Procédé et installation de séparation d'air par distillation cryogénique

Description

[0001] La présente invention est relative à un procédé et une installation de séparation d'air par distillation cryogénique selon le préambule de la revendication 1 et de la revendication 15, respectivement. Un tel procédé et une telle installation sont connus du DE-A-1 199 293.

[0002] Depuis le début du siècle, la distillation de l'air est pratiquée dans une double colonne comportant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression reliées par un échangeur de chaleur.

[0003] Des solutions ont été proposées dans différents brevets pour réduire le nombre de colonnes de deux à une.

[0004] Le brevet US-A- 4947649 décrit une solution où l'on comprime de l'air pour l'introduire au moins partiellement dans une simple colonne. Une telle solution n'est applicable que si l'on veut produire de l'azote à une pression sensiblement plus haute que la pression atmosphérique, notamment dans le cas d'une intégration avec une turbine à gaz. A l'inverse si la pression de l'air fourni par le compresseur de la turbine à gaz est très élevée, il est peu recommandable d'utiliser ce procédé car la distillation sous haute pression (pression supérieure à 15 bars) est très difficile et pose des problèmes technologiques non négligeables lorsque l'on se rapproche de la pression supercritique de l'azote (33 bar). L'autre inconvénient du cycle décrit dans ce brevet est que l'on produit l'oxygène gazeux à la même pression que l'air envoyé à la simple colonne.

[0005] EP-A-0584420 concerne une simple colonne qui produit de l'oxygène et de l'azote avec condenseur de tête et deux rebouilleurs opérant à entre 5 et 20 bars. Un des rebouilleurs est chauffé avec de l'azote comprimé à température ambiante et ensuite refroidi.

[0006] Le brevet EP-B-0 606 027 décrit aussi un procédé à simple colonne pour produire de l'oxygène et/ou de l'azote sous pression ainsi qu'au moins un produit liquide. Un tel procédé n'est pas intéressant si l'on ne désire pas produire des produits liquide. En effet, la pression d'air est éminemment fonction de la quantité de liquide produite. A production de liquide nulle ou faible, la pression d'air est inférieure à 3 bar abs, ce qui pose des problèmes au niveau de la conception de l'épuration en tête, qui nécessite une quantité énorme d'absorbant, rendant ce procédé non économique. Le brevet US-A-5794458 décrit aussi un procédé de distillation d'air à simple colonne. Le principal reproche que l'on peut faire à un tel schéma est qu'il comporte un compresseur froid comprimant un fluide très riche en oxygène. Par ailleurs, de manière classique, la compression de l'air est réalisée dans un ou plusieurs compresseurs fonctionnant à la température ambiante.

[0007] DE-A-1199293 décrit un procédé de distillation d'air selon le préambule de la revendication 1 dans lequel un débit d'air est séparé dans une simple colonne et un débit d'oxygène liquide est soutiré en cuve de la colonne et vaporisé par échange de chaleur avec un débit d'azote de cycle comprimé dans un compresseur froid. Une partie de l'azote comprimé dans le compresseur froid à entre 30 et 40 atma sert à rebouillir la simple colonne. Dans ce cas il est nécessaire de réchauffer l'azote pour le comprimer avant de le refroidir et le liquéfier contre l'oxygène qui se vaporise. Ceci est coûteux en énergie et complique la construction des échangeurs.

[0008] Le brevet US-A- 5475980 décrit un procédé à double colonne pour la distillation d'air qui de manière originale propose de comprimer une partie de l'air nécessaire à la distillation dans un compresseur froid. L'inconvénient d'une telle solution est la complexité de la ligne d'échange d'où l'on extrait le fluide froid à comprimer avant de l'y réintroduire.

