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Title:
INSTALLATION PRODUCING LOW VOLTAGE ELECTRICITY INTEGRATED IN A UNIT SEPARATING GAS FROM AIR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/008400
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a combined installation of fluid producing apparatus (P) with a main air compressor (44) and a fluid consuming unit (2), wherein a gas coming from the unit is expanded in a turbine (10, 20, 30, 40, 150) or another device capable of generating mechanical energy driving the compressor (14, 24, 34, 44, 154). Another turbine or device can expand another gas or the same gas coming from the unit to drive another compressor.

Inventors:
GUILLARD ALAIN (FR)
Application Number:
PCT/FR1999/001931
Publication Date:
February 17, 2000
Filing Date:
August 04, 1999
Export Citation:
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Assignee:
AIR LIQUIDE (FR)
GUILLARD ALAIN (FR)
International Classes:
C01B13/02; C01B21/04; F01K17/04; C01B23/00; C07C7/09; C07C9/04; F02G5/04; F25J3/02; F25J3/04; (IPC1-7): F25J3/04; F25J3/02
Foreign References:
US3950957A1976-04-20
DE2930523A11981-02-12
FR2712383A11995-05-19
EP0824951A11998-02-25
US5329776A1994-07-19
Attorney, Agent or Firm:
Le Moenner, Gabriel (quai d'Orsay Paris Cedex 07, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS
1. !nstallation combinée comprenant: au moins une unité (2), consommatrice d'un fluide de I'air, dans laquelle se produit au moins une réaction, au moins un appareil (P) de production de fluide de t'air comprenant un appareil de séparation d'air (41) ayant un compresseur principal d'air (44), des moyens (17,31, 74,100) pour envoyer au moins un fluide de I'air de I'appareil de producrion à l'unité; et au moins un dispositif (10,20, 30,40) avec lequel au moins une partie d'un gaz dérivé de l'unité permet de produire de l'énergie mécanique, le ou un des dispositif(s) entraînant éventuellement le compresseur d'air principal, caractérisée en ce que i) un/) e dispositif (40) entraîne au moins le compresseur d'air principal et/ou au moins un compresseur (14,24) d'un produit gazeux issu de l'appareil de séparation d'air, I'appareil de production comprend des moyens pour produire une composante de I'air sous forme liquide, comprenant au moins des moyens (64, 65) de soutirage de liquide d'un appareil de séparation et au moins le compresseur entraîné et le dispositif entraînant le compresseur sont relies, au niveau é!ectrique, uniquement à des moyens de génération d'électricité basse tension et/ou uniquement à des moyens de consommation d'électricité basse tension et sont reliés à des moyens de génération et consommation d'électricité moyenne et/ou haute tension uniquement à travers des moyens de génération d'éiectricité basse tension et/ou des moyens de consommation 2'cicer,c.tG Dass2 tension, eVou ii) un/le dispositif (3Q) entraîne au moins un compresseur de cycle (34) de moyens de liquéfaction (3) d'un gaz provenant de I'appareil de séparation d'air (41) et/ou iii) unile dispositif (20, 150) entraine au moins un compresseur (24, 154) d'un gaz issu de ou destiné à l'unité.
2. ce ! c, la revendicaticn 1 comprenant au moins un autre dispositif (10,20, 30,40, 150) avec lequel une partie (5,12) d'un gaz dérivé de I'urité permet de produire de l'énergie mécanique et qui entraîne au moins un deuxième compresseur (14, 24, 34, 44,154).
3. Installation selon la revendication 2 dans laquelle le deuxième compresseur (14,24, 34, 44, 154) comprime tout ou une partie de t'air destiné à un appareil de séparation d'air (41) ou un gaz provenant d'un appareii de séparation d'air ou un gaz de cycle des moyens (3) de liquéfaction d'un gaz provenant de l'appareil de séparation ou un gaz issu de cu destiné à l'unité (2).
4. Installation selon une des revendications précédentes dans le cas de ii) et/eu iii) de ta revendication 1 dans laquelle l'appareil de production comprend des moyens pour produire une composante de I'air sous forme liquide, au moins) e dispositif (10,20, 30, 150) entraînant !e comprssseur de cycle (34) ou de gaz et le compresseur entraîné sont reliés uniquement à des moyens de génération d'électricité basse tension et/ou des moyens de consommation d'électricité basse tension et sont reliés à des moyens de génération et consommation d'é!ectricité moyenne et haute tension uniquement à travers des moyens de genération d'électricité basse tension et/ou des moyens de consommation d'électricité basse tension.
5. Installation selon une des revendications précédentes dans laquelle te premier dispositif est une turbine, une turbine à gaz ou un moteur à gaz.
6. Installation selon une des revendications précédentes dans laquelle le deuxième dispositif est une turbine, une turbine à gaz ou un moteur à gaz.
7. Installation selon la revendication 6 dans laquelle ie premier eVou le deuxième dispositif est une turbine et lue gaz détendu dans au moins une des turbines (10, 20, 30, 40, 150) est un gaz su moins en partie dérivé de l'unité (2).
8. 3 Installation selon la revendication 7, dans laquelle le premier et/ou le deuxième dispositif est (sont) une (des) turbine(s) et le gaz détendu dans au moins une turbine (10, 20. 30,40, 150) est de la vapeur d'eau.
