L'invention s'applique également aux installations de fourniture d'autres liquides cryogéniques tels que l'hydrogène, I'hélium, le monoxyde de carbone.

L'invention s'applique particulièrement aux procédés de fourniture d'un gaz à partir de plusieurs installations industrielles.

Un appareil de vaporisation de secours est illustré dans EP-A-0452177 où de l'azote liquide provenant d'un stockage est vaporisé dans un échangeur par échange de chaleur avec de l'air ambiant.

EP-A-0628778 décrit un stockage de liquide cryogénique dont le liquide est pompé et ensuite vaporisé dans un vaporiseur avant d'tre envoyé chez le client.

Les articles ; « Large Oxygen Plant Economics and Reliability » de W. J. Scharle, Bulletin Y-143, National Fertilizer Division Center, Tennessee Valley Authority, Muscle Shoals, Ala. et « Oxygen Facilities for Synthetic Fuel Projects » W. J. Scharle et K. Wilson, Journal of Engineering for Industry, novembre 1981, Vol. 103, pp. 409-417 décrivent des systèmes de production d'oxygène de secours composés essentiellement : d'un stockage contenant une quantité de produit sous forme liquide de plusieurs pompes (ici deux pour raison de fiabilité) qui soutirent le liquide contenu dans le stockage pour le comprimer à la pression normalement délivrée aux clients (pression dans la canalisation), d'un échangeur dont la fonction est de vaporiser le liquide sous pression.

En sortie de ces équipements d'appoint, le gaz est en général proche de la température ambiante et est envoyé vers le client. En fonction des sources d'énergie disponibles sur le site et de leurs coûts, l'échangeur peut

utiliser comme calorigène pour vaporiser le liquide sous pression par exemple de l'air, de la vapeur d'eau, de l'eau chaude, des fumées de combustion.

Une des caractéristiques principales de ces installations de secours est leur temps de démarrage. Celui-ci est particulièrement critique car il conditionne la qualité et la continuité de la fourniture de gaz aux clients. Un temps de démarrage trop long après un déclenchement de l'unité de production, peut générer une trop forte baisse de pression dans la canalisation et générer des disfonctionnements dans les procédés des clients et l'arrt de son installation.

Dans le cas des systèmes de production d'oxygène décrits dans les articles ci-dessus, une capacité-tampon d'oxygène gazeux est prévue pour fournir le produit pressurisé pendant le temps nécessaire pour mettre en oeuvre la pompe (environ 15-20 minutes d'après les articles de W. J. Scharle ci-dessus mentionnés).

Classiquement, si la pompe de vaporisation est maintenue en permanence à température cryogénique, le temps nécessaire au système de secours pour atteindre, de façon stable, 100% de sa capacité est de l'ordre de 5 minutes qui se décomposent en 1 à 2 minutes pour le démarrage de la pompe et 2 à 3 minutes pour la montée en régime de l'échangeur de vaporisation. Un choix judicieux de l'architecture et des agencements des différents éléments (tuyauteries courtes entre la pompe et le stockage et entre la pompe et l'échangeur) permet de réduire ce temps à environ 3 minutes. Dans certains cas, ce temps de 3 minutes est encore trop long vis-à-vis des contraintes de fluctuations de pression autorisées dans la canalisation : dans ce cas, comme décrit ci-dessus une solution consiste à installer en aval de l'échangeur des capacités-tampon de gaz (à 200 bars par exemple) dimensionnées pour fournir la production pendant 1 à 3 minutes, le temps que le système de la pompe et du vaporiseur atteigne son régime normal de fonctionnement. L'inconvénient de cette solution en est son prix élevé (gros volume installé, pression haute, pompe pour remplir les capacités-tampon...). Un des buts de l'invention est d'éviter d'avoir de tels systèmes coûteux de reprise immédiate.

Des problèmes particuliers se posent quand un gaz sous pression doit tre fourni à partir de plusieurs appareils de séparation cryogéniques. Pour de grands projets, par exemple quatre ou cinq appareils de séparation d'air sont

requis, chacun utilisant par exemple deux pompes d'oxygène liquide ou une seule pompe d'oxygène liquide, qui peuvent tomber en panne. Afin d'obtenir une disponibilité acceptable, on peut tre amené à prévoir sur chaque appareil une pompe de réserve installée, ce qui occasionne une multiplicité des pompes.

