decrit dans US-A-4022030 et EP-A-0531182 et celui qui produit I'oxygene haute purete etant typiquement un appareil a double colonne classique. Toutes les puretes mentionnees dans ce document sont des puretes molaires.
Toutes les puretes mentionnees sont des pourcentages molaires et les pressions sont des pressions absolues. La presente invention vise a resoudre le probleme suivant : parfois le client a des besoins augmentes en oxygene haute pression alors qu'il n'a plus besoin d'oxygene moyenne pression (ou n'a plus besoin d'autant d'oxygene moyenne pression / ou peut fonctionner avec une quantite reduite (voire nulle) d'oxygene moyenne pression [comme c'est le cas pour le haut fourneau]). Le but de ('invention est de satisfaire le client sans avoir recours ni a un deuxieme appareil de separation d'air, ni a la vaporisation d'oxygene liquide cryogenique venant d'un stockage. Selon un objet de ('invention, it est prevu un procede de separation d'air par distillation cryogenique dans un appareil de separation d'air comprenant un systeme de colonnes dans lequel i) selon une premiere marche a) on comprime dans un compresseur principal de ('air destine a la distillation b) on envoie un premier debit d'air comprime au moins dans le compresseur principal, epure et refroidi dans une ligne d'echange a la colonne moyenne pression d'une double colonne c) on separe le debit d'air en des flux enrichis en azote et en oxygene dans la colonne moyenne pression d) on envoie les flux enrichis en azote et en oxygene de la colonne moyenne pression a une colonne basse pression de la double colonne, directement ou indirectement e) on soutire un debit riche en azote de la colonne basse pression et on les rechauffe dans la ligne d'echange f) on soutire un debit d'oxygene liquide de la colonne basse pression, on le pressurise jusqu'a une pression elevee et on le vaporise dans la ligne d'echange pour former un premier debit gazeux riche en oxygene et a pression elevee g) on Iiquefie au moins une partie de ('air comprime dans le compresseur principal, eventuellement apres I'avoir recomprimee dans au moins un deuxieme compresseur, et on envoie la partie Iiquefiee a la double colonne et h) on produit egalement un deuxieme debit gazeux riche en oxygene mais a une pression moins elevee que le premier debit gazeux riche en oxygene ii) selon une deuxieme marche a) on augmente la pression de liquefaction de I'air dans en reglant les aubages du compresseur principal et/ou du deuxieme compresseur qui fixe(nt) cette pression b) on reduit, eventuellement a zero, la production du deuxieme 5 debit gazeux riche en oxygene c) on augmente le soutirage du premier debit gazeux riche en oxygene. Selon d'autres aspects facultatifs : - le deuxieme debit gazeux riche en oxygene est produit en soutirant un 10 debit liquide de la colonne basse pression et en le pressurisant a la pression moins elevee avant de le vaporiser dans la ligne d'echange. - le deuxieme debit gazeux riche en oxygene est produit en soutirant un debit gazeux d'une colonne de melange alimentee par de I'air ou de la colonne basse pression. 15 - le compresseur principal et eventuellement I'au moins un deuxieme compresseur comprime(nt) tout I'air destine a I'appareil. - le compresseur principal comprime tout fair destine a I'appareil et I'au moins un deuxieme compresseur ne comprime qu'une partie de I'air destine a I'appareil. 20 -lors de la deuxieme marche on augmente le debit envoye au deuxieme compresseur. - une partie de I'air comprime dans le deuxieme compresseur est detendue dans une turbine couplee au deuxieme compresseur puis envoye a la double colonne et dans lequel le debit detendu pendant la deuxieme marche 25 reduit par rapport a celui pendant la premiere marche. - lors de la deuxieme marche on maintient constant le debit envoye au deuxieme compresseur par rapport au meme debit pendant la premiere marche. - on augmente la quantite de gaz envoyee une turbine entrainant le 30 deuxieme compresseur dans la deuxieme marche par rapport a celle envoyee pendant la premiere marche. - le premier debit riche en oxygene a une purete superieure a 98.5%, et le deuxieme debit riche en oxygene a une purete inferieure a 98%. - lors de la premiere marche on soutire de la double colonne en tant que produit final un debit liquide riche en oxygene et lors de la deuxieme marche le soutirage de ce debit est reduit, eventuellement a zero. - la somme des premier et deuxieme debits riches en oxygene est substantiellement constante entre la premiere et la deuxieme marches. - pendant la premiere marche un debit d'air est detendu dans une turbine et envoye a la double colonne et pendant la deuxieme marche soit le debit detendu est rejete a ('atmosphere soit une partie du