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La présente invention est relative à un
procédé et une installation d~ production d'oxygëne
gazeux sous une haute pression d' oxygène par distillation
d'air dans une installatïon à double colonne comprenant
une colonne basse pression et une colonne moyenne
pression, pompage d'oxygèno liquide soutiré en cuva de
la colonne basse pression, et vaporisation de l'oxygëne
liquide comprimé par échange de chaleur, dans la ligne
d'échange thermique de l'installation, avec de l'air
porté à une haute pression d'air nettement supérieure à.
la moyenne pression.
Les pressions dont ï1 est question ci-dessous
sont des pressions absolues. Les pressions da la colonne
moyenne pression et de la colonne basse pression seront
appelées "moyenne pression" et "basse pression"
respectivement.
Les procédés de ce type, dits procédés "à
pompe", permettent de supprimer tout compresseur
d'oxygène gazeux. Pour obtenir une dépense d'énergie
compétitive, il est nécessaire de comprimer un débit
d'air important, da l'ordre de 1,5 fois le débit
d'oxygène à vaporiser, jusqu'â une pression suffisante
permettant de le liquéfier à contre-courant de l'oxygëne.
I1 est connu que la dépense d' énergie des
installations correspondantes n'est inférieure ou égale
à celle des installations munies d'un compresseur
d'oxygène que pour des pressions de vaporisation
d'oxygène inférieures à l0 bars er~viron, et que cette
dépense d'énergie augmente progressivement avec nette
pression. De plus, .dans 1e domaine oû la dépense
d'énergie est acceptable, la technique habituelle utilise
deux compresseurs en série, le second ne traitant que 1a
fraction de l'air destiné à la vaporisation de l'oxygène
2
liquide, ce qui accroît considérablement l'investissement
de 1°installation.
L' invention a pour but de fournir un procédé
"â pompe" ne nécessitant qu'un investissement réduit.
A cet effet, 1s procédê suivant l'invention
est caractérisé en cc que . on comprime à, la haute
pression d'air la totalité de l'air à distiller; à une
tempârature intermédiaire de refroidissement, on détend
dans une 'turbine frein6e par un surpresseur d'air, à la
pression d~ la colonne moyenne pression, la fraction de
cet air qui est excédentaire par rapport aux besoins
frigorifiques de la ligne d'échange thermiques et on
évacue de l'installation au moins un produit liquide.
suivant d'autres caractéristiques
- pour une haute pression d'oxygène
inférieurs â 13 bars environ, on choisit comme haute
pression d'air la pression de condensation de l'air par
échange de chaleur avec l'oxygène en cours de
vaporisation sous la haute pression d'oxygène: '
2p - pour une haute pression d'oxygène
supérieure à 13 bars environ, on choisit comme haute
pression d'air, quelle que soit 1a haute pression
d'oxygène, une pression inférieure à la pression de
condensation de l'air par échange de chaleur avec
l' oxygène en cours de vapoxisa~tion sous la haine pression
d'oxygène et au moins égale â 30 bars environ.
L'invention a également pour objet une
installation de production d'oxygène gazeux sous pression
destinée à la mise en oeuvre d°un tel procêdé. Cette
~ installation, du type comprenant une-double colonne de
distillation d'air comprenant une colonne basse pression
et une colonne moyenne, pression, une pompe de compression
d'oxygène liquide soutiré en cuve'de la colonne basse
pression, des moyens de compressïon d' air pour amener une
fraction de l' air à distiller à une haute pression d' air,
3
et une ligne d'échange thermique pour mettre en relation
d'êchange thermique ladïte frac~cion de l'air à la haute
pression d'air et l'oxygêne liquide comprimé, est
caractérisée en ce que lesdits moyens de compression
d' air sont montés de façon à traiter la totalité de l' air
à distiller, et en ce que l'installation comprend d'une
part une turbine de détente freinée par un surpresseur
d'air et dont l'aspiration est reliée aux passages de
refroidissement d'air, en un point intermédiaire de la
ligne d'êchange thermique, l'échappement de cette turbine
êtant directement reliê â la colonne moyenne pression,
et d' autre part des moyens pour évacuer de l' installation
au moins un produit liquide.
