(19)
(11)EP 2 694 898 B1

(12)FASCICULE DE BREVET EUROPEEN

(45)Mention de la délivrance du brevet:
17.06.2020  Bulletin  2020/25

(21)Numéro de dépôt: 12720248.9

(22)Date de dépôt:  05.04.2012
(51)Int. Cl.: 
F25J 3/04(2006.01)
(86)Numéro de dépôt:
PCT/FR2012/050742
(87)Numéro de publication internationale:
WO 2012/136939 (11.10.2012 Gazette  2012/41)

(54)

PROCÉDÉ ET APPAREIL DE SÉPARATION D'AIR PAR DISTILLATION CRYOGÉNIQUE

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR LUFTZERLEGUNG DURCH KRYOGENE DESTILLATION

METHOD AND DEVICE FOR SEPARATING AIR BY CRYOGENIC DISTILLATION


(84)Etats contractants désignés:
AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

(30)Priorité: 08.04.2011 FR 1153070

(43)Date de publication de la demande:
12.02.2014  Bulletin  2014/07

(73)Titulaire: L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude
75007 Paris (FR)

(72)Inventeurs:
  • DAVIDIAN, Benoit
    F-94100 Saint Maur Des Fosses (FR)
  • DUBETTIER-GRENIER, Richard
    F-94210 La Varenne Saint Hilaire (FR)
  • JOLY, Loïc
    F-75018 Paris (FR)

(74)Mandataire: Mercey, Fiona Susan 
L'Air Liquide SA Direction de la Propriété Intellectuelle 75, Quai d'Orsay
75321 Paris Cedex 07
75321 Paris Cedex 07 (FR)


(56)Documents cités: : 
EP-A1- 0 793 069
FR-A1- 2 787 561
US-A- 5 916 262
WO-A2-2010/109149
US-A- 5 839 296
  
      
    Il est rappelé que: Dans un délai de neuf mois à compter de la date de publication de la mention de la délivrance de brevet européen, toute personne peut faire opposition au brevet européen délivré, auprès de l'Office européen des brevets. L'opposition doit être formée par écrit et motivée. Elle n'est réputée formée qu'après paiement de la taxe d'opposition. (Art. 99(1) Convention sur le brevet européen).


    Description


    [0001] La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique.

    [0002] L'invention propose en particulier une méthode de production d'oxygène pur utilisant une unité de séparation d'air à double vaporiseur.

    [0003] Le procédé selon l'invention permet la production d'oxygène liquide pur (contenant au moins 99% mol., voire au moins 99,6% mol. d'oxygène) sur un appareil produisant de l'oxygène gazeux impur (inférieur à 97% mol., voire à 96% mol.) à faible pression, par exemple dans le cadre d'un appareil pour l'oxycombustion.

    [0004] Les schémas d'unités de séparation d'air (ASU) produisant l'oxygène destiné à une centrale à charbon à oxycombustion comprennent en général deux vaporiseurs (voire trois) situés entre la colonne moyenne pression (colonne MP) et la colonne basse pression (colonne BP). L'installation de ces deux vaporiseurs permet de réduire la pression de la colonne MP jusqu'à une valeur de l'ordre de 3 bar absolus, ce qui permet de minimiser la consommation énergétique de l'ASU.

    [0005] La pureté de l'oxygène produit par ce type de centrale est typiquement comprise entre 95 et 97% mol. O2. La vaporisation de l'oxygène est assurée dans un vaporiseur dédié. Les frigories de vaporisation de l'oxygène liquide sont utilisées pour condenser de l'air gazeux. Un procédé de ce genre est connu de US-A-4936099 et de EP-A-0547946.

    [0006] Par ailleurs, on peut tenter de profiter de l'installation d'un tel ASU pour produire de l'azote liquide pur et de l'oxygène pur (pureté de l'ordre de 99,6%), stockés puis destinés au commerce liquide par camions.

    [0007] La production d'azote liquide ne pose pas de difficulté majeure, car il suffit de rajouter des plateaux en haut de la colonne MP pour atteindre la pureté désirée, sans impact sur le reste du procédé de l'ASU, à part le coût de l'énergie de liquéfaction.

    [0008] En revanche, la production d'oxygène pur (> 99,6%) induit un impact plus important sur le procédé ; en effet, la pureté du liquide produit est nettement supérieure à celle de l'oxygène gazeux livré à la centrale à oxycombustion. Il est donc nécessaire d'installer une petite colonne supplémentaire, récupérant une fraction du débit liquide recueilli dans la colonne BP (en cuve ou à un plateau intermédiaire), le distillant, ce qui permet de récupérer en bas de cette petite colonne additionnelle l'oxygène pur destiné au commerce par camions. Le retour gazeux depuis la colonne de LOX pur s'effectue alors au même niveau que le piquage de liquide dans la colonne BP.

