Procédé et installation de fourniture d'un débit variable d'un gaz de l'air

Description

[0001] La présente invention est relative à un procédé pour fournir à une conduite consommatrice, pendant un intervalle de temps, un débit demandé variable d'un constituant de l'air, tel que défini dans le préambule de la revendication 1 et connu du document GB-A- 1 172 934.

[0002] Les pressions dont il est question ici sont des pressions absolues, et les débits sont des débits molaires.

[0003] Dans certaines activités industrielles telles que la sidérurgie des fours à arc électrique ou l'affinage de cuivre, l'oxygène est utilisé en "batch", avec des variations importantes de débit et à des pressions moyennement élevées (de l'ordre de quelques bars à une vingtaine de bars). Diverses solutions sont classiquement utilisées afin de suivre ces évolutions de débit.

[0004] Par exemple, EP-A-0 422 974 au nom de la Demanderesse décrit un procédé "à bascule" destiné à la production d'oxygène gazeux à débit variable. L'oxygène demandé est soutiré d'un réservoir, porté par pompage à la pression d'utilisation, et vaporisé par condensation d'un débit variable d'air à distiller.

[0005] Dans ce procédé connu, il est facile de montrer que pour maintenir constants les débits d'alimentation et de soutirage de l'appareil de distillation, il est nécessaire de faire varier le débit d'air entrant dans le même sens que les variations de la consommation d'oxygène. Dans le cas où l'oxygène est produit sous pression, l'air que l'on condense pour vaporiser l'oxygène liquide est surpressé par un surpresseur additionnel, et, lorsque la demande en oxygène varie, il faut faire varier de façon importante à la fois le débit surpressé et le débit comprimé par le compresseur principal.

[0006] Par conséquent, dans ce procédé connu, le compresseur, et éventuellement le surpresseur, sont surdimensionnés de façon importante par rapport au débit nominal d'oxygène à produire. De plus, ils travaillent pendant la majorité du temps à des débits fortement différents de leur débit nominal, et donc avec un rendement dégradé. A ceci s'ajoute le fait que le bon fonctionnement de la bascule suppose la présence permanente d'une réserve des deux liquides.

[0007] Il a également été proposé dé stocker du gaz à produire, sous forme gazeuse, dans une capacité auxiliaire ou "buffer", à une pression supérieure à la pression de production. Cependant, cette solution n'est pas satisfaisante, car elle nécessite la mise en place de buffers de très grande dimension pour faire face à des pointes de consommation de longue durée. De plus, la production de la totalité du gaz à la pression du buffer est coûteuse en énergie.

[0008] GB-A-1172934, publié, en 1969, décrit le stockage d'une partie non requise du débit d'un fluide provenant d'un ASU sous forme partiellement gazeuse à une température cryogénique.

[0009] L'invention a pour but de permettre la fourniture de gaz de l'air à débit variable dans des conditions particulièrement efficaces et économiques.

[0010] A cet effet, l'invention a pour objet un procédé selon la revendication 1.

[0011] Le procédé suivant l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

• on soutire ledit débit total sous forme liquide de l'appareil de distillation, et on le comprime sous cette forme par pompage avant de le vaporiser;
• on amène à la pression d'utilisation un premier débit de liquide au moyen d'une première pompe, on amène à la haute pression le débit destiné à la capacité-tampon au moyen d'une seconde pompe, et on vaporise chaque flux de liquide sous sa pression de pompage;
• on amène ledit débit total à la pression d'utilisation au moyen d'une pompe unique, on vaporise ce liquide et on porte à la haute pression la fraction du gaz ainsi obtenu qui est destinée à la capacité-tampon;
• on amène ledit débit total à la haute pression au moyen d'une pompe unique, on détend une fraction de ce débit total à la pression d'utilisation, et on vaporise les deux flux chacun sous sa pression;
• on soutire sous forme liquide de l'appareil de distillation un premier débit, on le comprime par pompage, et on le vaporise sous cette pression; et on soutire sous forme gazeuse de l'appareil de distillation le reste dudit débit total, et on le comprime sous cette forme;
• on soutire ledit débit total sous forme gazeuse de l'appareil de distillation, on comprime à la pression d'utilisation une fraction de ce gaz, et on comprime à la haute pression le débit complémentaire destiné à la capacité-tampon;
• on comprime chaque débit indépendamment à partir de la pression de soutirage de l'appareil de distillation;
• on comprime ledit débit total à la pression d'utilisation, et on comprime une fraction de ce premier débit de la pression d'utilisation à la haute pression.

[0012] L'invention a également pour objet une installation selon la revendication 10.

[0013] Suivant diverses caractéristiques optionnelles de cette installation :

• les premiers moyens comprennent une première pompe et des premiers moyens de vaporisation, et les seconds moyens comprennent une seconde pompe et des seconds moyens de vaporisation;
• les premiers moyens comprennent une pompe et des moyens de vaporisation, et les seconds moyens comprennent un compresseur dont l'aspiration est reliée à la sortie des moyens de vaporisation;
• les premiers moyens comprennent une pompe, une vanne de détente et des premiers moyens de vaporisation, et les seconds moyens comprennent des seconds moyens de vaporisation reliés au refoulement de la pompe;
• les premiers moyens comprennent un compresseur dont l'aspiration est reliée à un point de soutirage de gaz de l'appareil de distillation, et les seconds moyens comprennent une pompe et des moyens de vaporisation reliés au refoulement de cette pompe;
• les premiers et les seconds moyens comprennent respectivement deux compresseurs dont les aspirations sont reliées en parallèle à un point de soutirage de l'appareil de distillation ;
• les premiers moyens comprennent un premier compresseur dont l'aspiration est reliée à un point de soutirage de gaz de l'appareil de distillation, et les seconds moyens comprennent un second compresseur dont l'aspiration est reliée au refoulement du premier compresseur.