Une ëtude approfondie des phênom~nes mis en
jeu dans le procédé défini ci-dessus montre que, dans
certains cas, la turbine da dëtente risqua de voir du
liquide se former à l'entrée de sa roue si l'on vaut
maintenir des écarts de tempêrature réduits â l'emplace
ment du palier de vaporisation de l'oxygène et au' bout
chaud de la ligne d'échange. C'est le cas lorsque la
pression d'oxygène est supérieure à 13 bars environ,
lorsque l'installation comprend une seule turbine de dé-
tente (c'est-à-dire ne comporte pas de turbine détente
d'aîr en basse pression) et lorsque la presque totalité
de l'oxygêne liquide soutiré de la double colonne est
vaporisé sous pression.
Suivant un développement âe l'invention, on
obtient les faibles écarts de température précités, et
donc une faible dépense d'énergie spêcifique, tout en
évitant l'apparition de liquide â 1'entrêe de la roue de
la turbine de d2tente.
A cet effet, l'ïnvention a également pour
objet un procédé du type précitê; ca.raotérisé en ce que:
- on comprime la totalité de l'air â distil
ler à une premiëre haute pression nevttemen~ supérieure
4
è la moyenne pression;
- on refroidit une première fraction de cet
air sous la première haute pression et, è une tempêrature
intermédiaire de refroidissement, on en détend au moins
une partis à la moyenne pression dans une turbine avant
de l'introduire dans la double colonne;
- on surpresse à une seconde haute pression
le reste de l'air sous la première haute pression, une
partie au moins de l' air surpressé, dont le débït est
inférieur au dëbit d'oxygène liquide à vaporiser, étant
refroidi et liquéfié puis, après détente, introduit dans
la double colonne;
- la seconde haute pression étant d' une part
inférieure à la pression de condensation ou de pseudo
condensation de l'air par échange de chaleur avec
l' oxygène en cours de vaporisation sous la haute pression
d'oxygène et au moins égale à 30 bars environ, et,
d'autre part, choisie de façon que la condensation ou la
pseudo-condensation de l'air sous cette seconde haute
pression ait lieu au voisinage de la tempêrature d' admis-
sion de la turbine; et
- on évacue de l'installation au moins un
produit liquide.
L ° invention a encore pour ob j et une installa
tion destinée â la mise en oeuvre d'un tel procédé. Cette
installation, du type comprenant une double colonne de
distillation d'air comprenant une colonne basse pression
et une colonne moyenne pression, une pompe de compression
d'oxygène liquide soutiré en cuvè de la colonne basas
pression, des moyens de compression pour amener de l'air
è distiller à une haute pression d'air nettement supé-
rieure è la moyenne .pression, et une ligne d°échange
-thermique poux mettre en relation d'échange thermique
l'air à la haute pressïon et l'oxygène liquide comprimé,
est caractérisée en ce que les moyens de compression
2~~~~~i~
comprennent un compresseur pour amener la totalité de
l' air é distiller è une première haute pression nettement
supérieure ~ la moyenne pression, et des moyens de
surpression d'une fraction de l'air sous cette première
5 haute pression, ces moyens da surpression comprenant deux
soufflantes en sériè couplées chacune à une turbine de
détente, la première soufflante êtant couplée à une
turbine de détente d'air sous la première haute pression
et la seconde soufflante étant couplée â une seconde
turbine de détente d'une partie de l'air surpressé, la
température d'admission de la seconde turbine étant
supérieure à celle de la première turbine, l' installation
comprenant également des moyens pour évacuer de l'insta-
lallation au moins un produit liquide>
Des exemples de misa en oeuvre de l' invention
vont maintenant être décrits en regard des dessins
annexës, sur lesquels a
- la Figure 1 représenta schématiquement une
installation ds production d'oxygène gazeux conforma è
l'invention;
- la Figure 2 est un diagramme montrant
l'êvolution de la pxession de vaporisation d'oxygéne,
suivant l'invention, en fonction de la haute pression de
l'oxygène;
- les Figures 3 à 5 sont des diagrammes
d°échange thermique correspondant à trois utilisations
différentes âe l'znsta~.lation suivant 1°invention;
- la Figure 6 représente schématiquement une
autre installation de production d'oxygène gazeux
conforma à l'invention;
- la Figure 7 est un diagramme e~'échange
thermique correspond~rxt à cette installa~ioxa, avec en
abscisses la température en âegrés Celsius et en ordon
nées les enthalpies êchangées dans la ligne d'échange
thermique;
6
- les Figures 8 et 9 sont des vues analogues
respectivement aux Figures 6 et ? mais relatives è un
autre mode de rêalisation de l' installation suivant l' in-
vention; et
- les Figures 10 et 11 représentent schémati-
quement plusieurs variantes de l'installation.