    [0009] Néanmoins, la pression de la colonne MP est tellement basse qu'il n'est pas possible d'utiliser un des débits gazeux entrant ou sortant de la colonne MP ni de la colonne BP pour se condenser dans le vaporiseur de cuve de la colonne de LOX pure additionnelle (leur température de condensation est trop basse).

    [0010] L'invention décrite ici propose d'utiliser comme fluide se condensant, une fraction de l'air gazeux sortant de la ligne d'échange et qui va par la suite entrer dans l'échangeur dédié assurant la vaporisation de la production d'oxygène pur (qu'on désigne par le terme d'air HP). Ce débit d'air est comprimé en amont de la ligne d'échange principale par le surpresseur (BAC) de l'unité.

    [0011] La pression de ce débit est de l'ordre de 4,5 bars abs, supérieure à celle de la colonne MP, et telle que sa température de bulle soit supérieure à la température d'équilibre de l'oxygène liquide pur.

    [0012] L'écart de température entre le débit d'air considéré et l'oxygène pur est de l'ordre de 2 à 3°C, valeur assez élevée, ce qui permet d'installer un vaporiseur de petite taille.

    [0013] Dans l'invention, selon la variante de la Figure 1, la production d'oxygène liquide pur est gratuite en termes d'énergie de séparation et ne joue pas sur l'énergie de séparation de la production de l'oxygène gazeux impur. Il faut juste payer l'énergie de liquéfaction. L'appoint frigorifique peut être effectué par un système de liquéfaction indépendant de l'ASU.

    [0014] L'invention propose une méthode permettant de produire de l'oxygène pur (Pureté > 99,6%) sur une unité de séparation d'air à double vaporiseur, typiquement utilisée pour l'oxycombustion, dont la majorité de l'oxygène est produite à une pureté de l'ordre de 95 à 97%.

    [0015] En effet, sur ce type de procédé, hormis l'air HP, il n'existe pas de fluide disponible à température de condensation suffisamment haute pour réaliser le rebouillage de la colonne d'oxygène pur.

    [0016] A l'heure actuelle, il n'existe pas de solution référencée pour produire de l'oxygène pur sur une unité de séparation d'air à double vaporiseur.

    [0017] On pourrait utiliser, dans ce but, un débit soutiré à un niveau intermédiaire (et donc à température plus élevée) dans la ligne d'échange principale, mais ceci complexifierait le procédé. Ce serait également moins efficace car il s'agirait d'utiliser de la chaleur sensible contre de la chaleur latente.

    [0018] On trouve fréquemment des unités de séparation d'air (ASU) à un seul vaporiseur, où une petite colonne produisant de production l'oxygène ultra-pur est rajoutée en cuve de la colonne BP. Dans ce cas, la pression de la colonne MP est de l'ordre de 5 à 6 bars et le rebouillage de la colonne de LOX ultra pur est assuré par une fraction du débit d'air gazeux alimentant la colonne MP.

    [0019] EP-A-0793069 décrit un procédé selon le préambule de la revendication 1. Selon ce procédé, de l'air à une première pression est utilisé pour vaporiser de l'oxygène dans un vaporiseur et de l'air à une deuxième pression, plus élevée que la première, est utilisée pour le rebouillage d'une colonne d'oxygène pur.

    [0020] US-A-5916262 décrit un procédé de production d'oxygène à deux puretés, utilisant une colonne d'épuration d'oxygène chauffé en cuve par de l'air. De l'oxygène liquide pressurisé par pompe est également vaporisé dans la ligne d'échange principale par échange de chaleur avec de l'air surpressé.

    [0021] La présente invention propose de produire de l'oxygène pur sur un schéma à double vaporiseur en installant une colonne d'oxygène pur supplémentaire, dont la pression est égale à la pression de la colonne BP.

    [0022] Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé selon la revendication 1.

    [0023] Selon d'autres aspects facultatifs de l'invention :
    • on pressurise le premier débit de liquide riche en oxygène en amont du vaporiseur.
    • on divise de l'air surpressé à la deuxième pression en deux parties, on envoie une première partie d'air surpressé à la deuxième pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et on envoie une deuxième partie d'air surpressé à la deuxième pression au vaporiseur.
    • on envoie de l'air à la première pression au rebouilleur de cuve de la colonne basse pression pour le chauffer.
    • tout l'air est divisé en un débit à la première pression et un débit à la deuxième pression en amont de la ligne d'échange.
    • le premier débit de liquide riche en oxygène se vaporise partiellement dans le vaporiseur, le liquide formé constituant le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
    • le débit d'air surpressé à la deuxième pression chauffe d'abord le rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et ensuite le vaporiseur.
    • de l'air à la première pression se refroidit dans la ligne d'échange et est envoyé sous forme gazeuse à la colonne moyenne pression.
    • un liquide cryogénique d'une source auxiliaire est envoyé à la double colonne.


    [0024] Les termes « moyenne pression » et « basse pression » désignent simplement que la colonne moyenne pression opère à une pression plus élevée que la colonne basse pression. Ces termes sont communs dans l'art et clairs pour l'homme de l'art.