[0009] Dans les procédés de distillation d'air selon l'invention utilisant une simple colonne, un compresseur froid comprime un fluide dont la teneur en oxygène ne dépasse pas 30 % molaires. Un autre avantage d'un tel schéma est qu'il est meilleur en énergie que le schéma décrit dans le brevet US 5794458 car la turbine de l'invention étant sur un fluide entrant dans la boîte froide et non un fluide sortant de la boîte froide, la quantité de chaleur échangée dans l'échangeur principal est nettement inférieure d'où des irréversibilités moindres. Un autre aspect de l'invention est de produire de l'oxygène à une pression supérieure à la pression de la simple colonne en comprimant un liquide riche en oxygène (soit par pompe, soit par hauteur hydrostatique) à une pression supérieure à celle de la simple colonne et en le vaporisant soit par échange de chaleur indirect dans un échangeur principal ou un vaporiseur extérieur, soit par contact direct dans une colonne de mélange. Enfin, la coproduction de produits liquides en plus des produits gazeux n'est pas nécessaire pour rendre ce procédé attractif même si elle est possible.

[0010] La température ambiante est définie par la température à l'aspiration du compresseur d'air principal d'alimentation de l'unité de séparation.

[0011] Selon l'invention, il est prévu un procédé de séparation de l'air selon la revendication 1.

[0012] Selon d'autres aspects de l'invention :

• on soutire un produit gazeux riche en azote en tête de la première (la) colonne ;
• on comprime une fraction contenant au plus 30 % molaires d'oxygène extraite de la colonne dans un compresseur dont la température d'aspiration est inférieure à la température ambiante à une pression inférieure à 30 bar ab ;
• la pression de la première (la) colonne est entre 1,3 et 20 bar abs, de préférence entre 3 et 10 bar abs;
• la fraction comprimée contient au plus 19% molaires d'oxygène et au moins 81 % molaires d'azote, de préférence au moins 90% molaires d'azote ;
• au moins une partie de l'air est détendue dans une turbine avant de l'envoyer à la première (la) colonne ;
• la production de travail par la détente d'au moins une partie de l'air sert au moins partiellement à comprimer la fraction contenant au plus 30% d'oxygène en un ou plusieurs étage(s) de compression ;
• au moins une partie de l'air est comprimée à une haute pression, condensée et envoyée à la première (la) colonne ;
• une partie non-détendue de l'air est condensée en vaporisant un fluide interne ou extrait de la première colonne (Fig. 2) ;
• la vaporisation de la fraction liquide riche en oxygène s'effectue par contact direct dans une colonne auxiliaire dite de mélange (Fig. 3);
• une colonne auxiliaire destinée à la production d'argon est alimentée à partir de la première colonne (Fig. 4) ;
• on distille dans une colonne auxiliaire un liquide enrichi en oxygène extrait de la simple colonne pour produire une fraction plus riche en oxygène et une fraction appauvrie en oxygène réintroduites dans la première colonne (Fig. 5) ;
• au moins une partie de l'air destiné à une colonne de l'appareil vient du compresseur d'une turbine à gaz et/ou un gaz enrichi en azote provenant de la première (la) colonne est renvoyé au système de la turbine à gaz ;
• la pression d'entrée de la turbine à gaz est supérieure à 15 bar abs ;
• la pureté de l'oxygène gazeux produit est au moins 80% molaires, de préférence au moins 90% molaires ;
• la température d'aspiration du compresseur froid est inférieure à
• 100 °C ou de préférence inférieure à -150 °C ;
• on produit ou on ne produit pas de liquide comme produit final ;
• le débit d'air qui sert à vaporiser le liquide riche en oxygène se condense au moins partiellement et est envoyé à la première colonne ;

[0013] Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu une installation de séparation selon la revendication 15.

[0014] Selon d'autres aspects inventifs :

• l'appareil comprend une turbine alimentée par de l'air et la sortie de la turbine est reliée à la première colonne;
• le liquide pressurisé se vaporise dans une colonne de mélange ;
• l'appareil comprend une colonne de production d'argon alimentée à partir de la première colonne ayant un rebouilleur de cuve ;
• la colonne ayant un rebouilleur de cuve a au moins un condenseur intermédiaire ;
• la colonne ayant un rebouilleur de cuve n'a pas de condenseur de tête.