L'installation de distillation d'air
reprêsentêe ~1 1a Figure 1 comprend essentiellement : un
compresseur d'air 1; un appareil 2 d'épuration de l'air
comprimé en eau et en C02 par adsorption, cet appareil
comprenant deux bouteilles d' adsorption 2A, 2H dont l' une
fonctionne en adsorption pendant que 1 ° autre est en cours
de régênération; 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 rêservoir d' oxygène liquide
11 dont le fond est relié à une pompe d'oxygène liquide
12; et un réservoir d'azote lia_uide 13 dont le fond est
relié â une pompe d'azote liquide l~.
Cette installation est destinêe é fournir,
via une conduite 15, de l'oxygène gazeux sous une haute
pression prédétermïnée, qui peut Vitre comprise entra
quelques bars et quelques dizaines de bars (daxas le
présent mémoire, les pressions considérëes sont des
pressions absolues).
Pour cela,, de l' oxygène liquide soutirë de la
cuve de la colonne 9 via une conduite 16 et stocké dans
le rêservoir 11, est amené à la haute pression par la
pompe l2 à l'état liquide, puis vaporisé et réchauffé
7
sous cette haute pression dans des passages 1? de
1°échangeur 6.
La chaleur nécessaire é cette vaporisation et
à ce réchauffage, ainsi qu'au réchauffage et
éventuellement à la vaporisation d'autres fluides
soutirés de la doubla colonne, est fournie par l'air ~,
distiller, dans les conditions suivantes.
La totalité de l'air â distiller est compri
mée pas le compresseur 1 â une pression supérieure é la
moyenne pression de la colonne 8 mais inférieure à la
haute pression. Puis l' air, prêrefroidi en 18 et refroidi
au voisinage de la température ambiante en 1g, est épurâ
dans l'une, 2A par exemple, des bouteilles d'adsorption,
et surpressé en totalité à la haute pression par le
surpresseur 5, lequel est entraîné par la turbine 9~.
L' air est alors introduit au bout chaud da
l'échangeur 6 et refroidi en ~totali~té jusqu'é une
température intermédiaire. A nette température, une
fraction de l'air poursuit son refroidissement et est
liguéfié dans des passages 20 da l'échangeur, puis est
détendu à la basse pr~saion dans une vanne de détente 21
e~t introduit à un niveau intermédiaire dans la colonne
9. Le reste de l'air, ou air excédentaire, est détendu
é la moyenne pression dans la turbine 4 puis envoyé
directement, via uns conduite 22, é la base de la colonne
8.
On reconnait par ailleurs sur la figure 1 les
conduites habituelles des installations é double colonne,
celle représentée étant du type dit "â minaret",
c'ést-à-dire avec production d'azo-te sous la basse
pression . les conduites 23 â 25 d'in~eation dans la
colonne 9, à des niveaux axoissants; ale °'liquide riche"
(air enrichi en oxygène) détendu, de "liquide pauvre
infërieur" (azote impur) détendu et de "liquide pauvre
supérieur" (azote pratiquement pur) détendu,
respectivement, ces trois fluides étant respectivement
soutirés à la basa, en un point intermëdiaire 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) fartant du
niveau d'injection dû liquido pauvre infêrieur. L'azote
basse pression est réchauffé dans des passages 28 de
l' êchangeur 6 puis gvaau8 via une conduite 29, tandis que
le gaz rêsiduaire, après réchauffement dans des passages
30 de 1°êchangeur, est utilisé pour régénârer une
bouteille d'adsorption, 1a bouteille 2B dans l'exemple
considéré, avant d'être évacué via une conduite 31.
