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(11) | EP 0 629 829 B2 |
| (12) | NOUVEAU FASCICULE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) |
Installation de distillation d'air Luftdestillationseinrichtung Air distillation plant |
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[0002] La conception de ces installations est soumise à des impératifs de natures différentes, tels que la facilité de montage sur site et la commodité du transport des éléments de l'installation jusqu'au site, les choix dans ce dernier domaine étant étroitement limités par les gabarits maximaux routiers et ferroviaires.
[0003] Il a été proposé de pré-assembler en atelier l'ensemble de l'installation, à l'exclusion du groupe compresseur d'air et des bouteilles d'épuration d'air par adsorption. Le travail sur site est alors réduit à un minimum. Cependant, ceci n'est possible que pour les petites installations, et de plus n'est réellement économique que pour les installations comprenant une colonne de distillation de faible hauteur, telle que les installations du type HPN (High Purity Nitrogen) produisant uniquement de l'azote.
[0004] L'invention a pour but de fournir une solution souple utilisable pour pratiquement toutes les installations de distillation d'air, jusqu'à des tailles importantes.
[0005] A cet effet, suivant un premier mode de réalisation, l'invention a pour objet une installation de distillation d'air comprenant :
- (A) un groupe compresseur d'air dont le refoulement est relié à un raccord de sortie;
- (B) deux bouteilles d'épuration d'air par adsorption présentant des raccords d'entrée/sortie;
- (C) une première ossature dans laquelle sont montés : (a) les accessoires aval du compresseur tels qu'un ensemble de pré-refroidissement d'air; (b) les accessoires des bouteilles d'épuration, tels qu'un ensemble de vannes et un réchauffeur de gaz de régénération; et (c) les conduites de liaison des accessoires précités, avec leurs organes de sécurité et leurs vannes automatiques et/ou commandées à distance, ces conduites se terminant éventuellement par des raccords pour le raccordement à d'autres parties de l'installation, et les organes de contrôle, de commande et d'instrumentation correspondants;
- (D) une seconde ossature dans laquelle sont montés : (d) les échangeurs de chaleur principaux et les sous-refroidisseurs; (e) l'ensemble des accessoires froids tels que les vannes cryogéniques et éventuellement les pompes cryogéniques et les turbines de détente; et (f) les conduites de liaison des éléments montés dans la seconde ossature, avec leurs organes de sécurité et leurs vannes automatiques et/ou commandées à distance, ces conduites se terminant éventuellement par des raccords pour le raccordement à d'autres parties de l'installation, et les organes de contrôle, de commande et d'instrumentation correspondants, les parties froides étant isolées thermiquement;
- (E) une colonne de distillation d'air munie d'un certain nombre de raccords pour les arrivées et les départs de fluides; et
- (F) des tuyaux de liaison entre les raccords associés des parties (A) à (E) de l'installation.
[0006] De plus, on peut adopter les caractéristiques suivantes :
- une tuyauterie de mise à l'air du gaz résiduaire de la colonne est montée dans l'une au moins des deux ossatures;
- tous les tuyaux de liaison sont rectilignes;
- la colonne est isolée sous vide;
- la colonne est une double colonne de distillation d'air comprenant une colonne moyenne pression surmontée d'une colonne basse pression;
- les bouteilles d'épuration sont montées dans l'une au moins des deux ossatures;
- le groupe compresseur d'air est monté dans ladite première ossature.
[0007] Un exemple de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en regard des dessins annexés, sur lesquels :
- la Figure 1 représente schématiquement, en vue de dessus, un mode de réalisation de l'installation suivant l'invention;
- la Figure 2 est une vue analogue d'un l'installation non conforme à l'invention; et
- la Figure 3 représente schématiquement, en perspective, une partie d'un agencement préféré d'un module de ces installations.
[0008] L'installation représentée à la Figure 1 comprend un module ou groupe de compression d'air 1, deux bouteilles d'épuration d'air (dessication-décarbonatation) par adsorption 2A, 2B à fonctionnement alterné, un module "chaud" 3, un module "froid" 4, une double colonne de distillation 5, et un ensemble de tuyaux de liaison rectilignes 6.