    [0025] Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil selon la revendication 6. Selon d'autres objets facultatifs de l'invention, il est prévu que l'appareil comprenne :
    • les moyens pour envoyer l'air surpressé du surpresseur au vaporiseur sont reliés au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur de sorte que l'air destiné au vaporiseur passe à travers le rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur.
    • les moyens pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur sont constitués par la conduite pour envoyer un liquide de cuve de la colonne basse pression en tête de la colonne d'oxygène pur.
    • des moyens pour diviser l'air surpressé à la deuxième pression en deux parties, les moyens pour envoyer de l'air surpressé à la deuxième pression du surpresseur au vaporiseur et la conduite pour envoyer un débit d'air surpressé à la deuxième pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur étant reliés de sorte qu'une partie d'air surpressé est envoyée au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et une autre partie d'air surpressé est envoyée au vaporiseur.


    [0026] Le vaporiseur ne fait pas partie d'une colonne de distillation ou d'épuisement.

    [0027] L'appareil peut comprendre des moyens pour envoyer un liquide cryogénique à la colonne basse pression d'une source extérieure.

    [0028] L'appareil peut comprendre une conduite pour envoyer le débit d'air surpressé du rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur au vaporiseur et une conduite pour envoyer l'air du vaporiseur à la colonne moyenne pression et/ou à la colonne basse pression.

    [0029] Selon une autre variante l'appareil comprend une conduite pour envoyer le débit d'air surpressé du rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur directement à la colonne moyenne pression et/ou à la colonne basse pression.

    [0030] La principale caractéristique innovante de l'invention présentée ici est que le rebouillage de la colonne d'oxygène pur est réalisé par une fraction du débit d'air gazeux sortant de la ligne d'échange principale, comprimée par un surpresseur à la pression requise pour la vaporisation d'oxygène dans le vaporiseur (air HP). Cette fraction d'air HP se condense partiellement ou totalement dans le condenseur de la colonne d'oxygène pur.

    [0031] Selon une variante, le débit d'air surpressé partiellement condensé, éventuellement après avoir séparé la partie condensée (qui est alors envoyée dans la colonne MP), est ensuite envoyé dans le vaporiseur produit où il finit de se condenser totalement. La condensation partielle de l'air surpressé permet, avec un débit quasi-nominal de production du GOX et la même pression, de faire fonctionner le vaporiseur en cuve de colonne pur, puis celui du vaporiseur produit. Le rebouillage de la colonne d'oxygène liquide pur est donc gratuit par rapport à l'énergie nécessaire pour vaporiser la production.

    [0032] La pression de ce débit d'air est supérieure à la pression de la colonne MP (typiquement de l'ordre de 4,5 bar abs. contre 3,2 bar abs.).

    [0033] On prélève une partie du liquide impur dans le vaporiseur produit (au même niveau et à la place de la purge de déconcentration du vaporiseur) que l'on envoie dans la colonne d'oxygène liquide pur qui est une colonne à distiller sensiblement à la même pression que le vaporiseur produit..

    [0034] Le reflux gazeux impur issu de la colonne d'oxygène pur est mélangé avec le flux gazeux issu du vaporiseur produit, les deux flux constituant le débit nominal de production du GOX impur.

    [0035] Le liquide pur est prélevé en cuve de la colonne d'oxygène pur. Il sert aussi de purge de déconcentration de l'ensemble de l'appareil.

    [0036] L'appoint de frigories peut être apporté par un liquéfacteur indépendant, par exemple par production d'azote liquide, à partir d'azote pur (issu d'un minaret), qui serait alors rajouté sous forme liquide dans l'appareil. S'il n'y a pas de production d'azote pur liquide, on peut envisager de liquéfier de l'azote résiduaire dans un liquéfacteur indépendant.

    [0037] Si la production de liquide pur est faible, on peut aussi envisager d'avoir un système de production de froid intégré à l'ASU.

    [0038] L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la Figure 1 qui illustre un procédé de séparation d'air qui n'est pas selon l'invention et aux Figures 1bis et 2, qui illustrent des procédés de séparation d'air selon l'invention.

    [0039] Dans la Figure 1, l'air est séparé dans un ASU comprenant une double colonne de séparation d'air, comprenant une colonne moyenne pression 23 et une colonne basse pression 25. Des frigories pour la séparation sont fournies par détente d'azote moyenne pression dans une turbine 47. L'appareil comprend une colonne d'oxygène liquide pur 49, une pompe 57, un vaporiseur 51 et une ligne d'échange 63.

