PROCEDE ET INSTALLATION DE SEPARATION D'AIR

Description

[0001] La présente invention est relative à un procédé et une installation de séparation d'air. En particulier, elle concerne un procédé qui produit un débit enrichi en azote à une pression d'au moins 2 bars qui est détendu dans une turbine.

[0002] En particulier elle concerne un procédé et installation de séparation d'air intégrés avec une chambre à combustion.

[0003] Les appareils de séparation d'air par voie cryogénique fonctionnent traditionnellement avec deux colonnes de distillation une dite moyenne pression fonctionnant à environ 4 à 10 bars et une dite basse pression fonctionnant à entre 1 à 3 bars.

[0004] Une augmentation de ces pressions, bien que rendant la distillation plus difficile, serait intéressante car elle permettrait de réduire le volume des équipements (et donc leurs coûts) et permettrait de réduire les irréversibilités énergétiques dues aux pertes de charges dans les différents circuits.

[0005] Çependant, il est assez rare de pouvoir augmenter ces pressions car il est nécessaire de valoriser l'énergie contenue dans les fluides résiduaires "non commercialisables" traditionnellement du fait de leurs puretés.

[0006] Les solutions classiques sont par exemple de :

• réinjecter ce résiduaire dans des turbines à gaz (cas en particulier des IGCC),
• turbiner à froid ce fluide de manière à produire du liquide,
• turbiner à température élevée (tel que décrit dans la demande de brevet EP-A-0402045).

[0007] DE-A-2553700 décrit un appareil de séparation d'air qui produit un débit gazeux enrichi en azote. Après une étape de compression, le débit gazeux est chauffé par échange de chaleur indirect à l'intérieur d'une chambre de combustion avant d'être détendu dans une turbine. Le gaz détendu dans la turbine sert à préchauffer le gaz comprimé à envoyer à la chambre de combustion. Le document décrit un procédé selon le préambule de la revendication 1.

[0008] US-A-3950957 divulgue un appareil de séparation d'air dont l'azote produit est détendu après s'être réchauffée dans une chaudière. Les calories restantes dans l'azote détendu sont transmises à la chaudière par échange de chaleur indirecte.

[0009] Dans US-A-5459994, un débit d'azote est détendu dans une turbine, mélangé avec de l'air, comprimé et envoyé à une chambre de combustion.

[0010] Dans US-A-4729217 après avoir été mélangé avec le carburant, l'azote est détendu dans une turbine et envoyé à une chambre de combustion.

[0011] US-A-4557735 décrit le cas dans lequel l'azote est détendu à une température cryogénique, comprimé, mélangé avec l'air et envoyé à une chambre de combustion.

[0012] EP-A-0959314 concerne un procédé de détente d'un mélange d'air et d'azote résiduaire, dans lequel le mélange est envoyé à une chambre de combustion.

[0013] Le schéma proposé correspond à turbiner l'azote résiduaire à température élevée de manière innovante et efficace.

[0014] Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé selon la revendication 1.

[0015] Optionnellement :

• la température d'entrée de l'azote dans la turbine est au moins 700°C.
• le débit gazeux enrichi en azote est comprimé à une pression entre 5 et 20 bars avant d'être détendu.
• l'air est refroidi après sa compression au moyen d'un groupe frigorifique à absorption et de l'eau pressurisée destinée au groupe frigorifique est chauffée par les gaz de la chambre de combustion additionnés du débit gazeux enrichi en azote.
• l'air est épuré dans un moyen d'épuration avant d'être envoyé à l'appareil de séparation, le moyen d'épuration est régénéré par un débit gazeux enrichi en azote et au moins une partie du débit ayant servi à la régénération est envoyé à la turbine de détente.
• le débit enrichi en azote est soutiré d'une simple colonne ou de la colonne moyenne pression et/ou de la colonne basse pression d'une double colonne ou de la colonne haute pression et/ou de la colonne à pression intermédiaire et/ou de la colonne basse pression d'une triple colonne.
• le débit enrichi en azote est mélangé avec un gaz enrichi en azote provenant d'une source extérieure avant d'être détendu dans la turbine.
• le débit enrichi en azote contient au moins 50 mol.% d'azote et entre 0.5 et 10% molaires d'oxygène.
• la colonne dont provient le débit enrichi en azote fonctionne entre substantiellement 2 et 7 bars.
• le débit enrichi en azote n'est pas mélangé avec de l'air avant d'etre détendu dans la turbine.
• on mélange un débit enrichi en azote, de préférence contenant au moins 50 mol.% d'azote, provenant d'une source extérieure, avec le débit enrichi en azote provenant de l'appareil de séparation d'air, en amont de la turbine de détente.