On voit encore sur la Figure 1 qu'une partie
de l'azote liquide moyenne pression est, aprés dêtente
dans une vanne de dêtente 32, stockée dans le rêservoir
13, et une production d'azote liquide et/ou d'oxygéne
liquide est fournie via une conduite 33 (pour l'azote)
et/ou 34 (pour l'oxygène).
Pour le choix de la pression de l'air
surpressé, an distingue deux cas.
Lorsque la haute pression d'oxyggne est
inférieure à 13 bars environ, cette pression d'air est
la pression de condensation de l'air par échange de
chaleur avec l'oxygène en cours de vaporisation sous la
haute pression, c'est-à-dire la pressibn pour laquelle
1e genou G de liquéfaction de i' air; sur .7.e diagramme
d'êchange thermique (températures eraabscisses, quantités
de chaleur échangées en oxdonnêes) est si~uê légërement
à droite du palier vea~tical P de vaporisation de
l'oxygêne sous la haute pression (Figure 3). L'écart de
température au bout chaud d~ la ligne d'échange est
ajusté au moyen de .la turbine, dont la température
d'aspiration est indiquée en A. L'irréversibilité de
l'échange thermique est ainsi minimale. Une telle
pression d'air est portëe en fonction da la haute
9
pression, sur la portion gauche Cl de la courbe de la
Figure 2.
Comme on 1a voit sur la Figure 2, une haute
pression de l'ordre da 13 bars correspond de cette
manière à une pression d'air de l'ordre de 30 bars (plus
précisément, environ 28,5 bars). Lorsque la haute
pression est supérieure â 13 bars, on choisit une
pression d'air de l'ordre de 30 bars, quelle que soit
cette haute pression, comme indiqué sur la portion droite
C2 de la courbe de la Figur~ 2.
Dans le premier cas (haute pression
inférieure â 13 bars environ), la production d'oxygêne
et/ou d'azote sous forme liquide a pour conséquence un
déficit da produits gazeux froids dans l'échangeur 6,
d'oû une température d'aspiration relativement élevêe de
la turbine 4. Ce phénomène a pour conséquence une
production frigorifique importante par cette turbine, ce
qui permet â l'installation de produire une quantité
importante d'oxygène etjou d'azote sous (arme liquide,
ceci dans des conditions d'investissement
particuli~rement avantageuses.
Dans le second cas ( haute pression supérieure
à 13 bars environ), en considérant la Figure 2, 1a
pression d'air ne se trouve plus sur le prolongement C3
de la courbe C1; par suite, le geraou G de liquéfaction
de l'air (Figure 4) se décale vers la gauche par rapport
au galier P de vaporisation de 1°oxygêne, et la
température d'aspiration de 1a turbine devient inférieure
à celle du palier P. Par suite, une fraction importante
de l' air turbïnê se trouve en moyenne pression sous forme
liquide, et le bilan frigorifique de l'installation est
équilibré; avec un écart de température au bout chaud da
l'ordre da 3°C, en soutirant dé l'installati~n au moins
un produit (oxygêne et/ou aGote) sous forme lîquïde via
les conduites 33 et/ou 3~. Lorsque 1a pression de l'air
~fl~~~~
est de 1°ordre de 30 bars, cet équilibre s'obtient pour
un soutirage de liquide de l'ordre de 255 de ia
production d'oxygène gazeux sous haute pression.
En variante, on peut choisir une pression
5 d' air comprise entre 30 bars environ et la courbe C3,
c' est-à-dire dans la rêgion H de la Figure 2. Il faut
alors évacuer une plus grande quantité de liquide pour
atteindre l'équtlibre précité.
Ainsi, sur toute la gamme de pressions
10 d'oxygène, on utilise une installation à un seul
compresseur, ce qui constitue un investissement réduit,
et le surcoût d'énergie résultant de la compression de
la totalité de l'air à la pression de vaporisation
d'oxygêne sert à produire du liquide.