9. 9 insiaiiation seicn) es revendications 1 à 8 dans laquelle le premier Jou le dexieme dispositifi est une turbine à gaz et le gaz qui t'entraîne est dérivé de l'unité en brûlant un gaz de l'unité pour fournir un gaz à détendre à ta turbine à gaz.
10. 10 Installation selon ies revendications 1 à 9 dans laquelle le premier et/ou le dexieme di5positit est un moteur à gaz dans lequel est brûlé un gaz de l'unité, éventuellement du gaz de synthèse et/ou du gaz naturel.
11. 11 Installation selon une des revendications précédentes dans laquelle les moyens pour envoyer un fluide de I'air de I'appareil de production à l'unité comprennent au moins : a) des moyens (100) pour envoyer de t'air comprimé d'un compresseur (44, 70, 71) de l'appareil de séparation (41) à i'unité (2) et/ou b) des moyens (28,38) pour envoyer un débit d'oxygène gazeux de I'appareil de séparation à l'unité eVou c) des moyens (300) pour envoyer de t'oxygène liquide de I'appareil de séparation à l'unité eVou d) des moyens (17) pour envoyer de I'azote liquide des moyens de liquéfaction (3) ou de l'appareil de séparation (41) à t'unité et/ou e) des moyens (31,74) pour envoyer de I'azote gazeux de l'appareil de séparation à l'unité eVou 0 des moyens pour envoyer de I'argon gazeux ou liquide de I'appareil de séparation à l'unité.
12. 12 Installation selon une des revendications précédentes dans jaquette toute l'énergie nonconsommée par t'unité (2) ou par d'autres appareils associés à i'unité, généree par ie (ies) dispositif (s) (10, 20,30, 40, 150) sert à entrainer un (des) compresseur (s) de l'appareil de production d'air (P) et/ou les moyens de liquéfaction.
13. 13 Installation seion une des revendications précédentes dans laquelle tout ou partie de l'énergie de compression de gaz de I'appareil de séparation d'air est fournie par le (les) dispositif (s) (10,20, 30,40, 150) de l'installation.
14. 14 Installation selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le compresseur principal~(44) est un compresseur dédié n'alimentant que l'appareil de séparation d'air.
15. 15 Installation selon l'une des revendications 1 à 13 dans laquelle le compresseur d'air principai (44) alimente au moins un appareil autre que l'appareil de séparation d'air.
16. 16 Installation selon une des revendications précédentes dans laquelle I'appareil de séparation d'air produit su moins un gaz (23,25, 26,100) et/ou au moins un liquide non destiné à l'unité eVou aux moyens de liquéfaction (3).
17. 17 Installation selon l'une des revendications précédentes dans laquelle l'unité (2) et/ou)'apparei ! de séparation et/ou ! es moyens de liquéfaction sont reliés uniquement à des moyens de consommation d'électricité basse tens : cn et'ou des moyens de génération d'électricité basse tension et sont relies a des moyens de génération et consommation d'électricité moyenne et haute tension uniquement à travers des moyens de génération d'électricité basse tension et/ou des moyens de consommation d'électricité basse tension.
18. 18 Installation selon une des revendications précédentes seion taqueite comorenant des moyens pour extraire une comDosante de l'air sous forme liquide d'une colonne de séparation (41).
19. 19 Installation selon l'une des revendications 1 à 18 dans laquelle au moins un des fluides de t'air participe à fa réaction qui s'effectue dans l'unité (2).
20. 20 Procédé intégré de production de gaz de I'air sous forme gazeuse ou liquide et d'au moins une réaction dans lequel un fluide de l'air généré par un appareii de production de "uiue de I'air (P) comprenant un appareil de séparation d'air (41) ayant un compresseur d'air principal (44) est envoyé à une unité (2), consommatrice d'un fluide de I'air, dans lequel s'effectue une réaction, au moins un gaz dérivé de la réaction produit de lténergie mécanique à l'aide d'un dispositif (10,20, 30,40, 150) et le dispositif entraîne au moins un compresseur (14,24, 34, 44, 154), éventuellement le compresseur d'air principal (44) de I'appareil de séparation d'air caractérisé en ce que, i) un/le dispositif (40) entraîne au moins le compresseur d'air principal (44) de I'appareil de séparation d'air et/ou au moins un compresseur (14) d'un gaz issu de I'appareil de séparation d'air, I'appareil de séparation d'air (41) produit au moins une composante de I'air sous forme liquide en soutirant un liquide de I'appareil de séparation d'air et au moins le dispositif et le compresseur entraîné (14, 44) ne consomment et/ou ne génèrent que de l'électricité basse tension. cette électricité basse tension provenant de ou destiné à une source d'électricité moyenne et/ou haute tension, et/ou ii) un/le dispositit (30) entraîne au moins un compresseur de cycle (34) de moyens de liquéfier (3) un gaz provenant de l'appareil de séparation d'air et/ou iii) un/le disnositif (20. 150) entraine au moins un compresseur de gaz (24,154) destiné à ou issu de l'unité (2).
21. 21 Procédé selon la revendication 20 dans lequel une partie du gaz dérivé de !'unité produit de l'énergie mécanique dans un deuxième dispositif (10,20, 30,40, 150) qui entraîne au moins un autre compresseur (14,24, 3A, 44, 154).
22. 22 Procédé seion ! a revendication 21 dans ! eque ! ! e deuxième compresseur (14,24, 34,44) comprime tout ou une partie de l'air destiné à un appareii de séparation d'air ou un gaz provenant d'un appareii de séparation d'air ou un gaz de cycle de moyens de liquéfaction d'un gaz provenant de l'appareil de séparation ou un gaz issu ou provenant de l'unité (2).
