PROCÉDÉ ET APPAREIL DE SÉPARATION D'AIR PAR DISTILLATION CRYOGÉNIQUE

Description

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

[0002] Dans le cadre de la fourniture d'oxygène aux procédés de gazéification, la consommation d'oxygène impur (typiquement de l'ordre de 95% mol.) sous pression (typiquement 50 bara et plus) s'accompagne d'une consommation d'azote sous pression pour le gazéifieur et pour la turbine à gaz associée.

[0003] Lorsque le client valorise l'ensemble de l'azote sous pression disponible, les schémas avec colonne basse pression sous pression permettent d'obtenir de bonne énergie de séparation de l'oxygène. Une colonne basse pression est dite « sous pression » quand elle opère à une pression supérieure à 2 bars abs.

[0004] On propose d'améliorer l'efficacité d'un tel système par une intégration thermique entre colonnes plus poussée.

[0005] L'invention est particulière intéressante sur des schémas qui ont naturellement un bout chaud de la ligne d'échange écarté ou si l'on dispose de puissance frigorifique à valoriser.

[0006] Un écart typique de bout chaud d'un procédé dans lequel cette invention serait employée serait entre 6 et 10°C.

[0007] US-A-5341646 décrit un appareil de séparation comprenant trois colonnes, une colonne haute pression, une colonne basse pression et une colonne à pression intermédiaire opérant à une pression entre la basse pression et la haute pression.

[0008] De l'air est envoyé à la colonne haute pression et l'azote de tête de la colonne haute pression se condense dans un condenseur intermédiaire de la colonne à pression intermédiaire. Un débit d'azote de cycle se condense dans le condenseur de cuve de la colonne à pression intermédiaire. De l'azote gazeux est produit en tête de la colonne intermédiaire.

[0009] L'azote de tête de la colonne à pression intermédiaire se condense dans la cuve de la colonne basse pression et de l'oxygène liquide provenant de la colonne basse pression est pressurisé et se vaporise dans la ligne d'échange.

[0010] US-A-6286336 et US-A-5675977 décrivent un procédé et un appareil selon les préambules des revendications 1 et 8 respectivement. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans un ensemble de colonnes comprenant une première colonne opérant à une première pression, une deuxième colonne opérant à une deuxième pression inférieure à la première pression et une troisième colonne opérant à une troisième pression inférieure à la deuxième pression dans lequel :

i) de l'air comprimé, épuré et refroidi est envoyé à la première colonne où il se sépare pour former un liquide enrichi en oxygène et un gaz enrichi en azote

ii) une partie du gaz enrichi en azote de la première colonne se condense dans un vaporiseur-condenseur de cuve de la deuxième colonne,

iii) du liquide enrichi en oxygène est envoyé de la première colonne à la deuxième colonne,

iv) un liquide enrichi en oxygène est envoyé de la cuve de la deuxième colonne à la troisième colonne,

v) un gaz enrichi en azote est envoyé de la tête de la deuxième colonne à un premier vaporiseur-condenseur de la troisième colonne où il se condense, le liquide condensé étant renvoyé à la deuxième colonne,

vi) un gaz riche en azote est soutiré en tête de la troisième colonne,

vii) un liquide contenant au moins 85% d'oxygène est soutiré en cuve de la troisième colonne, pressurisé et vaporisé pour former un produit gazeux contenant au moins 85% d'oxygène,

caractérisé en ce que le premier vaporiseur-condenseur de la troisième colonne est un vaporiseur-condenseur disposé à un point intermédiaire de la troisième colonne, la troisième colonne a un deuxième vaporiseur-condenseur qui est un vaporiseur-condenseur de cuve, un gaz enrichi en azote de la deuxième colonne est comprimé dans un compresseur ayant une température d'entrée inférieure à la température ambiante et envoyé au deuxième vaporiseur-condenseur pour s'y condenser, le vaporiseur-condenseur de la deuxième colonne est le seul vaporiseur-condenseur présent dans la deuxième colonne, le gaz de tête de la première colonne est envoyé au vaporiseur-condenseur de la deuxième colonne sans avoir été comprimé, éventuellement un liquide riche en azote est pressurisé puis envoyé de la tête de la deuxième colonne à la tête de la première colonne et de l'azote gazeux est soutiré en tête de la première colonne et réchauffé pour former un produit du procédé.