[0015] L'invention sera maintenant décrite en se référant aux figures 1 à 5 qui sont des représentations schématiques d'installations selon l'invention.

[0016] Dans la figure 1, l'air 1 est comprimé dans le compresseur 3, épuré en 5 et divisé en deux. La fraction 7 est partiellement refroidie dans l'échangeur 13 et envoyée à une turbine 15 dans laquelle elle se détend avant d'être envoyée à la première colonne 17. Le reste de l'air 9 (environ 35%) est surpressé dans le surpresseur 11 et traverse ensuite l'échangeur 13 où il se condense avant d'être envoyé à la colonne, après une étape de sous-refroidissement dans l'échangeur 35, quelques plateaux au-dessus du point d'injection de l'air de la turbine 15. La colonne opère à une pression d'entre 1.2 et 1.3 bar abs, ce procédé pouvant être utilisé jusqu'à des pressions de 20 bar abs, de préférence inférieures à 10 bar abs.

[0017] De l'oxygène 27 est soutiré en cuve de la colonne, pressurisé par la pompe 23 et envoyé à l'échangeur 13 où il se vaporise.

[0018] De l'azote 25 de la tête de la colonne se réchauffe dans le sous-refroidisseur 35 avant d'être divisé en deux. Une partie 31 est envoyé à l'échangeur 13 où il se réchauffe. Le reste 29 est envoyé au compresseur 21 avec une température d'entrée de - 182°C où il est comprimé à 4.9 bar avant d'être envoyé au rebouilleur de cuve 19 de la première colonne 17. Là il se condense et est renvoyé en tête de la colonne pour servir de reflux 33. La turbine 15 est couplée au compresseur froid 21.

[0019] Dans la figure 2 on retrouve les mêmes débits 7,25, 27, 31 mais seule une partie du débit 7 est envoyée à la turbine 15. Une partie 12 du débit 7 non surpressé traverse entièrement l'échangeur et est envoyé à un rebouilleur intermédiaire 39 de la colonne 17. L'air ainsi condensé est envoyé à la colonne avec l'air 9.

[0020] De l'oxygène 27 est soutiré en cuve de la colonne, pressurisé par la pompe 23 et envoyé à l'échangeur 13 où il se vaporise. On pourrait imaginer avoir un booster froid 21 avec plusieurs étages en série, chacun alimentant un vaporiseur intermédiaire ou de cuve. D'une manière générale, le booster froid 21 peut avoir plusieurs étages en série entraîné chacun par une turbine ou combinés par exemple par l'intermédiaire d'un multiplicateur à une seule turbine.

[0021] De l'azote 25 de la tête de la colonne se réchauffe dans le sous-refroidisseur 21 avant d'être divisé en deux. Une partie 31 est envoyé à l'échangeur 13 où il se réchauffe. Le reste 29 est envoyé au compresseur 21 avec une température d'entrée de -182°C où il est comprimé à 4.9 bar avant d'être envoyé au rebouilleur de cuve 19 de la première colonne 17. Là il se condense et est renvoyé en tête de la colonne pour servir de reflux. La turbine 15 est couplé au compresseur froid 21.

[0022] La figure 3 montre le cas où l'oxygène de cuve pressurisé de la colone se vaporise par échange de chaleur direct dans une colonne de mélange.

[0023] L'air 1 est comprimé dans le compresseur 3, épuré en 5 et divisé en deux. La fraction 7 est partiellement refroidie dans l'échangeur 13 et envoyée à une turbine 15 dans laquelle elle se détend avant d'être envoyée à la première colonne 17. Le reste de l'air 9 (environ 25%) est surpressé dans le surpresseur 11 et traverse ensuite l'échangeur 13. La première colonne 17 opère à une pression d'entre 3 et 20 bar.