[0014] Des exemples de mises en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés sur lesquels :

• la Figure 1 illustre le procédé de l'invention au moyen de quatre diagrammes (a) à (d);
• la Figure 2 représente très schématiquement une installation suivant l'invention;
• la Figure 3 représente la même installation de manière plus détaillée;
• la Figure 4 est un diagramme d'échange thermique correspondant à cette installation, avec en abscisses les températures (en °C) et en ordonnées les quantités de chaleur échangées;
• les Figures 5 et 6 sont des vues analogues à la Figure 2, relatives respectivement à deux variantes de l'installation;
• la Figure 7 est une vue analogue à la Figure 2 d'une autre variante de l'installation;
• la Figure 8 est une vue analogue à la Figure 3 correspondant à l'installation de la Figure 7;
• les Figures 9 et 10 d'une part, 11 et 12 d'autre part, représentent deux autres modes de réalisation de l'installation, de manière analogue aux Figures 2 et 3 respectivement.

[0015] La Figure 1 (a) illustre une courbe simplifiée de demande d'oxygène sous une pression d'utilisation P, au cours d'une période de temps s'étendant d'un temps t = 0 à un temps T. Dans ce qui suit, on supposera la pression P constante et égale à 16 bars, mais on comprendra que cette pression P peut également fluctuer autour d'une valeur moyenne.

[0016] La demande variable d'oxygène est par exemple celle d'une installation sidérurgique à fours à arc électrique et comporte six intervalles de temps successifs :

• de t = 0 à t1, le débit demandé est nul ;
• de t1 à t2, le débit demandé est D1 ;
• de t2 à t3, le débit demandé est D2 > D1 ;
• de t3 à t4, le débit demandé est D3 > D2;
• de t4 à t5, le débit demandé est D4 < D1 ; et
• de t5 à T, le débit demandé est nul.

[0017] On a également indiqué par DN le débit nominal de l'installation de production d'oxygène. Ce débit DN est égal à D1 dans cet exemple, mais, en variante, il pourrait être supérieur à cette valeur, si l'installation est destinée à fournir également de l'oxygène à d'autres consommateurs.

[0018] La Figure 1(b) représente la production d1 d'oxygène à 16 bars par l'installation. Cette production varie comme suit :

• de t = 0 à t1 : d1 = 0
• de t1 à t4, c'est-à-dire lorsque la demande en oxygène est supérieure ou égale à D1 : d1 = D1 ;
• de t4 à t5, c'est-à-dire lorsque la demande en oxygène est supérieure à 0 mais inférieure à D1 : d1 = D4;
• de t5 à T : d1 = 0.

[0019] La Figure 1 (c) représente la production d2 d'oxygène à une haute pression P1 nettement supérieure à 16 bars, typiquement de l'ordre de 30 bars :

• de t = 0 à t1 : d2 = D1 ;
• de t1 à t4 : d2 = 0;
• de t4 à t5 : d2 = D1 - D4 ;
• de t5 à T : d2 = D1.

[0020] On voit donc que, sur toute la période 0, T, on a en permanence d1 + d2 = D1, débit constant considéré comme "débit total" d'oxygène, vis-à-vis de l'utilisation considérée.

[0021] Le débit d1 est directement envoyé à la conduite utilisatrice ou consommatrice, tandis que le débit d2 est envoyé à une capacité-tampon ou buffer. Lorsque le débit D demandé est supérieur à D1, soit de t2 à t4, le complément d3 = D - D1 est prélevé dans la capacité-tampon, détendu à la pression d'utilisation et introduit dans la conduite consommatrice. Ce débit d3 est représenté par le diagramme (d).

[0022] Ainsi, la demande d'oxygène est fournie :

• de t1 à t2 et de t4 à t5, uniquement par la production d'oxygène sous 16 bars, et
• de t2 à t4, partiellement par cette production sous 16 bars et partiellement par de l'oxygène prélevé dans la capacité-tampon et détendu.

[0023] Les Figures 2, 3 et 5 à 11 représentent plusieurs installations différentes capables de mettre en oeuvre un tel procédé.

[0024] Les Figures 2 et 3 sont relatives à une installation voisine de celle représentée à la Figure 1 du US-A-5 329 776, et ne diffèrent de celle-ci que par l'ajout d'une ligne additionnelle 35 de soutirage d'oxygène liquide, d'une pompe additionnelle 36 adaptée pour porter cet oxygène liquide à la pression P précitée, de passages additionnelles 37 de la ligne d'échange thermique, pour la vaporisation et le réchauffage jusqu'au voisinage de la température ambiante de cet oxygène, d'un buffer 38 de stockage de l'oxygène haute pression provenant du circuit pompe 12-passages 17, d'un régulateur de pression 138 disposé en amont de ce buffer, et d'une ligne 39 munie d'une vanne de détente 40, reliant ce buffer à la conduite consommatrice 15.