[0009] Chacun des sous-ensembles ci-dessus est représenté de façon très schématique, mais tous leurs constituants sont, en soi, classiques, et leurs liaisons ainsi que leur fonctionnement correspondent à ce que l'on rencontre habituellement dans les installations de distillation d'air à double colonne. On ne décrira donc les éléments 1 à 6 que de façon sommaire.
[0010] Ainsi, le module 1 comprend, sur un socle 7, un moteur électrique 8 entraînant un compresseur principal 9, et les réfrigérants intermédiaires 10 du compresseur. Le refoulement de ce dernier aboutit à un raccord 11 de sortie du module 1.
[0011] Les bouteilles 2A, 2B sont des bouteilles d'adsorption classiques, munies chacune de deux raccords, respectivement 12A, 12B.
[0012] Le module 3 comprend une ossature parallélépipédique 13 dans laquelle sont fixés l'ensemble des éléments "chauds" de l'installation autres que le module de compression et les bouteilles d'épuration : le réfrigérant final 14 du compresseur, relié à un raccord d'entrée 15 disposé en regard du raccord 11, et un groupe frigorifique 17 monté en série avec le réfrigérant 14, un réchauffeur 18 de gaz de régénération de l'adsorbant, la conduite 19 d'évacuation du gaz résiduaire de la colonne, muni d'un silencieux 20, et également l'ensemble des organes de contrôle, de commande et d'instrumentation relatifs aux éléments 14 à 20, schématisé en 21. Le module 3 comporte encore deux raccords 22A, 22B pour chaque bouteille 2A, 2B respectivement, et des raccords 23 de liaison avec le module froid 4, au nombre de trois dans cet exemple.
[0013] Le module 4 comprend la ligne d'échange thermique principale 24, constituée de plusieurs corps d'échangeurs parallélélipédiques du type à plaques brasées, un sous-refroidisseur 25, les accessoires froids de l'installation telle que des pompes cryogéniques 26 et des turbines 27, et l'ensemble des organes de contrôle, de commande et d'instrumentation relatifs aux éléments 24 à 27, schématisé en 28. Le module 4 comporte encore des raccords 29 d'entrée/sortie de la ligne d'échange thermique, en nombre égal aux raccords 23 et disposés en regard de ceux-ci, et des raccords 30 de liaison à la colonne 5. L'ensemble des éléments 24 à 30 sont montés dans une ossature parallélépipédique 31. L'ensemble des parties froides des éléments froids (échangeurs 24 et 25, corps de vannes cryogéniques, pompes 26, turbines 27, etc) sont isolées thermiquement, par exemple au moyen de perlite.
[0014] On comprendra que, suivant, l'installation considérée, les éléments des modules 3 et 4 peuvent varier en type et en nombre. De plus, ces modules comportent toutes les conduites de liaison de leurs éléments les uns aux autres, avec les vannes automatiques et/ou commandées à distance correspondantes.
[0015] La colonne 5 est une double colonne comprenant une colonne moyenne pression surmontée d'une colonne basse pression, avec un vaporiseur-condenseur principal qui met en relation d'échange thermique la vapeur de tête (azote) de la colonne moyenne pression et le liquide de cuve (oxygène) de la colonne basse pression. Cette double colonne, dont la hauteur est considérablement supérieure à celle des modules 3 et 4, est isolée sous vide par une paroi cylindrique 32 d'où émergent des raccords 33 en nombre égal aux raccords 30 et disposés en regard de ceux-ci.
[0016] La Demanderesse a constaté que même pour des installations de taille importante, par exemple produisant plusieurs centaines de tonnes par jour d'oxygène, même du type à vaporisation d'oxygène liquide sous pression, il est possible de réaliser de la manière décrite plus haut des modules 3 et 4 de forme générale parallélépipédique dont les dimensions extérieures permettent le transport routier.
[0017] Ainsi, sur le site, il suffit de positionner les sous-ensembles 1, 2A, 2B, 3, 4 et 5, puis de relier les raccords correspondants par les tuyaux droits 6.