debit detendu est envoyee a la double colonne alors que le reste est rejete a ('atmosphere. - pendant la deuxieme marche on envoie de ('air comprime a la double colonne provenant d'un compresseur de secours. - une partie de ('air traite vient d'une soufflante de haut fourneau. - pendant la premiere marche on produit un debit d'azote sous pression et/ou d'argon sous pression par vaporisation de liquide pressurise et pendant la deuxieme marche on reduit ou on arrete la production de ce(s) debit(s). -pendant la premiere marche on produit un debit d'azote liquide et/ou d'argon liquide comme produit final et pendant la deuxieme marche, on reduit ou on arrete cette (ces) production(s). - les premier et deuxieme debits riche en oxygene ont la meme purete ou 20 des puretes differentes. Selon un autre aspect de ('invention, it est prevu un procede de fourniture d'un debit d'oxygene haute pression dans lequel selon une premiere marche chacune de deux installations de separation d'air fournit de I'oxygene haute pression et selon une deuxieme marche, une premiere des deux installations 25 fournit un debit d'oxygene haute pression augmente par rapport a celui selon la premiere marche et la deuxieme installation fournit un debit reduit, voire a zero ; au moins la premiere installation fonctionnant comme decrit ci-dessus et fournissant en plus de sa production initiale d'oxygene haute pression au moins 50% de la quantite d'oxygene haute pression produite pendant la 30 premiere marche par la deuxieme installation. Selon d'autres aspects de ('invention, it est prevu que : - un compresseur d'air de la deuxieme installation envoie de ('air comprime a la premiere installation pendant la deuxieme marche.
Les Figures 1, 2 et 3 representent un appareil de separation d'air capable de fonctionner selon le procede de ('invention et la Figure 4 montre un ensemble d'appareils de separation d'air dont au moins un qui fonctionne selon I'invention.
L'installation de distillation d'air representee a la Figure 1 comprend essentiellement : un compresseur d'air 1, un appareil 2 d'epuration de ('air comprime en eau et en CO2 par adsorption, cet appareil comprenant deux bouteilles d'adsorption 2A, 2B dont rune fonctionne en adsorption pendant que I'autre est en cours de regeneration, un ensemble turbine-surpresseur 3 comprenant une turbine de detente 4, et eventuellement un surpresseur 5 dont I'arbre est couple a celui de la turbine 4, un echangeur de chaleur 6 constituant la ligne d'echange thermique de ('installation, une double colonne de distillation 7 comprenant une colonne moyenne pression 8 surmontee d'une colonne basse pression 9, avec un vaporiseur-condenseur 10 mettant la vapeur de tete (azote) de la colonne 8 en relation d'echange thermique avec le liquide de cuve (oxygene) de la colonne 9, un reservoir d'oxygene liquide 11 dont le fond est relie a une pompe d'oxygene liquide 12, et un reservoir d'azote liquide 13 dont le fond est relie a une pompe d'azote liquide 14. Cette installation est destinee a fournir, via une conduite 15, de I'oxygene gazeux sous une haute pression predeterminee, qui peut titre comprise entre quelques bars et quelques dizaines de bars (dans le present memoire, les pressions considerees sont de pressions absolues). Pour cela, de I'oxygene liquide soutire de la cuve de la colonne 9 via une conduite 16 et stocke dans le reservoir 11, est amene a la haute pression par la pompe 12 a I'etat liquide, puis vaporise et rechauffe sous cette haute pression dans des passages 17 de ('echangeur 8. La chaleur necessaire a cette vaporisation et a ce rechauffage, ainsi qu'au rechauffage et eventuellement a la vaporisation d'autres fluides soutires de la double colonne, est fournie par ('air a distiller, dans les conditions suivantes. La totalite de ('air a distiller est comprimee par le compresseur 1 a une pression superieure a la moyenne pression de la colonne 8 mais inferieure a la haute pression d'oxygene. Puis ('air, prerefroidi en 18 et refroidi au voisinage de Ia temperature ambiante en 19, est epure dans ('une, 2A par exemple, des bouteilles d'adsorption, et surpresse en totalite a la haute pression par le surpresseur 5, lequel est entrains par la turbine 4. L'air est alors introduit au bout chaud de I'echangeur 6 et refroidi en total ite jusqu'a une temperature intermediaire. A cette temperature, une fraction de I'air poursuit son refroidissement et est Iiquefie dans des passages 20 de I'echangeur, puis est detendu a la basse pression dans une vanne de detente 21 et introduit a un niveau intermediaire dans la colonne 9. Le reste de I'air, ou air excedentaire, est detendu a la moyenne pression dans la turbine 4 puis envoys directement, via une conduite 22, a la base de la colonne 8.
