Procédé et appareil de production d'azote par distillation cryogénique d'air

Abstract

 Dans un procédé de production d'azote par distillation cryogénique, de l'air contenant du monoxyde de carbone est envoyé à une colonne de distillation cryogénique (5), un débit D d'azote est soutiré en tête de la colonne de distillation, avec une teneur en CO inférieure à une valeur fixée S1, et un débit de liquide cryogénique riche en azote provenant d'une source extérieure (7) est envoyé en tête de la colonne, le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne étant inférieur à une valeur V si la teneur en CO dans l'air ne dépasse pas un seuil préalablement défini (SO) et le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne étant supérieur à une valeur V si la teneur en monoxyde de carbone de l'air dépasse ce seuil préalablement défini (SO).

Description

[0001] La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de production d'azote par distillation cryogénique. L'industrie de la pharmacie est un marché potentiel pour la vente d'azote.

[0002] Cependant, pour pouvoir prétendre à une telle application, l'azote doit répondre aux spécifications suivantes :

CO₂ < 300ppm

CO < 5ppm

O₂ < 5 ppm

H₂O < 67 ppm

N₂ > 99.5%

[0003] Toutes les puretés sont des puretés molaires dans ce document.

[0004] Seule la teneur en CO peut poser un souci. En effet, dans un générateur d'azote à simple colonne avec rajout d'azote liquide pour assurer la tenue en froid, la teneur en CO dans l'azote produit est environ 80% de la teneur en CO dans l'air alimentant la simple colonne.

[0005] On voit donc que la teneur critique de CO dans l'air, au-delà de laquelle la contrainte de teneur en CO dans l'azote n'est plus respectée, est de l'ordre de 6 ppm.

[0006] Si la teneur normale de CO dans l'air (0.6 ppm) est généralement bien inférieure à cette valeur critique, il peut arriver qu'elle excède significativement la valeur limite, soit de façon continue mais plus généralement en pointe.

[0007] Dès lors, il faut arrêter la production par distillation cryogénique d'air et fournir le client par vaporisation d'azote liquide à partir d'un stockage dont la teneur aura été contrôlée.

[0008] Cela est plus coûteux, et ce mode de fonctionnement n'a pour autonomie que la capacité de liquide stockée.

[0009] Il est connu de réduire la teneur en monoxyde de carbone d'un produit riche en azote dans le cas où l'air a une teneur constante en monoxyde de carbone. Dans ce cas, la distillation cryogénique (EP-A-0376465, Gas Aktuell 39, 1990, pp 4-8) ou la catalyse (US-A-5441719) peuvent être utilisées pour épurer l'air ou l'azote.

[0010] US-A-4617040 et JP-A-05001882 décrivent un procédé selon le préambule de la revendication 1.

[0011] Un but de l'invention est permettre la production d'azote très pauvre en monoxyde de carbone par distillation cryogénique d'air même quand l'air alimentant la colonne est ponctuellement très pollué en monoxyde de carbone.

[0012] Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de production d'azote par distillation cryogénique d'air dans lequel de l'air contenant du monoxyde de carbone est envoyé à une colonne de distillation cryogénique, un débit D d'azote est soutiré en tête de la colonne de distillation, avec une teneur en CO inférieure à une valeur fixée S1, et un débit de liquide cryogénique riche en azote provenant d'une source extérieure est envoyé en tête de la colonne, le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne étant inférieur à une valeur V si la teneur en CO dans l'air ne dépasse pas un seuil préalablement défini (SO) caractérisé en ce que: le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne est supérieur à une valeur V si la teneur en monoxyde de carbone de l'air dépasse ce seuil préalablement défini (S0).

