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La présente invention est relative à la
production d'un débit variable d'oxygène gazeux par
distillation d'air. Elle concerne en premier lieu un
procédé du type dans lequel une quantité variable
d'oxygène est stockée sous forme liquide dans un
premier réservoir d'où un débit variable d'oxygène est
prélevé et vaporisé avec, de façon correspondante,
stockage d'un autre fluide sous forme liquide dans un
second réservoir.
Dans un procédé connu de ce type, mis en
oeuvre dans des installations réelles et connu sous
l'appellation "procédé à bascule", la vaporisation et
la condensation d'oxygène correspondent à une conden-
sation et à une vaporisation d'azote, les échanges de
chaleur étant effectués dans la double colonne qui
constitue l'appareil de distillation d'air. Par
suite, chaque modification du débit d'oxygène gazeux
produit s'accompagne d' une modification du régime de
marche de la double colonne, et en particulier de ses
taux de chauffage et de reflux. I1 en résulte des
périodes de pertes d'efficacité de la distillation,
d'autant plus importantes que les variations de régime
sont rapprochées et rapides. De plus, une régulation
complexe de l'installation est nécessaire.
L'invention a pour but de fournir un procédé
pouvant être mis en oeuvre de manière plus simple.
A cet effet, l'invention a pour objet un
procédé du type précité, caractérisé en Ce que ledit
fluide est constitué par une fraction de l'air à
traiter, en ce qu'on envoie un débit constant d'oxy-
gène liquide dans ledit premier réservoir et un débit
constant d'air liquéfié dudit second réservoir dans
l'appareil de distillation, et en ce qu'on soutire du
premier réservoir, en fonction de la demande d'oxygène
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gazeux, un débit variable d'oxygène liquide que l'on
vaporise par condensation d'un débit variable corres-
pondant d'air à traiter.
Dans un mode de mise en oeuvre avantageux,
lors d'une variation de la demande d'o><ygène, on main-
tient constants les débits de chaque fluide introduit
dans l'appareil de distillation et de chaque fluide
soutiré de cet appareil, et on fait varier le débit
total d'air à traiter de la même façon que le débit
d'air condensé par vaporisation d'oxygène.
L'invention a également pour objet une ins-
tallation destinée à la mise en oeuvre d'un tel pro-
cédé. Cette installation, du type comprenant un com-
presseur principal d'air, un appareil de distillation
à double colonne alimenté par ce compresseur, un
premiex réservoir de stockage d'une quantité variable
d'oxygène liquide, un second réservoir de stockage
d'une quantité variable d'un autre fluide sous forme
liquide, et des moyens pour prélever un débit variable
d'oxygène liquide dans le premier réservoir et le va-
poriser et, à peu près en même temps, ajowter dudit
fluide sous forme liquide dans le second réservoir,
est caractérisée en ce que lesdits mayens de vaporisa-
tion comprennent un échangeur de chaleur relié d'une
part à la sanie du compresseur principal et d'autre
part au second réservoir, la partie inférieure de ce
dernier étant par ailleurs reliée à l'appareil de dis-
tillation, et en ce que l'installation comprend des
moyens poux faire passer un débit constant d'oxygène
liquide dans le premier réservoir, des moyens pour
prélever un débit variable d'oxygène liquide dans ce
réservoir, des moyens pour faire varier le débit d'air
envoyé à l'échangeur de chaleur, et des moy2~ns pour
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3
envoyer un débit constant d'air liquéfié du second
réservoir dans l'appareil de distillation.
Des exemples de mise en oeuvre de l'inven-
tion vont maintenant être décrits en regard du dessin
annexé, sur lequel les Fig. 1 et 2 représentent sché-
matiquement deux modes de réalisation de l'instal-
lation conforme à l'invention.