On reconnait par ailleurs sur la Figure 1 les conduites habituelles des installations a double colonne, celle representee etant du type dit a minaret D, c'est-a-dire avec production d'azote sous la basse pression : les conduites 23 a 25 d'injection dans la colonne 9, a des niveaux croissants, de liquide riche (air enrichi en oxygene) detendu, de liquide pauvre inferieur (azote impur) detendu et de liquide pauvre superieur (azote pratiquement pur) detendu, respectivement, ces trois fluides etant respectivement soutires a la base, en un point intermediaire et au sommet de la colonne 8 ; et les conduites 28 de soutirage d'azote gazeux partant du sommet de la colonne 9 et 27 d'evacuation du gaz residuaire (azote impur) partant du niveau d'injection du liquide pauvre inferieur. L'azote basse pression est rechauffe dans des passages 28 de I'echangeur 6 puis evacue via une conduite 29, tandis que le gaz residuaire, apres rechauffement dans des passages 30 de I'echangeur, est utilise pour regenerer une bouteille d'adsorption, la bouteille 2B dans I'exemple considers, avant d'etre evacue via une conduite 31.
On voit encore sur la Figure 1 qu'une partie d'oxygene liquide 36 soutire a un niveau intermediaire de la colonne basse pression est, apres detente dans une vanne de detente 32, stockee dans le reservoir 13 et pressurise par la pompe 14 et une production d'oxygene liquide est fournie via une conduite 33 (moyenne purete) et/ou 34 (haute purete). Une partie de roxygene liquide moyenne purete est vaporise apres pressurisation dans la pompe 14 dans I'echangeur 6. La pompe 14 a une pression de sortie plus basse que la pompe 12.
Ainsi selon la premiere marche, I'appareil produit un debit d'oxygene 15 a haute purete et haute pression ainsi qu'un debit d'oxygene 115 a moyenne purete et moyenne pression. Selon la deuxieme marche, soit la vanne 32 est fermee et on ne soutire plus d'oxygene moyenne pression soit le debit d'oxygene moyenne pression est reduit. Dans ce cas, on augmente le soutirage du debit 16 et on vaporise plus d'oxygene haute purete et haute pression provenant de la pompe 12 dans I'echangeur 6. Afin de vaporiser ce debit augmente, on augmente la pression de sortie du compresseur 1 ainsi que le debit d'air comprime en reglant les aubages du compresseur 1. S'il n'y pas de production d'oxygene liquide, la somme des debits 16 et 36 est constante, entre les premiere et deuxieme marches car le debit d'air comprime dans le compresseur 1 reste substantiellement constant entre les deux marches. S'il y a production d'oxygene liquide, soit la somme des debits 16 et 36 est constante, entre les premiere et deuxieme marches, soit on peut produire une somme plus grande pendant la deuxieme marche en reduisant voire en supprimant la production d'oxygene liquide. Si la production de liquide est reduite, une partie de ('air provenant de la turbine Claude 4 sera envoye a ('atmosphere apres titre melange au gaz residuaire 27.
L'installation representee a la Figure 2 est destinee a produire de I'oxygene gazeux a deux pressions et a deux puretes. Elie comprend essentiellement une double colonne de distillation 41, une ligne d'echange thermique principale 42, un sous-refroidisseur 43, un compresseur d'air unique 44, une soufflante 45 de surpression d'air, une turbine de detente 46 dont la roue est montee sur le meme arbre que celle du surpresseur 45, une soufflante additionnelle 47 entrainee par un moteur electrique 48, et une pompe d'oxygene liquide 49. La double colonne est constituee, de maniere classique, d'une colonne moyenne pression 50 fonctionnant sous environ 6 bars et surmontee d'une colonne basse pression 51 fonctionnant Iegerement au- dessus de la pression atmospherique avec, en cuve de cette derniere, un vaporiseur-condenseur 52 qui met en relation d'echange thermique I'oxygene liquide de cuve de la colonne basse pression avec I'azote de tete de la colonne moyenne pression.