[0018] Pour les installations de taille relativement modérée ou petite, et/ou de conception simplifiée, on peut même, comme représenté sur la Figure 2, réunir les modules 3 et 4 en un module unique 103 transportable par route, ce module contenant tous les éléments nécessaires au fonctionnement de l'installation, montés dans une ossature parallélépipédique 113 équipée de tous les raccords 15, 22A, 22B et 30, l'ensemble des organes de contrôle, de commande et d'instrumentation étant rassemblés d'un côté du module, en 121. L'assemblage sur site est alors encore plus simple que dans le cas de la Figure 1.
[0019] Comme représenté sur la Figure 3, le ou chaque module 3, 4 ou 103 peut comporter sur une face, dans sa partie inférieure, un compartiment 34 très facile d'accès où sont regroupés l'ensemble des organes de contrôle, de commande et d'instrumentation 21, 28 ou 121. En particulier, dans le module froid 4 ou dans le module unique 103, représentés sur la Figure 3, la ligne d'échange thermique 24 peut surplomber pour partie le sous-refroidisseur 25 et pour partie le compartiment 34.
[0020] De plus, dans l'installation de la Figure 1, on peut disposer les ensembles 21 et 28 dans des compartiments en vis-à-vis ouverts l'un vers l'autre, et prévoir entre eux, entre les modules 3 et 4, un poste de travail 35 ayant un accès direct à tous les organes de contrôle, de commande et d'instrumentation de l'installation.
- (A) un groupe compresseur d'air (1) dont le refoulement est relié à un raccord de sortie (11);
- (B) deux bouteilles (2A, 2B) d'épuration d'air par adsorption présentant des raccords d'entrée/sortie (12A, 12B);
- (C) une première ossature (13) dans laquelle sont montés : (a) les accessoires aval du compresseur tels qu'un ensemble (14, 17) de prérefroidissement d'air; (b) les accessoires des bouteilles d'épuration, tels qu'un ensemble de vannes et un réchauffeur de gaz de régénération (18); et (c) les conduites de liaison des accessoires précités, avec leurs organes de sécurité et leurs vannes automatiques et/ou commandées à distance, ces conduites se terminant éventuellement par des raccords (15, 22A, 22B, 23) pour le raccordement à d'autres parties (1, 2A, 2B, 4) de l'installation, et les organes de contrôle, de commande et d'instrumentation correspondants (21);
- (D) une seconde ossature (31) dans laquelle sont montés : (d) les échangeurs de chaleur principaux (24) et les sous-refroidisseurs (25); (e) l'ensemble des accessoires froids tels que les vannes cryogéniques et éventuellement les pompes cryogéniques (26) et les turbines de détente (27); et (f) les conduites de liaison des éléments montés dans la seconde ossature, avec leurs organes de sécurité et leurs vannes automatiques et/ou commandées à distance, ces conduites se terminant éventuellement par des raccords (29, 30) pour le raccordement à d'autres parties (3, 5) de l'installation, et les organes de contrôle, de commande et d'instrumentation correspondants (28), les parties froides étant isolées thermiquement;
- (E) une colonne de distillation d'air (5) munie d'un certain nombre de raccords (33) pour les arrivées et les départs de fluides; et - (F) des tuyaux (6) de liaison entre les raccords associés (11-15, 12A-22A, 12B-22B, 23-29, 30-33) des parties (A) à (E) de l'installation, le groupe compreuseur d'air pouvant être monté dans la première ossature, les bouteilles d'épuration pouvant être montées dans l'une au moins des ossatures et la colonne de distillation d'air ce bouvant à l'extérieur des ossatures.