    [0040] L'air 1 est pressurisé par un compresseur 3 à une pression entre 2,5 et 4,5 bars abs. L'air est ensuite épuré dans une unité d'épuration 5 par adsorption. L'air épuré 7 est divisé en deux parties. Une partie 9 est surpressée dans un surpresseur 13 jusqu'à une pression d'entre 4.et 20 bars abs et puis refroidie dans la ligne d'échange 63 jusqu'au bout froid. L'air 9 est divisé en deux fractions 15, 17. Une fraction 15 est envoyée au vaporiseur 51 où elle sert à vaporiser partiellement de l'oxygène liquide comprenant au plus 97 % mol. d'oxygène, pour produire l'oxygène gazeux 59 qui se réchauffe dans la ligne d'échange 63. Ce gaz 59 est envoyé à une unité d'oxycombustion. Un liquide riche en oxygène 53 est soutiré du vaporiseur 51 comme purge. L'air se trouve condensé. L'autre fraction de l'air 17 est envoyée au rebouilleur de cuve 61 de la colonne d'oxygène pur 49. Cette colonne comporte le rebouilleur de cuve et des moyens d'échange de chaleur et de matière au-dessus de ce rebouilleur. De l'oxygène liquide 65 comprenant au plus 97% mol. d'oxygène est envoyé en tête de la colonne 49 et s'enrichit pour former le produit liquide 71 soutiré en cuve et contenant au moins 98% mol. d'oxygène. L'oxygène gazeux 67 de tête de la colonne 49 est envoyé en cuve de la colonne basse pression 25. L'air condensé 17 se mélange avec l'air condensé provenant du vaporiseur 51 et, après détente dans une vanne 21, est envoyé à la colonne MP 23, qui opère à entre 2,5 et 4,5 bars abs.

    [0041] Une autre partie 11 de l'air est refroidie dans la ligne d'échange 63, est envoyée au rebouilleur de cuve 35 de la colonne BP 25, s'y condense au moins partiellement et est envoyée en cuve de la colonne MP 23, en dessous du point d'arrivée d'air liquide 19.

    [0042] Du liquide enrichi en oxygène 27 est soutiré de la cuve de la colonne MP 23, refroidi dans le sous-refroidisseur 33, détendu et envoyé à la colonne BP 25. Du liquide 29 est soutiré de la colonne MP 23, refroidi dans le sous-refroidisseur 33, détendu et envoyé à la colonne BP 25. Du liquide riche en azote 31 est soutiré de la tête de la colonne MP 23, refroidi dans le sous-refroidisseur 33, détendu et envoyé à la tête de la colonne BP 25.

    [0043] De l'azote basse pression 39 est soutiré en tête de la colonne BP, réchauffé dans le sous-refroidisseur 33 et réchauffé dans la ligne d'échange 63.

    [0044] De l'azote moyenne pression 41 est divisé en deux pour former une partie 43 et une partie 45. La partie 43 sert à chauffer le rebouilleur intermédiaire 37 de la colonne basse pression 25. La partie 45 se réchauffe dans la ligne d'échange 63, est détendue dans la turbine 47 et est renvoyée à la ligne d'échange 63. De l'oxygène liquide est soutiré de la cuve de la colonne BP et divisé en deux. Une partie 55 est pressurisée dans la pompe 57 en amont du vaporiseur 51 et le reste 65 est envoyé en tête de la colonne d'oxygène pur 49 sans avoir été pressurisé. La tête de la colonne d'oxygène pur 49 se trouve donc à la même pression que la cuve de la colonne basse pression 25. Tout ou une partie du liquide de purge 53 peut également alimenter la tête de la colonne 49.

    [0045] Un débit de liquide cryogénique 69, par exemple de l'azote liquide, est envoyé en tête de la colonne BP pour tenir le procédé en froid.

    [0046] Le procédé de la Figure 1 bis diffère de celui de la Figure 1 en ce que la colonne 49 est alimentée en tête exclusivement par la purge 53 du vaporiseur 51, suite à une étape de détente dans une vanne. Le rebouilleur de cuve 61 de la colonne 49 est toujours chauffé par l'air surpressé 17, l'air ainsi condensé étant mélangé avec l'air surpressé 15 qui a servi à chauffer le vaporiseur 51. Il est également possible d'alimenter la colonne avec du liquide de purge 53 et de l'oxygène liquide 65 provenant de la cuve de la colonne basse pression 25.

    [0047] Le procédé de la Figure 2 diffère de celui de la Figure 1 en ce que le débit d'air 9 est envoyé d'abord au vaporiseur de cuve 61 de la colonne d'oxygène pur 49 et ensuite au vaporiseur 51 où il se condense. L'air ainsi formé est détendu dans la vanne 21 et envoyé à la colonne moyenne pression 23. La fraction d'air 11 se refroidit dans la ligne d'échange 11 et est envoyée à la cuve de la colonne moyenne pression 23 sans avoir été détendue ou comprimée en aval du compresseur 3.

