GUILLARD, Alain (11 rue Lauriston, Paris, Paris, F-75016, FR)
DUBETTIER-GRENIER, Richard (19 Avenue du Centenaire, La Varenne Saint Hilaire, F-94210, FR)
GUILLARD, Alain (11 rue Lauriston, Paris, Paris, F-75016, FR)
| REVENDICATIONS 1. Installation de séparation d'air comprenant au moins deux compresseurs d'air (1 , 3A, 3B) recevant de l'air à une pression sensiblement atmosphérique, au moins deux unités d'épuration d'air (5A, 5B, 5C) et une ou plusieurs boites froides (25, 27), au moins un compresseur étant relié à chacune des unités d'épuration pour y envoyer de l'air comprimé, les unités d'épuration étant reliées à la ou les boîtes froides, un premier des compresseurs (1) étant adapté pour produire de l'air à une première pression et pour envoyer tout l'air à la première pression à une première des unités d'épuration (5A), la première unité d'épuration étant reliée à une ou des conduites d'air haute pression (21 , 23) de la ou une première des boîtes froides, un deuxième des compresseurs (3B, 30) étant adapté pour produire de l'air à une deuxième pression et pour envoyer tout l'air à la deuxième pression à une deuxième des unités d'épuration (5B, 50) et la deuxième unité d'épuration étant reliée à une ou des conduites d'air moyenne pression (17, 19) de la ou la première boîte froide caractérisé en ce qu'elle comprend un moyen (28) pour modifier le fonctionnement du deuxième compresseur pour augmenter la pression de l'air produit à une pression supérieure à la deuxième pression, et, de préférence, égale à la première pression, la deuxième pression étant inférieure à la première pression et le refoulement du deuxième compresseur étant relié à la ou les conduites d'air haute pression de la ou la première boîte froide à travers la deuxième unité d'épuration pour y envoyer l'air à la pression supérieure à la deuxième pression. 2. Installation suivant la revendication 1 telle qu'au moins un des compresseurs (1 , 3B, 30) possède des étages axiaux 3. Installation selon l'une des revendication 1 ou 2 dans lequel les moyens pour modifier le fonctionnement du deuxième compresseur (3B, 30) sont constitués par un dispositif couplé au deuxième compresseur adapté à avoir une vitesse de rotation variable. 4. Installation selon la revendication 3 dans lequel le dispositif est une turbine à vapeur ou un moteur haute vitesse. 5. Installation selon l'une des revendications précédentes ne comportant aucun compresseur d'air entraîné par turbine à vapeur ou moteur électrique avec une pression d'aspiration sensiblement supérieure à la pression atmosphérique. 6. Installation suivant une des revendications précédentes telle que le nombre de compresseurs (1 , 3A, 3B) est un multiple de 3 et/ou le nombre d'unités d'épuration (5A, 5B, 5C) est un multiple de 3 et/ou le nombre de boites froides (25, 27) est un multiple de 2. 7. Installation selon l'une des revendications précédentes ne comprenant pas de moyen de compression en aval du premier compresseur et en amont de la ou la première boîte froide et/ou ne comprenant pas de moyen de compression en aval du deuxième compresseur et en amont de la ou de la première boîte froide. 8. Installation selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le refoulement du premier compresseur (1) est relié uniquement à l'entrée de la première unité d'épuration (5A). 9. Installation selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le refoulement du premier compresseur (3B, 3C) est relié uniquement à l'entrée de la deuxième unité d'épuration (5B). 10. Procédé de séparation d'air utilisant au moins deux compresseurs d'air (1 , 3B, 3C) alimentés par de l'air à la pression atmosphérique, au moins deux unités d'épuration d'air (5A, 5B, 5C) et au moins une boîte froide (25, 27) de séparation d'air dans lequel, selon une première marche, de l'air haute pression est envoyé d'un premier des compresseurs (1) à une première unité d'épuration (5A) et de la première unité d'épuration à la ou une première des boîtes froides à travers une ou des conduites haute pression et de l'air moyenne pression est envoyé d'un deuxième des compresseurs (3B, 3C) à la deuxième unité d'épuration (5B, 5C) et de la deuxième unité d'épuration à la ou la première boîte froide et caractérisé en ce q ue, selon une deuxième marche, le deuxième compresseur est modifié de sorte qu'il produise de l'air à la haute pression au lieu de produire de l'air à la moyenne pression, la haute pression étant plus élevée que la moyenne pression, l'air haute pression du deuxième compresseur étant épuré dans la deuxième unité d'épuration et envoyé à la ou la première boîte froide à travers la ou les conduites haute pression, et éventuellement le premier compresseur est arrêté et/ou la première unité d'épuration est arrêtée. 