[0011] Selon d'autres caractéristiques facultatives :

• on envoie un liquide intermédiaire de la première colonne vers la troisième colonne.
• tout le gaz enrichi en azote de la tête de la deuxième colonne est envoyé aux premier et deuxième vaporiseurs-condenseurs.
• le liquide contenant au moins 85% d'oxygène est pressurisé à une pression supérieure à 30 bars abs, préférentiellement supérieure à 40 bara avant d'être vaporisé ou pseudo-vaporisé.
• la troisième pression est supérieure à 2 bars abs.
• le compresseur ayant une température d'entrée inférieure à la température ambiante a une température d'entrée supérieure à la température de vaporisation du liquide contenant au moins 85% d'oxygène moins 5°C.
• le liquide contenant au moins 85% d'oxygène se vaporise dans un échangeur de chaleur où se refroidit l'air comprimé, l'écart des températures au bout chaud de l'échangeur de chaleur étant inférieur à 10°C, préférentiellement inférieure à 6°C.

[0012] Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant un ensemble de colonnes comprenant une première colonne opérant à une première pression, une deuxième colonne opérant à une deuxième pression inférieure à la première pression et une troisième colonne opérant à une troisième pression inférieure à la deuxième pression, la deuxième colonne ayant un vaporiseur-condenseur de cuve, le troisième colonne ayant un premier vaporiseur-condenseur, une conduite pour envoyer de l'air comprimé, épuré et refroidi à la première colonne où il se sépare pour former un liquide enrichi en oxygène et un gaz enrichi en azote, une conduite pour envoyer une partie du gaz enrichi en azote de la première colonne se condenser dans le vaporiseur-condenseur de cuve de la deuxième colonne, une conduite pour envoyer du liquide enrichi en oxygène de la première colonne à la deuxième colonne, une conduite pour envoyer un liquide enrichi en oxygène de la cuve de la deuxième colonne à la troisième colonne, une conduite pour envoyer un gaz enrichi en azote de la tête de la deuxième colonne à un premier vaporiseur-condenseur de la troisième colonne où il se condense, une conduite pour envoyer le liquide condensé du premier vaporiseur-condenser à la deuxième colonne, une conduite pour soutirer un gaz riche en azote en tête de la troisième colonne, une conduite pour soutirer un liquide contenant au moins 85% d'oxygène en cuve de la troisième colonne, des moyens pour pressuriser le liquide et un échangeur de chaleur pour vaporiser le liquide pressurisé pour former un produit gazeux contenant au moins 85% d'oxygène caractérisé en ce que le premier vaporiseur-condenseur de la troisième colonne est un vaporiseur-condenseur disposé à un point intermédiaire de la troisième colonne, la troisième colonne a un deuxième vaporiseur-condenseur qui est un vaporiseur-condenseur de cuve, un gaz enrichi en azote de la deuxième colonne est comprimé dans un compresseur ayant une température d'entrée inférieure à la température ambiante et envoyé au deuxième vaporiseur-condenseur pour s'y condenser, le vaporiseur-condenseur de la deuxième colonne est le seul vaporiseur-condenseur présent dans la deuxième colonne, l'appareil comprend des moyens pour envoyer le gaz de tête de la première colonne au vaporiseur-condenseur de la deuxième colonne sans avoir été comprimé, éventuellement des moyens pour pressuriser un liquide riche en azote et des moyens pour envoyer le liquide riche pressurisé de la tête de la deuxième colonne à la tête de la première colonne, et une conduite pour soutirer un gaz riche en azote en tête de la première colonne et des moyens pour le réchauffer pour former un produit du procédé.

[0013] L'appareil peut comprendre des moyens pour envoyer un liquide intermédiaire de la première colonne vers la troisième colonne.

[0014] L'appareil peut comprendre des moyens pour envoyer tout le gaz enrichi en azote de la tête de la deuxième colonne aux premier et deuxième vaporiseurs-condenseurs.

[0015] L'utilisation du compresseur froid permet de réduire fortement, par effet de cascade, la pression de la première colonne, ce qui permet un gain appréciable d'énergie.

[0016] L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la figure.

[0017] L'appareil de séparation d'air comprend un échangeur de chaleur 13, un échangeur de chaleur 49, une première colonne 21 opérant à une première pression entre 11 et 20 bara, une deuxième colonne 23 opérant à une deuxième pression inférieure à la première pression et entre 1 et 11 bara et une troisième colonne 25 opérant à une troisième pression inférieure à la deuxième pression. La troisième pression est entre 2 bars abs et 6 bara.