- (A) an air compressor unit (1) the output of which is connected to an outlet connection (11);
- (B) two bottles (2A, 2B) for purifying air by adsorption having inlet/outlet connections (12A, 12B);
- (C) a first frame (13) in which are mounted: (a) the accessories downstream of the compressor such as an air-precooling assembly (14, 17); (b) the purifying bottle accessories, such as an assembly of valves and a regeneration gas pre-heater (18); and (c) the connecting pipes for the above-mentioned accessories, with their safety devices and their automatic and/or remote-controlled valves, these pipes optionally terminating in connections (15, 22A, 22B, 23) for connection to other sections (1, 2A, 2B, 4) of the installation, and the corresponding control, operating and instrumentation devices (21);
- (D) a second frame (31) in which are mounted; (d) the principal heat exchangers (24) and the sub-coolers (25); (e) the set of cold accessories such as the cryogenic valves and optionally the cryogenic pumps (26) and the expansion turbines (27); and (f) the connecting pipes for the elements mounted in the second frame, with their safety devices and their automatic and/or remote-controlled valves, these pipes optionally terminating in connections (29, 30) for connection to other sections (3, 5) of the installation, and the corresponding operating, control and instrumentation devices (28), the cold sections being thermally insulated;
- (E) an air distillation column (5) equipped with a specific number of connections (33) for the fluid inlets and outlets; and
- (F) connecting pipes (6) between the associated connections (11-15, 12A-22A, 12B-22B, 23-29, 30-33) of the sections (A) to (E) of the installation, it being possible for the air compressor unit to be mounted in the first frame, and for the purification bottles to be mounted in at least one of the frames, the air distillation column being situated outside the frames.
- (A) einen Luftverdichtersatz (1), dessen Auslaß mit einem Auslaßanschlußstutzen (11) verbunden ist;
- (B) zwei Flaschen (2A, 2B) zur Reinigung von Luft durch Adsorption, die Einlaß-/Auslaßanschlußstutzen (12A, 12B) aufweisen;
- (C) ein erstes Gestell (13), in dem angeordnet sind: (a) die Zubehörteile stromab des Verdichters, wie eine Anordnung (14, 17) zur Vorkühlung von Luft; (b) die Zubehörteile der Reinigungsflaschen, wie eine Anordnung aus Ventilen und eine Anwärmeinrichtung (18) für Rückgewinnungsgas; und (c) die Verbindungsleitungen der vorstehend erwähnten Zubehörteile mit ihren Sicherheitseinrichtungen und ihren automatischen und/oder ferngesteuerten Ventilen, wobei diese Leitungen gegebenenfalls in Anschlußstutzen (15, 22A, 22B, 23) zur Verbindung mit anderen Teilen (1, 2A, 2B, 4) der Vorrichtung enden, und die entsprechenden Überwachungs-, Steuer- und Ablesevorrichtungen (21);
- (D) ein zweites Gestell (31), in dem angeordnet sind: (d) die Hauptwärmetauscher (24) und die Tiefkühlvorrichtungen (25); (e) die Anordnung der kalten Zubehörteile, wie die Tieftemperaturventile und gegebenenfalls die Tieftemperaturpumpen (26) und die Entspannungsturbinen (27); und (f) die Verbindungsleitungen der in dem zweiten Gestell angebrachten Elemente mit ihren Sicherheitseinrichtungen und ihren automatischen und/oder ferngesteuerten Ventilen, wobei diese Leitungen gegebenenfalls in Anschlüssen (29, 30) zum Anschluß an andere Teile (3, 5) der Vorrichtung enden, und die entsprechenden Überwachungs-, Steuer- und Ablesevorrichtungen (28), wobei die kalten Teile thermisch isoliert sind;
- (E) eine Destillationskolonne (5) für Luft, die mit einer bestimmten Anzahl an Anschlüssen (33) für die Zufuhr und den Austritt von Fluiden ausgestattet ist; und
- (F) Verbindungsrohre (6) zwischen den zusammengehörenden Anschlüssen (11-15, 12A-22A, 12B-22B, 23-29, 30-33) der Teile (A) bis (E) der Vorrichtung, wobei der Luftverdichtersatz in dem ersten Gestell angeordnet sein kann, die Reinigungsflaschen zumindest in einem der Gestelle angeordnet sein können und sich die Destillationskolonne für Luft außerhalb der Gestelle befindet.