[0024] Le débit d'air 9 ne se liquéfie pas dans l'échangeur mais est envoyé sous forme gazeuse en cuve de la colonne de mélange. Ainsi la colonne de mélange opère à une pression plus élevée que la première colonne 17. On peut envisager de faire fonctionner les deux colonnes à la même pression ou de faire fonctionner la colonne de mélange à la pression la plus basse. La colonne de mélange est alimentée en tête par de l'oxygène pompé provenant de la cuve de la première colonne 17 mais peut être alimentée en tête par un autre débit moins riche en oxygène que le débit pompé ou en cuve par de l'air provenant d'une source autre que le compresseur 1.

[0025] De l'azote 25 de la tête de la colonne se réchauffe dans le sous-refroidisseur 21 avant d'être divisé en deux. Une partie 31 est envoyé à l'échangeur 13 où il se réchauffe. Le reste 29 est envoyé au compresseur 21 avec une température d'entrée de -182 °C où il est comprimé à 4.9 bar avant d'être envoyé au rebouilleur de cuve 19 de la colonne 17. Là il se condense et est renvoyé en tête de la colonne pour servir de reflux. La turbine 15 est couplé au compresseur froid 21.

[0026] Ici un échangeur 49 réchauffe l'oxygène pompé envoyé en tête de la colonne de mélange 47. Le débit liquide intermédiaire de la colonne de mélange est envoyé à la colonne 17 et l'oxygène impur 48 soutiré en tête de celle-là est envoyé à l'échangeur 13.

[0027] La version de la figure 4 illustre le cas où un débit enrichi en argon de la colonne 17 alimente une colonne de mixture 57 ayant un condenseur de tète 51 refroidi par un liquide intermédiaire de la première colonne 17. Un fluide enrichi en argon est soutiré en tête de la colonne de mixture 57.

[0028] De l'azote 25 de la tête de la colonne se réchauffe dans le sous-refroidisseur 21 avant d'être divisé en deux. Une partie 31 est envoyé à l'échangeur 13 où il se réchauffe. Le reste 29 est envoyé au compresseur 21 avec une température d'entrée de -182 °C où il est comprimé à 4.9 bar avant d'être envoyé au rebouilleur de cuve 19 de la première colonne 17. Là il se condense et est renvoyé en tête de la colonne pour servir de reflux. La turbine 15 est couplé au compresseur froid 21.

[0029] De l'oxygène 27 est soutiré en cuve de la colonne, pressurisé par la pompe 23 et envoyé à l'échangeur 13 où il se vaporise.

[0030] La figure 5 montre une colonne Etienne 67 alimentée en cuve par un débit liquide soutiré quelques plateaux en dessous du point d'injection de l'air 9 et au même niveau que l'air insufflé 7. Ce liquide est pressurisé par la pompe 63 avant d'être envoyé à la colonne Etienne. Le liquide formé en tête de la colonne Etienne 67 est envoyé en tête de la première colonne 17.

[0031] La colonne Etienne opérant à 2.5 bar a un condenseur de tête 61 refroidi par une partie du liquide de cuve 65 de la même colonne, le reste du liquide étant envoyé à la colonne 17en dessous du point d'injection de l'air insufflé 7.

[0032] Le liquide détendu se vaporise dans le condenseur 61 avant d'être envoyé quelques plateaux au-dessus du condenseur 19 de la colonne 17.

[0033] De l'azote 25 de la tête de la colonne se réchauffe dans le sous-refroidisseur 21 avant d'être divisé en deux. Une partie 31 est envoyé à l'échangeur 13 où il se réchauffe. Le reste 29 est envoyé au compresseur 21 avec une température d'entrée de -182°C où il est comprimé à 4.9 bar avant d'être envoyé au rebouilleurs 19,69 des colonnes 17,67 respectivement. Dans chaque rebouilleur il se condense et est renvoyé en tête de la colonne 17 pour servir de reflux. La turbine 15 est couplé au compresseur froid 21.

[0034] De l'oxygène 27 est soutiré en cuve de la colonne, pressurisé par la pompe 23 et envoyé à l'échangeur 13 où il se vaporise.