En fonctionnement pendant la premiere marche, le compresseur d'air 44 de I'installation comprime directement la totalite de I'air a la premiere haute pression de I'ordre de 23 bars, et un premier courant de cet air est traite comme precedemment dans les passages 53, la turbine 46 et la vanne de detente 54 puis envoys a la base de la colonne 50. En revanche, le reste de cet air est surpresse en deux stapes, par deux soufflantes montees en serie : une premiere soufflante 70 qui est couplee directement a la turbine 46, et une deuxieme soufflante 71 directement couplee a une deuxieme turbine de detente 72. L'air surpresse en 70 passe en totalite dans la soufflante 71 puis dans les passages 56 de la ligne d'echange 42, et une partie de cet air est sorti de la ligne d'echange a une temperature T2 superieure a la temperature T1 pour titre detendu dans la turbine 72. L'echappement de cette derniere, a la moyenne pression, est relie a la base de la colonne 50 comme celui de la turbine 46. L'air a la plus haute pression non detendu dans la turbine 72 poursuit son refroidissement et est Iiquefie dans les passages 56 jusqu'au bout froid de la ligne d'echange, puis est detendu dans des vannes de detente 57 et 57A et reparti entre les deux colonnes 50 et 51. On entend ici par surpresseur ou soufflante un compresseur a une seule roue dont la depense d'energie, de par le debit de gaz traite et le taux de compression, est considerablement inferieure a celle du compresseur principal 44 de I'installation, et par exemple de I'ordre de 2 a 3 % de cette derniere. Le taux de compression d'une telle soufflante est generalement inferieur a 2. Chacune des soufflantes dont it est question ici comporte a sa sortie un refrigerant a eau ou a air atmospherique non represents.
L'oxygene liquide soutire en cuve de la colonne 51 est amens par la pompe 49 a la haute pression, puis vaporise et rechauffe dans des passages 58 de la ligne d'echange avant d'etre evacue de I'installation via une conduite de production 59 comme debit d'oxygene gazeux haute pression et haute purete.
L'oxygene liquide soutire a un niveau intermediaire de la colonne 51 est amens par la pompe 70 a la moyenne pression, puis vaporise et rechauffe dans des passages 58 de la ligne d'echange avant d'etre evacue de I'installation via une conduite de production 59 comme debit d'oxygene gazeux moyenne pression et moyenne purete.
On retrouve par ailleurs dans ('installation de la Figure 2 les conduites et accessoires habituels des installations a double colonne : une conduite 60 de remontee dans la colonne 51 du liquide riche (air enrichi en oxygene) recueilli en cuve de la colonne 50, avec sa vanne de detente 61, une conduite 62 de remontee en tete de la colonne 51 du liquide pauvre (azote a peu pret pur) soutire en tete de la colonne 50, avec sa vanne de detente 83, ainsi qu'une conduite 64 de production d'oxygene liquide, piquee en cuve de la colonne 51, qu'une conduite 65 de production d'azote liquide, piquee sur la conduite 62, et qu'une conduite 66 de soutirage d'azote impur, constituant le gaz residuaire de ('installation, piquee en tete de la colonne 51, cet azote impur etant rechauffe dans le sous-refroidisseur 43 puis dans des passages 67 de la ligne d'echange avant d'etre evacue via une conduite 68. Selon la deuxieme marche, soit on ne soutire plus d'oxygene moyenne pression soit le debit d'oxygene moyenne pression est reduit. Dans ce cas, on augmente le soutirage du debit d'oxygene liquide en cuve de la colonne basse pression et on vaporise plus d'oxygene haute purete et haute pression provenant de la pompe 49 dans I'echangeur 6. Afin de vaporiser ce debit augmente, on augmente la pression de sortie du compresseur 1 ainsi que le debit d'air comprime en reglant les aubages du compresseur 1. Alternativement ou additionnellement, on regle le debit d'air au moyen des soufflantes 70, 71. S'il n'y a pas de production d'oxygene liquide et le debit d'air comprime dans le compresseur 44 reste substantiellement constant entre les deux marches la somme des debits 59 et 72 est constante, entre les premiere et deuxieme marches. Par contre si le debit comprime augmente pendant la deuxieme marche, la somme des produits oxygenes gazeux peut augmenter. La reduction voire la suppression de la production d'oxygene liquide permet egalement plus de variation dans les productions gazeuses. Si la production de liquide est reduite, au moins une partie de ('air provenant d'au moins une des turbines 46,72 sera envoyee a ('atmosphere apres titre melangee au gaz residuaire 66 pendant la deuxieme marche.