[0018] L'air 1 est comprimé à la première pression et puis divisé en deux. Une partie 5 à la première pression se refroidit dans l'échangeur 13 et est envoyé à la première colonne 21 sous forme gazeuse. Le reste 3 est surpressé dans le surpresseur 7 jusqu'à une pression de 49 bara et divisé en deux. Une partie 15 est envoyée à l'échangeur 13 où elle est refroidie jusqu'à une température intermédiaire de l'échangeur puis détendue dans une turbine Claude 11 et envoyée à la colonne 21 après être mélangé au débit 5 pour former le débit 14. Le reste 17 de l'air surpressé est de nouveau surpressé dans un surpresseur 9 couplé à la turbine 11 et envoyé à l'échangeur 13 où il se refroidit. Le débit 17 refroidi et pseudo-liquéfié est détendu dans une turbine 19 pour former un débit au moins partiellement liquide qui est envoyé à la colonne 21. Tout l'air 1 est envoyé à la colonne 21 où il se sépare.

[0019] Un débit enrichi en oxygène 33 est envoyé de la première colonne vers le milieu de la deuxième colonne 23 après détente. Un débit intermédiaire 35 est envoyé de la première colonne à la troisième colonne 25 après sous-refroidissement dans 49, puis détente. De l'azote liquide 37 de la tête de la première colonne 21 est sous-refroidi, puis détendu et envoyé à la tête de la troisième colonne 25 après sous-refroidissement dans 49, puis détente. De l'azote gazeux 65 est soutiré de la première colonne et se réchauffe dans l'échangeur 13 pour former un produit d'azote sous pression entre 11 et 20 bara.

[0020] Une autre partie de l'azote se condense dans le vaporiseur-condenseur de cuve 27 de la deuxième colonne et est renvoyée en tête de la première colonne.

[0021] Un liquide de cuve 51 de la deuxième colonne 23 est sous-refroidi, puis détendu et envoyé à un niveau intermédiaire de la troisième colonne 25. Un liquide de tête 39 de la deuxième colonne 23 est divisé en deux, une partie 55 étant sous-refroidi, puis détendu et envoyé en tête de la troisième colonne 25 et le reste 53 étant pressurisé par une pompe 57 pour être renvoyé en tête de la première colonne 21. Un gaz de tête 41 de la deuxième colonne 23 est divisé en deux. Une partie 43 est envoyée à un premier vaporiseur-condenseur 31 qui se trouve à un niveau intermédiaire de la troisième colonne 25. La partie 43 s'y condense et est envoyé en tête de la deuxième colonne 23. L'autre partie 45 du gaz 41 est renvoyée à l'échangeur de chaleur 13 où elle se réchauffe jusqu'à une température de -120°C. La partie 45 se réchauffe à une température supérieure à la température de vaporisation du liquide 59 moins 5°C. Dans cet exemple, la partie 45 est à un niveau de température pas plus que 5°C en dessous du palier de vaporisation de l'oxygène sous pression. La partie 45 peut également être à un niveau de température au-dessus de ce palier. Ensuite le gaz 45 est comprimé dans un compresseur 47, renvoyée à l'échangeur 13 où elle se refroidit jusqu'au bout froid et envoyé au deuxième vaporiseur- condenseur 29 qui est un vaporiseur-condenseur de cuve de la troisième colonne 25. La partie 45 se condense dans le vaporiseur-condenseur 29 et le débit condensé est détendu et envoyé en tête de la deuxième colonne 23.

[0022] Un gaz de tête 63 est soutiré en tête de la troisième colonne 25 et se réchauffe dans les échangeurs 49, 13 pour servir de résiduaire. Le liquide de cuve 59 de la troisième colonne 25 contient au moins 85% mol d'oxygène, voire au moins 95% mol d'oxygène mais moins que 98% d'oxygène. Ce liquide 59 est pressurisé par la pompe 61 jusqu'à une pression d'au moins 30 bars abs et ensuite se vaporise (ou se pseudo-vaporise si sa pression est supercritique) dans l'échangeur 13 pour former un débit d'oxygène pressurisé à envoyer au gazéifieur.

[0023] L'écart des températures au bout chaud de l'échangeur de chaleur 13 étant inférieur à 10°C, préférentiellement inférieur à 6°C, par exemple entre 2 et 3°C.