Revendications

1. Procédé de séparation de l'air par distillation cryogénique dans un appareil comprenant au moins une colonne (17,47,57) comprenant les étapes de :

- comprimer de l'air, l'épurer et en envoyer au moins une partie (7,9) à une première (la) colonne (17) ;

- séparer à température cryogénique de l'air dans la colonne ;

- comprimer au moins une partie d'une fraction (25) contenant au plus 30% molaires d'oxygène extraite de la tête de la colonne dans un compresseur (21).

- refroidir au moins partiellement ladite fraction comprimée, la condenser dans un rebouilleur de cuve (19) de la première colonne et renvoyer la fraction condensée en tête de colonne, et,

- extraire une fraction liquide (33) riche en oxygène de la première colonne, la pressuriser à une pression supérieure à celle de la colonne (17) et la vaporiser pour former un produit gazeux sous pression riche en oxygène

   caractérisé en ce que la température d'aspiration du compresseur est inférieure à la température ambiante et l'oxygène liquide est vaporisé par échange de chaleur direct ou indirect avec une partie de l'air d'alimentation (7, 9).

2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la fraction comprimée (25) contient au plus 19% molaires d'oxygène et au moins 81 % molaires d'azote.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 dans lequel au moins une partie (7) de l'air est détendue dans une turbine (15) avant de l'envoyer à la première (la) colonne.

4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel la production de travail par la détente d'au moins une partie de l'air sert au moins partiellement à comprimer la fraction contenant au plus 30 % d'oxygène en un ou plusieurs étage de compression.

5. Procédé selon la revendication 1, 2 ,3 ou 4 dans lequel au moins une partie de l'air (9) est comprimée à une haute pression, condensée et envoyée à la première (la) colonne.

6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel une partie non-détendue de l'air est condensée en vaporisant un fluide interne ou extrait de la première colonne (Fig. 1,2).

7. Procédé selon la revendication 1 à 6 dans lequel la vaporisation de la fraction liquide riche en oxygène s'effectue par contact direct dans une colonne auxiliaire dite de mélange (47)(Fig. 3).

8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel une colonne auxiliaire (57) destinée à la production d'argon est alimentée à partir de la première colonne. (Fig. 4).

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel on distille dans une colonne auxiliaire un liquide enrichi en oxygène extrait de la simple colonne pour produire une fraction plus riche en oxygène et une fraction appauvrie en oxygène réintroduites dans la première colonne (Fig. 5).

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 dans lequel au moins une partie de l'air destiné à une colonne de l'appareil vient du compresseur d'une turbine à gaz et/ou un gaz enrichi en azote provenant de la première (la) colonne est renvoyé au système de la turbine à gaz.

11. Procédé selon la revendication 10 dans lequel la pression d'entrée de la turbine à gaz est supérieure à 15 bar abs.

12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11 dans lequel la température d'aspiration du compresseur froid (21) est inférieure à -100 °C.

13. Procédé selon la revendication 12 dans lequel la température d'aspiration du compresseur froid (21) est inférieure à -150 °C.

14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13 dans lequel on produit ou on ne produit pas de liquide (78) comme produit final.

15. Installation de séparation d'air par distillation dans au moins une première colonne (17) ayant un rebouilleur de cuve (19) comprenant des moyens (7) pour envoyer de l'air comprimé et épuré à la première (la) colonne, un compresseur (21) pour comprimer un gaz (25) contenant au plus 30% molaires d'oxygène provenant de la tête de la colonne, des moyens pour envoyer le gaz comprimé au rebouilleur de cuve, des moyens (33) pour renvoyer le gaz comprimé au moins partiellement condensé dans le rebouilleur de cuve (19) à la tête de la colonne, éventuellement des moyens pour enrichir le gaz comprimé en azote en amont du rebouilleur, des moyens (27) pour soutirer un liquide enrichi en oxygène en cuve de la colonne, des moyens (23) pour le pressuriser et des moyens (13,47) pour vaporiser le liquide pressurisé par échange de chaleur direct ou indirect caractérisé en ce qu'elle comprend des moyens pour vaporiser le liquide pressurisé par échange de chaleur direct ou indirect avec de l'air (9) destiné à la première colonne, et ence que le compresseur a une température d'entrée au plus 5°C plus chaude d'une température de la première (la) colonne et en ce que le compresseur a une température d'entrée inférieure à la température ambiante.