Dans la Figure 3, un debit d'air a la pression atmospherique est comprime a environ 15 bars dans un compresseur principal 1. L'air est ensuite eventuellement refroidi, avant d'etre epure pour enlever les impuretes (non- illustre). L'air epure est divise en deux. Une partie de I'air 3 est envoyee a un surpresseur 5 ou elle est comprimee jusqu'a une pression d'entre 17 et 20 bars et ensuite I'air surpresse est refroidi par un refrigerant a I'eau 7 avant d'etre envoye au bout chaud de la ligne d'echange principal 9 de I'appareil de separation d'air. L'air surpresse 11 se refroidit jusqu'a une temperature intermediaire avant de sortir de la ligne d'echange et d'etre divise en deux fractions. II est evidemment possible qu'une fraction du debit 11 poursuive son refroidissement jusqu'au bout froid de la ligne d'echange 9 d'ou it sortira liquefie. Une fraction 13 est envoyee dans une turbine 17 et le reste, une fraction 15 est envoyee dans une turbine 19. Les deux turbines ont la meme temperature et pression d'aspiration et la meme temperature et pression de sortie mais it est evidemment possible que ces temperatures et pression soient proches les unes des autres au lieu d'etre identiques. Les deux debits turbines sont melanges pour former un debit 21 d'air dont une partie 121 est envoyee vers la double colonne et le reste 122 vers la colonne de melange 300. Le debit 122 constitue une partie du debit 21 ou eventuellement une fraction de la partie gazeuse du debit 21 dans le cas ou celui-ci serait diphasique. II est evidemment possible d'envoyer tout le debit 21 a la colonne moyenne pression 100 et d'en sortir une partie gazeuse 122 pour envoi a la colonne de melange, la colonne moyenne pression remplagant dans ce cas, le separateur de phases. Les pressions de la colonne moyenne pression et de la colonne de melange peuvent titre differentes. En variante, la turbine 19 peut titre une turbine d'insufflation debouchant a la pression de la colonne basse pression. Une autre partie 2 de I'air a 15 bars constituant le reste de fair est refroidie dans la ligne d'echange a une temperature intermediaire superieure a la temperature d'aspiration des turbines 17, 19, comprimee dans un deuxieme surpresseur 23 jusqu'a 30 bars environ et reintroduite dans la ligne d'echange 9 a une temperature plus elevee afin de poursuivre son refroidissement. Ainsi, I'air 37 a 30 bars environ se liquefie dans la ligne d'echange et de I'oxygene liquide 25 se vaporise dans la ligne d'echange, la temperature de vaporisation du liquide etant proche de la temperature d'aspiration du deuxieme surpresseur 23. L'air liquefie sort de la ligne d'echange et est envoye vers le systeme de colonnes.
Le premier surpresseur 5 est couple avec rune des turbines 17, 19 et le deuxieme surpresseur 23 est couple avec I'autre des turbines 19, 17. Le systeme de colonnes d'un appareil de separation d'air est constitue par une colonne moyenne pression 100 thermiquement reliee avec une colonne basse pression 200 a minaret, une colonne de melange 300 et une colonne argon optionnelle (non-illustree). La colonne basse pression ne comporte pas obligatoirement de minaret. La colonne moyenne pression opere a une pression de 5,5 bars mais peut operer a une pression plus elevee.
L'air 121 provenant des deux turbines 17, 19 est le debit envoye en cuve de la colonne moyenne pression 100. L'air liquefie 37 est detendu dans la vanne 39 ou eventuellement dans une turbine et envoye au systeme de colonnes. Du liquide riche 51, du liquide pauvre inferieur 53 et du liquide pauvre superieur 55 sont envoyes depuis la colonne moyenne pression 100 vers la colonne basse pression 200 apres des etapes de detente dans des vannes et de sous-refroidissement. II sera maintenant decrit ('operation de ('appareil selon une premiere marche.