[0013] Selon d'autres objets facultatifs :

• le débit d'air envoyé à la colonne de distillation est réduit si la teneur en monoxyde de carbone de l'air dépasse le seuil préalablement défini ;
• si la teneur en monoxyde de carbone de l'air est en dessous du seuil donné, le débit molaire de liquide cryogénique envoyé à la colonne est égal au plus à 5% du débit molaire d'azote gazeux D soutiré de la colonne ;
• un débit de purge de liquide enrichi en oxygène est produit, caractérisé en ce que le débit de liquide cryogénique riche en oxygène produit est sensiblement constant lorsque le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne est inférieur à une valeur V et augmenté par rapport au débit constant si le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne est supérieur à une valeur V ;
• l'augmentation du débit molaire enrichi en oxygène soutiré est sensiblement égale à l'augmentation du débit molaire de liquide cryogénique envoyé à la colonne ;
• le rapport entre le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne et la teneur en monoxyde de carbone de l'air est constant ;
• le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne a une ou plusieurs valeur(s) donnée(s) si la teneur en monoxyde de carbone de l'air se trouve dans une ou plusieurs gamme(s) prédéfinie(s) ;
• le débit de liquide cryogénique est régulé selon la teneur en monoxyde de carbone de l'air ;
• le débit de liquide cryogénique est régulé selon la teneur en monoxyde de carbone de l'azote produit.

[0014] Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil de production d'azote par distillation cryogénique comprenant une colonne de distillation cryogénique, une conduite pour envoyer de l'air contenant du monoxyde de carbone à la colonne, une conduite pour soutirer un produit riche en azote de la colonne, une conduite pour envoyer de l'azote liquide d'une source extérieure, par exemple un stockage, à la colonne caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour réguler le débit d'azote liquide envoyé à la colonne en fonction de la teneur en monoxyde de carbone de l'air.

[0015] L'appareil comprend éventuellement des moyens pour mesurer la teneur en monoxyde de carbone de l'air ou du produit riche en azote et des moyens pour augmenter le débit d'azote liquide envoyé à la colonne si la teneur dépasse un seuil.

[0016] L'invention proposée permet de repousser significativement la teneur limite de CO dans l'air au-delà de laquelle on ne peut plus produire l'azote gazeux suffisamment pur à partir de l'appareil de séparation d'air.

[0017] L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la figure qui représente un appareil de séparation d'air selon l'invention.

[0018] Un débit d'air 1 purifié en CO₂ et en humidité mais contenant du monoxyde de carbone est refroidi dans un échangeur de chaleur 2. Sa teneur en monoxyde de carbone est mesurée par un analyseur 3 en amont de la colonne de distillation 5.

[0019] L'air se sépare en un gaz de tête riche en azote et un liquide de cuve enrichi en oxygène. Le liquide de cuve 17 est détendu par une vanne 18 et envoyé au condenseur de tête 9 de manière connue. Le liquide vaporisé 21 se réchauffe dans l'échangeur 2. Un produit gazeux riche en azote 29 est soutiré en tête de la colonne, réchauffé dans l'échangeur 2 et envoyé à un client. Sa teneur en monoxyde de carbone est mesurée par un analyseur 23 et ne doit pas dépasser un seuil S1, par exemple de 5 ppm.

[0020] La tenue en froid de l'appareil est assurée par un envoi d'azote liquide provenant d'un stockage 7 qui constitue une source extérieure à l'appareil de séparation d'air. Le débit V de ce liquide est sensiblement constant tant que la teneur de monoxyde de carbone de l'air ne dépasse pas un seuil S0 La conduite 19 d'azote liquide est reliée à la tête de la colonne 5 à travers une vanne 11. Un liquide riche en azote peut être soutiré de la colonne 5 à travers une conduite 13.

[0021] Si l'air 1 a une teneur en monoxyde de carbone inférieur au seuil donné S0, par exemple 5,9 ppm, la quantité V molaire d'azote liquide envoyée dans la colonne 5 par la conduite 19 correspond à au plus environ 5% du débit molaire d'azote produit, éventuellement au plus 3% du débit molaire d'azote produit, c'est-à-dire la quantité qu'il faut pour tenir l'appareil en froid, en l'absence de turbine de détente ou autre moyen de production de froid. La quantité V est donc sensiblement constante. La teneur en CO de ce débit V d'azote est inférieure à 5 ppm, puisque le liquide stocké dans ce stockage extérieur 7 peut éventuellement servir de secours, après vaporisation, en cas d'arrêt, intempestif ou pas, de l'unité de production d'azote. Tout le liquide soutiré en cuve est envoyé par la conduite 17 au condenseur 9.