23. 6 Procédé selon une des revendications 20 à 22 dans laquelle le gaz détendu dans une des turbines (30) est de la vapeur d'eau.
24. 24 Procédé selon les revendications 20 à 23 dans lequel le gaz détendu dans un des dispositifs (10,20, 40,150) est un gaz produit par la (une des) rsaction (s) de l'unité.
25. 25 irocédé seion une des revendications 20 à 24 dans lequel a) on envoie (100) de l'air comprimé d'un compresseur (44,70, 71) de I'appareil de séparation (41) à l'unité (2) et/ou b) on envoie un débit d'oxygène gazeux (2Q, 38) ~ventuellement comprimé de l'appareil de séparation à l'unité et/ou c) on envoie un débit d'oxygène liquide (300), éventuellement pressurisé de l'appareil de séparation à l'unité et/ou d) on envoie de I'azote liquide (17) éventuellement pressurisé des moyens de iiquéfaction (3) ou de I'appareil de séparation (41) à l'unité eVou e) on envoie de ,'azote gazeux (31,74) éventueiiement comprimé de l'appareil de séparation à l'unité et/ou 0 on envoie de l'argon gazeux ou éventuellement comprimé ou pressurisé de l'appareil de séparation à l'unité.
26. 26 Procédé selon une des revendications 20 à 25 dans lequel toute l'énergie nonconsommée par l'unité (2) générée par te (tes) dispositif (s) (10, 20,30, 40,150) sert à entraîner au moins un (des) compresseur (s) de I'appareil de distillation d'air et/ou les moyens de liquéfaction (3).
27. 27 Procédé seion une des revendications 20 à 26 dans lequel toute !'énergie de compression de gsz de i'sppareii de distillation d'air est fournie par le (les) dispositif (s) de l'installation.
28. 28 Procédé selon l'une des revendications 20 à 27 dans lequel le compresseur d'air principal (44) est un compresseur dédié n'alimentant que I'appareil de séparation d'air.
29. 29 Procédé selon l'une des revendications 20 à 27 dans lequel le compresseur principal (44) alimente au moins un appareil (1,2) autre que l'appareil de séparation d'air.
30. 30 ProcWdé selcn une des revendications 20 à 29 dans lequel l'appareil de séparation d'air (41) produit au moins un fluide (23,25, 26,100) non destiné à l'unité et aux moyens de liquéfaction.
31. 31 Procédé selon une des revendications 20 à 30 dans lequel l'unité (2) et/ou I'appareit de séparation eVou les moyens de liquéfaction ne consomme (nt) que ce l'éiectricité basse tension et/ou ne génère (nt) que de l'électricité basse tension, cette électricité basse tension provenant de ou destinée à une source d'électricité moyenne ou haute tension,.
32. Procédé seion une des revendications 30 à 31 dans le cas de ii) et/ou iii) de la revendication 20 dans lequel l'appareii de production (P) comprend des moyens pour produire une composante de I'air sous forme et dans au m. oins e dispositif moins compresseur du gaz et le compresseur entraîné ne consomment et/ou ne génèrent que de Itélectricité basse tension, cette électricité basse tension provenant de ou destiné ^ une source d'éiectricité moyenne eVou haute tension,.
33. Prccédé selon une des revendications 20 à 32 dans lequel au moins un fl ide we l'air provenant de t'apparei) de production participe à ta réaction qui s'effectue dans l'unité (2).
34. Procédé selon une des revendications 20 à 33 dans lequel on soutire une composante de i'air sous forme liquide d'une colonne de I'appareil de sécarafl:on éventuellement en tant que produit liquide.
35. Procédé se) on une des revendications 20 à 34 dans lequel l'unité et/ou l'appareil de séparation et/ou les moyens de liqueTaction csnsomment et/ou génèrent directement de l'électricité moyenne ou haute tension excius/erne'.:,:s.'*r:t'aphasededémarragedei'unitéet/ou de l'appareil et/ou des moyens de liquéfaction.
36. Procédé seion t'une des revendications 20 à 34 dans lequel au moins un dispositif et/ou au moins un compresseur entraîné (14, 24, 34, 44, 154) consomme(nt) et/ou génère(nt) directement de l'é!ectricité moyenne ou haute tension exclusivement pendant la phase de démarrage de celui (ceux) ci.
37. Procédé selon l'une des revendications 20 à 35 dans lequel au moins un compresseur (14,24, 34, 44,154) de l'installation et/ou l'unité eVou <BR> <BR> <BR> <BR> !'appareii de rr zduc.cn stUou lQs .oyens de liqu=.fãc+ion consomme eVou génère directement de t'éiectricité moyenne tension en continu.
38. Procédé intégré de produciion de gaz ou de iiquice selon l'une des revendications 20 s 37 dans lequel l'appareil ae procuction de fluide de I'air comprenant un appareil de séparation d'air principal est remplacé par un appareil de production d'hydrogène, d'azote, de monoxyde de carbone ou de méthane à partir d'un mélange comprenant au moins 1% d'au moins deux de ces composantes, ayant un compresseur principal du mélange et dans lequel un gaz ou un liquide de I'appareil de production d'hydrogène, d'azote, de <BR> <BR> <BR> @@@@oxyde de carbone ou de méthane est envoyé à l'unité, consommatrice du gaz ou du liquide.
Description:
INSTALLATION DE PRODUCTION D'ELECTRICITE BASSE TENSION INTEGREE A UNE UNITE DE SEPARATION DES GAZ DE L'AIR La présente invention concerne des installions combinées d'un appareil de production de fluide et d'une unité consommatrice d'un fluide dans laquelle se produit au moins une réaction ainsi que les procédés de mise en oeuvre de telles installations combinées.