16. Installation selon la revendication 15 comprenant une turbine de détentee d'air (15) et dans laquelle la sortie de la turbine est reliée à la première (la) colonne.

17. Installation selon une des revendications 15 et 16 dans laquelle le liquide pressurisé se vaporise dans une colonne de mélange (47).

18. Installation selon une des revendications 15 à 17 comprenant une colonne de production d'argon (57) alimentée à partir de la colonne (17) ayant un rebouilleur de cuve (19).

19. Installation selon une des revendications 15 à 18 dans laquelle la colonne (17) ayant un rebouilleur de cuve (19) a au moins un condenseur intermédiaire (39).

20. Installation selon une des revendications 15 à 19 dans laquelle la colonne (17) ayant un rebouilleur de cuve (19) n'a pas de condenseur de tête.

Ansprüche

1. Verfahren zur Luftzerlegung durch kryogene Destillation in einem Gerät, das mindestens eine Kolonne (17, 47, 57) enthält, das die folgenden Schritte umfasst:

- Verdichten der Luft, Reinigen der Luft und Leiten mindestens eines Teils (7, 9) der Luft zu einer ersten (der) Kolonne (17);

- Abscheiden der Luft in der Kolonne bei kryogener Temperatur;

- Verdichten mindestens eines Teils einer Fraktion (25), die maximal 30 Molprozent Sauerstoff enthält, die aus dem Kolonnenkopf extrahiert wird, in einem Verdichter (21);

- mindestens teilweises Abkühlen der verdichteten Fraktion, ihr Kondensieren in einem Behälterverdampfer (19) der ersten Kolonne und Zurückleiten der kondensierten Fraktion zum Kolonnenkopf und

- Extrahieren einer flüssigen Fraktion (33), die reich an Sauerstoff ist, aus der ersten Kolonne, Druckbeaufschlagen der Fraktion auf einen Druck, der größer ist als der der Kolonne (17) und Verdampfen der Fraktion, um ein gasförmiges Produkt unter Druck zu erzeugen, das reich an Sauerstoff ist,

   dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugtemperatur des Verdichters kleiner ist als die Umgebungstemperatur und dass der flüssige Sauerstoff durch direkten oder indirekten Wärmeaustausch mit einem Teil der Versorgungsluft (7, 9) verdampft wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die verdichtete Fraktion (25) mindestens 19 Molprozent Sauerstoff und mindestens 81 % Molprozent Stickstoff enthält.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei dem mindestens ein Teil (7) der Luft in einer Turbine (15) entspannt wird, bevor er zu der (ersten) Kolonne geleitet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Produkt der Arbeit durch das Entspannen mindestens eines Teils der Luft mindestens teilweise zum Verdichten in einer oder mehreren Verdichtungsstufen der Fraktion dient, die maximal 30 % Sauerstoff enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem mindestens ein Teil der Luft (9) auf einen hohen Druck verdichtet, kondensiert und zu der (ersten) Kolonne geleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem ein nicht entspannter Teil der Luft durch Verdampfen eines Fluids, das intern ist oder aus der ersten Kolonne extrahiert wird, kondensiert wird (Fig. 1, 2).

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Verdampfen der flüssigen Fraktion, die reich an Sauerstoff ist, durch direkten Kontakt in einer so genannten Mischhilfskolonne (47) erfolgt (Fig. 3).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem eine Hilfskolonne (57), die zur Argonherstellung bestimmt ist, ausgehend von der ersten Kolonne versorgt wird (Fig. 4).