Dans une variants non représentée, dans des
gammes de pression et de débit aisêment déterminables par
le calcul, de l'azote gazeux sous pression peut, en
supplément, être produit de manière analogue, en portant
de l'azote liquide â la pression désirêe, par soutirage
au sommet de la colonne 8 ou au moyen d'une pompa telle
que 14 aspirant l'azote liquide à cet endroit ou dans le
réservoir 13, et en Faisant passer cet azote liquide dans
des passages appropriés de vaporisation-rêchau~fement de
l'échangeur 6.
vans une autre variante, illustrée uniquement
par le diagramme d'échange thermique de la Figure 5, une
partie de 1°oxygàne gazeux produit peut l'stre sous une
haute pression di~~érente, en la vaporisant sous nette
pression dans d'autres passages appropriés de l'échangeur
6. Si les deux hautes pressions sont l'une infêrieure à
13 bars environ et l'autre supérieure â 13 bars environ,
la totalité de l' air est de préférence comprimée à 30
bars environ (ou au-dessus comme expliqué plus haut), et
en tout cas de manière que le genou de liquéfaction G se
trouve en regard du palier de vaporisation F~1 de
11
l'oxygëne sous la haute pression la plus faible, et la
température d'aspiration de la turbine (point A) est
supérieure à celle du palier P2 de vaporisation de
l'oxygène sous la haute pression 1a plus élevée. On
obtient dans ce cas un diagramme d ° échange thermique bien
resserré, 'très favorable du point de vue énergétique.
En variante encore, si l'oxygéna produit est
à faible pureté (de l'ordxo de 90 à 98~), on peut prévoir
une deuxième turbine (non roprêsentée) détendant de la
moyenne pression à la brisa pression une fraction, de
1°ordre de 10 â 25&, du débit d'air traité, l'air basse
pression ainsi obtenu étant insufflé dans la colonne 9.
Si la haute pression d'oxygéno est inférieure à 13 bars
environ, cette fraction peut être prise â l'échappement
de la turbins 4, dont la température est suffisamment
élevée. Dans le cas inverse, ladite fraction est prélevée
en cuve de la colonne 8, ou prise à l'échappement de la
turbine 4 et séparée de sa phase liquide, et réchauffée
avant la détente.
Cette variante permet d'augmenter la
production de liquïde tout en diminuant légèrement la
production de liquïde en moyenne pression, et par suite
la pression de marche de l'installation, c'est-à-dire la
haute pression d'air.
On comprend par ailleurs que la turbine 4
peut également être freinée par un appareil autre qu'un
surpresseur. Dans ce cas, le surpresseur 5 est supprimé,
et le compresseur 1 comprime directement la totalité ale
l'air à la hauts pression d'air définie plus haut.
h'installation représentée à la Figure 6 est
destinée à produire de 1 ° oxygéna gazeux sous une pression
au moins égale à 13 bars environ et, dans cet exemple,
de 35 bars. Elle comprend essentiellement une double
colonne de distillation 41, une lïgne d' échange thermique
principale 42, un sous-refroidisseur 43, un compresseur
i2
d'air unique 44, une soufflante 45 de surpression d'air,
une turbine de détente 46 dont la roue est montëe sur le
même arbre qua celle du surpresseur 45, une soufflante
additionnelle 47 entraînée par un moteur électrique 48,
et une pompe d'oxygène liquide 49. La double colonne est
constituée, de manière classique, d'une colonne moyenne
pression 50 fonctiannant sous environ 6 bars et surmontée
d'une colonne basse pressian 51 fonctionnant légèrement
au-dessus de la pression atmosphérique, avec, en cuve de
cette dernière, un vaporiseur-condenseur 52 qui met en
relation d'échange thermique l'oxygêne liquide de cuve
de la colonne basse pression avec l'azote de tête de la~
colonne moyenne pression.
En fonctionnement, l'air à distiller,
comprimé en totalité par le compresseur 44 é une pression
de l' ordre de 23 bars a~t épuré dans un adsorbeur 44A, est
surpressé en totalité par 1e surpresseur 45 è une
première haute pression de l'ordre de 28 bars, puis
divisé en deux courants.