De I'oxygene liquide est pressurise par la pompe 500 et envoye comme liquide pressurise 25 vers la ligne d'echange 9. Une partie du liquide 501 peut titre stocke pour servir de produit liquide. D'autres liquides, pressurises ou non, peuvent se vaporiser dans la ligne d'echange. De I'azote gazeux est optionnellement soutire de la colonne moyenne 25 pression et se refroidit egalement dans la ligne d'echange 9. De I'azote 33 est soutire en tete de la colonne basse pression et se rechauffe dans la ligne d'echange, apres avoir servi a sous-refroidir les liquides de reflux. De I'azote residuaire 27 est soutire d'un niveau inferieur de la colonne 30 basse pression et se rechauffe dans la ligne d'echange 9, apres avoir servi a sous-refroidir les liquides de reflux. La colonne peut eventuellement produire de ('argon en traitant un debit 51 soutire en colonne basse pression 200. Le debit 52 est le liquide de cuve renvoye de la colonne argon, s'il y en a une.
La colonne de melange 300 est alimentee en tete par un liquide 35 riche en oxygene soutire a un niveau intermediaire de la colonne basse pression 200 pressurise par la pompe 600 et en cuve par un debit d'air gazeux 122 provenant des turbines 17, 19. La colonne de melange opere essentiellement a la moyenne pression. Un debit d'oxygene gazeux 137 est soutire en tete de la colonne de melange et se rechauffe ensuite dans la ligne d'echange 9 et un debit liquide 41 est soutire en cuve et envoye a la colonne basse pression apres detente dans une vanne. II est possible de soutirer un debit intermediaire de la colonne 300 qui est envoye a la colonne basse pression. La deuxieme marche differe de la premiere en ce que la production d'oxygene de la colonne de melange est reduite voire supprimee. Dans ce cas, on augmente le soutirage du debit d'oxygene liquide 35 en cuve de la colonne basse pression et on vaporise plus d'oxygene haute purete et haute pression provenant de la pompe 600 dans I'echangeur 9 pour former le debit 125. Afin de vaporiser ce debit augmente, on augmente la pression de sortie du compresseur 1 ainsi que le debit d'air comprime en reglant les aubages du compresseur 1. Alternativement ou additionnellement, on regle le debit d'air et sa pression au moyen du surpresseur froid 23. Ainsi la pression de I'air 37 peut titre modifiee pour la deuxieme marche en modifiant les aubages du compresseur 1 et/ou ceux du surpresseur froid 23. Selon la variante de la deuxieme marche ou la colonne de melange ne produit pas d'oxygene, on n'envoie plus d'air 122 en cuve de la colonne de melange. Celle-ci n'est plus alimentee non plus en oxygene liquide et son fonctionnement est arrete. Le surplus de I'air est envoye a la double colonne. Le surpresseur 23 comprime I'air 2 a une pression plus elevee, ce qui permet de vaporiser plus d'oxygene liquide en augmentant le soutirage en cuve de la colonne basse pression pour pressuriser un debit plus grand dans la pompe 500. Le seul gaz riche en oxygene produit est de I'oxygene moyenne pression et moyenne purete. Selon une autre variante de la deuxieme marche on envoie moins d'air 122 en cuve de la colonne de melange. Celle-ci regoit moins d'oxygene liquide 35 et son fonctionnement est reduit. Le surplus de I'air est envoye a la double colonne.
Le surpresseur 23 comprime I'air 2 a une pression plus elevee, ce qui permet de vaporiser plus d'oxygene liquide en augmentant le soutirage en cuve de la colonne basse pression pour pressuriser un debit plus grand dans la pompe 500.