Revendications

1. Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans un ensemble de colonnes comprenant une première colonne opérant à une première pression (21), une deuxième colonne (23) opérant à une deuxième pression inférieure à la première pression et une troisième colonne (25) opérant à une troisième pression inférieure à la deuxième pression dans lequel :

i) de l'air comprimé, épuré et refroidi est envoyé à la première colonne où il se sépare pour former un liquide enrichi en oxygène et un gaz enrichi en azote,

ii) une partie du gaz enrichi en azote de la première colonne se condense dans un vaporiseur-condenseur de cuve (27) de la deuxième colonne,

iii) du liquide enrichi en oxygène (33) est envoyé de la première colonne à la deuxième colonne,

iv) un liquide enrichi en oxygène est envoyé de la cuve de la deuxième colonne à la troisième colonne,

v) un gaz enrichi en azote (43) est envoyé de la tête de la deuxième colonne à un premier vaporiseur-condenseur (31) de la troisième colonne où il se condense, le liquide condensé étant renvoyé à la deuxième colonne,

vi) un gaz riche en azote (63) est soutiré en tête de la troisième colonne,

vii) un liquide (59) contenant au moins 85% d'oxygène est soutiré en cuve de la troisième colonne, pressurisé et vaporisé pour former un produit gazeux contenant au moins 85% d'oxygène, et dans lequel le premier vaporiseur-condenseur de la troisième colonne est un vaporiseur-condenseur disposé à un point intermédiaire de la troisième colonne, la troisième colonne a un deuxième vaporiseur-condenseur (29) qui est un vaporiseur-condenseur de cuve, le vaporiseur-condenseur (27) de la deuxième colonne est le seul vaporiseur-condenseur présent dans la deuxième colonne, le gaz de tête de la première colonne est envoyé au vaporiseur-condenseur de la deuxième colonne sans avoir été comprimé, éventuellement de l'azote gazeux est soutiré en tête de la première colonne et réchauffé pour former un produit du procédé,
caractérisé en ce qu'un gaz enrichi en azote de la deuxième colonne est comprimé dans un compresseur (47) ayant une température d'entrée inférieure à la température ambiante et envoyé au deuxième vaporiseur-condenseur pour s'y condenser, éventuellement un liquide riche en azote est pressurisé puis envoyé de la tête de la deuxième colonne à la tête de la première colonne.

2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on envoie un liquide intermédiaire (35) de la première colonne (21) vers la troisième colonne (25).

3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel tout le gaz enrichi en azote de la tête de la deuxième colonne est envoyé aux premier et deuxième vaporiseurs-condenseurs (29, 31).

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le liquide (59) contenant au moins 85% d'oxygène est pressurisé à une pression supérieure à 30 bars abs, préférentiellement supérieure à 40 bara avant d'être vaporisé ou pseudo-vaporisé.

5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la troisième pression est supérieure à 2 bars abs.

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le compresseur (47) ayant une température d'entrée inférieure à la température ambiante a une température d'entrée supérieure à la température de vaporisation du liquide contenant au moins 85% d'oxygène moins 5°C.

7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le liquide contenant au moins 85% d'oxygène se vaporise dans un échangeur de chaleur (13) où se refroidit l'air comprimé, l'écart des températures au bout chaud de l'échangeur de chaleur étant inférieur à 10°C, préférentiellement inférieur à 6°C.

8. Appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant un ensemble de colonnes comprenant une première colonne (21) opérant à une première pression, une deuxième colonne (23) opérant à une deuxième pression inférieure à la première pression et une troisième colonne (25) opérant à une troisième pression inférieure à la deuxième pression, la deuxième colonne ayant un vaporiseur-condenseur (27) de cuve, la troisième colonne ayant un premier vaporiseur-condenseur (31), une conduite pour envoyer de l'air comprimé, épuré et refroidi à la première colonne où il se sépare pour former un liquide enrichi en oxygène et un gaz enrichi en azote, une conduite pour envoyer une partie du gaz enrichi en azote de la première colonne se condenser dans le vaporiseur-condenseur de cuve de la deuxième colonne, une conduite pour envoyer du liquide enrichi en oxygène (33) de la première colonne à la deuxième colonne, une conduite pour envoyer un liquide enrichi en oxygène de la cuve de la deuxième colonne à la troisième colonne, une conduite pour envoyer un gaz enrichi en azote (43) de la tête de la deuxième colonne au premier vaporiseur-condenseur de la troisième colonne où il se condense, une conduite pour envoyer le liquide condensé du premier vaporiseur-condenser à la deuxième colonne, une conduite pour soutirer un gaz riche en azote (63) en tête de la troisième colonne, une conduite pour soutirer un liquide contenant au moins 85% d'oxygène (59) en cuve de la troisième colonne, des moyens (61) pour pressuriser le liquide et un échangeur de chaleur pour vaporiser le liquide pressurisé pour former un produit gazeux contenant au moins 85% d'oxygène dans lequel le premier vaporiseur-condenseur de la troisième colonne est un vaporiseur-condenseur disposé à un point intermédiaire de la troisième colonne, la troisième colonne a un deuxième vaporiseur-condenseur (29) qui est un vaporiseur-condenseur de cuve, le vaporiseur-condenseur de la deuxième colonne est le seul vaporiseur-condenseur présent dans la deuxième colonne, l'appareil comprend des moyens pour envoyer le gaz de tête de la première colonne au vaporiseur-condenseur de la deuxième colonne sans avoir été comprimé, éventuellement une conduite pour soutirer un gaz riche en azote en tête de la première colonne et des moyens pour le réchauffer pour former un produit du procédé,
caractérisé en ce que l'appareil comprend des moyens pour soutirer un gaz enrichi en azote de la deuxième colonne, pour le comprimer dans un compresseur (47) ayant une température d'entrée inférieure à la température ambiante et pour l'envoyer au deuxième vaporiseur-condenseur pour s'y condenser, éventuellement des moyens pour pressuriser un liquide riche en azote et des moyens pour envoyer le liquide riche pressurisé de la tête de la deuxième colonne à la tête de la première colonne.

9. Appareil selon la revendication 8 comprenant des moyens pour envoyer un liquide intermédiaire (35) de la première colonne vers la troisième colonne.

10. Appareil selon l'une des revendications 8 ou 9 comprenant des moyens pour envoyer tout le gaz enrichi en azote de la tête de la deuxième colonne aux premier et deuxième vaporiseurs-condenseurs (29, 31).

11. Appareil selon l'une des revendications 8 à 10 comprenant des moyens pour pressuriser le liquide contenant au moins 85% d'oxygène à une pression supérieure à 30 bars abs, préférentiellement supérieure à 40 bara avant d'être vaporisé ou pseudo-vaporisé.

12. Appareil selon l'une des revendications 8 à 11 comprenant un échangeur de chaleur, des moyens pour y envoyer l'air comprimé se refroidir et des moyens pour y envoyer le liquide contenant au moins 85% d'oxygène se vaporiser.

Ansprüche

1. Verfahren zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturdestillation in einer Kolonnenanordnung, welche eine erste Kolonne, die auf einem ersten Druck (21) arbeitet, eine zweite Kolonne (23), die auf einem zweiten Druck arbeitet, welcher niedriger ist als der erste Druck, und eine dritte Kolonne (25) umfasst, die auf einem dritten Druck arbeitet, welcher niedriger ist als der zweite Druck, wobei:

i) verdichtete, gereinigte und gekühlte Luft zur ersten Kolonne geleitet wird, wo sie zerlegt wird, um eine sauerstoffangereicherte Flüssigkeit und ein stickstoffangereichertes Gas zu bilden,

ii) ein Teil des stickstoffangereicherten Gases aus der ersten Kolonne in einem Sumpfverdampfer-Kondensator (27) der zweiten Kolonne kondensiert,

iii) sauerstoffangereicherte Flüssigkeit (33) aus der ersten Kolonne zur zweiten Kolonne geleitet wird,

iv) eine sauerstoffangereicherte Flüssigkeit aus dem Sumpf der zweiten Kolonne zur dritten Kolonne geleitet wird,

v) ein stickstoffangereichertes Gas (43) aus dem Kopf der zweiten Kolonne zu einem ersten Verdampfer-Kondensator (31) der dritten Kolonne geleitet wird, wo es kondensiert, wobei die kondensierte Flüssigkeit zur zweiten Kolonne zurückgeleitet wird,

vi) ein stickstoffreiches Gas (63) am Kopf der dritten Kolonne abgezogen wird,

vii) eine Flüssigkeit (59), die mindestens 85 % Sauerstoff enthält, am Sumpf der dritten Kolonne abgezogen, mit Druck beaufschlagt und verdampft wird, um ein gasförmiges Produkt zu bilden, welches mindestens 85 % Sauerstoff enthält,