    [0048] Le rebouilleur intermédiaire 37 est toujours chauffé par de l'azote moyenne pression 43 mais une autre partie de l'azote moyenne pression 73 est comprimée dans un surpresseur froid 71 à partir d'une température cryogénique et envoyée au rebouilleur de cuve 35. L'azote condensé est détendu dans une vanne 36 et envoyé en tête de la colonne MP 23. L'oxygène de cuve 55 de la colonne basse pression est entièrement pressurisé dans la pompe 57 envoyé au vaporiseur 51 où il se vaporise partiellement. Le gaz vaporisé constitue le produit d'oxygène gazeux 59 contenant moins que 97% mol. d'oxygène. Le liquide non-vaporisé 53 alimente la tête de la colonne 49. L'oxygène gazeux 67 de tête de la colonne 49 est mélangé avec l'oxygène gazeux 59. L'oxygène liquide 71 constitue le produit liquide. Dans ce cas, la colonne d'oxygène pur 49 n'opère pas à la même pression que la colonne BP 25.

    [0049] Le procédé de la Figure 1 ou 1 bis peut utiliser de l'azote pour chauffer le rebouilleur de cuve 35 et le procédé de la Figure 2 peut utiliser de l'air pour chauffer le rebouilleur de cuve 35.


    Revendications

    1. Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une unité de séparation comprenant une colonne moyenne pression (23) et une colonne basse pression (25), reliées thermiquement entre elles, la colonne basse pression comprenant un rebouilleur de cuve (35) et un rebouilleur intermédiaire (37) et une colonne d'oxygène pur (49) dans lequel

    i) on envoie de l'air gazeux épuré puis refroidi à une première pression dans une ligne d'échange à la colonne moyenne pression,

    ii) on envoie un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression,

    iii)on soutire un gaz riche en azote de la colonne basse pression,

    iv)on soutire un liquide riche en oxygène contenant au plus 97% mol. d'oxygène en cuve de la colonne basse pression,

    v) on envoie un premier débit de liquide riche en oxygène à un vaporiseur (51) et on envoie l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange,

    vi)on envoie un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve (61), où il s'épure pour former un liquide de cuve contenant au moins 98% mol. d'oxygène,

    vii) on envoie un débit d'air surpressé à une deuxième pression, supérieure à la première pression, au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur,

    viii) on soutire un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne pression, on l'envoie au rebouilleur intermédiaire de la colonne basse pression et on envoie le gaz condensé à la tête de la colonne moyenne pression, et

    ix)on envoie un gaz riche en azote ou de l'air au rebouilleur de cuve de la colonne basse pression et on envoie le liquide qui s'y condense à la colonne moyenne pression

    caractérisé en ce que l'on soutire du liquide de cuve de la colonne d'oxygène pur comme produit, on envoie de l'air surpressé à la deuxième pression au vaporiseur pour vaporiser le premier débit de liquide riche en oxygène et le premier débit de liquide riche en oxygène est moins riche en oxygène que le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
     
    2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on pressurise le premier débit de liquide riche en oxygène en amont du vaporiseur (51).
     
    3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le premier débit de liquide riche en oxygène se vaporise partiellement dans le vaporiseur (51), le liquide formé constituant le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
     
    4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel le débit d'air surpressé à la deuxième pression chauffe d'abord le rebouilleur de cuve (61) de la colonne d'oxygène pur (49) et ensuite le vaporiseur (51).
     
    5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel un liquide cryogénique (69) d'une source auxiliaire est envoyé à la double colonne.
     
    6. Appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant une colonne moyenne pression (23) et une colonne basse pression (25), reliées thermiquement entre elles, la colonne basse pression comprenant un rebouilleur de cuve (35) et un rebouilleur intermédiaire (37) et une colonne d'oxygène pur (49), une ligne d'échange (63), un vaporiseur (51), des moyens pour envoyer de l'air gazeux épuré puis refroidi à une première pression de la ligne d'échange à la colonne moyenne pression, des moyens pour envoyer un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un gaz riche en azote de la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un liquide riche en oxygène contenant au plus 97% mol. d'oxygène en cuve de la colonne basse pression, des moyens pour envoyer un premier débit de liquide riche en oxygène au vaporiseur, une conduite pour envoyer l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange, des moyens pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve (61), où il s'épure pour former un liquide de cuve contenant au moins 98% mol. d'oxygène, un surpresseur (13), une conduite pour envoyer un débit d'air surpressé (17) dans le surpresseur à une deuxième pression supérieure à la première pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur, des conduites pour soutirer un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne pression, pour l'envoyer au rebouilleur intermédiaire de la colonne basse pression et pour envoyer le gaz condensé à la tête de la colonne moyenne pression et des conduites pour envoyer un gaz riche en azote ou de l'air au rebouilleur de cuve de la colonne basse pression et pour envoyer le liquide qui s'y condense à la colonne moyenne pression caractérisé en ce qu'il comprend une conduite pour soutirer du liquide de cuve (71) de la colonne d'oxygène pur comme produit, des moyens pour envoyer de l'air surpressé (15) à la deuxième pression du surpresseur au vaporiseur, et une conduite pour envoyer un liquide (53) du vaporiseur (51) en tête de la colonne d'oxygène pur (49).
     