L'installation représentée à la Fig.1
comprend essentiellement un compresseur d'air prin-
cipal 1 à débit variable, par exemple du type cen-
trifuge à aubages mobiles, un appareil d'épuration par
adsorption 2, une ligne d'échange thermique 3, une
turbine 4 de maintien en froid, un appareil 5 de dis-
tillation d'air constitué par une double colonne
comprenant elle-même une colonne moyenne pression 6
surmontée d'une colonne basse pression 7 et un vapo-
riseur-condenseur 8, un échangeur de chaleur auxi-
liaire 9, un réservoir d'oxygène liquide 'IO et un
réservoir d'air liquéfié 11. Cette installation est
destinée à produire un débit variable d'oxygéne gazeux
via une conduite 12, sous une pression légèrement
supérieure à la pression atmosphérique.
Pour décrire le fonctionnemeht de cette
installation, on supposera,tout d'abord que la demande
d'oxygène gazeux dans la Conduite 12 est constante et
égale à la production nominale, soit 20 % du débit
d''air nominal comprimé par le compresseur 1. Dans tout
le ' présent mémoire, des pressions indiquées sont des
pressions absolues approximatives, et les débits sont
des débits molaires:
Le débit nominal d'air à traiter, comprimé à
6 bars par le compresseur 1, refroidi à la température
ambiante et épuré dans l'appareil 2, est divisé en
deux flux ayant chacun un débit constant .
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- Un premier flux est refroidi dans des
passages 13 de la ligne d'échange ; une partie est
sartie de cette ligne d'échange après un refroidisse-
ment partiel, détendue vers 1 bar dans la turbine 4 et
insufflée dans la colonne basse pression 7 au
vaisinage de son point de rosée ; le reste poursuit
son .refroidissement jusqu'au voisinage de son point
de rasée sous 6 bars, puis est injecté au bas de la
colonne moyenne pression 6 via une conduite 14.
- Un second flux est refroidi jusqu'au
voisinage de san point de rosée dans des passages 15
de la ligne d'échange puis condensé dans l'échangeur 9
et stocké sous forme liquide dans le réservais 11. Un
débit constant d'air liquéfié est soutiré du fond de
ce réservoir et est divisé en un premier débit cons-
tant sous 6 bars envoyé dans la colonne moyenne pres-
sian via une conduite 16, et un second dêbit constant
détendu vers 1 bar dans une vanne de détente 17 puis
injecté dans la colonne basse pression 7.
~Le vaporiseur-condenseur 8 vaporise un débit
constant d'oxygène liquide en cuve de la colonne basse
pression par condensation d'un débit à peu près égal
d'azote de tête de la colonne moyenne préssion. Du
°'liquide riche" (aix enrichi en oxygène) prélevé en
cuve de la colonne moyenne pressioé et détendu vers 1
bar dans une vanne de détente 19 est injecté à un
niveau intermédiaire de la colonne basse pression, et
du "liquide pauvre" (azote'à peu près purs prélevê en
tête de la talonne moyenne pression et détendu vers 1
bar dans une vanne de détente 19 est injecté au sommet
de la colonne basse pression.
Un débït constant d'oxygène liquide, corres-
pondant à 20 '/, du débit d'air entrant, passe, via une
conduite 20, dans le réservoir i0. Un dëbit constant
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identique d'oxygène liquide est soutiré du fond de ce
réservoir, vaporisé dans l'échangeur 9, réchauffé dans
des passages 21 de la ligne d'échange et fourni à la
conduite 12 de production. En outre, un débit constant
d'azote impur, soutiré du sommet de la colonne basse
pression, est réchauffé dans des passages 22 de la
ligne d'échange et évacué en tant que résiduaire via
une conduite 23.
Toutes les conduites qui aboutissent à la
double colonne 5 et toutes celles qui en partent sont
équipées de moyens (non représentés) assurant un débit
constant. Ainsi, lorsque la demande d'oxygène gazeux
varie, le réglage de cette double colonne n'est pas
modifié.
Par contre, dans ce cas, le débit d'air
condensé dans l'échangeur 9 varie, et la position des
cubages mobiles du compresseur lest modifiée de façon
correspondante.