[0025] Ainsi, comme décrit dans le US-A-5 329 776 précité, l'installation de distillation d'air représentée à la Figure 3 comprend essentiellement : un compresseur d'air 1; un appareil 2 d'épuration de l'air comprimé en eau et en CO₂ par adsorption, cet appareil comprenant deux bouteilles d'adsorption 2A, 2B dont l'une fonctionne en adsorption pendant que l'autre est en cours de régénération; un ensemble turbine-surpresseur 3 comprenant une turbine de détente 4 et un surpresseur 5 dont les arbres sont couplés; un échangeur de chaleur 6 constituant la ligne d'échange thermique de l'installation; une double colonne de distillation 7 comprenant une colonne moyenne pression 8 surmontée d'une colonne basse pression 9, avec un vaporiseur-condenseur 10 mettant la vapeur de tête (azote) de la colonne 8 en relation d'échange thermique avec le liquide de cuve (oxygène) de la colonne 9; un réservoir d'oxygène liquide 11 dont le fond est relié à une pompe d'oxygène liquide 12; et un réservoir d'azote liquide 13 dont le fond est relié à une pompe d'azote liquide 14.

[0026] Cette installation est destinée à fournir, via une conduite utilisatrice 15, de l'oxygène gazeux sous la pression d'utilisation P.

[0027] Pour cela, de l'oxygène liquide soutiré de la cuve de la colonne 9 via une conduite 16 et stocké dans le réservoir 11, est amené à la haute pression P1 (30 bars) par la pompe 12 à l'état liquide, puis vaporisé et réchauffé sous cette haute pression dans des passages 17 de l'échangeur 6, dans les conditions de la Figure 1(c), et envoyé au buffer 38. Dans les conditions de la Figure 1(d), cet oxygène est détendu en 40 et envoyé dans la conduite 15 via la conduite 39.

[0028] La chaleur nécessaire à cette vaporisation et à ce réchauffage, ainsi qu'au réchauffage et éventuellement à la vaporisation d'autres fluides soutirés de la double colonne, est fournie par l'air à distiller, dans les conditions suivantes.

[0029] La totalité de l'air à distiller est comprimée par le compresseur 1 à une première haute pression nettement supérieure à la moyenne pression de la colonne 8 d'utilisation. Puis l'air, prérefroidi en 18 et refroidi au voisinage de la température ambiante en 19, est épuré dans l'une, 2A par exemple, des bouteilles d'adsorption, et surpressé en totalité par le surpresseur 5, lequel est entraîné par la turbine 4.

[0030] L'air est alors introduit au bout chaud de l'échangeur 6 et refroidi en totalité jusqu'à une température intermédiaire. A cette température, une fraction de l'air poursuit son refroidissement et est liquéfiée dans des passages 20 de l'échangeur, puis est détendue à la basse pression dans une vanne de détente 21 et introduite à un niveau intermédiaire dans la colonne 9. Le reste de l'air est détendue à la moyenne pression dans la turbine 4 puis envoyé directement, via une conduite 22, à la base de la colonne 8.

[0031] On reconnait par ailleurs sur la Figure 3 les conduites habituelles des installations à double colonne, celle représentée étant du type dit "à minaret", c'est-à-dire avec production d'azote sous la basse pression : les conduites 23 à 25 d'injection dans la colonne 9, à des niveaux croissants, de "liquide riche" (air enrichi en oxygène) détendu, de "liquide pauvre inférieur" (azote impur) détendu et de "liquide pauvre supérieur" (azote pratiquement pur) détendu, respectivement, ces trois fluides étant respectivement soutirés à la base, en un point intermédiaire et au sommet de la colonne 8; et les conduites 26 de soutirage d'azote gazeux partant du sommet de la colonne 9 et 27 d'évacuation du gaz résiduaire (azote impur) partant du niveau d'injection du liquide pauvre inférieur. L'azote basse pression est réchauffé dans des passages 28 de l'échangeur 6 puis évacué via une conduite 29, tandis que le gaz résiduaire, après réchauffement dans des passages 30 de l'échangeur, est utilisé pour régénérer une bouteille d'adsorption, la bouteille 23 dans l'exemple considéré, avant d'être évacué via une conduite 31.

[0032] On voit encore sur la Figure 3 qu'une partie de l'azote liquide moyenne pression est, après détente dans une vanne de détente 32, stockée dans le réservoir 13, et qu'une production d'azote liquide et/ou d'oxygène liquide est fournie via une conduite 33 (pour l'azote) et/ou 34 (pour l'oxygène).

[0033] De plus, de l'oxygène liquide supplémentaire soutiré du réservoir 11 par la pompe 36 est vaporisé et réchauffé sous la pression d'utilisation de 16 bars dans des passages 37, dans les conditions de la Figure 1(b).

[0034] La pression de l'air surpressé en 5 est la pression de condensation de l'air par échange de chaleur avec l'oxygène en cours de vaporisation sous la pression d'utilisation P, c'est-à-dire la pression pour laquelle le genou 100 de liquéfaction de l'air, sur le diagramme d'échange thermique est situé légèrement à droite du palier vertical 101 de vaporisation de l'oxygène sous la pression P (Figure 4). L'écart de température au bout chaud de la ligne d'échange est ajusté au moyen de la turbine 4, dont la température d'aspiration est indiquée en 102.