II est connu de EP-A-0 758 733 de détendre un produit d'une réaction chimique et d'utiliser l'énergie de détente pour surpresser un débit d'air destiné à un appareil de séparation d'air ou un débit d'azote provenant de I'appareil.

DE-A-3114842 décrit un cas où l'air destiné à un appareil de séparation d'air est comprimé en utiiisant l'énergie générée par un cycle de Rankine.

US-A-3304074 décrit ta détente du gaz de gueulard d'un haut fourneau dans une turbine couplée au compresseur principal d'un appareil de séparation d'air. Le procédé ne prévoit pas de production de liquide.

La demande de brevet français FR 9800724 au nom de la demanderesse divulgue un procédé dans lequel un surpresseur d'air est entraîné par une turbine dans laquelle se détend un fluide disponible sur le site (de la vapeur d'eau, un gaz résiduaire d'un four).

EP-A-0 282 321 décrit la génération d'électricité par détente d'un produit de combustion, une partie de l'électricité alimentant un appareil de séparation d'air ou un liquéfacteur.

"Engineering, Construction and Start-up of the ELCOGAS IGCC power plant at Puertottano"by Gasc et al., POWER-GEN EUROPE June 1997 et beaucoup d'autres articles divulguent une installation intégrée comprenant un appareil de séparation d'air, une unité de gazéification de charbon et une turbine à gaz dans laquelle un gaz de l'unité est envoyé à une unité de combustion et un gaz produit par la combustion est détendu dans une turbine à

gaz couplée au compresseur commun de l'appareil de séparation d'air et la turbine C"3 gaz. 0--L permet-de g6n6rer de l'énergie qui est exportée en dehors de l'instailation intégrée.

US 395C957 décrit un appareil de séparation d'air intégré à un appareil de production de vapeur. La turbine à vapeur entraîne le compresseur d'air mais ce couplage est insuffisant pour assurer tous les besoins énergétiques de l'appareil de séparation d'air. ll n'y a donc pas de production de liquide direc ement à partir de l'unité de séparation.

DE-A-2930523 décrit un appareil de séparation d'air intégré à un appareil de production de vapeur. Une des turbines à vapeur entraîne le compresseur d'air et I'autre un compresseur d'azote de I'appareil de séparation d'air, if n'y a aucune production de liquide à partir de I'appareil de séparation d'air et t'azote comprimé n'est pas envoyé à l'appareil de production de vapeur.

Certaines réactions, teile que la combustion de déchets, permettent de produire de l'énergie en quantité parfois limitée par détente des gaz résiduaires ou par détente de vapeur d'eau, chauffée par une chaudière où les gaz résiduaires brûlent, ou par utilisation dans un moteur à gaz.

Afin d'optimiser la production d'énergie ou minimiser le voiume de gaz résiduaires à des fins écologiques, de l'oxygène £St utiiisé sn grande quantité, ainsi que bien souvent de t'azote pour des besoins d'inertage.

L'énergie consommée pour la séparation des fluides de I'air et évenujeiiement ! a compression des gaz issus de l'appareil de séparation correspondant aux besoins de ce procédé peut être bien inférieure à l'énergie produite par la ou les réactions et au bilan cette installation intégrée peut être génératrice d'énergie. Typiquement, 240 t/j de déchets avec 120 t/j d'oxygène donne environ 20 à 2 vapeur, ce qui développe au pius environ 5 MvV, une partie de cette puissance étant consommée par la séparation d'air, à condition que ! a vspeur excédentaire disponible ne soit pas utilisée à d'autres fins, par exempte pour un chauffage urbain en périphérie de cette unité.

Le but de l'invention est de réduire te coût d'investissement d'une installation intégrée en é!iminant tout ou partiellement te coût du raccordement

au réseau électrique, des moteurs et des générateurs moyenne tension ou haute tension (MT ou HT).

Un autre but de l'invention est d'améiiorer le rendement énergétique global de l'instaliãtion en éiiminant les transformateurs, les moteurs MT ou HT et les générateurs MT ou HT de l'art antérieur.

Un autre but de l'invention est d'utiliser plus intelligemment l'énergie produite par l'installation quand l'électricité générée ne peut être distribuée ou ne peut être distribuée sous des conditions économiques favorables.

Selon un objet de l'invention, iì est prévu une installation combinée comprenant : au moins une unité, consommatrice d'un fluide de I'air, dans laquelle se produit au moins une réaction, au moins un appareil de production de fluide de I'air comprenant un appareii de séparation d'air ayant un compresseur principal d'air; des moyens pour envoyer au moins un fluide de I'air de I'appareil de production à l'unité et au moins un premier dispositif avec lequel au moins une partie d'un gaz dérivé de l'unité dans laquelle se produit une réaction permet de produire de l'énergie mécanique, le ou un des dispositif(s) entraînant éventuellement ie compresseur d'air principal caractérisée en ce que ", presseur d'air principal et/ou au moins un compresseur d'un produit gazeux issu de l'appareil de séparation dBair, I'appareii de production comprend des moyens pour produire une composante de I'air sous forme liquide, comprenant des moyens de soutirage d'un liquide de l'appareil de séparation, et au moins le compresseur entraîné et te dispositif entraînant ie compresseur sont reiiés, au niveau électrique, uniumert a des moyens de aénération d'électricité basse tension et/ou des moyens de consommation d'électricité basse tension et sont relies a des moyens de génération et consommation d'éleciricité moyenne et haute tension uniquement à travers des moyens de génération d'électricité basse tension et/ou des moyens de consommation d'électricité basse tension, et/ou

ii) un/le dispositif entraîne au moins un compresseur de cycle de moyens de liquéfaction d'un gaz provenant de l'appareil de séparation d'air et/ou iii) un/le dispositif entraîne au moins un compresseur d'un gaz issu de ou destiné a l'unité.

Ainsi te dispositif n'est pas relie directement à un moyen de génération d'électricité moyenne ou haute tension ou à un moyen de consommation d'éiectricité moyenne ou haute tension.

Cependant t'étectricité basse tension, nécessaire pour les pompes de fluides de refroidissement et autres accessoires, proviendra d'une source d'électricité moyenne ou haute tension par les moyens d'un transformateur.

La basse tension est une tension en dessous de 1000 V, la moyenne tension est entre 1000V et 15 KV et la haute tension est au-dessus de 15 KV.

De préférence l'appareil de séparation d'air et/ou l'unité et/ou tes moyens de liquéfaction ne sont pas relies directement à des moyens de génération ou de consommation d'électricité moyenne ou haute tension, une fois en marche. Ils peuvent être reliés en continu à un moyen de génération ou de consommation d'électricité basse tension. Pendant le démarrage de I'appareil de séparation d'air ou de l'unité ou des moyens de liquéfaction, ceux-ci pourraient être reliés à des moyens de génération et/ou de consommation d'electricité moyenne ou haute tension.

Comme la production d'énergie de l'unité pour te (s) dispositif (s) peut être excédentaire par rapport aux besoins de I'appareil de production de fluide de l'air, pour produire des gaz destinés à l'unité eVou pour l'unité elle-même, cette énergie peut être valorisée en produisant du liquide supplémentaire directement de l'appareil de séparation d'air ou des moyens de liquéfaction.