11. Procédé selon la revendication 0 dans lequel le premier compresseur d'air produit de l'air entre 3,5 bar et 10 bar abs., préférentiellement entre 3,5 et 5 bar abs, ou encore entre 4 et 5 bar abs, et le deuxième compresseur produit de l'air pendant la première marche à entre 2,5 et 5 bar abs., préférentiellement 3 bar et 4 bar et pendant la deuxième marche à entre 3,5 bar et 10 bar abs., préférentiellement entre 3,5 et 5 bar abs, ou encore entre 4 et 5 bar abs. 12. Procédé selon l'une des revendications 10 et 11 dans lequel la première marche est la marche nominale, et la seconde marche est une marche de secours. 13. Procédé selon l'une des revendications 10 et 11 dans lequel la première marche est la marche nominale de production par séparation d'air, et la seconde marche est une marche réduite de production par séparation d'air. 14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13 dans lequel, selon la deuxième marche, l'air haute pression du deuxième compresseur est envoyé dans la deuxième unité d'épuration à la haute pression. 15. Procédé selon l'une des revendications 10 à 14 dans lequel tout l'air du premier compresseur est envoyé à la première unité d'épuration et tout l'air du deuxième compresseur est envoyé à la deuxième unité d'épuration dans les deux marches. |
La présente invention concerne une installation et un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique.
Dans une installation de séparation d'air comprenant un ou plusieurs trains de compresseurs d'air et une ou plusieurs boites froides, les compresseurs d'air ont des fonctions fixes qui ne varient pas suivant les marches de l'installation. En particulier, un compresseur d'air comprime de l'air à partir de la pression atmosphérique jusqu'à une pression de refoulement sensiblement égale à celle de la colonne à distiller ayant la plus haute pression. Un surpresseur comprime de l'air à partir de cette pression de refoulement du compresseur d'air à une pression de refoulement définie par une combinaison de la pression de vaporisation de l'oxygène/et ou de l'azote liquide, et de la quantité de produits liquide à produire.
Un but de l'invention est de pallier les désavantages des procédés connus. En particulier, le procédé selon l'invention peut permettre de :
réduire le nombre de machines : s'il y a toujours autant de compresseurs principaux, il n'y a plus de surpresseurs d'air.
réduire la taille des unités d'épuration en épurant l'air à la pression la plus élevée possible.
maximiser la récupération de la chaleur de compression (d'habitude on ne peut pas récupérer la chaleur basse température du surpresseur).
FR-A-2895068 décrit une installation de séparation d'air comprenant deux compresseurs d'air recevant de l'air à une pression sensiblement atmosphérique, deux unités d'épuration d'air et deux boites froides. Chaque compresseur est relié à chacune des unités d'épuration pour y envoyer de l'air comprimé, les unités d'épuration étant chacune reliée aux deux boîtes froides. Un premier des compresseurs est adapté pour produire de l'air à une première pression et pour envoyer de l'air à la première pression à une première des unités d'épuration et la première unité d'épuration est reliée à des conduites d'air haute pression d'une première des boîtes froides. Un deuxième des compresseurs est adapté pour produire de l'air à une deuxième pression, inférieure à la première pression, et pour envoyer l'air à la deuxième pression à une deuxième des unités d'épuration et la deuxième unité d'épuration est reliée à des conduites d'air moyenne pression de la deuxième boîte froide.