[0035] En ce qui concerne ce débit d'oxygène haute pression, son palier 103 de vaporisation (Figure 4) est décalé vers la droite par rapport au genou 100 de liquéfaction de l'air surpressé, mais reste inférieur, dans cet exemple, à la température du point 102.

[0036] Au cours de l'intervalle de temps O, T, la longueur de chaque palier 101, 103 varie, mais la somme des deux longueurs reste constante.

[0037] Par rapport à une installation analogue à une seule pompe 12, c'est-à-dire telle que celle de la Figure 1 du US-A-5 329 776 précité, on obtient, toutes choses égales par ailleurs, un gain d'énergie dû à la présence du palier 101 en regard du genou 100. Cet excédent d'énergie peut se valoriser soit en évacuant de l'installation un supplément de liquide, généralement de l'azote liquide, soit en abaissant la pression de compression de l'air en 1, en maintenant bien entendu le genou 100 à droite du palier 101. Le gain d'énergie précité fluctue, au cours de l'intervalle de temps O, T, avec la longueur du palier 101.

[0038] La Figure 2 schématise la même installation en représentant seulement :

• la boîte froide 41 de l'installation, qui en contient les parties cryogéniques;
• les deux pompes à oxygène liquide 12 et 36, lesquelles, en pratique, sont bien entendu contenues dans la boîte froide; et
• la conduite consommatrice 15, le buffer 38, la ligne 39 et la vanne de détente 40.

[0039] On a ainsi schématisé le fait que les deux productions d'oxygène, respectivement sous 16 bars et sous 30 bars, dont la somme des débits est constamment égale à D1, sont fournies par compression-vaporisation-réchauffement de deux débits d'oxygène liquide provenant de la colonne basse pression 9.

[0040] En variante, au lieu d'être branchées en parallèle sur le réservoir 11, les pompes 12 et 36 peuvent être montées en série, l'aspiration de la pompe 12 étant piquée sur la conduite de refoulement de la pompe 36.

[0041] La Figure 5 représente une variante d'installation qui diffère de la précédente par la suppression de la pompe 36 et du circuit de vaporisation-réchauffement correspondant.

[0042] Ainsi, la totalité du débit D1 est amenée par la pompe 12 à 16 bars, vaporisé, réchauffé et envoyé dans la conduite 15.

[0043] Dans les conditions de la Figure 1(c), de l'oxygène est prélevé en un point 42 de la conduite 15, comprimé à 30 bars par un compresseur d'oxygène 43 et envoyé au buffer 38. Ce dernier est comme précédemment relié à la conduite 15 par la conduite 39 équipée de la vanne 40.

[0044] Dans la variante de la Figure 6, l'unique pompe 12 amène le débit D1 à 30 bars. Une fraction de ce débit est détendue à 16 bars dans une vanne de détente 143 et vaporisée, dans les conditions de la Figure 1(b), et envoyée à la conduite 15. Le reste du liquide est vaporisé sous la haute pression de 30 bars et envoyé au buffer 38.

[0045] Les Figures 7 et 8 représentent une autre variante de l'installation qui ne diffère de celle des Figures 2 et 3 que par le fait que l'oxygène à 16 bars est soutiré sous forme gazeuse de la cuve de la colonne basse pression 9, via une conduite 44, réchauffé sous la basse pression dans des passages 45 de la ligne d'échange 6, et porté à 16 bars par un compresseur d'oxygène 46. L'oxygène à 30 bars, quant à lui, est soutiré du réservoir 11 par la pompe 12, qui l'amène à cette haute pression sous forme liquide, puis est vaporisé et réchauffé dans les passages 17, et est envoyé directement au buffer 38.

[0046] Dans les modes de réalisation qui précèdent, il est possible d'ajouter une capacité-tampon d'air liquide, afin d'amortir les variations dans le temps du débit d'air liquéfié alimentant la double colonne.

[0047] Les Figures 9 et 10 illustrent la mise en oeuvre de l'invention avec un appareil classique de distillation d'air sans pompe, à cycle azote (turbine 47 détendant à la basse pression de l'azote moyenne pression) et à colonne de séparation d'argon (non représentée) couplée à la colonne basse pression par deux conduites 48.

[0048] Dans ce cas, le débit D1 d'oxygène est soutiré sous forme gazeuse de la cuve de la colonne basse pression et, après réchauffement, est comprimé à 16 bars et/ou à 30 bars, dans les conditions décrites plus haut, par deux compresseurs d'oxygène respectifs 49 et 50. Le compresseur 49 refoule directement dans la conduite 15, tandis que le compresseur 50 refoule dans le buffer 38.

[0049] L'installation des Figures 11 et 12 ne diffère de la précédente que par le fait que les deux compresseurs d'oxygène sont montés en série au lieu d'être montés en parallèle. Ainsi, le compresseur 49 comprime la totalité du débit D1 à 16 bars, et le compresseur 50 porte de 16 à 30 bars le débit d2 décrit en regard de la Figure 1(c).

[0050] Bien entendu, les compresseurs 49 et 50 peuvent être constitués par deux étages ou groupes d'étages d'une même machine.

[0051] Dans tout ce qui précède, on a appelé "pression d'utilisation" la pression de la conduite 15. Toutefois, ceci n'exclut pas une modification ultérieure de cette pression, par exemple par détente.