Le produit gazeux issu de l'appareil de séparation peut être de i'air ou un gaz enrichi en azote, en oxygène ou en argon.

Le dispositif peut entraîner en même temps que le compresseur d'air principal, un surpresseur d'sir éventuellement intégré avec ce compresseur (c'est à dire sur le meme arbre aue le compresseur)

Dans un deuxième dispositif une partie d'un gaz dérivé de l'unité permet de produire de l'6nergie- mécanique pour entraîner au moins un deuxième compresseur.

Le deuxième compresseur peut comprimer de l'air destiné à un appareii de séparation d'air, ou un gaz provenant d'un appareil de séparation d'air, ou un gaz de cycie pour la liquéfaction d'un gaz provenant de I'appareil de séparation.

Dans le cas de ii) et iii) I'appareii de production peut comprendre des moyens pour produire un produit liquide, ces moyens étant éventuellement constitués par des moyens de liquéfaction d'un gaz provenant de L'appareil de séparation ou des moyens de soutirage de liquide de l'appareil de séparation ; alors le dispositif entraînant le compresseur et le compresseur entraîné ne sont pas relies directement à un moyen de génération d'électricité moyenne ou haute tension et ne sont pas relies directement à un moyen de consommation d'électricité moyenne ou haute tension. Par contre, ils sont relies aux moyens de génération et de consommation moyenne et/ou haute tension à travers des moyens de génération et/ou de consommation basse tension.

Le premier cu deuxième dispositif est une turbine, une turbine à gaz ou un moteur à gaz.

L'installation peut comprendre au moins a) des moyens pour envoyer de l'air comprimé d'un compresseur de l'appareil de séparalion à l'unité eVou b) des moyens pour envoyer un débit d'oxygène gazeux de I'appareil de sparation à l'unité et/ou c) des moyens pour envoyer de i'oxygène liquide de l'appareil de s6paraticn l'unit6 et/ou d) des moyens pour envoyer de I'azote liquide des moyens de liquéfaction ou de l'appareil de séparation à i'unité et/ou e) des moyens pour envoyer de I'azote gazeux de l'appareil de séparation à l'unité efou

f) des moyens pour envoyer de i'argon gazeux ou liquide de l'appareil de séparation à !'unité.

Toute l'énergie, non consommée par l'unité ou par d'autres appareils associés à l'unité (tel que I'appareil de séparation d'air) générée par le (les) dispositif (s) peut servir à entraîner un (des) compresseur (s) de l'appareil de distillation d'air.

Toute l'énergie de compression des gaz de appareil de distillation d'air (air d'alimentation ou produits gazeux ou cycle) peut être fournie par le (les) dispositif (s) de l'installation.

Le compresseur principal peut être un compresseur dédié n'alimentant que l'appareil de séparation d'air ou peut alimenter au moins un appareil autre que l'appareil de séparation d'air.

Eventuellement I'appareil de séparation d'air produit au moins un gaz ou au moins un liquide non destiné à l'unité et/ou aux moyens de liquéfaction.

Le fiuide de t'air peut participer ou non à ta réaction qui s'effectue dans 'unité.

Les moyens de liquéfaction sont des moyens de liquéfier un gaz provenant de I'appareil de séparation d'air. Ils comprennent un cycle de liaueiaction avec au moins une turbine de production de froid qui détend le gaz sous pression à liquéfier ou une autre source de frigories, telle qu'un débit de LNG à vaporiser.

Seicn un sutre aspect de l'invention, ii esi prévu un procadé intégr de proaucion úe fluidc de l'ai, et d'au moins une réaction dans lequel un fluide de i'air généré par un appareii de production de fluide de I'air, comprenant un appareil de séparation d'air ayant un compresseur d'air principal, est envoyé à une unité, consommatrice d'un fluide de I'air, dans lequel s'effectue une réacticr au moins un gaz dérivé de la réaction produit de l'énergie mécanique à l'aide d'un dispositif et le dispositif entraîne au moins un compresseur éventuellement le compresseur d'air principal de l'appareil de séparation d'air caractérisé en ce que,

dispcsitif entraine au moins le compresseur d'air principal de l'appareil de séparation d'air et/ou au moins un compresseur d'un produit gazeux issu de I'appareil de séparation d'air, I'appareil de production de fluide de l'air produit au moins une composante de I'air sous forme liquide, en soutirant un liquide de I'appareil de séparation, et au moins le dispositif et le compresseur ne consomment et/ou ne génèrent que de l'électricité basse tension, cette électricité basse tension provenant de ou étant destinée à une source d'éiectricité moyenne ou hau.e tension, eVou ii) un/le dispositif enlraîne au moins un compresseur de cycle de liquéfaction d'un gaz provenant de l'appareil de séparation d'air et/ou iii) un/le dispositif entraîne au moins un compresseur de gaz issu de ou destiné à l'unité.

Le produit gazeux issu de I'appareil de séparation peut être de I'azote ou un gaz enrichi en azote, en oxygène ou en argon.

Préférablement a) on envoie de l'air comprimé d'un compresseur de I'appareil de séparation à l'unité eVou b) on envoie un débit d'oxygène gazeux, éventuellement comprimé, de 1'appareil de séparation à l'unité eVou c) on envoie un débit d'oxygène liquide éventuelement pressurisé de l'appareil de séparation à i'unité et/ou d) on envoie ae i'azots liquide, éventuellernent pressurisé, des moyens de liquéfaction et/ou de 1'appareil de séparation à l'unité sSou e) on envoie de I'azote gazeux éventuellement comprimé de I'appareil de séparation à l'unité eVou f) en envoie de t'argon gazeux ou liquide éventuellement pressurisé de I'apoareii de séparation à l'unité.

L'appareil de production de gaz de I'air comprend un appareil de séparation d'sir et éventue ! ! ement des moyens de liquéfaction d'un gaz provenanl ae l'appareii de séparation.

L'appare de séparation peut être constitué par un compresseur principal d'air, un échangeur de chaleur, au moins une turbine de détente de fluide de l'air et au moins une double colonne de distillation d'air.