    7. Appareil selon la revendication 6 comprenant : une conduite pour envoyer un liquide de cuve (65) de la colonne basse pression (25) en tête de la colonne d'oxygène pur (49).
     
    8. Appareil selon la revendication 7 dans lequel les moyens pour envoyer l'air surpressé du surpresseur (3) au vaporiseur (51) sont reliés au rebouilleur de cuve (61) de la colonne d'oxygène pur (49) de sorte que l'air destiné au vaporiseur passe à travers le rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur.
     
    9. Appareil selon la revendication 7 dans lequel les moyens pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur sont constitués par la conduite pour envoyer un liquide de cuve de la colonne basse pression (65) en tête de la colonne d'oxygène pur (49).
     
    10. Appareil selon la revendication 6, 7 ou 8 comprenant des moyens pour diviser l'air surpressé à la deuxième pression en deux parties, les moyens pour envoyer de l'air surpressé à la deuxième pression du surpresseur (3) au vaporiseur (51) et la conduite pour envoyer un débit d'air surpressé à la deuxième pression au rebouilleur de cuve (61) de la colonne d'oxygène pur (49) étant reliés de sorte qu'une partie d'air surpressé (17) est envoyée au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et une autre partie d'air surpressé (15) est envoyée au vaporiseur.
     
    11. Appareil selon l'une des revendications 6 à 10 comprenant des moyens (69) pour envoyer un liquide cryogénique à la colonne basse pression d'une source extérieure.
     


    Ansprüche

    1. Verfahren zur Luftabscheidung durch kryogene Destillation in einer Zerlegungseinheit, umfassend eine Mitteldruckkolonne (23) und eine Niederdruckkolonne (25), die thermisch miteinander verbunden sind, wobei die Niederdruckkolonne einen Sumpfverdampfer (35) und einen Zwischenverdampfer (37) und eine Reinsauerstoffkolonne (49) umfasst, wobei

    i. man gasförmige Luft, die gereinigt und dann abgekühlt wird, mit einem ersten Druck in einer Austauschleitung in die Mitteldruckkolonne schickt,

    ii. man eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit und eine mit Stickstoff angereicherte Flüssigkeit von der Mitteldruckkolonne in die Niederdruckkolonne schickt,

    iii. man ein stickstoffreiches Gas von der Niederdruckkolonne entnimmt,

    iv. man eine sauerstoffreiche Flüssigkeit, die höchstens 97 Mol-% Sauerstoff enthält, im Sumpf der Niederdruckkolonne entnimmt,

    v. man einen ersten Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit in einen Verdampfer (51) schickt und man so gebildeten, gasförmigen Sauerstoff in die Austauschleitung schickt,

    vi. man einen zweiten Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit in den Kopf der Reinsauerstoffkolonne schickt, die einen Sumpfverdampfer (61) aufweist, wo sie gereinigt wird, um eine Sumpfflüssigkeit zu bilden, die wenigstens 98 Mol-% Sauerstoff enthält,

    vii. man einen Durchsatz von Luft, die auf einen zweiten Druck verdichtet wird, der höher ist als der erste Druck, in den Sumpfverdampfer der Reinsauerstoffkolonne schickt,

    viii. man ein stickstoffreiches Gas im Kopf der Mitteldruckkolonne entnimmt, man es in den Zwischenverdampfer der Niederdruckkolonne schickt und man das kondensierte Gas in den Kopf der Mitteldruckkolonne schickt, und

    ix. man ein stickstoffreiches Gas oder Luft in den Sumpfverdampfer der Niederdruckkolonne schickt und man die Flüssigkeit, die dort kondensiert, in die Mitteldruckkolonne schickt,
    dadurch gekennzeichnet, dass man Flüssigkeit vom Sumpf der Reinsauerstoffkolonne als Produkt entnimmt, man Luft, die auf den zweiten Druck verdichtet wird, in den Verdampfer schickt, um den ersten Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit zu verdampfen, und der erste Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit weniger reich an Sauerstoff ist als der zweite Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit.


     
    2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei man den ersten Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit stromaufwärts von dem Verdampfer (51) druckbeaufschlagt.
     
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit teilweise im Verdampfer (51) verdampft, wobei die gebildete Flüssigkeit den zweiten Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit darstellt.
     
    4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Durchsatz von Luft, die auf den zweiten Druck verdichtet wird, zuerst den Sumpfverdampfer (61) der Reinsauerstoffkolonne (49) und danach den Verdampfer (51) erhitzt.
     
    5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine kryogene Flüssigkeit (69) von einer Hilfsquelle in die Doppelkolonne geschickt wird.
     