[0016] Selon un autre objet de l'invention, il est prévu une installation de séparation d'air selon la revendication 1.

[0017] Optionnellement l'installation peut comprendre :

• un groupe frigorifique dans lequel l'air est refroidi après sa compression, un circuit d'eau premurisée destinée au groupe frigorifique et des moyens pour chauffer le circuit d'eau pressurisée par les gaz de la chambre de combustion additionnés du débit gazeux enrichi en azote.
• un moyen d'épuration dans lequel l'air est épuré avant d'être envoyé à l'appareil de séparation, le moyen d'épuration étant régénéré par un débit gazeux enrichi en azote et des moyens pour envoyer au moins une partie du débit ayant servi à la régénération à la turbine de détente.
• des moyens pour soutirer le débit enrichi en azote d'une simple colonne ou de la colonne moyenne pression et/ou de la colonne basse pression d'une double colonne ou de la colonne haute pression et/ou de la colonne à pression intermédiaire et/ou de la colonne basse pression d'une triple colonne.
• des moyens pour mélanger un gaz résiduaire enrichi en azote (de préférence contenant au moins 50 mol.% d'azote) provenant d'une source extérieure avec le gaz enrichi en azote à détendre.

[0018] L'invention sera maintenant décrite en se référant à la Figure qui est un schéma d'une installation selon l'invention.

[0019] Un débit d'air 1 est comprimé dans un compresseur 3, refroidi au moyen d'un groupe frigorifique 5 et épuré dans des lits d'adsorbants 7.

[0020] Ensuite l'air est refroidi dans l'échangeur principal 9 avant d'être envoyé à la colonne moyenne pression d'une double colonne.

[0021] Du liquide riche est envoyé de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression et un gaz riche en oxygène est soutiré de la colonne basse pression. Ce gaz riche en oxygène peut éventuellement etre envoyé à une unité consommatrice d'oxygène qui produit un carburant 27 pour une chambre de combustion 15. Cette unité peut être un haut-fourneau, une unité de production d'acier ou d'autres métaux.

[0022] L'azote impur gazeux 11 contenant de moins de un à plusieurs pour cent molaires d'oxygène, disponible à température ambiante et pression modérée (2 à 7 bars) en tête de la colonne basse pression de la double colonne avec un débit de 50 000 Nm3/h à 500 000 Nm3/h est comprimé dans un compresseur 13 à une pression de l'ordre de 10 à 20 bars, après avoir régénéré le lit d'adsorbant 7. Il contient les impuretés piégées par celui-ci.

[0023] Ce fluide, alors à une température de l'ordre de 90 à 150°C (car il n'y a pas de réfrigérant final en aval du compresseur 13) est réchauffé, en deux étapes séparées A,B, dans une chambre de combustion 15 jusqu'à une température de l'ordre de 700 à 800°C.

[0024] La chambre de combustion 15 est alimentée par du carburant 27 et de l'air 25 comprimé ou une autre source d'oxygène. L'air comprimé peut provenir d'une soufflante FD (« forced draft fan »).

[0025] La chambre de combustion est éventuellement constituée par un four ayant au moins un brûleur.

[0026] L'azote résiduaire réchauffé est ensuite détendu jusqu'à une pression voisine de la pression atmosphérique dans une turbine de détente 17 couplée à un générateur électrique et/ou des moyens de compression de l'appareil de séparation d'air.

[0027] Le fluide détendu 19, d'une température de 350 à 450°C est alors mélangé aux fumées de la chambre de combustion à un niveau sensiblement identique, intermédiaire entre les deux étapes de réchauffage A,B précédemment citées de manière à minimiser les irréversibilités.

[0028] La chaleur résiduelle des fumées additionnées d'azote résiduaire est utilisée pour réchauffer de l'eau pressurisée 21 (à environ 110 - 130°C) nécessaire au fonctionnement du groupe frigorifique à absorption 5 (bromure de lithium ou équivalent) destiné à refroidir l'air entrant dans l'appareil de séparation d'air.