Un deuxième dispositif qui produit de !'énergie mécanique peut entraîner un deuxième compresseur.

Le deuxième compresseur peut comprimer de l'air destiné à un appareil de séparation d'air ou un gaz provenant d'un appareii de séparation d'air ou un gaz de cycle pour liquéfaction d'un gaz provenant de I'appareil de séparation ou un gaz issu de ou destiné à l'unité.

Le compresseur principal peut être un compresseur dédié n'alimentant que itapparei3 de séparation d'air ou peut alimenter au moins un appareil autre que I'appareii de séparation d'air.

Eventuellement l'appareil de séparation d'air produit au moins un gaz non destiné à l'unité et aux moyens de liquéfaction d'un gaz.

! ! sera compris qu'un dispositif qui produit de l'énergie mécanique peut entrainer un ou piusieurs compresseurs de l'installation.

L'unit6 at/ou I'apparaii de s6paration et/ou les moyens de liquéfaction peut (peuvent) ne consommer et/ou ne générer que de l'électricité basse tension. Cette électricité basse tension proviendra de ou sera envoyé à une source d'électricité moyenne ou haute tension.

De cette façon un appareil de production de fluidG de 3'air peut fonctionner sans apport direct d'énergie électrique moyenne ou haute tension de i'exiérieur; ceci permet de limiter de façon notable 3es coûts.31 peut en être de même pour l'unité consommatrice d'un fluide de l'air ou les moyens de iiquéfaction. ! ! y sura évidemment un apport indirect d'énergie électrique moyenne ou haute tension aux transformateurs fournissant l'électricité basse tesion à I 'aspãreii ou à csrtains é3éments de I'appareil.

Un fluide de l'air est soit de l'air gazeux ou liquide, soit un gaz ou un liquide dérivé de l'air par distiiiaticn ou autre moyen de séparation.

Un exernoìe ae mise en uvre åe l'invention sera maintenant décrit avec plus de détail en regard à la Figure qui illustre une installation selon

I'invention avec un appareil de production de gaz et de liquide de i'air P intégré avec une unité de combustion de déchets 2 alimentée par de I'air, de l'oxygène gazeux, de I'azote gazeux, l'oxygène liquide et de I'azote liquide provenant de I'appareil de séparation d'air cryogénique 41 et les moyens de liquéfaction 3.

Un débit d'air est comprimé dans le compresseur principal 44 de I'appareil de séparation de gaz de l'air, ce compresseur étant entraîné par une turbine 40 et n'étant relié ni à un moyen de génération d'électricité moyenne ou haute tension ni à un moyen de consommation d'électricité moyenne ou haute tension dans sa phase de marche normale (hors démarrage éventuellement). ll est néanmoins relié à des moyens de génération d'électricité basse tension qui, eux, sont reiies aux moyens de génération moyenne et/ou haute tension.

L'appareil de distillation d'air 41 représentée à la figure 1 comprend essentiellement : un compresseur d'air 44, un appareii 44A d'épuration de I'air comprimé en eau et en CO2 par adsorption, cet apparei ! comprenant deux bouteilles d'adsorption dont l'une fonctionne en adsorption pendant que I'autre est en cours de régénération deux ensembles turbine-surpresseur comprenant une première turbine de détente 46 et un premier surpresseur 70 et une deuxième turbine de détente 72 et un surpresseur 71 dont les arbres sont coupiés: un échanaeur de chaleur 42 constituant la ligne d'échange thermique de l'installation et une double colonne de distillation comprenant une colonne moyenne pression 50 surmontée d'une colonne basse pression 51, avec un vaporiseur-condenseur 52 mettant la vapeur de tête (azote) de la colonne 50 en relation d'échange thermique avec le liquide de cuve (oxygène) de la colonne 51.

Cette installation est destinée à fournir, via une conduite 58, de I'oxygène gazeux sous une haute pression prédéterminée, qui peut être comprise entre quelques bars et quelques dizaines de bars (dans le présent mémoire les pressions considérées sont des pressions absolues).

Peur ceis, de t'oxygène liquide soutiré de ta cuve de la colonne 51 est amené à la haute pression par ta pompe 49 à t'état liquide, puis vaporisé et rechauffé sous cette haute pression dans des passages 58 de l'échangeur 42.

La chaleur nécessaire à cette vaporisation et à ce réchauffage, ainsi qu'au réchauffage et éventuellement à la vaporisation d'autres fluides soutirés de la double colonne, est fournie par l'air à distiller, dans les conditions suivantes : Le compresseur d'air 44 de l'installation comprime directement la totalité de l'air à la première haute pression de l'ordre de 23 bars et un premier courant de cet air est traité comme précédemment dans les passages 53 la turbine 46 et la vanne de détente 54 puis envoyé à la base de la colonne 50.

En revanche, ie reste ce cet air est surpressé en deux étapes, par deux soufFlantes montées en série : une première soufflante 70 qui est coupiée directement à ! a turbine 46 et une deuxième soufflante 71 directement coupiée à une deuxième turbine de détente 72. L'air surpressé en 70 passe en totalité dans la souffiante 7, puis dans les passages 56 de la ligne d'échange 42 et une partie de cet air est sorti de ta ligne d'échange à une température T2 supérieure à ta température T1 pour être détendu dans la turbine 72.

L'échappement de cette dernière à la moyenne pression est relié à la base de la colonne 50 comme celui de la turbine 46.

L'air à la plus haute pression non détendu dans la turbine 72 poursuit son refroidissement et est liquéfié dans les passages 56 jusqu'au bout froid de la ligne d'échange puis est détendu dans des vannes de détente 57 et 57A et réparti entre les deux colonnes 50 et 51.