[0022] Si la teneur en monoxyde de carbone dépasse le seuil donné pour l'air de S0, l'analyseur 3 envoie un signal au FIC 12 pour modifier le débit envoyé par la conduite 19 de façon à augmenter la quantité d'azote liquide arrivant dans la colonne de sorte que le débit dépasse la valeur V. Plus l'air est impur, plus l'augmentation doit être grande. Par ce procédé, en envoyant 10% du débit de production d'azote en tant que débit d'azote liquide, la teneur limite en CO dans l'air peut monter jusqu'à 6.5 ppm sans que la teneur de monoxyde de carbone dans l'azote produit 19 dépasse 5 ppm, requis par les normes. En envoyant de l'azote liquide corrrespondant à 40% du débit de production d'azote, la teneur limite en CO dans l'air 1 est 9.5 ppm sans que la teneur de monoxyde de carbone dans l'azote produit 19 dépasse 5 ppm, requis par les normes.

[0023] En augmentant le débit d'azote liquide, il est nécessaire de réduire le débit d'air d'alimentation et donc de réduire la quantité de CO introduite dans l'unité de production d'azote ; cela réduit également la consommation électrique de l'appareil.

[0024] Simultanément, un débit supplémentaire de liquide enrichi en oxygène 13 est soutiré de la cuve de la colonne 5 au moyen d'une vanne 15 et d'une conduite quand la teneur en monoxyde de carbone de l'air dépasse le seuil S0 et quand l'azote liquide arrive par la conduite 19. Ce débit de purge est sensiblement le même, sur une base molaire, que le débit complémentaire envoyé dans la colonne par la conduite 19, et est extrait de l'unité de production. Il peut éventuellement être stocké dans un réservoir dédié, ou rejeté à l'atmosphère après vaporisation.

[0025] Le rapport entre le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne et la teneur en monoxyde de carbone de l'air peut être constant. Sinon, le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne peut être fixé à une ou plusieurs valeur(s) donnée(s), la valeur étant fonction du fait que la teneur en monoxyde de carbone de l'air se trouve dans une ou plusieurs gamme(s) prédéfinie(s). Ainsi le débit peut être à 10%, si la teneur est entre 5 et 6,5 ppm et de 40% si la teneur est entre 6,5 et 9,5 ppm.

Revendications

1. Procédé de production d'azote par distillation cryogénique d'air dans lequel de l'air contenant du monoxyde de carbone est envoyé à une colonne de distillation cryogénique, un débit D d'azote est soutiré en tête de la colonne de distillation (5), avec une teneur en CO inférieure à une valeur fixée S1, et un débit de liquide cryogénique riche en azote provenant d'une source extérieure (7) est envoyé en tête de la colonne, le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne étant inférieur à une valeur V si la teneur en CO dans l'air ne dépasse pas un seuil préalablement défini (SO) caractérisé en ce que: le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne est supérieur à une valeur V si la teneur en monoxyde de carbone de l'air dépasse ce seuil préalablement défini (SO).

2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le débit d'air envoyé à la colonne de distillation (5) est réduit si la teneur en monoxyde de carbone de l'air dépasse le seuil préalablement défini.

3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel si la teneur en monoxyde de carbone de l'air est en dessous du seuil donné, le débit molaire de liquide cryogénique envoyé à la colonne (5) est égal au plus à 5% du débit molaire d'azote gazeux D soutiré de la colonne.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel un débit de purge de liquide enrichi en oxygène est produit, caractérisé en ce que le débit de liquide cryogénique riche en oxygène produit est sensiblement constant lorsque le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne (5) est inférieur à une valeur V et augmenté si le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne est supérieur à une valeur V.

5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'augmentation du débit molaire enrichi en oxygène soutiré est sensiblement égale à l'augmentation du débit molaire de liquide cryogénique envoyé à la colonne (5).