L'appareil produit plus d'oxygene moyenne pression et moyenne purete 25 qu'avec la premiere marche mais continue a produire une quantite reduite d'oxygene basse purete et basse pression 137. S'il n'y a pas de production d'oxygene liquide 501 et le debit d'air comprime dans le compresseur 1 reste substantiellement constant entre les deux marches la somme des debits 125 et 137 est constante, entre les premiere et deuxieme marches. Par contre si le debit comprime augmente pendant la deuxieme marche, la somme des produits oxygenes gazeux peut augmenter. La reduction voire la suppression de la production d'oxygene liquide 501 permet egalement plus de variation dans la productions gazeuses. Si la production de liquide est reduite, au moins une partie de ('air provenant d'au moins une des turbines 17,19 sera envoyee a ('atmosphere apres titre melangee au gaz residuaire 27 pendant la deuxieme marche. Pendant la deuxieme marche, it est souhaitable de varier le rapport des quantites d'air envoyees aux turbines 17,19, de sorte que si le debit surpresse dans le surpresseur 23 augmente, la turbine 19 entrainant ce surpresseur regoit un pourcentage augmente de ('air provenant du surpresseur froid 23 et la turbine 17, evidemment une pourcentage reduit. Ici le surpresseur est entraine par une turbine d'air mais it sera aisement compris que le surpresseur pourraittitre entraine par une turbine d'azote, une turbine a vapeur ou une autre turbine presente sur le site. L'invention permet en particulier de resoudre le probleme pose quand deux appareils de separation d'air sont produisent de I'oxygene haute pression. Si run des appareils n'en produit plus ou en produit moins, I'autre peut augmenter la production d'oxygene haute pression au prix de la production d'oxygene moyenne pression en fonctionnant selon ('invention. Eventuellement ('air additionnel requis peut titre amene a I'autre appareil a partir d'un compresseur d'air ou d'un surpresseur d'air de I'appareil en arret ou marche reduite. En particulier ('invention permet a I'autre appareil permet de fournir jusqu'a 50% du produit provenant precedemment de I'appareil en arret ou marche reduite. II est evidemment possible de produire les deux pressions d'oxygene pendant la premiere et eventuellement la deuxieme marche en pompant un debit unique d'oxygene dans une pompe et en detendant une partie. Dans ce cas, les debits auront evidemment la meme purete. L'appareil peut egalement produire de I'azote et/ou d'argon sous pression par vaporisation d'azote et d'argon pompe(s). II est egalement envisageable de baisser ou arreter les productions d'azote et/ou argon sous pression pendant la deuxieme marche par rapport a la production pendant la premiere marche. L'appareil peut egalement produire de I'azote liquide comme produit final pendant la premiere marche. Dans ce cas, it est envisageable de reduire ou d'arreter la production de liquide pendant la deuxieme marche.
La Figure 4 montre deux appareils de separation d'air ASU 1 et ASU 2, dont au moins le premier ASU 1 fonctionne selon I'invention. Les deux appareils sont alimentes en air par leurs compresseurs respectifs C1,C2. Si I'appareil ASU 2 reduit sa production d'oxygene haute purete 15, I'ASU 1 commence a fonctionner selon la deuxieme marche pour produire plus d'oxygene haute pression 15. Pour assister, de I'air epure ou non epure peut titre envoye du compresseur C2 a I'appareil ASU 1.25

Claims (20)

REVENDICATIONS
1. Procede de separation d'air par distillation cryogenique dans un appareil de separation d'air comprenant un systeme de colonnes dans lequel i) selon une premiere marche a) on comprime dans un compresseur principal (1, 44) de I'air destine a Ia distillation b) on envoie un premier debit d'air comprime au moins dans le compresseur principal, epure et refroidi dans une ligne d'echange (6, 42, 9) a la colonne moyenne pression (8, 50, 100) d'une double colonne c) on separe le debit d'air en des flux enrichis en azote et en oxygene dans la colonne moyenne pression d) on envoie les flux enrichis en azote et en oxygene de la colonne moyenne pression a une colonne basse pression (9, 51, 200) de la double colonne, directement ou indirectement e) on soutire un debit riche en azote de la colonne basse pression et on les rechauffe dans la ligne d'echange f) on soutire un debit d'oxygene liquide de la colonne basse pression, on le pressurise jusqu'a une pression elevee et on le vaporise dans la ligne d'echange pour former un premier debit gazeux riche en oxygene (15, 59, 125) et a pression elevee g) on Iiquefie au moins une partie de I'air comprime dans le compresseur principal, eventuellement apres I'avoir recomprimee dans au moins un deuxieme compresseur, et on envoie la partie Iiquefiee a la double colonne et h) on produit egalement un deuxieme debit gazeux riche en oxygene (115, 72, 137) mais a une pression moins elevee que le premier debit gazeux riche en oxygene ii) selon une deuxieme marche a) on augmente la pression de liquefaction de I'air dans en reglant les aubages du compresseur principal et/ou du deuxieme compresseur qui fixe(nt) cette pression b) on reduit, eventuellement a zero, la production du deuxieme debit gazeux riche en oxygenec) on augmente le soutirage du premier debit gazeux riche en oxygene.
2. Procede selon la revendication 1 dans lequel le deuxieme debit gazeux riche en oxygene est produit en soutirant un debit liquide (36) de la colonne basse pression et en le pressurisant a la pression moins elevee avant de le vaporiser dans la ligne d'echange.