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem man in einer Hilfskolonne eine Flüssigkeit destilliert, die mit Sauerstoff angereichert ist, der aus der einzelnen Kolonne extrahiert wird, um eine Fraktion zu erzeugen, die reicher ist an Sauerstoff, und eine Fraktion, die an Sauerstoff abgereichert ist, und die wieder in die erste Kolonne eingeführt werden (Fig. 5).

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem mindestens ein Teil der Luft, die für eine Kolonne des Geräts bestimmt ist, von dem Verdichter einer Gasturbine kommt und/oder ein mit Stickstoff angereichertes Gas ist, das von der (ersten) Kolonne stammt, zum System der Gasturbine zurückgeleitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem der Eingangsdruck der Gasturbine größer ist als 15 bar absolut.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die Ansaugtemperatur des kalten Verdichters (21) kleiner ist als -100 °C.

13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Ansaugtemperatur des kalten Verdichters (21) kleiner ist als -150 °C.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem man als Endprodukt Flüssigkeit (78) erzeugt oder nicht.

15. Anlage zur Luftzerlegung durch Destillation in mindestens einer ersten Kolonne (17), die einen Behälterverdampfer (19) hat, der Mittel (7) umfasst, um verdichtete und gereinigte Luft zu der (ersten) Kolonne zu leiten, einen Verdichter (21), um ein Gas (25), das maximal 30 Molprozent Sauerstoff enthält, das von dem Kopf der Kolonne kommt, zu verdichten, Mittel, um das verdichtete Gas zu dem Behälterverdampfer zu leiten, Mittel (33), um das verdichtete Gas, das in dem Behälterverdampfer (19) zumindest teilweise kondensiert ist, zu dem Kolonnenkopf zurückzuleiten, eventuell Mittel, um das verdichtete Gas, dem Behälterverdampfer vorgeschaltet, mit Stickstoff anzureichern, Mittel (27), um eine Flüssigkeit abzuzapfen, die in dem Behälter der Kolonne mit Sauerstoff angereichert wird, Mittel (23) um sie mit Druck zu beaufschlagen und Mittel (13, 47), um die mit Druck beaufschlagte Flüssigkeit durch direkten oder indirekten Wärmeaustausch zu verdampfen, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel umfasst, um die mit Druck beaufschlagte Flüssigkeit durch direkten oder indirekten Wärmeaustausch mit Luft (9), die für die erste Kolonne bestimmt ist, zu verdampfen, und dadurch, dass der Verdichter eine Eingangstemperatur hat, die maximal 5 °C wärmer ist als eine Temperatur der (ersten) Kolonne, und dadurch, dass der Verdichter eine Eingangstemperatur hat, die niedriger ist als die Umgebungstemperatur.

16. Anlage nach Anspruch 15, umfassend eine Luftentspannungsturbine (15), bei der der Ausgang der Turbine mit der (ersten) Kolonne verbunden ist.

17. Anlage nach einem der Ansprüche 15 und 16, bei der die mit Druck beaufschlagte Flüssigkeit in einer Mischkolonne (47) verdampft.

18. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 17, die eine Kolonne zur Argonproduktion (57) umfasst, die ausgehend von der Kolonne (17) versorgt wird, die einen Behälterverdampfer (19) hat.

19. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei der die Kolonne (17), die einen Behälterverdampfer (19) hat, mindestens einen Zwischenkondenser (39) hat.

20. Anlage nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei der die Kolonne (17), die einen Behälterverdampfer (19) hat, keinen Kopfverdichter hat.

Claims

1. Process for separating air by cryogenic distillation in an apparatus comprising at least one column (17, 47, 57), comprising the steps of:

- compressing the air, purifying it and sending at least one portion (7, 9) thereof to a first (or the) column (17);

- separating air in the column at cryogenic temperature;

- compressing at least one portion of a fraction (25) containing at most 30 mol% of oxygen extracted from the top of the column in a compressor (21);

- at least partially cooling the said compressed fraction, condensing it in a bottom reboiler (19) of the first column and sending the condensed fraction back to the top of the column; and

- extracting an oxygen-rich liquid fraction (33) from the first column, pressurizing it to a pressure above that of the column (17) and vaporizing it in order to form an oxygen-rich pressurized gas product,

   characterized in that the intake temperature of the compressor is below room temperature and the liquid oxygen is vaporized by direct or indirect heat exchange with a portion of the feed air (7, 9).