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le rapport entre le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne (5) et la teneur en monoxyde de carbone de l'air est constant.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne (5) a une ou plusieurs valeur(s) donnée(s) si la teneur en monoxyde de carbone de l'air se trouve dans une ou plusieurs gamme(s) prédéfinie(s).

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le débit de liquide cryogénique est régulé selon la teneur en monoxyde de carbone de l'air.

9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le débit de liquide cryogénique est régulé selon la teneur en monoxyde de carbone de l'azote produit.

10. Appareil de production d'azote par distillation cryogénique comprenant une colonne de distillation cryogénique (5), une conduite pour envoyer de l'air contenant du monoxyde de carbone à la colonne, une conduite pour soutirer un produit riche en azote de la colonne, une conduite pour envoyer de l'azote liquide d'une source extérieure (7), par exemple un stockage, à la colonne caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour réguler le débit d'azote liquide envoyé à la colonne en fonction de la teneur en monoxyde de carbone de l'air et éventuellement des moyens pour mesurer la teneur en monoxyde de carbone de l'air ou du produit riche en azote et des moyens pour augmenter le débit d'azote liquide envoyé à la colonne si la teneur dépasse un seuil.

Amended claims

Revendications modifiées conformément à la règle 137(2) CBE.

1. Procédé de production d'azote par distillation cryogénique d'air dans lequel de l'air contenant du monoxyde de carbone est envoyé à une colonne de distillation cryogénique, un débit D d'azote est soutiré en tête de la colonne de distillation (5), avec une teneur en CO inférieure à une valeur fixée SI, et un débit de liquide cryogénique riche en azote provenant d'une source extérieure (7) est envoyé en tête de la colonne, le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne étant inférieur à une valeur V si la teneur en CO dans l'air ne dépasse pas un seuil préalablement défini (S0) caractérisé en ce que: le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne est supérieur à la valeur V si la teneur en monoxyde de carbone de l'air dépasse ce seuil préalablement défini (SO).

2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le débit d'air envoyé à la colonne de distillation (5) est réduit si la teneur en monoxyde de carbone de l'air dépasse le seuil préalablement défini.

3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel si la teneur en monoxyde de carbone de l'air est en dessous du seuil donné, le débit molaire de liquide cryogénique envoyé à la colonne (5) est égal au plus à 5% du débit molaire d'azote gazeux D soutiré de la colonne.

4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel un débit de purge de liquide enrichi en oxygène est produit, caractérisé en ce que le débit de liquide cryogénique riche en oxygène produit est sensiblement constant lorsque le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne (5) est inférieur à une valeur V et augmenté si le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne est supérieur à la valeur V.

5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'augmentation du débit molaire enrichi en oxygène soutiré est sensiblement égale à l'augmentation du débit molaire de liquide cryogénique envoyé à la colonne (5).

6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le rapport entre le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne (5) et la teneur en monoxyde de carbone de l'air est constant.

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel le débit de liquide cryogénique envoyé à la colonne (5) a une ou plusieurs valeur(s) donnée(s) si la teneur en monoxyde de carbone de l'air se trouve dans une ou plusieurs gamme(s) prédéfinie(s).

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le débit de liquide cryogénique est régulé selon la teneur en monoxyde de carbone de l'air.

9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le débit de liquide cryogénique est régulé selon la teneur en monoxyde de carbone de l'azote produit.

10. Appareil de production d'azote par distillation cryogénique comprenant une colonne de distillation cryogénique (5), une conduite pour envoyer de l'air contenant du monoxyde de carbone à la colonne, une conduite pour soutirer un produit riche en azote de la colonne, une conduite pour envoyer de l'azote liquide d'une source extérieure (7), par exemple un stockage, à la colonne caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour réguler le débit d'azote liquide envoyé à la colonne en fonction de la teneur en monoxyde de carbone de l'air, des moyens pour mesurer la teneur en monoxyde de carbone de l'air ou du produit riche en azote et des moyens pour augmenter le débit d'azote liquide envoyé à la colonne si la teneur dépasse un seuil.

Dessins