On reconnaît par ailleurs sur la figure 1 les conduites habituelles des installations à double cotonne. Les conduites 60,62 d'injection dans la colonne 51 à åes niveaux croissanls de 'liquice riche' (air enricni en oxygène) détendu et de"iiquide pauvre" (szote pratiquement pur) détendu, respectivement, ces fluides étant respectivement soutirés à la base. au sommet de la colonne 50. et les conduites 66 d'évacuation du gaz résiduaire (azote impur) partant du niveau d'injection du liquide pauvre. L'azote basse pression est réchauffé dans des passages , 'e "~~;,al,geur 42. Un sous refroidisseur 43 sert à refroidir tes débits de liquide riche et pauvre 60,49 envoyé à la colonne basse pression

à travers les vannes de détente 61, 63 ainsi que l'air à détendre dans la vanne de détente 52A.

De S'oxygène liquide est stocké dans le stockage 19, ensuite pressurisé par fa pompe 120 et envoyé au camion-citerne 21.

!'az^ts iiquide st stoce dans le stockage 32, ensuite pressurisé par ! a pompe 220 et envoyé au camion-citerne.

De t'azote basse pression est envoyé au liquéfacteur 3 où il est liquéfié à l'aide d'un cycie de réfrigération utilisant un compresseur 34 pour former de l'azote liquide.

La double colonne peut évidemment être associée à une colonne Etienne, une colonne de mélange ou une colonne argon entre autres ou peut être remplacée par une simpie coionne.

Deux débits d'azote gazeux 36,73 sont envoyés au stockage de déchets 1 et deux autres débit d'azote gazeux 31,74 sont envoyés à l'unité 2 de traitement ce déchets.

Les débits 73,74 ont été comprimés par le compresseur 24 depuis la pression de la colonne 51 à une ,oressicn plus éievée. Ce compresseur n'est relié directement ni à un moyen de génération d'électricité moyenne ou haute tension ni à un moyen de consommation d'électricité moyenne ou haute tension. 11 est entraîné par la turbine de gaz de synthèse 20 et reiié à des mCySS ds ssnératicn d'électricité basse tension, qui, eux, peuvent être reliés à des moyens de génération et/ou de consommation moyenne ou haute tension.

Un débit d'azote liquide 17 provenant indirectement de l'appareil de séparation 41 et des liauéfacteurs 3 est envoyé du stockage 32 après pressurisation en 18 au stockage 1 et à l'unité 2.

Un débit d'oxygène gazeux 58 est divisé en deux ; une partie 38 est envoyée directement à l'unité 2 et le reste 27 est comprimé par le compresseur 14 et une partie 28 de ce débit comprimé est envoyé à l'unité 2. Un débit d'oxygène liquide 300 est envoyé à l'unité 2.

Un débit d'oxygène liquide 300 ainsi que deux débits d'air à pressions différentes 100 provenant du compresseur 44, des surpresseurs 70,71 et de la conduite 56 sont envoyés au stockage 1 et à l'unité 2 pour la combustion des déchets.

D'autres débits gazeux 100 comprenant des débits d'air à pressions différentes, de l'oxygène et de l'azote 23,25, 26 sont produits pour d'autres applications.

L'unité 2 produit un gaz de synthèse 4 qui alimente en A une ou piusieurs turbines. Cette unité n'est reliée ni à un moyen de génération d'éXectricité moyenne GU haute tension ni à un moyen de consommation d'électricité moyenne ou haute tension. Elle peut éventuellement être reliée à ces moyens uniquement en phase de démarrage. Elle doit cependant être relies en continu à des moyens de génération et/ou de consommation basse tension qui, eux, sont reiiés à des moyens de génération et/ou de consommation moyenne et/ou haute tension.

Le stockage des déchets 1 est alimenté en azote gazeux basse pression 29, 36et/ouen azote gazeux 73 comprimé par le compresseur 24et/ou en air comprimélOO et/ou en oxygène gazeuxet/ouen oxygène liquide 300 et/ou en azote liquide 17 sous pression du stockage 32 alimente par les moyens de liquéfaction 3 et la ligne 62,65 de l'appareil de séparation d'air.

Dans L : n-- partie 5 du gaz ds synthèse entraîne les turbines 10,20, 40. La deuxième turbine 30 qui entraîne le compresseur 34 du gaz de cycle 13 du liquéfacteur 3 peut aussi détendre une fraction du gaz de synthèse 5. Tout ou une partie du gaz de synthèse peut etre détendu dans une ou plusieurs des turbines 10,20, 30, 40, 150. La chaleur résiduelle d'un gaz 15 détendu dans une des turbines peut préchauffer le gaz à détendre dans l'autre turbine ou un autre gaz à détendre.

Une partie du gaz de synthèse est détendu dans la turbine 10 qui entraîne le compresseur 14 d'oxygène basse pression 27 chauffé dans les passages 58 de l'échangeu! a2 après pressurisation. Ce compresseur n'est reiié directement ni à un moyen de génération d'électricité moyenne ou haute

tension ni a un moyen de consommation d'électricité moyenne ou haute tensi.on. II est néanmoins reli à des moyens de génération et/ou de consommation d'électricite basse tension qui, eux, peuvent etre reliés à des moyens génération et/ou de consommation moyenne ou haute tension.

L'oxygène comprimé 28 est envoyé à t'unité 2.

Comme l'énergie nécessaire à la séparation de l'air et à la production des gaz sous pression consommée par l'unité est bien inférieure à cette transmise par la ou les turbine (s), le surplus d'énergie est utilisé pour produire des liquides cryogéniques et/ou des gaz sous pression pour des applications autre que l'unité 2. L'appareil de séparation d'air génère donc du liquide 200, 64, 65 supplémentaire.

Le gaz de synthèse A entraîne une turbine ou moteur 150 coupié au compresseur 154 d'un gaz issu de l'unité. Ce compresseur n'est pas relie directement à des moyens de génération/consommation MT/HT. Or it est relie directement à des moyens de génération et/ou de consommation d'électricité basse tension qui, eux, peuvent être reliés a des moyens génération et/ou de consommation moyenne ou haute tension.

Toutefois si t'énergie transmise par les turbines 10,20, 30 ou 150 ou une de ces turbines ne suffit pas, dû à la grande production de liquide, une alimentation en électricité moyenne et/ou haute tension peut être prevue pour plusieurs ou tous tes compresseurs 14, 24, 34, 154.