und wobei der erste Verdampfer-Kondensator der dritten Kolonne ein Verdampfer-Kondensator ist, der an einer Zwischenstelle der dritten Kolonne angeordnet ist, wobei die dritte Kolonne einen zweiten Verdampfer-Kondensator (29) aufweist, welcher ein Sumpfverdampfer-Kondensator ist, der Verdampfer-Kondensator (27) der zweiten Kolonne der einzige in der zweiten Kolonne vorhandene Verdampfer-Kondensator ist, das Kopfgas der ersten Kolonne zum Verdampfer-Kondensator der zweiten Kolonne geleitet wird, ohne verdichtet worden zu sein, gegebenenfalls gasförmiger Stickstoff am Kopf der ersten Kolonne abgezogen und erhitzt wird, um ein Produkt des Verfahrens zu bilden,
dadurch gekennzeichnet, dass ein stickstoffangereichertes Gas aus der zweiten Kolonne in einem Verdichter (47) verdichtet wird, welcher eine Eingangstemperatur aufweist, die niedriger ist als die Umgebungstemperatur, und zum zweiten Verdampfer-Kondensator geleitet wird, um dort zu kondensieren, gegebenenfalls eine stickstoffreiche Flüssigkeit mit Druck beaufschlagt und anschließend aus dem Kopf der zweiten Kolonne zum Kopf der ersten Kolonne geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Zwischenflüssigkeit (35) aus der ersten Kolonne (21) zur dritten Kolonne (25) geleitet wird.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das gesamte stickstoffangereicherte Gas aus dem Kopf der zweiten Kolonne zum ersten und zweiten Verdampfer-Kondensator (29, 31) geleitet wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens 85 % Sauerstoff enthaltende Flüssigkeit (59) mit einem Druck von höher als 30 bar absolut, vorzugsweise höher als 40 bar absolut beaufschlagt wird, bevor sie verdampft oder pseudo-verdampft wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der dritte Druck höher ist als 2 bar absolut.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Verdichter (47), welcher eine Eingangstemperatur aufweist, die niedriger ist als die Umgebungstemperatur, eine Eingangstemperatur aufweist, die höher ist als die Verdampfungstemperatur der mindestens 85 % Sauerstoff enthaltenden Flüssigkeit minus 5 °C.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mindestens 85 % Sauerstoff enthaltende Flüssigkeit in einem Wärmetauscher (13) verdampft, in dem sich die verdichtete Luft abkühlt, wobei der Temperaturunterschied am warmen Ende des Wärmetauschers niedriger als 10 °C, vorzugweise niedriger als 6 °C ist.