Ce procédé ne permet de continuer à faire fonctionner un appareil de séparation d'air alimenté par de l'air haute pression épurée quand le seul compresseur fournissant en marche normale de l'air haute pression et/ou la seule unité d'épuration fournissant en marche normale de l'air haute pression épurée produit moins d'air que prévu ou est en panne.
Selon un objet de l'invention, il est prévu une installation de séparation d'air comprenant au moins deux compresseurs d'air recevant de l'air à une pression sensiblement atmosphérique, au moins deux unités d'épuration d'air et une ou plusieurs boites froides, au moins un compresseur étant relié à chacune des unités d'épuration pour y envoyer de l'air comprimé, les unités d'épuration étant reliées à la ou les boîtes froides, un premier des compresseurs étant adapté pour produire de l'air à une première pression et pour envoyer tout l'air à la première pression à une première des unités d'épuration, la première unité d'épuration étant reliée à une ou des conduites d'air haute pression de la ou une première des boîtes froides, un deuxième des compresseurs étant adapté pour produire de l'air à une deuxième pression et pour envoyer tout l'air à la deuxième pression à une deuxième des unités d'épuration et la deuxième unité d'épuration étant reliée à une ou des conduites d'air moyenne pression de la ou la première boîte froide caractérisé en ce qu'elle comprend un moyen pour modifier le fonctionnement du deuxième compresseur pour augmenter la pression de l'air produit à une pression supérieure à la deuxième pression, et, de préférence, égale à la première pression, la deuxième pression étant inférieure à la première pression et le refoulement du deuxième compresseur étant relié à la ou les conduites d'air haute pression de la ou la première boîte froide à travers la deuxième unité d'épuration pour y envoyer l'air à la pression supérieure à la deuxième pression.
Optionnellement
au moins un des compresseurs possède des étages axiaux - les moyens pour modifier le fonctionnement du deuxième compresseur sont constitués par un dispositif couplé au deuxième compresseur adapté à avoir une vitesse de rotation variable.
le dispositif est une turbine à vapeur ou un moteur haute vitesse. l'installation ne comporte aucun compresseur d'air entraîné par turbine à vapeur ou moteur électrique avec une pression d'aspiration sensiblement supérieure à la pression atmosphérique.
le nombre de compresseurs est un multiple de 3 et/ou le nombre d'unités d'épuration est un multiple de 3 et/ou le nombre de boites froides est un multiple de 2.
l'installation ne comprend pas de moyen de compression en aval du premier compresseur et en amont de la ou la première boîte froide et/ou ne comprenant pas de moyen de compression en aval du deuxième compresseur et en amont de la ou de la première boîte froide.
le refoulement du premier compresseur est relié uniquement à l'entrée de la première unité d'épuration.
le refoulement du premier compresseur est relié uniquement à l'entrée de la deuxième unité d'épuration
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'air utilisant au moins deux compresseurs d'air alimentés par de l'air à la pression atmosphérique, au moins deux unités d'épuration d'air et au moins une boîte froide de séparation d'air dans lequel, selon une première marche, de l'air haute pression est envoyé d'un premier des compresseurs à une première unité d'épuration et de la première unité d'épuration à la ou une première des boîtes froides à travers une ou des conduites haute pression et de l'air moyenne pression est envoyé d'un deuxième des compresseurs à la deuxième unité d'épuration et de la deuxième unité d'épuration à la ou la première boîte froide et caractérisé en ce que, selon une deuxième marche, le deuxième compresseur est modifié de sorte qu'il produise de l'air à la haute pression au lieu de produire de l'air à la moyenne pression, la haute pression étant plus élevée que la moyenne pression, l'air haute pression du deuxième compresseur étant épuré dans la deuxième unité d'épuration et envoyé à la ou la première boîte froide à travers la ou les conduites haute pression, et éventuellement le premier compresseur est arrêté et/ou la première unité d'épuration est arrêtée.