[0052] Par ailleurs, dans chaque mode de réalisation de l'installation, le régulateur de pression 138 peut être supprimé. La pression du buffer évolue alors entre les pressions P et P1 en fonction du temps.

[0053] En variante encore, le procédé de l'invention peut utiliser plusieurs buffers à des hautes pressions P1, P2, ... différentes, toutes nettement supérieures à la pression d'utilisation P. Lorsque le débit demandé est supérieur à D1, on prélève alors du gaz dans l'un ou l'autre des buffers, suivant les variations de ce débit.

Revendications

1. Procédé pour fournir à une conduite consommatrice (15), pendant un intervalle de temps (O, T), un débit demandé variable (D) d'un constituant de l'air, notamment d'oxygène, produit par un appareil de distillation d'air (7), dans lequel :

- on refroidit de l'air destiné à la distillation dans une ligne d'échange (6).

- on soutire de l'appareil (7) un débit total dudit constituant de valeur constante (D1) ;

- on divise l'intervalle de temps (O, T) en plusieurs types de périodes, à savoir :

. éventuellement, au moins une première période (t1 à t2) pendant laquelle le débit demandé (D) est égal audit débit total (D1) ;

. au moins une deuxième période (0 à t1, t4 à T) pendant laquelle le débit demandé (D) est inférieur audit débit total (D1) et

. au moins une troisième période (t2 à t4) pendant laquelle le débit demandé (D) est supérieur audit débit total (D1) ;

- pendant ladite ou lesdites premières périodes, on amène ledit débit total (D1) à la pression d'utilisation (P), et on l'envoie à la conduite consommatrice (15);

- pendant ladite ou lesdites deuxièmes périodes :

. on amène le débit demandé (D) à la pression d'utilisation, et on l'envoie à la conduite consommatrice (15); et

. on amène à une haute pression (P1) supérieure à la pression d'utilisation (P) un débit de stockage (d2) dudit constituant égal à la différence entre ledit débit total (D1) et le débit demandé (D), et on stocke ce débit de stockage dans au moins une capacité-tampon (38); et

- pendant ladite ou lesdites troisièmes périodes :

. on amène ledit débit total (D1) à la pression d'utilisation (P), et on l'envoie à la conduite consommatrice (15); et

. on envoie en outre dans la conduite consommatrice (15) un débit complémentaire (d3) dudit constituant égal à la différence entre le débit demandé (D) et ledit débit total (D1), ce débit complémentaire étant prélevé dans au moins une capacité-tampon (38) et détendu à la pression d'utilisation (P)

caractérisé en ce que l'on réchauffe ledit débit total jusqu'au bout chaud de la ligne d'échange et on envoie le débit de stockage du bout chaud à la capacité-tampon.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soutire ledit débit total (D1) sous forme liquide de l'appareil de distillation (7), et on le comprime sous cette forme par pompage (en 12, 36) avant de le vaporiser (en 6).

3. Procédé suivant la revendication 2,
caractérisé en ce qu'on amène à la pression d'utilisation (P) un premier débit de liquide au moyen d'une première pompe (12), on amène à la haute pression (P1) le débit destiné à la capacité-tampon(38) au moyen d'une seconde pompe (36), et on vaporise (en 17, 37) chaque flux de liquide sous sa pression de pompage (Figures 2 et 3).

4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on amène ledit débit total (D1) à la pression d'utilisation (P) au moyen d'une pompe unique (12), on vaporise ce liquide (en 17) et on porte à la haute pression (P1) la fraction du gaz ainsi obtenu qui est destinée à la capacité-tampon (38) (Figure 5).

5. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on amène ledit débit total (D1) à la haute pression (P1) au moyen d'une pompe unique (12), on détend (en 143) une fraction de ce débit total à la pression d'utilisation (P), et on vaporise les deux flux chacun sous sa pression (Figure 6).

6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soutire sous forme liquide de l'appareil de distillation (7) un premier des deux débits, on le comprime par pompage (en 12), et on le vaporise sous cette pression (en 17); et on soutire sous forme gazeuse de l'appareil de distillation le reste dudit débit total, et on le comprime sous cette forme (en 46) (Figures 7 et 8).

7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on soutire ledit débit total (D1) sous forme gazeuse de l'appareil de distillation (7), on comprime à la pression d'utilisation (P) une fraction (d1) de ce gaz, et on comprime à la haute pression (P1) (en 50) le débit complémentaire (d2) destiné à la capacité-tampon (38) (Figures 9 à 12).

8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'on comprime chaque débit indépendamment à partir de la pression de soutirage de l'appareil de distillation (7) (Figures 9 et 10).

9. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'on comprime ledit débit total (D1) à la pression d'utilisation (P), et on comprime une fraction de ce premier débit de la pression (P) d'utilisation à la haute pression (P1) (Figures 11 et 12).

10. Installation de distillation d'air destinée à fournir à une conduite consommatrice (15) un débit variable d'un constituant de l'air, notamment d'oxygène, comprenant une ligne d'échange (6) où on refroidit l'air destiné à la distillation des moyens pour soutirer de l'appareil de distillation (7) un débit total constant (D1) dudit constituant ; une capacité-tampon (38); des premiers moyens pour amener une partie au moins dudit débit total (D1) à la pression d'utilisation (P) et sous forme gazeuse, ces premiers moyens étant reliés à la conduite consommatrice (15); des seconds moyens pour amener un second débit (d2) dudit constituant à une haute pression (P1) supérieure à la pression d'utilisation (P) et sous forme gazeuse, ces seconds moyens étant reliés à la capacité-tampon (38); et une conduite auxiliaire (39) munie d'une vanne de détente commandée (40), reliant la capacité-tampon à la éconduite consommatrice (15)
   caracterisée en ce que la capacité-tampon se trouve en aval du bout chaud de la ligne d'échange.

11. Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce que les premiers moyens comprennent une première pompe (12) et des premiers moyens de vaporisation (17), et en ce que les seconds moyens comprennent une seconde pompe (36) et des seconds moyens de vaporisation (37) (Figures 2 et 3).

12. Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce que les premiers moyens comprennent une pompe (12) et des moyens de vaporisation (17), et en ce que les seconds moyens comprennent un compresseur (43) dont l'aspiration est reliée à la sortie des moyens de vaporisation (Figure 5).

13. Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce que les premiers moyens comprennent une pompe (12), une vanne de détente (143) et des premiers moyens de vaporisation (17), et en ce que les seconds moyens comprennent des seconds moyens de vaporisation (37) reliés au refoulement de la pompe (Figure 6).

14. Installation suivant la revendication 10, caractérisée en ce que les premiers moyens comprennent un compresseur (46) dont l'aspiration est reliée à un point de soutirage de gaz de l'appareil de distillation (7), et en ce que les seconds moyens comprennent une pompe (12) et des moyens de vaporisation (17) reliés au refoulement de cette pompe (Figures 7 et 8).

15. Installation suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les premiers et les seconds moyens comprennent respectivement deux compresseurs (49, 50) dont les aspirations sont reliées en parallèle à un point de soutirage de l'appareil de distillation (7) (Figures 9 et 10).

16. Installation suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les premiers moyens comprennent un premier compresseur (49) dont l'aspiration est reliée à un point de soutirage de gaz de l'appareil de distillation (7), et en ce que les seconds moyens comprennent un second compresseur (50) dont l'aspiration est reliée au refoulement du premier compresseur (Figures 11 et 12).

Claims

1. Method for delivering, to a consumer line (15), for a time interval (0, T), a variable demanded flow (D) of a constituent of air, especially oxygen, produced by an air distillation unit (7), in which:

- air intended for the distillation is cooled in an exchange line (6);

- a total flow of said constituent of constant value (D1) is withdrawn from the unit (7);

- the time interval (0, T) is divided into several types of period, namely:

. optionally, at least one first period (t1 to t2) during which the demanded flow (D) is equal to the said total flow (D1),

. at least one second period (0 to t1, t4 to T) during which the demanded flow (D) is less than the said total flow (D1) and

. at least one third period (t2 to t4) during which the demanded flow (D) is greater than the said total flow (D1);

- during the said first period or periods, the said total flow (D1) is brought to the operating pressure (P) and sent to the consumer line (15);

- during the said second period or periods:

· the demanded flow (D) is brought to the operation pressure and sent to the consumer line (15) and

· a storage flow (D2) of the said constituent, equal to the difference between the said total flow (D1) and the demanded flow (D), is brought to a high pressure (P1) above the operating pressure (P) and this storage flow is stored in at least one buffer tank (38); and

- during the said third period or periods:

· the said total flow (D1) is brought to the operating pressure (P) and sent to the consumer line (15) and

· a complementary flow (D3) of the said constituent, equal to the difference between the demanded flow (D) and the said total flow (D1), is furthermore sent to the consumer line (15), this complementary flow being taken from at least one buffer tank (38) and expanded to the operating pressure (P1),

characterized in that the said total flow is warmed at the hot end of the exchange line and the storage flow is sent from the hot end to the buffer tank.

2. Method according to Claim 1, characterized in that the said total flow (D1) is withdrawn in liquid form from the distillation unit (7) and compressed in this form by pumping (at 12, 36) before being vaporized (at 6).

3. Method according to Claim 2, characterized in that a first flow of liquid is brought to the operating pressure (P) by means of a first pump (12), the flow intended for the buffer tank (38) is brought to the high pressure (P1) by means of a second pump (36) and each flow of liquid under its pumping pressure is vaporized (at 17, 37) (Figures 2 and 3).

4. Method according to Claim 2, characterized in that the said total flow (D1) is brought to the operating pressure (P) by means of a single pump (12), this liquid is vaporized (at 17) and that fraction of the gas thus obtained which is intended for the buffer tank (38) is taken to the high pressure (P1) (Figure 5).

5. Method according to Claim 2, characterized in that the said total flow (D1) is brought to the high pressure (P1) by means of a single pump (12), a fraction of this total flow is expanded (at 143) to the operation pressure (P) and the two flows, each under its pressure, are vaporized (Figure 6).

6. Method according to Claim 1, characterized in that a first of the two flows is withdrawn in liquid form from the distillation unit (7), compressed by pumping (at 12) and vaporized at this pressure (at 17); the rest of the said total flow is withdrawn in gaseous form from the distillation unit and compressed in this form (at 46) (Figures 7 and 8).

7. Method according to Claim 1, characterized in that the said total flow (D1) is withdrawn in gaseous form from the distillation unit (7), a fraction (D1) of this gas is compressed to the operating pressure (P) and the complementary flow (D2) intended for the buffer tank (38) is compressed (at 50) to the high pressure (P1) (Figures 9 to 12).