8. Vorrichtung zur Luftzerlegung durch Tieftemperaturdestillation, umfassend eine Kolonnenanordnung, welche eine erste Kolonne (21), die auf einem ersten Druck arbeitet, eine zweite Kolonne (23), die auf einem zweiten Druck arbeitet, welcher niedriger ist als der erste Druck, und eine dritte Kolonne (25) umfasst, die auf einem dritten Druck arbeitet, welcher niedriger ist als der zweite Druck, wobei die zweite Kolonne einen Sumpfverdampfer-Kondensator (27) aufweist, wobei die dritte Kolonne einen ersten Verdampfer-Kondensator (31) aufweist, eine Leitung, um verdichtete, gereinigte und gekühlte Luft zur ersten Kolonne zu leiten, wo sie zerlegt wird, um eine sauerstoffangereicherte Flüssigkeit und ein stickstoffangereichertes Gas zu bilden, eine Leitung, um einen Teil des stickstoffangereicherten Gases aus der ersten Kolonne zum Kondensieren in den Sumpfverdampfer-Kondensator der zweiten Kolonne zu leiten, eine Leitung, um sauerstoffangereicherte Flüssigkeit (33) aus der ersten Kolonne zur zweiten Kolonne zu leiten, eine Leitung, um eine sauerstoffangereicherte Flüssigkeit aus dem Sumpf der zweiten Kolonne zur dritten Kolonne zu leiten, eine Leitung, um ein stickstoffangereichertes Gas (43) aus dem Kopf der zweiten Kolonne zum ersten Verdampfer-Kondensator der dritten Kolonne zu leiten, wo es kondensiert, eine Leitung, um die kondensierte Flüssigkeit des ersten Verdampfer-Kondensators zur zweiten Kolonne zu leiten, eine Leitung, um ein stickstoffreiches Gas (63) am Kopf der dritten Kolonne abzuziehen, eine Leitung, um eine mindestens 85 % Sauerstoff enthaltende Flüssigkeit (59) am Sumpf der dritten Kolonne abzuziehen, Mittel (61), um die Flüssigkeit mit Druck zu beaufschlagen, und einen Wärmetauscher, um die mit Druck beaufschlagte Flüssigkeit zu verdampfen, um ein gasförmiges Produkt zu bilden, welches mindestens 85 % Sauerstoff enthält, wobei der erste Verdampfer-Kondensator der dritten Kolonne ein Verdampfer-Kondensator ist, der an einer Zwischenstelle der dritten Kolonne angeordnet ist, die dritte Kolonne einen zweiten Verdampfer-Kondensator (29) aufweist, der ein Sumpfverdampfer-Kondensator ist, der Verdampfer-Kondensator der zweiten Kolonne der einzige in der zweiten Kolonne vorhandene Verdampfer-Kondensator ist, die Vorrichtung Mittel umfasst, um das Kopfgas aus der ersten Kolonne zum Verdampfer-Kondensator der zweiten Kolonne zu leiten, ohne verdichtet worden zu sein, gegebenenfalls eine Leitung, um ein stickstoffreiches Gas am Kopf der ersten Kolonne abzuziehen, und Mittel, um es zu erhitzen, um ein Produkt des Verfahrens zu bilden,
dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel umfasst, um ein stickstoffangereichertes Gas aus der zweiten Kolonne abzuziehen, um es in einem Verdichter (47) zu verdichten, welcher eine Eingangstemperatur aufweist, die niedriger ist als die Umgebungstemperatur, und um es zum zweiten Verdampfer-Kondensator zu leiten, damit es dort kondensiert, gegebenenfalls Mittel, um eine stickstoffreiche Flüssigkeit mit Druck zu beaufschlagen, und Mittel, um die mit Druck beaufschlagte reiche Flüssigkeit aus dem Kopf der zweiten Kolonne zum Kopf der ersten Kolonne zu leiten.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, welche Mittel umfasst, um eine Zwischenflüssigkeit (35) aus der ersten Kolonne zur dritten Kolonne zu leiten.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, welche Mittel umfasst, um das gesamte stickstoffangereicherte Gas aus dem Kopf der zweiten Kolonne zum ersten und zweiten Verdampfer-Kondensator (29, 31) zu leiten.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, welche Mittel umfasst, um die mindestens 85 % Sauerstoff enthaltende Flüssigkeit mit einem Druck von höher als 30 bar absolut, vorzugsweise höher als 40 bara zu beaufschlagen, bevor sie verdampft oder pseudo-verdampft wird.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, welche einen Wärmetauscher, Mittel, um die verdichtete Luft zum Abkühlen dorthin zu leiten, und Mittel, um die mindestens 85 % Sauerstoff enthaltende Flüssigkeit zum Verdampfen dorthin zu leiten, umfasst.

Claims

1. Method for separating air by cryogenic distillation in a set of columns comprising a first column operating at a first pressure (21), a second column (23) operating at a second pressure which is lower than the first pressure and a third column (25) operating at a third pressure which is lower than the second pressure wherein:

i) compressed, purified and cooled air is sent to the first column where it is separated to form an oxygen-enriched liquid and a nitrogen-enriched gas,

ii) a portion of the nitrogen-enriched gas from the first column is condensed in an evaporator-condenser of a tank (27) of the second column,

iii) oxygen-enriched liquid (33) is sent from the first column to the second column,

iv) an oxygen-enriched liquid is sent from the tank of the second column to the third column,

v) a nitrogen-enriched gas (43) is sent from the head of the second column to a first evaporator-condenser (31) of the third column where it is condensed, with the condensed liquid being sent back to the second column,

vi) a nitrogen-enriched gas (63) is withdrawn at the head of the third column,

vii) a liquid (59) containing at least 85% oxygen is withdrawn at the tank of the third column, pressurised and vaporised in order to form a gaseous product containing at least 85% oxygen,

and wherein the first evaporator-condenser of the third is an evaporator-condenser arranged at an intermediate point of the third column, the third column has a second evaporator-condenser (29) which is an evaporator-condenser of a tank, the evaporator-condenser (27) of the second column is the only evaporator-condenser present in the second column, the head gas of the first column is sent to the evaporator-condenser of the second column without having been compressed, possibly nitrogen gas is withdrawn at the head of the first column and heated in order to form a product of the method,
characterised in that a nitrogen-enriched gas from the second column is compressed in a compressor (47) having an inlet temperature which is lower than the ambient temperature and sent to the second evaporator-condenser to be condensed therein, possibly a nitrogen-enriched liquid is pressurised then sent from the head of the second column to the head of the first column