Eventuellement :
le premier compresseur d'air produit de l'air entre 3,5 bar et 10 bar abs., préférentiellement entre 3,5 et 5 bar abs, ou encore entre 4 et 5 bar abs, et le deuxième compresseur produit de l'air pendant la première marche à entre 2,5 et 5 bar abs., préférentiellement 3 bar et 4 bar et pendant la deuxième marche à entre 3,5 bar et 10 bar abs., préférentiellement entre 3,5 et 5 bar abs, ou encore entre 4 et 5 bar abs.
la première marche est la marche nominale, et la seconde marche est une marche de secours.
la première marche est la marche nominale de production par séparation d'air, et la seconde marche est une marche réduite de production par séparation d'air.
selon la deuxième marche, l'air haute pression du deuxième compresseur est envoyé dans la deuxième unité d'épuration à la haute pression.
tout l'air du premier compresseur est envoyé à la première unité d'épuration et tout l'air du deuxième compresseur est envoyé à la deuxième unité d'épuration dans les deux marches.
L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures, dans lesquels la Figure 1 montre une installation selon l'invention et la Figure 2 montre une boîte froide typique pouvant être intégrée dans l'installation comme appareil de séparation d'air.
Dans la Figure 1 , on voit qu'il y a un compresseur d'air 1 et deux compresseurs d'air 3B, 3C, tous recevant de l'air à la pression atmosphérique. On note l'absence de tout surpresseur d'air recevant de l'air à une pression supérieur à la pression atmosphérique.
Le compresseur 1 est relié à une unité d'épuration d'air 5A, et les compresseurs 3B, 3C sont reliés aux unités d'épuration 5B, 5C pour les alimenter en air. Les boîtes froides 25, 27 contiennent chacune les échangeurs et les colonnes d'un appareil de séparation d'air. L'appareil est alimenté en chaque cas par une conduite d'air haute pression et une conduite d'air moyenne pression. Les termes « haute pression » et « moyenne pression » signifient simplement que la haute pression est plus élevée que la moyenne pression, la différence entre les deux pouvant être relativement petite. Le premier compresseur d'air 1 produit de l'air à entre 3,5 bar et 10 bar abs., préférentiellement entre 3,5 et 5 bar abs, ou encore entre 4 et 5 bar abs à, et le deuxième compresseur produit de l'air à une pression variable, pendant la première marche à une moyenne pression entre 2,5 et 5 bar abs., préférentiellement entre 3 bar et 4 bar. Ainsi une conduite moyenne pression 17 et une conduite haute pression 21 alimentent la boîte froide 25 et une conduite moyenne pression 19 et une conduite haute pression 23 alimentent la boîte froide 27. L'air dans les conduites haute pression doit servir ultérieurement à vaporiser l'oxygène liquide sous pression de l'appareil de séparation d'air.
Selon une première marche de l'appareil, correspondant par exemple à la marche nominale, l'air 9A de l'épuration 5A circule dans une conduite reliée à la conduite haute pression 21 et la conduite haute pression 23 pour alimenter les boîtes froides 25, 27 en air haute pression. La vanne 13A est fermée et la vanne 11A est ouverte.
Les compresseurs 3B, 3C produisent de l'air à la moyenne pression qui est épuré dans les unités d'épuration 5B, 5C. L'air épuré moyenne pression dans la conduite 9B est envoyé par la vanne 13B ouverte aux conduites moyenne pression 17, 19. L'air épuré dans la conduite 9C est envoyé par la vanne 13C ouverte aux conduites moyenne pression 17, 19 et ainsi les boîtes froides 25, 27 sont alimentées en air moyenne pression, les vannes 11 B, 11 C étant fermées.
Selon une deuxième marche de l'appareil, si le compresseur 1 est en panne, pour continuer à produire de l'air haute pression, le fonctionnement du compresseur 3B est modifié de sorte qu'il produise de l'air à la haute pression au lieu de produire de l'air à la moyenne pression. Ceci peut être fait en modifiant la vitesse d'une turbine à vapeur ou un moteur 28 qui l'entraîne. L'air haute pression produit est épuré dans l'épuration 5B qui peut supporter de traiter une telle pression. La vanne 13B étant fermée et la vanne 11 B ouverte, l'air de la conduite 9B passe dans les conduites haute pression 17, 19 pour fournir les boîtes froides 25, 27 en air haute pression. Optionnellement une partie de l'air haute pression peut être redétendue vers les conduites d'air moyenne pression 17, 19 (s'il y a un excédent d'air haute pression).