Un autre but de l'invention est d'éviter un trop grand nombre de pompes, tout en proposant une disponibilité comparable à celle obtenue en ayant une redondance des pompes pour chaque appareil. On peut prévoir que tout le liquide de chaque appareil transite vers un stockage commun avant d'tre pompé et redistribué aux appareils pour tre vaporisé dans les lignes d'échange de chaque appareil. Dans ce cas toutefois, en cas de perte de pureté d'un appareil, on ne peut pas l'isoler des autres appareils et on ne peut pas séparer sa production de celle des autres appareils. Si la production de liquide cryogénique d'un appareil est polluée, il est important d'éviter de polluer le stockage (qui peut par ailleurs servir à la fourniture de LOX sur le marché vrac et donc dont la pureté peut tre fixée pas seulement par l'utilisateur gaz) et l'ensemble de la production. En cas de perte de pureté sur un appareil, un autre but de l'invention est de permettre de l'isoler du stockage et donc de ne pas le polluer, et de continuer ou non, suivant les contraintes du client, la production venant de cet appareil, la production des autres appareils n'étant pas affectée.

Selon un aspect de l'invention, celle-ci propose un procédé de fourniture d'un gaz sous pression par vaporisation d'un liquide cryogénique à partir d'au moins deux appareil s de séparation cryogénique, chaque appareil comprenant un échangeur de chaleur et un système de colonnes où, dans caque appareil : a) on refroidit un mélange gazeux comprimé et épuré dans l'échangeur de chaleur pour produire un mélange gazeux comprimé, épuré et refroidi b) on sépare le mélange gazeux comprimé, épuré et refroidi dans le système de colonnes c) on soutire du système de colonnes un liquide cryogénique, et en un premier mode de fonctionnement on vaporise une première partie du liquide cryogénique sous pression dans l'échangeur de chaleur pour fournir une partie du gaz sous pression, et

d) on fournit le gaz sous pression à partir de chaque appareil, ou on mélange le gaz sous pression des appareils de séparation cryogénique, et où e) selon le premier mode de fonctionnement, on envoie une deuxième partie des liquides cryogéniques de chaque appareil de séparation cryogénique dans un stockage, et f) selon le premier mode de fonctionnement on envoie du liquide cryogénique du stockage vers chaque échangeur de chaleur pour qu'il s'y vaporise.

De préférence, selon le premier mode de fonctionnement autant de liquide rentre dans le stockage qu'il en sort, de façon à ce que le niveau de liquide dans le stockage soit sensiblement constant.

Selon d'autres aspects particuliers de l'invention : - on ne pressurise pas la deuxième partie du liquide cryogénique en amont du stockage et/ou on pressurise la première partie du liquide cryogénique en amont de l'échangeur de chaleur pour chaque appareil de séparation cryogénique ; - en premier mode de fonctionnement on envoie du liquide cryogénique provenant du stockage à l'échangeur d'au moins un appareil de séparation cryogénique, de préférence à l'échangeur d'au moins deux appareils de séparation cryogénique, et on vaporise le liquide cryogénique dans cet échangeur (ces échangeurs) pour fournir une partie du gaz sous pression ; - le liquide cryogénique est pressurisé en aval du stockage commun et en amont de l'échangeur ; - en cas d'arrt d'un appareil de séparation cryogénique, selon un deuxième mode de fonctionnement, le stockage commun alimente un vaporiseur commun, de préférence après une étape de pressurisation, où se vaporise le liquide cryogénique provenant du stockage commun par échange de chaleur avec un fluide calorigène pour fournir tout ou une partie du gaz sous pression ; - le liquide cryogénique vaporisé dans le vaporiseur commun provient uniquement du stockage commun ;