2. Method according to claim 1 wherein an intermediate liquid (35) is sent from the first column (21) to the third column (25).

3. Method according to one of the preceding claims wherein all of the nitrogen-enriched gas from the head of the second column is sent to the first and second evaporator-condensers (29, 31).

4. Method according to one of the preceding claims wherein the liquid (59) containing at least 85% oxygen is pressurised at a pressure greater than 30 bars abs, preferably greater than 40 bara before being vaporised or pseudo-vaporised.

5. Method according to one of the preceding claims wherein the third pressure is greater than 2 bars abs.

6. Method according to one of the preceding claims wherein the compressor (47) having an inlet temperature which is lower than the ambient temperature has an inlet temperature greater than the vaporisation temperature of the liquid containing at least 85% oxygen less 5°C.

7. Method according to one of the preceding claims wherein the liquid containing at least 85% oxygen is vaporised in a heat exchanger (13) wherein the compressed air is cooled, with the difference in temperatures at the hot end of the heat exchanger being less than 10°C, preferably less than 6°C.

8. Device for separating air by cryogenic distillation comprising a set of columns comprising a first column (21) operating at a first pressure, a second column (23) operating at a second pressure which is lower than the first pressure and a third column (25) operating at a third pressure which is lower than the second pressure, the second column having an evaporator-condenser (27) of a tank, the third column having a first evaporator-condenser (31), a duct for sending compressed, purified and cooled air to the first column where it separates to form an oxygen-enriched liquid and a nitrogen-enriched gas, a duct for sending a portion of the nitrogen-enriched gas from the first column to be condensed in the evaporator-condenser of the tank of the second column, a duct for sending oxygen-enriched liquid (33) from the first column to the second column, a duct for sending oxygen-enriched liquid from the tank of the second column to the third column, a duct for sending a nitrogen-enriched gas (43) from the head of the second column to the first evaporator-condenser of the third column where it is condensed, a duct for sending the condensed liquid from the first evaporator-condenser to the second column, a duct for withdrawing a nitrogen-enriched gas (63) at the head of the third column, a duct for withdrawing a liquid containing at least 85% oxygen (59) at the tank of the third column, means (61) for pressurising the liquid and a heat exchanger to vaporise the pressurised liquid in order to form a gaseous product containing at least 85% oxygen wherein the first evaporator-condenser of the third is an evaporator-condenser arranged at an intermediate point of the third column, the third column has a second evaporator-condenser (29) which is an evaporator-condenser of the tank, the evaporator-condenser of the second column is the only evaporator-condenser present in the second column, the device comprises means for sending the head gas from the first column to the evaporator-condenser of the second column without having been compressed, possibly a duct for withdrawing a nitrogen-enriched gas at the head of the first column and means for heating it in order to form a product of the method,
characterised in that the device comprises means for withdrawing a nitrogen-enriched gas from the second column, in order to compress it in a compressor (47) having an inlet temperature which is lower than the ambient temperature and to send it to the second evaporator-condenser in order to be condensed therein, possibly means for pressurising a nitrogen-enriched liquid and means for sending the pressurised enriched liquid from the head of the second column to the head of the first column.

9. Device according to claim 8 comprising means for sending an intermediate liquid (35) from the first column to the third column.

10. Device according to one of claims 8 or 9 comprising means for sending all of the nitrogen-enriched gas from the head of the second column to the first and second evaporator-condensers (29, 31).

11. Device according to one of claims 8 to 10 comprising means for pressurising the liquid containing at least 85% oxygen at a pressure greater than 30 bars abs, preferably greater than 40 bara before being vaporised or pseudo-vaporised.

12. Device according to one of claims 8 to 11 comprising a heat exchanger, means for sending therein the compressed air to be cooled and means for sending therein the liquid containing at least 85% oxygen to be vaporised.

Dessins