[0029] Le bilan énergétique global est particulièrement intéressant et permet de valoriser de l'énergie peu noble.

[0030] II y a adéquation entre les besoins du groupe frigorifique de l'appareil de séparation d'air et les calories disponibles dans les fumées de la chambre de combustion au niveau de température indiqué.

[0031] Ce schéma permet de valoriser l'énergie contenue dans l'azote résiduaire sans avoir les circuits coûteux nécessaires à la production d'eau de chaudière.

[0032] Du fait de l'injection d'azote résiduaire, la teneur en vapeur d'eau dans les fumées est relativement faible et permettrait de récupérer de l'énergie à des niveaux de température bas, sans risque de condensation (et donc de corrosion) dans la cheminée de la chambre de combustion.

[0033] Au moins une partie de l'azote résiduaire, de même que la chaleur disponible dans le système (compression ou chaleur résiduelle des fumées) peut être utilisée pour régénérer les lits d'adsorbants de l'appareil de séparation d'air avant d'être comprimée, chauffée dans la chambre de combustion et envoyée à la turbine.

[0034] Evidemment la double colonne de la Figure peut être remplacée par une triple colonne telle que celle de EP-A-0538118.

[0035] L'azote à détendre peut être extrait de la colonne opérant à la pression la plus basse et/ou de la colonne opérant à la pression la plus élevée et/ou de la colonne opérant à pression intermédiaire (dans le cas où l'appareil de séparation d'air serait une triple colonne).

[0036] La chambre de combustion peut être surdimensionnée de manière à pouvoir produire aussi de la vapeur, fonctionnant comme une chaudière.

[0037] Une partie de l'azote résiduaire peut être prélevé en différents points de manière à servir de gaz de palier et/ou de refroidissement des aubes ou du rotor de la turbine de détente de l'azote ou d'une autre turbine.

[0038] Une partie de l'azote résiduaire peut être injecté au niveau des brûleurs de la chambre de combustion pour contrôler le niveau en NO_x.

[0039] Le schéma peut évidemment être conçu sans compresseur d'azote surtout si la colonne basse pression opère à une pression au-dessus de 1,4 bar.

[0040] Dans de nombreuses raffineries il existe des unités de type FCC (fluidized catalytic cracking) où le gaz de régénération est disponible à environ 700°C et 3 à 4 bars. Ce gaz est généralement turbiné puis les calories sont récupérées.

[0041] Il se trouve que souvent, les FCC sont de taille modeste et donc l'investissement de la turbine ne se justifie pas économiquement. Nous pourrions donc proposer de détendre ce gaz en même temps après l'avoir mélangé avec l'azote.

[0042] Il est également possible de détendre d'autres gaz résiduaires à fort contenu en azote (au-dessus de 50 mol %) avec l'azote provenant de l'ASU.

[0043] En variante, ce ou ces gaz peut (peuvent) être mélangé(s) avec l'azote aux points indiqués par les flèches en pointillés 20,23,24,31 (avant ou après la première étape de chauffage, juste en amont de la turbine ou en amont du compresseur d'azote) en fonction de sa température et sa pression.

Application 1 : les FCC ou unités de craquage catalytique à lit fluide

Exemple de gaz :

[0044] 

N2	72.5%
Ar	1%
CO2	14%
O2	1%
H2O	11.5%
Traces de CO, NOx et SO2.

[0045] Le débit est du même ordre de grandeur que celui de l'azote résiduaire (soit 50 000 Nm3/h à 500 000 Nm3/h). La pression est typiquement de 2 à 6 bar abs.

[0046] Nota : la régénération du FCC peut être améliorée par enrichissement de l'air. Dans ce cas l'oxygène destiné à l'enrichissement peut provenir de l'ASU qui fournit l'azote.

Deuxième cas d'application : les unités d'acide nitrique

[0047] Dans ces unités un gaz contenant au moins 50 mol.% d'azote est produit en tête d'une colonne d'absorption, alimentée par de l'air.
D'autres intégrations plus complètes sont aussi possibles :

• soit au niveau de l'injection d'oxygène pour la production de gaz de synthèse permettant de fabriquer de l'ammoniac qui sert ensuite à faire de l'acide nitrique.
• soit par enrichissement de l'air destiné à l'usine d'acide nitrique proprement dite (appliqué en général lors de dégoulottage). Il s'agit là d'un petit débit.