    6. Einrichtung zur Luftabscheidung durch kryogene Destillation, umfassend eine Mitteldruckkolonne (23) und eine Niederdruckkolonne (25), die thermisch miteinander verbunden sind, wobei die Niederdruckkolonne einen Sumpfverdampfer (35) und einen Zwischenverdampfer (37) und eine Reinsauerstoffkolonne (49) umfasst, eine Austauschleitung (63), einen Verdampfer (51), Mittel, um gasförmige Luft, die gereinigt und dann abgekühlt wird, mit einem ersten Druck von der Austauschleitung in die Mitteldruckkolonne zu schicken, Mittel, um eine mit Sauerstoff angereicherte Flüssigkeit und eine mit Stickstoff angereicherte Flüssigkeit von der Mitteldruckkolonne in die Niederdruckkolonne zu schicken, Mittel, um ein stickstoffreiches Gas von der Niederdruckkolonne zu entnehmen, Mittel, um eine sauerstoffreiche Flüssigkeit, die höchstens 97 Mol-% Sauerstoff enthält, im Sumpf der Niederdruckkolonne zu entnehmen, Mittel, um einen ersten Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit in den Verdampfer zu schicken, eine Leitung, um den so gebildeten, gasförmigen Sauerstoff in die Austauschleitung zu schicken, Mittel, um einen zweiten Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit in den Kopf der Reinsauerstoffkolonne zu schicken, die einen Sumpfverdampfer (61) aufweist, wo sie gereinigt wird, um eine Sumpfflüssigkeit zu bilden, die wenigstens 98 Mol-% Sauerstoff enthält, einen Verdichter (13), eine Leitung, um einen Durchsatz von Luft (17), die in dem Verdichter auf einen zweiten Druck verdichtet wird, der höher ist als der erste Druck, in den Sumpfverdampfer der Reinsauerstoffkolonne zu schicken, Leitungen, um ein stickstoffreiches Gas im Kopf der Mitteldruckkolonne zu entnehmen, um es in den Zwischenverdampfer der Niederdruckkolonne zu schicken und um das kondensierte Gas in den Kopf der Mitteldruckkolonne zu schicken, und Leitungen, um ein stickstoffreiches Gas oder Luft in den Sumpfverdampfer der Niederdruckkolonne zu schicken und um die Flüssigkeit, die dort kondensiert, in die Mitteldruckkolonne zu schicken, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Leitung, um Flüssigkeit vom Sumpf (71) der Reinsauerstoffkolonne als Produkt zu entnehmen, Mittel, um Luft (15), die auf den zweiten Druck verdichtet wird, von dem Verdichter in den Verdampfer zu schicken, und eine Leitung umfasst, um eine Flüssigkeit (53) von dem Verdampfer (51) in den Kopf der Reinsauerstoffkolonne (49) zu schicken.
     
    7. Einrichtung nach Anspruch 6, umfassend: eine Leitung, um eine Sumpfflüssigkeit (65) von der Niederdruckkolonne (25) in den Kopf der Reinsauerstoffkolonne (49) zu schicken.
     
    8. Einrichtung nach Anspruch 7, wobei die Mittel, um die verdichtete Luft von dem Verdichter (3) in den Verdampfer (51) zu schicken, mit dem Sumpfverdampfer (61) der Reinsauerstoffkolonne (49) verbunden sind, sodass die Luft, die für den Verdampfer bestimmt ist, durch den Sumpfverdampfer der Reinsauerstoffkolonne hindurchläuft.
     
    9. Einrichtung nach Anspruch 7, wobei die Mittel, um einen zweiten Durchsatz sauerstoffreicher Flüssigkeit in den Kopf der Reinsauerstoffkolonne zu schicken, von der Leitung, um eine Sumpfflüssigkeit von der Niederdruckkolonne (65) in den Kopf der Reinsauerstoffkolonne (49) zu schicken, gebildet werden.
     
    10. Einrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, umfassend Mittel, um die Luft, die auf den zweiten Druck verdichtet wird, in zwei Teile zu teilen, wobei die Mittel, um die Luft, die auf den zweiten Druck verdichtet wird, von dem Verdichter (3) in den Verdampfer (51) zu schicken, und die Leitung, um einen Durchsatz von Luft, die auf den zweiten Druck verdichtet wird, in den Sumpfverdampfer (61) der Reinsauerstoffkolonne (49) zu schicken, verbunden sind, sodass ein Teil verdichteter Luft (17) in den Sumpfverdampfer der Reinsauerstoffkolonne geschickt wird und ein anderer Teil verdichteter Luft (15) in den Verdampfer geschickt wird.
     
    11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, umfassend Mittel (69), um eine kryogene Flüssigkeit in die Niederdruckkolonne von einer externen Quelle zu schicken.
     