8. Method according to Claim 7, characterized in that each flow is independently compressed starting from the pressure at which it is withdrawn from the distillation unit (7) (Figures 9 and 10).

9. Method according to Claim 7, characterized in that the said total flow (D1) is compressed to the operating pressure (P) and a fraction of this first flow is compressed from the operating pressure (P) to the high pressure (P1) (Figures 11 and 12).

10. Air distillation plant intended to deliver, to a consumer line (15), a variable flow of a constituent of air, especially oxygen, comprising: an exchange line (6) in which the air intended for distillation is cooled; means for withdrawing a constant total flow (D1) of the said constituent from the distillation unit (7); a buffer tank 38; first means for bringing at least one portion of the said total flow (D1) to the operating pressure (P) and in gaseous form, these first means being connected to the consumer line (15); second means for bringing a second flow (D2) of the said constituent to a high pressure (P1) above the operating pressure (P) and in gaseous form, the second means being connected to the buffer tank (38); and an auxiliary line (39) provided with a controlled expansion valve (40), connecting the buffer tank to the consumer line (15);
characterized in that the buffer tank is placed downstream of the hot end of the exchange line.

11. Plant according to Claim 10, characterized in that the first means comprise a first pump (12) and first vaporizing means (17) and in that the second means comprise a second pump (36) and second vaporizing means (37) (Figures 2 and 3).

12. Plant according to Claim 10, characterized in that the first means comprise a pump (12) and vaporizing means (17) and in that the second means comprise a compressor (43), the suction side of which is connected to the output of the vaporizing means (Figure 5).

13. Plant according to Claim 10, characterized in that the first means comprise a pump (12), an expansion valve (143) and first vaporizing means (17) and in that the second means comprise second vaporizing means (37) that are connected to the delivery side of the pump (Figure 6).

14. Plant according to Claim 10, characterized in that the first means comprise a compressor (46), the suction side of which is connected to a point of withdrawal of gas from the distillation unit (7), and in that the second means comprise a pump (12) and vaporizing means (17) that are connected to the delivery side of this pump (Figures 7 and 8).

15. Plant according to Claim 10, characterized in that the first and second means comprise two compressors (49, 50) respectively, the suction sides of which are connected in parallel to a point of withdrawal from the distillation unit (7) (Figures 9 and 10).

16. Plant according to Claim 10, characterized in that the first means comprise a first compressor (49), the suction side of which is connected to a point of withdrawal of gas from the distillation unit (7), and in that the second means comprise a second compressor (50), the suction side of which is connected to the delivery side of the first compressor (Figures 11 and 12).

Ansprüche

1. Verfahren, um einer Abnehmerleitung (15) während eines Zeitraums (O, T) eine variable angeforderte Menge (D) eines Bestandteils von Luft, insbesondere Sauerstoff, zuzuführen, der mittels einer Luftdestillationsvorrichtung (7) erzeugt worden ist, in welcher:

- Luft, die zur Destillation vorgesehen ist, in einer Tauscherleitung (6) abgekühlt wird;

- eine konstante Gesamtmenge (D1) des Bestandteils aus der Vorrichtung (7) abgezogen wird;

- der Zeitraum (O, T) in mehrere Periodentypen unterteilt wird, nämlich:

• gegebenenfalls wenigstens eine erste Periode (t1 bis t2), in welcher die angeforderte Menge (D) gleich der Gesamtmenge (D1) ist;

• wenigstens eine zweite Periode (0 bis t1, t4 bis T), in welcher die angeforderte Menge (D) kleiner als die Gesamtmenge (D1) ist; und

• wenigstens eine dritte Periode (t2 bis t4), in welcher die angeforderte Menge (D) größer als die Gesamtmenge (D1) ist;

- während der ersten Periode oder den ersten Perioden die Gesamtmenge (D1) auf den Arbeitsdruck (P) gebracht und in die Abnehmerleitung (15) eingeleitet wird;

- während der zweiten Periode oder den zweiten Perioden:

• die angeforderte Menge (D) auf den Arbeitsdruck gebracht und in die Abnehmerleitung (15) eingeleitet wird; und

• eine Speichermenge (d2) des Bestandteils, die gleich der Differenz zwischen der Gesamtmenge (D1) und der angeforderten Menge (D) ist, auf einen hohen Druck (P1) gebracht wird, der höher als der Arbeitsdruck (P) ist, und diese Speichermenge in wenigstens einer Pufferkapazität (38) gespeichert wird; und

- während der dritten Periode oder den dritten Perioden:

• die Gesamtmenge (D1) auf den Arbeitsdruck (P) gebracht und in die Abnehmerleitung (15) eingeleitet wird; und

• außerdem eine zusätzliche Menge (d3) des Bestandteils, die gleich der Differenz zwischen der angeforderten Menge (D) und der Gesamtmenge (D1) ist, in die Abnehmerleitung (15) eingeleitet wird, wobei diese zusätzliche Menge aus wenigstens einer Pufferkapazität (38) entnommen und auf den Arbeitsdruck (P) entspannt wird;

dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge bis zum warmen Ende der Tauscherleitung erwärmt wird und die Speichermenge vom warmen Ende zur Pufferkapazität geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge (D1) im flüssigen Zustand aus der Destillationsvorrichtung (7) abgezogen wird und in diesem Zustand durch Pumpen (in 12, 36) verdichtet wird, bevor sie (in 6) verdampft wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Flüssigkeitsmenge mittels einer ersten Pumpe (12) auf den Arbeitsdruck (P) gebracht wird, dass die Menge, die für die Pufferkapazität (38) bestimmt ist, mittels einer zweiten Pumpe (36) auf den hohen Druck (P1) gebracht wird und dass (in 17, 37) jeder Flüssigkeitsstrom unter seinem Pumpendruck verdampft wird (Figuren 2 und 3).