[0048] La pression est typiquement de 2 à 10 bar abs et le débit de 20 000 Nm3/h à 200 000 Nm3/h.

Revendications

1. Procédé de séparation d'air dans lequel un débit d'air comprimé et épuré est séparé dans un appareil de séparation d'air (10) pour produire un débit gazeux (11) enrichi en azote à entre 2 et 7 bars, le débit gazeux enrichi en azote est détendu dans une turbine (17) et le débit gazeux détendu (19) est envoyé à une zone de convection située en aval d'une chambre de combustion (15), le débit gazeux étant détendu sans avoir été mélangé avec un débit de carburant et sans être mélangé avec un débit d'air après sa détente, le débit gazeux (11) enrichi en azote est préchauffé par échange de chaleur indirect avec les gaz à l'intérieur de la zone de convection de la chambre de combustion (15) avant d'être détendu caractérisé en ce que le débit enrichi en azote (11) est préchauffé par échange indirect dans la chambre de combustion en une étape jusqu'à une température intermédiaire et ensuite en une deuxième étape jusqu'à la température d'entrée de la turbine et le gaz détendu envoyé dans la chambre de combustion (15) cède des calories au débit gazeux à détendre lors de la première étape de préchauffage.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la température d'entrée de l'azote dans la turbine (17) est au moins 700°C.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le débit gazeux enrichi en azote est comprimé à une pression entre 5 et 20 bars avant d'être détendu.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel l'air est refroidi après sa compression au moyen d'un groupe frigorifique (5) et de l'eau pressurisée (21) destinée au groupe frigorifique est chauffée par les gaz de la chambre de combustion additionnés du débit gazeux enrichi en azote.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'air est épuré dans un moyen d'épuration (7) avant d'être envoyé à l'appareil de séparation, le moyen d'épuration est régénéré par un débit gazeux (11) enrichi en azote et au moins une partie du débit ayant servi à la régénération est envoyé à la turbine de détente (17).

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le débit enrichi en azote (11) est.soutiré d'une simple colonne ou de la colonne moyenne pression et/ou de la colonne basse pression d'une double colonne ou de la colonne haute pression et/ou de la colonne à pression intermédiaire et/ou de la colonne basse pression d'une triple colonne.

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le débit enrichi en azote (11) contient au moins 50 mol.% d'azote et entre 0.5 et 10% molaires d'oxygène.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel on mélange un débit enrichi en azote (20,23,24,31), de préférence contenant au moins 50 mol.% d'azote, provenant d'une source extérieure,avec le débit enrichi en azote (11,19) provenant de l'appareil de séparation d'air (10), en amont de la turbine de détente (17).

9. Installation de séparation d'air pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes comprenant :

i) un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique (10)

ii) une chambre de combustion (15) suivie d'une zone de récupération de chaleur comportant au moins une zone de convection

iii) une turbine de détente (17)

iv) des moyens (3) pour envoyer de l'air à l'appareil de séparation d'air par distillation cryogénique

v) des moyens pour soutirer un débit gazeux enrichi en azoté (11) de l'appareil de séparation d'air par distillation cryogénique

vi) des moyens pour envoyer le débit gazeux enrichi en azote à la turbine de détente et

vii) des moyens pour envoyer le débit gazeux enrichi en azote de la turbine de détente à la zone de convection située en aval de la chambre de combustion et ne comprenant ni moyens pour mélanger de l'air au gaz enrichi en azote en aval de la turbine et en amont de la chambre de combustion ni moyens pour mélanger du carburant avec le gaz enrichi en azote avant sa détente.

viii) des moyens pour préchauffer le débit gazeux enrichi en azote (11) par échange de chaleur indirect avec les gaz à l'intérieur de la chambre de combustion (15) en amont de la turbine de détente (17), caractérisé en ce que les moyen viii) sont des moyens pour préchauffer le débit enrichi en azote par échange indirect dans la chambre de combustion en une étape jusqu'à une température intermédiaire et ensuite en une deuxième étape jusqu'à la température d'entrée de la turbine et comprenant des moyens pour envoyer le gaz détendu à la chambre de combustion afin de chauffer le débit gazeux à détendre.