- dans chaque appareil de séparation cryogénique, tout le mélange gazeux destiné à la séparation se refroidit dans l'échangeur par échange de chaleur avec au moins un liquide cryogénique et au moins un gaz provenant du système de colonnes ; - on pressurise la première partie du liquide cryogénique au moyen d'au moins une pompe et selon un troisième mode de fonctionnement en cas d'arrt d'au moins une des pompes d'un appareil de séparation cryogénique, on augmente, afin de compenser la perte de liquide comprimé suite à l'arrt de cette pompe, la deuxième partie du liquide cryogénique envoyé vers le stockage par rapport au débit quand la pompe est en marche et dans le cas où il resterait une pompe de l'appareil en état de marche on augmente le débit de liquide cryogénique provenant du système de colonnes et envoyé vers l'échangeur de cet appareil de séparation cryogénique par rapport au débit quand la pompe est en marche ; - en cas d'arrt d'au moins une pompe d'un appareil de séparation cryogénique, on augmente la première partie du liquide cryogénique par rapport au débit quand la pompe est en marche pour au moins un autre appareil de séparation d'air dont la ou les pompe (s) fonctionne (nt) et on réduit la deuxième partie du liquide cryogénique envoyé vers le stockage par rapport au débit quand la pompe est en marche pour au moins un autre appareil de séparation d'air dont la ou les pompe (s) fonctionne (nt) ; - en cas d'arrt d'un appareil de séparation cryogénique, on réduit la deuxième partie du liquide cryogénique envoyé d'au moins un appareil de séparation cryogénique vers le stockage commun par rapport au débit quand l'appareil est en marche, de préférence à zéro, on augmente la première partie du liquide cryogénique envoyé à l'échangeur par rapport au débit quand l'appareil est en marche pour au moins un appareil de séparation cryogénique restant en fonctionnement ; - uniquement en cas d'arrt d'au moins un appareil de séparation cryogénique, on envoie du liquide cryogénique du stockage vers un vaporiseur de secours.

Si les mmes moyens de pressurisation servent à pressuriser le liquide provenant du stockage et destiné à tre vaporisé dans l'échangeur d'au moins

un appareil de séparation cryogénique et à pressuriser le liquide provenant du stockage et destiné à tre vaporisé dans le vaporiseur, ces moyens de pressurisation peuvent fonctionner en permanence car il servent à la fois quand l'appareil est en état de marche (premier mode de fonctionnement avec vaporisation de liquide envoyé directement et indirectement à l'échangeur) et en arrt (deuxième mode de fonctionnement avec vaporisation de liquide dans un vaporiseur remplaçant le gaz produit par au moins un appareil).

Selon un autre objet de l'invention, il est proposé une installation de fourniture d'un gaz sous pression par vaporisation d'un liquide cryogénique à partir d'au moins deux appareil s de séparation cryogénique, chaque appareil comprenant un échangeur de chaleur et un système de colonnes comprenant, dans chaque appareil : a) des moyens pour envoyer un mélange gazeux comprimé et épuré dans l'échangeur de chaleur pour produire un mélange gazeux comprimé, épuré et refroidi b) des moyens pour envoyer le mélange gazeux comprimé, épuré et refroidi au système de colonnes c) des moyens pour soutirer du système de colonnes un liquide cryogénique, et des moyens pour envoyer au moins une première partie du liquide cryogénique sous pression à l'échangeur de chaleur pour fournir une partie du gaz sous pression d) éventuellement des moyens pour mélanger le gaz sous pression d'au moins deux appareils de séparation cryogénique pour fournir le gaz sous pression et comprenant en outre un stockage commun et des moyens pour envoyer une deuxième partie du liquide cryogénique des appareils de séparation cryogénique dans le stockage commun, et des moyens pour envoyer du liquide cryogénique provenant du stockage à l'échangeur de chaque appareil de séparation cryogénique.

De préférence, l'installation ne comprend aucun moyen de pressurisation en aval du système de colonnes et en amont du stockage commun.