3. Procede selon la revendication 1 dans lequel le deuxieme debit gazeux riche en oxygene est produit en soutirant un debit gazeux d'une colonne de 10 melange (300) alimentee par de I'air ou de la colonne basse pression.
4. Procede selon rune des revendications precedentes dans lequel le compresseur principal et eventuellement I'au moins un deuxieme compresseur (5) comprime(nt) tout I'air destine a I'appareil.
5. Procede selon rune des revendications 1 a 3 dans lequel le compresseur principal comprime tout I'air destine a I'appareil et I'au moins un deuxieme compresseur (70, 71, 23) ne comprime qu'une partie de fair destine a I'appareil. 20
6. Procede selon la revendication 5 dans lequel lors de la deuxieme marche, on augmente le debit envoye au deuxieme compresseur(70, 71, 23).
7. Procede selon la revendication 6 dans lequel une partie de I'air comprime dans le deuxieme compresseur (70, 71, 23) est detendu dans une turbine puis 25 envoye a la double colonne et dans lequel le debit detendu (15) pendant la deuxieme marche reduit par rapport a celui pendant la premiere marche.
8. Procede selon rune des revendications 1 a 5 dans lequel lors de la deuxieme marche on maintient constant le debit envoye au deuxieme 30 compresseur (70, 71, 23) par rapport au meme debit pendant la premiere marche.
9. Procede selon la revendication 8 dans lequel on augmente la quantite de gaz envoyee une turbine (19, 46, 72) entrainant le deuxieme compresseur (70, 1571, 23) dans la deuxieme marche par rapport a celle envoyee pendant la premiere marche.
10. Procede suivant une des revendications precedentes telle que le premier debit riche en oxygene (15, 59, 125) a une purete superieure a 98.5%, et le deuxieme debit riche en oxygene (115, 72, 137) a une purete inferieure a 98%.
11. Procede selon rune des revendications precedentes dans lequel lors de la premiere marche on soutire de la double colonne en tant que produit final un debit liquide riche en oxygene (34, 501) et lors de la deuxieme marche le soutirage de ce debit est reduit, eventuellement a zero.
12. Procede selon rune des revendications precedentes dans lequel la somme des premier et deuxieme debits riches en oxygene est substantiellement constante entre la premiere et la deuxieme marches.
13. Procede selon rune des revendications precedentes dans lequel pendant la premiere marche un debit d'air est detendu dans une turbine (4, 46, 72, 19) et envoye a la double colonne et pendant la deuxieme marche soit le debit detendu est rejete a ('atmosphere soit une partie du debit detendu est envoyee a la double colonne alors que le reste est rejete a ('atmosphere.
14. Procede selon ('une des revendications precedentes dans lequel pendant la deuxieme marche on envoie de ('air comprime a la double colonne provenant 25 d'un compresseur de secours.
15. Procede suivant une des revendications precedentes dans lequel une partie de ('air traite vient de soufflante de haut fourneau. 30
16. Procede selon ('une des revendications precedentes dans lequel pendant la premiere marche on produit un debit d'azote sous pression et/ou d'argon sous pression par vaporisation de liquide pressurise et pendant la deuxieme marche on reduit ou on arrete la production de ce(s) debit(s).
17. Procede selon rune des revendications precedentes dans lequel pendant la premiere marche on produit un debit d'azote liquide et/ou d'argon liquide comme produit final et pendant la deuxieme marche, on reduit ou on arrete cette (ces) production(s).
18. Procede selon rune des revendications precedentes dans lequel les premier et deuxieme debits riche en oxygene ont la meme purete ou des puretes differentes. 10
19. Procede de fourniture d'un debit d'oxygene haute pression dans lequel selon une premiere marche chacune de deux installations de separation d'air (ASU 1, ASU 2) fournit de I'oxygene haute pression (15) et selon une deuxieme marche, une premiere des deux installations (ASU 1) fournit un debit d'oxygene haute pression augmente par rapport a celui selon la premiere marche et la 15 deuxieme installation fournit un debit reduit, voire a zero ; au moins la premiere installation fonctionnant selon rune des revendications precedentes et fournissant en plus de sa production initiale d'oxygene haute pression au moins 50% de la quantite d'oxygene haute pression produite pendant la premiere marche par la deuxieme installation. 20
20. Procede selon la revendication 19 dans lequel un compresseur d'air (C2) de la deuxieme installation envoie de fair comprime a la premiere installation pendant la deuxieme marche. 25
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