Ainsi, si la demande en oxygène gazeux
augmente, un plus grand débit d'oxygène est vaporisé
dans l'échangeur 9. Ceci augmente le débit d'air
condensé dans cet échangeur, ce qui crée un appel
d'air supplémentaire vers cet échangeur, dans les
passages 15 de cette ligne d'échange, Le réglage des
cubages du compresseur 1 est alors modifié de façpn à ,,
admettre ce débit d'air supplémentaire. Le niveau du
liquide dans le réservoir 1Q baisse, et il monte dans ¿.
1e réservoir 11.
Inversement, si la demande en oxygéne gazeux
diminue, un débit réduit d'oxygène est vaporisé dans
l'échangeur 9. Ceci réduit le débit d'air condensé
' dans cet échangeur, et donc également le débit d'air
circulant dans les passages 15 de la ligne d'échange.
Le réglage des cubages du compresseur l est alors
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modifié de manière à diminuer d'autant le débit d'air
atmosphérique aspiré.
On voit donc que l'on peut répondre à la
variation de la demande d'oxygène gazeux par une
simple modification du réglage des aubages du com-
presseur 1, ce qui peut s'effectuer simplement et
quasi-instantanément, sans perturber aucunement le
fonctionnement de l'appareil de distillation 5. De
plus, cette souplesse est obtenue sans qu'aucun
produit de la séparation de l'air soit perdu lors des
variations du débit d'axygène gazeux produit.
L'installation représentée à la Fig.2 est
destinée à fournix l'oxygène gazeux sous pression.
elle ne diffère de la précédente que par le fait
qu'une pompe 24 à débit variable est montée dans la
conduite qui relie 1e fond du réservoir 10 à l'échan-
geur 9, et qu'un surpresseur d'air 25 à aubages mobi-
les est monté dans la conduite qui véhicule 1a frac-
tion du débit d'air comprimé jusqu'aux passages 15 de
la ligne d'échange thermique.
Le fonctionnement nominal de l'installation
est le même que précédemmewt, à ceci près que l'oxy-
gène liquide soutiré du réservoir 10 est amené par 1a
pompe 24 à la pxession dészrée, puis est vaparisé sous
cette pression dans l'échangeur 9. Pour pouvoir effec-
tuer cette vaporisation, le débit correspondant d'air ',
est surpressé à une pression quelque peu supérieure
à la pressioh de vaporisation de l'oxygène par le sur-
presseur 25, condensé dans l'échangeur 9, puis détendu
à 6 bars dans une vanne de détenu 26 avant d'être
stocké dans le réservoir 11.
Daros ce cas, chaque variation de la-demande
d'oxygène gazeux dans la conduite 12 nécessite une
variation correspondante du débit de 1a pompe 24, une
variation du même ardre du débit d'air surpressé par
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le surpresseur 25, et une variation identique du débit
d'air comprimé par le compresseur principal 1.
Ces modifications du réglage des machines
tournantes sana de nouveau simples à obtenir et quasi-
instantanées, et elles n'induisent aucune perturbation
du fonctionnement de la double colonne ni aucune perte
de produit.
De par sa simplicité et son efficacité,
l'invention convient particuliérement bien pour con-
férer de la souplesse à des installations de produc-
fion d'oxygène avec des demandes d'oxygène qui varient
fréquemment et rapidement.
Il est à noter que l'invention s'applique
également au cas où, la demande d'oxygène étant tou-
jours supérieure à une valeur minimale dansée, ur~
débit d'oxygène gazeux canstant égal à cette valeur
minimale est soutiré directement du bas de la colonne
basse pression 7 via une conduite 27, comme indiqué en
trait mixte sur les Fig.1 et 2, puis réchauffé dans la
ligne d'échange. Cette variante permet de réduise la
capacité des rêservoirs 10 et 11. De même, des produc-
tions constantes d'oxygène liquide et/au d'azote.ga-
zeux et/ou d"azote liquide peuvent ëtre assurées si-
multanément par la double colonne; via des conduites
28 etlou 29 et/ou 30, également comme indiqué en trait
mixte sur les Fig. 1 et 2.