Selon d'autres aspects particuliers de l'invention, l'installation peut comprendre : - un moyen de pressurisation en aval du système de colonnes et en amont de l'échangeur, de préférence ayant une sortie reliée à la fois à l'échangeur et au stockage commun et/ou une entrée reliée au système de colonnes et au stockage ; - des moyens pour envoyer du liquide cryogénique provenant du stockage commun à l'échangeur d'au moins un appareil de séparation cryogénique ; - des moyens pour pressuriser le liquide cryogénique en aval du stockage commun et en amont de l'échangeur ; - un vaporiseur commun, des moyens pour alimenter le vaporiseur commun à partir du stockage commun, de préférence des moyens de pressurisation en aval du stockage commun et en amont du vaporiseur commun et des moyens pour permettre un échange de chaleur avec un fluide calorigène et le liquide cryogénique dans le vaporiseur ; - les mmes moyens de pressurisation sont reliés en aval du stockage commun et en amont du vaporiseur commun et à au moins un échangeur d'un appareil de séparation cryogénique (typiquement à l'échangeur de chaque appareil de séparation cryogénique).

De préférence le liquide cryogénique vaporisé dans le vaporiseur commun provient uniquement du stockage commun.

Pour le ou chaque appareil de séparation cryogénique une conduite de liquide cryogénique peut relier le système de colonnes avec l'échangeur de chaleur sans passer par le stockage commun et une conduite de liquide cryogénique peut relier le système de colonnes et l'échangeur de chaleur à travers le stockage commun.

L'installation peut comprendre des moyens pour réguler les débits de liquide envoyé d'au moins un appareil de séparation cryogénique vers le stockage commun et/ou des moyens pour réguler les débits de liquide envoyé du stockage commun vers l'échangeur desdits appareils de séparation cryogénique.

Le vaporiseur est adapté pour permettre l'échange de chaleur entre le liquide cryogénique et un fluide calorigène qui n'est pas destiné à la séparation cryogénique, tel que de la vapeur ou l'air atmosphérique.

Selon le premier mode de fonctionnement pour un appareil unique, l'appareil de séparation produit du liquide qui se vaporise dans un échangeur, une partie du liquide étant envoyé directement à l'échangeur et le reste étant envoyé à l'échangeur à travers un stockage.

Dans le cas où l'appareil ne fonctionnerait pas, d'après un deuxième mode de fonctionnement pour l'appareil unique, il n'y a plus de liquide envoyé à l'échangeur et le liquide du stockage alimente un vaporiseur où il est vaporisé.

De préférence selon le premier mode de fonctionnement le liquide est pressurisé par au moins une pompe pour le liquide envoyé directement à l'échangeur et par au moins une autre pompe pour le liquide provenant du stockage. Cette mme au moins une autre pompe sert également pour pressuriser le liquide envoyé vers le vaporiseur en cas de deuxième mode de fonctionnement et ainsi l'au moins une autre pompe est en fonctionnement permanent selon les premier et deuxième modes de fonctionnement.

Selon un troisième mode de fonctionnement pour l'appareil unique si une des pompes qui pressurise le liquide envoyé directement vers l'échangeur ne fonctionne pas, on continue d'envoyer une partie du liquide directement à l'échangeur en le pressurisant avec la ou les pompes restant en marche et le reste est envoyé à l'échangeur à travers un stockage.

Le stockage commun peut se trouver à l'intérieur d'une boîte froide d'un des appareils de séparation.

L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures.

Les Figures 1 et 2 sont des dessins schématiques d'un mode de réalisation d'une installation selon l'invention.

Dans le mode de réalisation de la Figure 1, quatre appareils de séparation d'air A, B, C, D fournissent de l'oxygène gazeux sous pression à au moins un client commun. Les quatre appareils sont sensiblement identiques et comprennent chacun un échangeur de chaleur principal 1A, 1B, 1C, 1D et une double colonne comprenant une colonne moyenne pression 2A, 2B, 2C, 2D et

une colonne basse pression 3A, 3B, 3C, 3D. Les débits d'oxygène liquide 4A, 4B, 4C, 4D soutiré de chaque ASU sont substantiellement identiques.

Comme le fonctionnement et la disposition de chaque appareil est sensiblement le mme, un seul appareil A sera décrit dans le détail.