10. Installation selon la revendication 9, comprenant un groupe frigorifique (5) dans lequel l'air est refroidi après sa compression, un circuit d'eau pressurisée (21) destinée au groupe frigorifique et des moyens pour chauffer le circuit d'eau pressurisée par les gaz de la chambre de combustion additionnés du débit gazeux enrichi en azote.

11. Installation selon l'une des revendications 9 ou 10, comprenant un moyen d'épuration (7) dans lequel l'air est épuré avant d'être envoyé à l'appareil de séparation, le moyen d'épuration étant régénéré par un débit gazeux enrichi en azote (11) et des moyens pour envoyer au moins une partie du débit ayant servi à la régénération à la turbine de détente.

12. Installation selon l'une des revendications 9 à 11, comprenant des moyens pour soutirer le débit enrichi en azote d'une simple colonne ou de la colonne moyenne pression et/ou de la colonne basse pression d'une double colonne ou de la colonne haute pression et/ou de la colonne à pression intermédiaire et/ou de la colonne basse pression d'une triple colonne ou d'une colonne de mélange.

13. Installation selon l'une des revendications 9 à 12, comprenant des moyens pour mélanger un gaz résiduaire enrichi en azote (20,23,24,31), de préférence contenant au moins 50 mol.% d'azote, provenant d'une source extérieure avec le gaz enrichi.en azote à détendre.

Ansprüche

1. Verfahren zur Luftzerlegung, bei dem eine komprimierte und gereinigte Luftmenge in einer Luftzerlegungsanlage (10) zerlegt wird, um eine mit Stickstoff zu zwischen 2 und 7 bar angereicherte Gasmenge (11) zu erzeugen, wobei die mit Stickstoff angereicherte Gasmenge in einer Turbine (17) aufbewahrt wird, und wobei die aufbewahrte Gasmenge (19) an eine Konvektionszone geschickt wird, die sich stromabwärts zu einer Verbrennungskammer (15) befindet, wobei die Gasmenge aufbewahrt wird, ohne mit einer Treibstoffmenge gemischt worden zu sein und ohne mit einer Luftmenge nach ihrer Expansion gemischt zu werden, wobei die mit Stickstoff angereicherte Gasmenge (11) durch indirekten Wärmeaustausch mit den Gasen im Inneren der Konvektionszone der Verbrennungskammer (15) vorerhitzt wird, bevor sie expandiert, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Stickstoff angereicherte Menge (11) durch indirekten Austausch in der Verbrennungskammer in einem Schritt bis zu einer Zwischentemperatur und dann in einem zweiten Schritt bis zu der Eintrittstemperatur der Turbine vorerhitzt wird, wobei das in die Verbrennungskammer (15) geschickte aufbewahrte Gas während des ersten Vorerhitzungsschrittes an die zu expandierende Gasmenge Kalorien abgibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Eintrittstemperatur des Stickstoffs in die Turbine (17) mindestens 700° C beträgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem die mit Stickstoff angereicherte Gasmenge bei einem Druck zwischen 5 und 20 bar komprimiert wird, bevor sie expandiert wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Luft nach ihrer Kompression mit Hilfe einer Kühlgruppe (5) gekühlt und Druckwasser (21), das für die Kühlgruppe bestimmt ist, durch die Gase der Verbrennungskammer, die der mit Stickstoff angereicherten Gasmenge hinzugefügt werden, erhitzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Luft in einem Reinigungsmittel (7) gereinigt wird, bevor sie an die Zerlegungsanlage geschickt wird, wobei das Reinigungsmittel durch eine mit Stickstoff angereicherte Gasmenge (11) regeneriert wird und zumindest ein Teil der Menge, die zur Regeneration gedient hat, an die Expansionsturbine (17) geschickt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mit Stickstoff angereicherte Menge (11) aus einer einfachen Säule oder aus der Mitteldrucksäule und/oder aus der Niederdrucksäule einer doppelten Säule oder aus der Hockdrucksäule und/oder der Zwischendrucksäule und/oder der Niederdrucksäule einer dreifachen Säule entnommen wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die mit Stickstoff angereicherte Menge (11) mindestens 50 Mol-% Stickstoff und zwischen 0,5 und 10 Mol-% Sauerstoff enthält.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine mit Stickstoff angereicherte Menge (20, 23, 24, 31), die vorzugsweise mindestens 50 Mol-% Stickstoff enthält, der von einer äußeren Quelle kommt, mit der mit Stickstoff angereicherten Menge (11, 19), die von der Luftzerlegungsanlage (10) kommt, stromaufwärts zu der Expansionsturbine (17) gemischt wird.