Suivant l'énergie résiduelle, te tiquéfacteur 3 peut être totalement arrêté et t'oxygène ei/ou azote liquide peut être produit en totalité avec l'unité de séparation d'air utiiisant un des procédes de US-A-5329775.

Le liquide supplémentaire produit par I'appareil de séparation d'air peut être vaporisé à l'intérieur de celui-ci à contre-courant d'un gaz catorigène pour fournir du gsz. Dans ce cas, ii peut ne pas y avoir de produit liquide qui sort de ''installation sous forme liquide.

Le gaz dérivé de l'unité qui entraîne la turbine ou ies turbines peut être de ta vapeur 12 générée par une chaudière 8 associée à t'unité 2. Comme montré, te gaz de synthèse métangé 7 (ou pas) avec ie gaz naturel 6 peut

être envoyé à une chaudière 8 pour y générer de la vapeur d'eau 12. Cette vapeur est dérivée indirectement de l'unité 2.

De la vapeur 11 d'une source extérieure peut être rajoutée au débit provenant de) a chaudière 8. De même, de la vapeur 9 de la chaudière peut être exportée.

Dans ce cas, la vapeur 12 se détend dans la turbine 30 qui entraîne le compresseur de cycie 34 des. -oyens de liquéfaction d'azote 3. Tout ou une partie de la vapeur peut être détendu de cette maniere. Ce compresseur n'est relie directement ni à un moyen de génération d'électricité moyenne ou haute tension ni à un moyen de consommation d'électricité moyenne ou haute tension. 11 est néanmoins relié à des moyens de génération et/ou de consommation d'électricité basse pression qui, eux, peuvent etre reliés à des moyens de génération et/ou de consommation moyenne ou haute tension.

Evidemment le gaz de synthèse peut entrainer la turbine 30 reliée au compresseur 34.

La vapeur peut également entraîner une des turbines 10,20, 40,150 avec ou sans ! a turbine 30.

Eventuellement de la vapeur peut servir à préchauffer l'azote impur 66 qui régénère les lits d'adsorbants qui épurent t'air ou être utilisé dans les groupes frigorifiques à adsorption.

Dans le cas de la turbine 40, on voit que le compresseur d'air principal 44 et le surpresseur 70 sont entraînés par les turbines 40, 46 respectivement.

Evidemment, le compresssur st surpresseur peuvent être entraînés par une seule de ces turbines. De même, deux turbines peuvent entrainer un seul compresseur 40.

De préférence, l'appareii de production de fluide de I'air est un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une simple colonne ou une doubie colonne.

Si l'unité est petite, la séparation de I'air peut être effectuée par un autre moyen que la cryogénie (perméation, adsorption).

La vapeur peut être envoyée dans un dispositif autre qu'une turbine de détente pour fournir ae l'énergie rnecanique au(x) compresseur(s).

La vapeur peut fournir de t'énergie mécanique au compresseur principal d'air et/ou à un compresseur de produit de l'appareil de séparation 41 et/ou au compresseur de cycle des moyens de liquéfaction.

L'installation peut comprendre des dispositifs de production d'énergie mécanique alimentés par de la vapeur et/ou du gaz de synthèse.

L'installation peut comprendre un appareil de production constitué par un appareil de séparation d'air qui n'alimente pas l'unite s. un liquéfacteur qui alimente l'unité en liquide.

Sous sa forme la plus simple, I'installation peui ne comprendre que l'unité 2,1'appareil de séparation 41 (comprenant par exemple un compresseur d'air principal, une seule turbine Claude qui détend de I'air partiellement refroidi, un échangeur de chaleur, une double colonne, une pompe d'oxygène liquide pour l'oxygène provenant de la colonne basse pression, des moyens pour vaporiser l'oxygène liquide dans l'échangeur, des moyens pour envoyer de l'air condens à la doubie colonne et d'autres conduites), les moyens pour envoyer un gaz de l'appareil de séparation à t'unité et une turbine pour détendre un gaz de synthèse ou de la vapeur de l'unité qui entraine le compresseur principal d'air.

L'appareil de séparation peut comprendre plusieurs turbines (ce fiuide de I'air).

L'appareii de séparation peut comprendre des stockages ; sinon tout le liquide produit peut être vaporisé dans t'échangeur.

Le compresseur principal d'air 44 peut ne pas avoir de connections MT ou HT. 11 est relié à une source d'électricité basse tension et/ou à un consommateur d'éieciricité basse tension qui, elle (lui), peut être reliée à des moyens de génération et/ou de consommation moyenne ou haute tension.

Dans une autre variante de cette forme ta plus simple, te compresseur principal d'air est entraîné par la vapeur dbriv6e de

L'un'té peut être, par exemple, une unité de production d'oxyde d'éthylène, de chlorure de vinyle, -d'oxyde de titane, d'acide nitrique ou d'acide sulfurique, de méthane ! ou d'ammoniac ou toute autre unité chimique ou métallurgique produisant de l'énergie excédentaire.

II est clair que l'invention pourrait s'appliquer à des appareils de séparation de mélange gazeux autres que des ^-appareils de séparation d'air, tels que des appareils de séparation par distillation cryogénique de mélanges contenant au moins 1% de hydrogène, azote, monoxyde de carbone et/ou méthane.

Dans ce gaz. un fluide de I'appareil de séparation est envoyé à l'unité et un dispositif entraîné par un gaz dérivé de l'unité entraîne un compresseur.

Ce compresseur peut être le compresseur principal de l'appareil, un compresseur de produit de I'appareil ou un compresseur de l'unité.

Selon les cas, seuls certains éléments de l'installation peuvent être relies aux moyens de géneration ou de consommation d'électricité moyenne ou haute tension uniquement à travers les moyens de génération ou consommation basse tension, tandis que d'autres éléments peuvent être reliés directement aux moyens de génération ou de consommation d'électricité moyenne ou haute tension.