2. Process according to Claim 1, in which the compressed fraction (25) contains at most 19 mol% of oxygen and at least 81 mol% of nitrogen.

3. Process according to either of Claims 1 and 2, in which at least one portion (7) of the air is expanded in a turbine (15) before being sent to the first (or the) column.

4. Process according to Claim 3, in which the production of work by the expansion of at least one portion of the air is at least partially used to compress the fraction containing at most 30% oxygen in one or more compression stages.

5. Process according to Claim 1, 2, 3 or 4, in which at least one portion (9) of the air is compressed to a high pressure, condensed and sent to the first (or the) column.

6. Process according to Claim 5, in which an unexpanded portion of the air is condensed by vaporizing an internal fluid of the first column or a fluid withdrawn therefrom (Fig. 1, 2).

7. Process according to one of Claims 1 to 6, in which the oxygen-rich liquid fraction is vaporized by direct contact in an auxiliary column called a mixing column (47) (Fig. 3).

8. Process according to one of Claims 1 to 7, in which an auxiliary column (57) intended for argon production is fed from the first column (Fig. 4).

9. Process according to one of Claims 1 to 8, in which an oxygen-enriched liquid withdrawn from the single column is distilled in an auxiliary column in order to produce a fraction richer in oxygen and a fraction depleted in oxygen, both fractions being reintroduced into the first column (Fig. 5).

10. Process according to one of Claims 1 to 9, in which at least one portion of the air intended for a column of the apparatus comes from the compressor of a gas turbine and/or a nitrogen-enriched gas coming from the first (or the) column is sent back to the gas turbine system.

11. Process according to Claim 10, in which the inlet pressure of the gas turbine is greater than 15 bar abs.

12. Process according to one of Claims 1 to 11, in which the intake temperature of the cold compressor (21) is below -100°C.

13. Process according to Claim 12, in which the intake temperature of the cold compressor (21) is below -150°C.

14. Process according to one of Claims 1 to 13, which produces or does not produce liquid (78) as final product.

15. Plant for separating air by distillation in at least a first column (17) having a bottom reboiler (19), comprising means (7) for sending compressed and purified air to the first (or the) column, a compressor (21) for compressing a gas (25) containing at most 30 mol% of oxygen coming from the top of the column, means for sending the compressed gas to the bottom reboiler, means (33) for sending the at least partially compressed gas condensed in the bottom reboiler (19) back to the top of the column, optionally means for enriching the compressed gas with nitrogen upstream of the reboiler, means (27) for withdrawing an oxygen-enriched liquid from the bottom of the column, means (23) for pressurizing it and means (19, 47) for vaporizing the pressurized liquid by direct or indirect heat exchange, characterized in that it includes means for vaporizing the pressurized liquid by direct or indirect heat exchange with air (9) intended for the first column, and in that the compressor has an inlet temperature of at most 5°C warmer than a temperature of the first (or the) column and in that the compressor has an inlet temperature below room temperature.

16. Plant according to Claim 15, comprising an air expansion turbine (15), in which the outlet of the turbine is connected to the first (or the) column.

17. Plant according to either of Claims 15 and 16, in which the pressurized liquid vaporizes in a mixing column (47).

18. Plant according to one of Claims 15 to 17, comprising an argon production column (57) fed from the column (17) having a bottom reboiler (19).

19. Plant according to one of Claims 15 to 18, in which the column (17) having a bottom reboiler (19) has at least one intermediate condenser (39).

20. Plant according to one of Claims 15 to 19, in which the column (17) having a bottom reboiler (19) does not have a top condenser.

Dessins