9. Luftzerlegungsanlage für den Einsatz eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend:

i) eine Luftzerlegungsanlage (10) durch kryogene Destillation,

ii) eine Verbrennungskammer (15), gefolgt von einer Wärmewiedergewinnungszone, mindestens umfassend eine Konvektionszone,

iii) eine Expansionsturbine (17),

iv) Mittel, um Luft an die Luftzerlegungsanlage durch kryogene Destillation zu schicken,

v) Mittel, um eine mit Stickstoff angereicherte Gasmenge (11) aus der Luftzerlegungsanlage durch kryogene Destillation zu entnehmen,

vi) Mittel, um die mit Stickstoff angereicherte Gasmenge an die Expansionsturbine zu schicken, und

vii) Mittel, um die mit Stickstoff angereicherte Gasmenge von der Expansionsturbine zur stromabwärts zur Verbrennungskammer angeordneten Konvektionszone zu schicken,
weder umfassend Mittel, um Luft mit dem mit Stickstoff angereicherten Gas stromabwärts zur Turbine und stromaufwärts zur Verbrennungskammer zu mischen, noch umfassend Mittel, um Treibstoff mit dem mit Stickstoff angereicherten Gas vor seiner Expansion zu mischen,

viii) Mittel, um die mit Stickstoff angereicherte Gasmenge (11) durch indirekten Wärmeaustausch mit den Gasen im Inneren der Verbrennungskammer (15) stromaufwärts zur Expansionsturbine (17) vorzuerhitzen,

dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel viii) Mittel sind, um die mit Stickstoff angereicherte Menge durch indirekten Austausch in der Verbrennungskammer in einem Schritt bis zu einer Zwischentemperatur und dann in einem zweiten Schritt bis zur Eintrittstemperatur der Turbine vorzuerhitzen, und umfassend Mittel, um das expandierte Gas an die Verbrennungskammer zu schicken, um die zu expandierende Gasmenge zu erhitzen.

10. Anlage nach Anspruch 9, umfassend eine Kühlgruppe (5), in der die Luft nach ihrer Kompression gekühlt wird, einen Druckwasserkreis (21), der für die Kühlgruppe bestimmt ist, und Mittel, um den Druckwasserkreis durch die Gase der Verbrennungskammer, die der mit Stickstoff angereicherten Gasmenge hinzugefügt werden, zu erhitzen.

11. Anlage nach einem der Ansprüche 9 oder 10, umfassend ein Reinigungsmittel (7), in dem die Luft gereinigt wird, bevor sie an die Luftzerlegungsanlage geschickt wird, wobei das Reinigungsmittel durch eine mit Stickstoff angereicherte Gasmenge (11) regeneriert wird, und Mittel, um zumindest einen Teil der Menge, die für die Regeneration gedient hat, an die Expansionsturbine zu schicken.

12. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 11, umfassend Mittel, um die mit Stickstoff angereicherte Menge aus einer einfachen Säule oder aus der Mitteldrucksäule und/oder der Niederdrucksäule einer doppelten Säule oder aus der Hochdrucksäule und/oder der Zwischendrucksäule und/oder der Niederdrucksäule einer dreifachen Säule oder aus einer Mischsäule zu entnehmen.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, umfassend Mittel, um ein mit Stickstoff angereichertes Restgas (20, 23, 24, 31), das vorzugsweise mindestens 50 Mol-% Stickstoff enthält, der von einer äußeren Quelle kommt, mit dem zu expandierenden mit Stickstoff angereicherten Gas zu mischen.

Claims

1. Air separation process in which a stream of compressed and purified air is separated in an air separation unit (10) in order to produce a nitrogen-enriched gas stream (11) at between 2 and 7 bar, the nitrogen-enriched gas stream is expanded in a turbine (17) and the expanded gas stream (19) is sent to a convection region located downstream of a combustion chamber (15), the gas stream being expanded without having been mixed with a stream of fuel and without being mixed with a stream of air after its expansion, the nitrogen-enriched gas stream (11) is preheated by indirect heat exchange with the gases inside the convection region of the combustion chamber (15) before being expanded, characterized in that the nitrogen-enriched stream (11) is preheated by indirect exchange in the combustion chamber in one step up to an intermediate temperature and then in a second step up to the turbine entry temperature and the expanded gas sent into the combustion chamber (15) gives up heat to the gas stream to be expanded during the first preheating step.