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge (D1) mittels einer einzigen Pumpe (12) auf den Arbeitsdruck (P) gebracht wird, dass diese Flüssigkeit (in 17) verdampft wird und der Teil des so erhaltenen Gases, der für die Pufferkapazität (38) (Figur 5) bestimmt ist, auf den hohen Druck (P1) gebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge (D1) mittels einer einzigen Pumpe (12) auf den hohen Druck (P1) gebracht wird, (in 143) ein Teil dieser Gesamtmenge auf den Arbeitsdruck (P) entspannt wird und die beiden Ströme jeweils unter ihrem Druck verdampft werden (Figur 6).

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste von zwei Mengen im flüssigen Zustand aus der Destillationsvorrichtung (7) abgezogen wird, durch Pumpen (in 12) komprimiert wird und unter diesem Druck (in 17) verdampft wird, während der Rest der Gesamtmenge im gasförmigen Zustand aus der Destillationsvorrichtung abgezogen wird und in diesem Zustand (in 46) komprimiert wird (Figuren 7 und 8).

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge (D1) im gasförmigen Zustand aus der Destillationsvorrichtung (7) abgezogen wird, ein Teil (d1) dieses Gases auf den Arbeitsdruck (P) komprimiert wird und die zusätzliche Menge (d2), die für die Pufferkapazität (38) bestimmt ist, (in 50) auf den hohen Druck (P1) komprimiert wird (Figuren 9 bis 12).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede Menge unabhängig, ausgehend vom Druck beim Abziehen aus der Destillationsvorrichtung (7) komprimiert wird (Figuren 9 und 10).

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge (D1) auf den Arbeitsdruck (P) komprimiert wird und ein Teil dieser ersten Menge vom Arbeitsdruck (P) auf den hohen Druck (P1) komprimiert wird (Figuren 11 und 12).

10. Luftdestillationsanlage, die dazu bestimmt ist, an eine Abnehmerleitung (15) eine variable Menge eines Bestandteils von Luft zu liefern, insbesondere Sauerstoff, mit einer Tauscherleitung (6), in welcher für die Destillation vorgesehene Luft abgekühlt wird; Mitteln, um eine konstante Gesamtmenge (D1) des Bestandteils aus der Destillationsvorrichtung (7) abzuziehen; einer Pufferkapazität (38); ersten Mitteln, um mindestens einen Teil der Gesamtmenge (D1) im gasförmigen Zustand auf den Arbeitsdruck (P) zu bringen, wobei diese ersten Mittel mit der Abnehmerleitung (15) verbunden sind; zweiten Mitteln, um eine zweite Menge (d2) des Bestandteils im gasförmigen Zustand auf einen hohen Druck (P1) zu bringen, der höher als der Arbeitsdruck (P) ist, wobei diese zweiten Mittel mit der Pufferkapazität (38) verbunden sind, und einer mit einem gesteuerten Entspannungsventil (40) ausgestatteten Nebenleitung (39), welche die Pufferkapazität mit der Abnehmerleitung (15) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferkapazität dem warmen Ende der Austauschleitung nachgelagert angeordnet ist.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel eine erste Pumpe (12) und erste Verdampfungsmittel (17) umfassen und dass die zweiten Mittel eine zweite Pumpe (36) und zweite Verdampfungsmittel (37) umfassen (Figuren 2 und 3).

12. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel eine Pumpe (12) und Verdampfungsmittel (17) umfassen und dass die zweiten Mittel einen Verdichter (43) umfassen, dessen Ansaugung mit dem Ausgang der Verdampfungsmittel verbunden ist (Figur 5).

13. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel eine Pumpe (12), ein Entspannungsventil (143) und erste Verdampfungsmittel (17) umfassen und dass die zweiten Mittel zweite Verdampfungsmittel (37) umfassen, die mit der Druckseite der Pumpe verbunden sind (Figur 6).

14. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel einen Verdichter (46) umfassen, dessen Ansaugung mit einer Gasabzugstelle der Destillationsvorrichtung (7) verbunden ist, und dass die zweiten Mittel eine Pumpe (12) und mit der Druckseite dieser Pumpe verbundene Verdampfungsmittel (17) umfassen (Figuren 7 und 8).

15. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Mittel jeweils zwei Verdichter (49, 50) umfassen, deren Ansaugungen parallel mit einer Abzugstelle der Destillationsvorrichtung (7) verbunden sind (Figuren 9 und 10).

16. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Mittel einen ersten Verdichter (49) umfassen, dessen Ansaugung mit einer Gasabzugstelle der Destillationsvorrichtung (7) verbunden ist, und dass die zweiten Mittel einen zweiten Verdichter (50) umfassen, dessen Ansaugung mit der Druckseite des ersten Verdichters verbunden ist (Figuren 11 und 12).

Dessins