De l'air comprimé et épuré est refroidi dans l'échangeur 1A par échange de chaleur avec au moins un gaz de la colonne basse pression 3A et de l'oxygène liquide 4A. L'air refroidi est envoyé à la colonne moyenne pression 2A sous forme gazeuse. Une partie de l'air est liquéfiée par échange de chaleur avec l'oxygène liquide qui se vaporise et est ensuite dirigée vers la colonne moyenne pression et/ou à la colonne basse pression. La tenue en froid de l'appareil peut tre assurée par tout moyen connu, tel qu'une turbine Claude et/ou une turbine d'insufflation et/ou une turbine d'azote et/ou par biberonnage.

Les conduites de remontée de reflux habituelles entre les colonnes moyenne et basse pression ne paraissent pas dans les figures, de mme que les soutirages de fluides enrichis en azote.

Dans le mode de réalisation décrit, en mode de fonctionnement normal, de l'oxygène liquide 4A est soutiré en cuve de la colonne basse pression 3A et divisé en deux. Une première partie de l'oxygène liquide 4A par exemple 80 % du débit soutiré est comprimée par, par exemple, deux pompes en parallèle 7A, 8A qui sont avantageusement chacune dimensionnées à 50 % de la capacité d'un train dont chacune reçoit la moitié de la première partie de l'oxygène liquide et qui marchent chacune par exemple à 80 % de leur capacité c'est à dire dans notre exemple à 40 % de la capacité en oxygène liquide de l'unité de séparation. Evidemment les deux pompes 7A, 8A peuvent tre remplacées par une pompe unique dont la capacité serait alors par exemple 100 % d'un train et qui pressurise toute la première partie de l'oxygène liquide.

Le débit d'oxygène liquide pompé est envoyé par la conduite 9A à l'échangeur 1A où il se vaporise pour former du gaz sous pression 10A adressable au client.

Ce gaz rejoint typiquement les gaz de sortie 10B, 10C, 10D provenant des autres appareils B, C, D.

Une deuxième partie de l'oxygène liquide, constituant le reste de l'oxygène soutiré, soit dans notre exemple 20 %, transite par une conduite 5A pour rejoindre une conduite commune 6 menant à un stockage commun 12 où

est stocké de l'oxygène des appareils de séparation, la conduite commune 6 étant alimentée d'une façon similaire par les autres ASU. La conduite commune peut tre remplacée par une ligne dédiée pour chaque train.

Le stockage est ainsi alimenté en permanence par l'ensemble (ou au moins une partie, la répartition donnée n'étant qu'un exemple) des ASU en mode normal, et ses pompes 20 et 22 sont donc constamment en fonctionnement « procédé », proche de leur régime normal. Elles redistribuent vers chaque ASU le liquide dans les mmes proportions que ce liquide est venu de chaque ASU (dans notre exemple 20 % de l'oxygène liquide soutiré par ASU). De cette manière le liquide qui se vaporise dans l'échangeur 1 constitue 100 % du débit d'oxygène soutiré, dont 80 % viennent directement des pompes 7,8 et dont 20 % a transité par le stockage 12 et les pompes 20,22. Ces pompes 20,22 sont ainsi en régime pour une reprise immédiate en cas d'arrt d'une ASU auquel cas elles passeront immédiatement en fonction « vaporisation de secours » (alors qu'avec le fonctionnement qui vient d'tre décrit, elles sont en premier mode de fonctionnement).

Lorsqu'une pompe d'une ASU ayant deux pompes à oxygène en parallèle s'arrte, par exemple 7A, alors 8A monte en régime à 50 % du débit d'oxygène soutiré par cette ASU, le transfert d'oxygène liquide 5A allant vers la stockage commun 12 et venant de cette ASU monte à 50 % du débit d'oxygène soutiré de l'ASU A, et les autres pompes des autres ASU B, C, D montent par exemple (d'autres points de fonctionnement sont envisageables) chacune à 45 % du débit d'oxygène soutiré de chaque ASU B, C, D (pour pomper 90 % de l'oxygène soutiré), et le liquide des autres ASU qui transite par le stockage est diminué à 10 % du débit d'oxygène soutiré pour chaque ASU. Les pompes 20 et 22 sont toujours au mme régime 80 %, et le liquide pompé par ces pompes 20 et 22 est redistribué toujours de la mme façon qu'il a été amené de chaque ASU, soit dans notre exemple 50 % du débit d'oxygène soutiré de l'ASUA vers l'ASU A de 7A, et 10 % du débit d'oxygène soutiré vers chacune des autres.