2. Process according to Claim 1, in which the temperature at which the nitrogen enters the turbine (17) is at least 700°C.

3. Process according to either of Claims 1 and 2, in which the nitrogen-enriched gas stream is compressed to a pressure of between 5 and 20 bar before being expanded.

4. Process according to one of Claims 1 to 3, in which the air is cooled after its compression by means of a refrigerating unit (5) and pressurized water (21) intended for the refrigerating unit is heated by the gases from the combustion chamber to which gases the nitrogen-enriched gas stream is added.

5. Process according to one of the preceding claims, in which the air is purified in a purifying means (7) before being sent to the separation unit, the purifying means is regenerated by a nitrogen-enriched gas stream (11) and at least one portion of the stream that has served for the regeneration is sent to the expansion turbine (17).

6. Process according to one of the preceding claims, in which the nitrogen-enriched stream (11) is withdrawn from a single column or from the medium-pressure column and/or the low-pressure column of a double column or from the high-pressure column and/or the intermediate-pressure column and/or the low-pressure column of a triple column.

7. Process according to one of the preceding claims, in which the nitrogen-enriched stream (11) contains at least 50 mol% nitrogen and between 0.5 and 10 mol% oxygen.

8. Process according to one of the preceding claims, in which a nitrogen-enriched stream (20, 23, 24, 31), preferably containing at least 50 mol% nitrogen, coming from an external source, is mixed with the nitrogen-enriched stream (11, 19) coming from the air separation unit (10), upstream of the expansion turbine (17).

9. Air separation plant for the implementation of a process according to one of the preceeding claims, which comprises characterized in that means viii) are:

i) an air separation unit (10) operating by cryogenic distillation;

ii) a combustion chamber (15) followed by a heat-recovery region comprising at least one convection region,

iii) an expansion turbine (17);

iv) means (3) for sending air to the air separation unit operating by cryogenic distillation;

v) means for withdrawing a nitrogen-enriched gas stream (11) from the air separation unit operating by cryogenic distillation;

vi) means for sending the nitrogen-enriched gas stream to the expansion turbine; and

vii) means for sending the nitrogen-enriched gas stream from the expansion turbine to the convection region located downstream of the combustion chamber, and which comprises neither means for mixing air with the nitrogen-enriched gas downstream of the turbine and upstream of the combustion chamber nor means for mixing fuel with the nitrogen-enriched gas before its expansion; and

viii) means for preheating the nitrogen-enriched gas stream (11) by indirect heat exchange with the gases inside the combustion chamber (15) upstream of the expansion turbine (17),

characterized in that the means viii) are means for preheating the nitrogen-enriched stream by indirect exchange in the combustion chamber in one step up to an intermediate temperature and then in a second step up to the turbine entry temperature and include means for sending the expanded gas to the combustion chamber so as to heat the gas stream to be expanded.

10. Plant according to Claim 9, comprising a refrigerating unit (5) in which the air is cooled after it has been compressed, a pressurized-water circuit (21) intended for the refrigerating unit and a means for heating the pressurized-water circuit by the gases from the combustion chamber, to which gases the nitrogen-enriched gas stream has been added.

11. Plant according to either of Claims 9 and 10, comprising a purifying means (7) in which the air is purified before being sent to the separation unit, the purifying means being regenerated by a nitrogen-enriched gas stream (11), and means for sending at least a portion of the stream that has served for the regeneration to the expansion turbine.

12. Plant according to one of Claims 9 to 11, comprising means for withdrawing the nitrogen-enriched stream from a single column or from the medium-pressure column and/or low-pressure column of a double column or from the high-pressure column and/or the intermediate-pressure column and/or the low-pressure column of a triple column or of a mixing column.

13. Plant according to one of Claims 9 to 12, comprising means for mixing a nitrogen-enriched waste gas (20, 23, 24, 31), preferably containing at least 50 mol% nitrogen, coming from an external source with the nitrogen-enriched gas to be expanded.

Dessins