Le compresseur 3C continue de produire de l'air à la moyenne pression et envoie de l'air à l'unité d'épuration 5C. L'air épuré dans la conduite 9C est envoyé par la vanne 13C ouverte aux conduites moyenne pression 17, 19 et ainsi les boîtes froides 25, 27 sont alimentées en air moyenne pression, la vanne 11C étant fermée.
Il serait également possible, même si la figure n'illustre pas les connexions requises, en cas de panne du compresseur 1 , d'envoyer l'air haute pression du compresseur 3B à l'épuration 5A et ensuite aux conduites 17, 19 à travers la vanne 13A, la vanne 1 1A étant fermée. Dans ce cas, moins de tolérance de variation de pression pour l'unité d'épuration est requise.
L'avantage de la disposition de la Figure 1 est qu'elle permet de contourner l'unité d'épuration 5A en cas de dysfonctionnement de celle-ci.
Les compresseurs 1 , 3B, 3C peuvent avoir des étages axiaux. L'installation peut comprendre des moyens de récupération de chaleur en aval d'au moins un des compresseurs 1 , 3B, 3C.
En cas de réduction de production ou de panne d'un des compresseurs 3B, 3C, il est possible de dévier de l'air du compresseur 1 à travers la vanne 3A qui détend l'air de la haute pression à la moyenne pression pour l'envoyer aux conduites 21 , 23.
La deuxième marche de l'appareil peut correspondre à un arrêt de l'unité de l'épuration 5A associée au compresseur 1 , à une réduction de débit produit par le compresseur 1 ou l'unité d'épuration 5A, ou à une réduction de la quantité de produit(s) devant être produit par les boîtes froides 25, 27. Par exemple, en cas de réduction du débit d'oxygène pressurisé à vaporiser avec l'air haute pression, il peut être avantageux d'utiliser le compresseur 3B à la place du compresseur 1 pour produire la plus petite quantité d'oxygène requise.
Réduit à son cas le plus simple, la Figure 1 ne comprendrait plus que les compresseurs 1 et 3A, les épurations 5A, 5B et une boîte froide 25, la boîte froide 27 et le compresseur 3B étant supprimés. Selon la première marche, le compresseur 1 produirait de l'air haute pression à épurer dans l'unité d'épuration 5A et le compresseur 3B produirait de l'air moyenne pression à épurer dans l'unité d'épuration 5B.
Selon la deuxième marche, le compresseur 1 serait arrêté, et le compresseur 3B produirait de l'air haute pression dont une partie serait redétendue en air moyenne pression par la vanne 13B. Ainsi le compresseur 3B produirait les deux pressions d'air requises pour la boîte froide 25.
La Figure 2 montre un appareil de séparation d'air tel que l'on pourrait installer dans au moins une des boîtes froides 25, 27. Alimenté par de l'air haute pression 21 et de l'air moyenne pression 17 venant d'un des compresseurs, l'appareil produit de l'oxygène basse pression 39 destiné à une unité d'oxycombustion. L'oxygène pompé à une pression d'entre 1 ,2 bar abs et 2 bar abs par la pompe 35, est vaporisé dans un vaporiseur dédié 37. L'appareil comprend une double colonne 41 avec une colonne moyenne pression reliée thermiquement avec une colonne basse pression au moyen de deux rebouilleurs 43, 45. Le rebouilleur de cuve 43 est chauffé par de l'air de la conduite 17 à la moyenne pression et le rebouilleur intermédiaire 45 est chauffé par de l'azote de la colonne moyenne pression. Une autre partie de l'air 17 alimente directement la colonne moyenne pression. L'appareil produit également de l'azote gazeux provenant de la colonne moyenne pression.
Evidemment d'autres types d'appareil de séparation d'air peuvent remplacer celui-ci.
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