Si toutes les pompes d'un mme appareil s'arrtent, on transfert alors 100 % du liquide de cet appareil vers le stockage, et les autres appareils fonctionnent en « isolé » du stockage. Dans le cas d'un arrt d'une des pompes d'un autre appareil, alors on transfert 50 % du liquide de chaque appareil

n'ayant plus qu'une pompe en fonctionnement et les autres appareils fonctionnent en isolé. Les pompes du liquide provenant du stockage fonctionnent alors à 100 % de leur capacité et renvoient 50 % de liquide à chaque appareil n'ayant plus qu'une pompe en état de fonctionnement.

La conduite 24 en aval des pompes 20 et 22 de liquide cryogénique provenant du stockage 12 est reliée à un vaporiseur 34 à travers une conduite 32. Ce vaporiseur sert à vaporiser le liquide cryogénique par échange de chaleur avec un fluide calorigène, par exemple de l'air, de la vapeur d'eau, de l'eau chaude, des fumées de combustion.

Lorsqu'une ASU s'arrte, alors les pompes 7 et 8 des autres ASU se mettent à 50 % rendant ainsi chaque ASU « isolé » du stockage et il n'y a plus besoin de faire transiter du liquide vers le stockage 12 par la conduite 6. Les pompes 20 et 22 du stockage 12 pompent alors du liquide 14 pris dans la réserve du stockage 12. Le liquide pompé se vaporise dans la vaporisation de secours 34. Elles consomment alors le liquide du stockage, alors que dans les fonctionnements précédemment décrits, elles ne faisaient que pomper la mme quantité de liquide que celle venant des ASU, de sorte que le niveau de liquide dans le stockage ne baisse substantiellement pas. Le fait que les pompes 20, 22 étaient déjà en régime (et proche de leur plein régime) permet d'assurer une reprise quasi immédiate par la vaporiseur de secours, sans investissement supplémentaire du type stockage-tampon à haute pression etc...

Chaque appareil de séparation d'air a de préférence sa boîte froide, le stockage étant situé à l'intérieur d'une de ces boîtes froides ou ayant sa propre isolation.

Pour le cas, non-illustré, où un appareil de séparation d'air a une seule pompe de liquide cryogénique, quand cette pompe s'arrte, tout le liquide est envoyé au stockage commun, pompé par les pompes 20,22 ou une pompe unique et envoyé au bout froid de l'échangeur de l'appareil de séparation dont la pompe s'est arrtée pour fournir la production de cet ASU.

L'installation de la Figure 2 comprend tous les éléments de la Figure 1 mais diffère de celle-ci de la manière suivante : Le liquide envoyé au stockage commun 12 par la ligne commune 6 provient non pas des conduites 4A-4D amenant le liquide vers les pompées

dédiées 7A, 8A, mais de conduites dédiées 30A-30D reliant la cuve des colonnes basse pression 3A-3D avec la conduite commune 6. Evidemment les liquides cryogéniques des conduites 4A et 30A ont sensiblement la mme composition. Des lignes dédiées reliant chaque ASU avec le stockage peuvent remplacer la conduite commune 6.

Le procédé fonctionne sensiblement de la mme manière que celui de la Figure 1.

Pour les deux modes de réalisation des figures 1 et 2, on comprendra que les pompes 7,8 ne seront pas nécessaires si les colonnes basse pression 3 fonctionnent à une pression suffisamment élevée.

Le liquide pressurisé, vaporisé et mélangé pour former le gaz sous pression peut tre de l'azote ou de l'argon.

Le système de colonnes peut comprendre une double colonne classique, une double colonne à double vaporiseur dans la colonne basse pression ou une triple colonne. Une colonne argon peut en outre également tre présente sur au moins un des appareils.

L'oxygène gazeux peut se vaporiser dans la ligne d'échange principale de l'appareil de séparation ou peut se vaporiser dans un échangeur dédié par échange de chaleur avec de l'air.

D'autres modifications et variantes apparaîtront à l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après.