    Claims

    1. Method for separating air by cryogenic distillation in a separation unit comprising a medium-pressure column (23) and a low-pressure column (25), thermally connected to each other, the low-pressure column comprising a sump reboiler (35) and an intermediate reboiler (37) and a column of pure oxygen (49) wherein:

    i) gaseous air purified and then cooled is sent at a first pressure in an exchange line to the medium-pressure column,

    ii) oxygen-enriched liquid and nitrogen-enriched liquid are sent from the medium-pressure column to the low-pressure column,

    iii) nitrogen-enriched gas is taken from the low-pressure column,

    iv) oxygen-enriched liquid containing at most 97% mol. of oxygen is taken from the sump of the low-pressure column,

    v) a first flow of oxygen-enriched liquid is sent to a vaporiser (51) and the gaseous oxygen thus formed is sent to the exchange line,

    vi) a second flow of oxygen-enriched liquid is sent to the top of the column of pure oxygen, having a sump reboiler (61), where it is purified to form a sump liquid containing at least 98% mol. of oxygen,

    vii) a flow of pressurised air at a second pressure, higher than the first pressure, is sent to the sump reboiler of the column of pure oxygen,

    viii) nitrogen-enriched gas is taken at the top of the medium-pressure column, it is sent to the intermediate reboiler of the low-pressure column and the condensed gas is sent to the top of the medium-pressure column, and

    ix) gas rich in nitrogen or air is sent to the sump reboiler of the low-pressure column and the liquid which is condensed therein is sent to the medium-pressure column characterised in that liquid is taken from the sump of the column of pure oxygen as product, and air pressurised at the second pressure is sent to the vaporiser to vaporise the first flow of oxygen-enriched liquid, and the first flow of oxygen-enriched liquid is less rich in oxygen than the second flow of oxygen-enriched liquid.


     
    2. Method according to claim 1, wherein the first flow of oxygen-enriched liquid is pressurised upstream of the vaporiser (51).
     
    3. Method according to claim 1 or 2, wherein the first flow of oxygen-enriched liquid is partially vaporised in the vaporiser (51), the liquid formed constituting the second flow of oxygen-enriched liquid.
     
    4. Method according to claim 3, wherein the flow of air pressurised at the second pressure firstly heats the sump reboiler (61) of the column of pure oxygen (49) and then the vaporiser (51).
     
    5. Method according to any one of the preceding claims, wherein cryogenic liquid (69) from an auxiliary source is sent to the double column.
     
    6. Apparatus for separating air by cryogenic distillation comprising a medium-pressure column (23) and a low-pressure column (25), thermally connected to each other, the low-pressure column comprising a sump reboiler (35) and an intermediate reboiler (37) and a column of pure oxygen (49), an exchange line (63), a vaporiser (51), means for sending gaseous air purified and then cooled at a first pressure of the exchange line to the medium-pressure column, means for sending an oxygen-enriched liquid and a nitrogen-enriched liquid from the medium-pressure column to the low-pressure column, means for taking nitrogen-enriched gas from the low-pressure column, means for taking oxygen-enriched liquid containing at most 97% mol. of oxygen in the sump of the low-pressure column, means for sending a first flow of oxygen-enriched liquid to the vaporiser, a pipe for sending the gaseous oxygen thus formed to the exchange line, means for sending a second flow of oxygen-enriched liquid to the top of the column of pure oxygen, having a sump reboiler (61), where it is purified to form a sump liquid containing at least 98% mol. of oxygen, a supercharger (13), a pipe for sending a flow of air (17) pressurised in the supercharger at a second pressure higher than the first pressure at the sump reboiler of the column of pure oxygen, pipes for taking nitrogen-enriched gas at the top of the medium-pressure column, to send it to the intermediate reboiler of the low-pressure column and to send the condensed gas to the top of the medium-pressure column and pipes to send a gas rich in nitrogen or air to the sump reboiler of the low-pressure column and to send the liquid which condenses therein to the medium-pressure column characterised in that it comprises a pipe for taking the sump liquid (71) from the column of pure oxygen as product, means for sending air (15) pressurised at the second pressure of the supercharger to the vaporiser, and a pipe for sending liquid (53) from the vaporiser (51) to the top of the column of pure oxygen (49).
     
    7. Apparatus according to claim 6 comprising: a pipe for sending liquid from the sump (65) of the low-pressure column (25) to the top of the column of pure oxygen (49).
     
    8. Apparatus according to claim 7, wherein the means for sending pressurised air from the supercharger (3) to the vaporiser (51) are connected to the sump reboiler (61) of the column of pure oxygen (49) such that air intended for the vaporiser passes through the sump reboiler of the column of pure oxygen.
     
    9. Apparatus according to claim 7, wherein the means for sending a second flow of oxygen-enriched liquid to the top of the column of pure oxygen are constituted by the pipe for sending liquid from the sump of the low-pressure column (65) to the top of the column of pure oxygen (49).
     
    10. Apparatus according to claim 6, 7 or 8 comprising means for separating air pressurised at the second pressure into two parts, the means for sending air pressurised at the second pressure of the supercharger (3) to the vaporiser (51) and the pipe for sending a flow of air pressurised at the second pressure to the sump reboiler (61) of the column of pure oxygen (49) being connected such that part of the pressurised air (17) is sent to the sump reboiler of the column of pure oxygen and another part of pressurised air (15) is sent to the vaporiser.
     
    11. Apparatus according to one of claims 6 to 10 comprising means (69) for sending cryogenic liquid to the low-pressure column from an external source.
     




    Dessins














    Références citées

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