Le premier courant est refroidi sous cette
première haute pression dans des passages 53 de la ligne
d'échange 42. Une partie de ce premier courant poursuit
son refroidissement, et est lit~uêfiê, jusqu ° au bout froid
de la ligne d'êohange, puis est détendu à la moyenne
pression et à la basse pression dans des vannes de
détente 54 et 55 respectivement et réparti e?a'~re les
colonnes 50 et 51. Le reste du premier courant est sorti
de la ligne d' échange à une température intermédiaire T1,
détendu dans la turbine 46 â la moyeaaaze pression et
introduit d la base de la colonne 50.
Le second courant d'air surpressé est é
nouveau surpressé, jusqu'â uns sec~nde haute pression de
l'ordre de 35 à 40 bars, par la soufflante 47; puis
refroidi et liquéfië dans des passages 56 de la ligne
d' échange, jusqu ° au bout froid cle celle--ci. Ls liquide
13
ainsi obtenu est détendu dans une vanne de détente 57 et
envoyé à la base de 1a colonne 50.
On entend ici par "surpresseur" ou "soufflan
te" un compresseur à une seule roue dont la dépense
d'énergie, de par le débit de gaz traité et le taux de
compression, ost considérablement inférieure è celle du
compresseur principal 44 de l'installation, et par
exemple de l'ordre de 2 à 3~ da cette dernière. Le taux
de compression d'une telle soufflante est généralement
inf6rieur é 2. Chacune des soufflantes dont il est
question ici comporte à sa sortie un réfrigérant à eau
ou â air atmosphérique non représenté.
L'oxygène liquide soutiré en cuve de la
colonne 51 est amené par la pompe 49 à la pression de
production désirée, puis vaporisé et réchauffé dans des
passages 58 de la ligne d'échange avant d'être évacué de
l'installation via une conduite de production 59.
On retrouve par ailleurs dans l'installation
de la Figure 6 les conduites et accessoires habituels des
installations à double colonne . une conduite 60 de
remontée dans la colonne 51 du "liquide riche" (air
enrichi en oxygène) recueilli en cuve de la colonne 50,
aven sa vanne de détente 61, une conduite 62 de remontée
en tête de la colonne 51 du "liquide pauvre" (azote â peu
près pur ) soutiré en tête de la colonne 50, avec sa vanne
de détente 63, ainsi qu'une conduite 64 de production
d'oxygène liquide, piquëe en cuve de la colonne 51,
qu'une conduite 65 de production d'azote liquide, piquée
sur la conduite 62, et qu'une conduite 66 de soutirage
d'azote impur, constituant le gaz résiduaire de 1°instal-
lation, piquée en tête de la colonne 51, cet azote impur
étant réchauffé dans le sous-refroidisseur 43 puis dans
des passages 67 de la ligne d'êchange avant d'être évacué
via une conduite 68.
Comme on le voit sur la Figure '7, la tempêra-
14
Cure T1 d'admission de la turbine 46 est infêrieure à 1a
température du palier 69 de vaporisation de l'oxygène
sous la pression de production, et l'on équilibre le
bilan frigorifique de l'installation, afin de maintenir
un faible écart de tempêrature au bout chaud da la ligne
d'échange, en soutirant via les conduites 64 et/ou 65
certaines quantités d'azote liquide et/ou d'oxygène
liquide, comme expliqué plus haut en regard des Figures
1 à 5 . Lorsque la pression de l' air au refoulement du
compresseur 44 est de l'ordre de 23 bars, cet équilibre
s'obtient pour un soutirage de liquide de l'ordre de 5~
du débit d'air traitê.
De plus, la seconde haute pression précitée
est d'une part inférieure â la pression de gondensation
de l'air par échange thermique avec l'oxygéne en cours
de vaporisation sous la pression de production, et
d'autre part choisie de façon que l'air porté à cette
seconde haute pression commence â se condenser â une
température voisina de T1. Ceci assure un important
apport de calories au voisinage de cette température Tl
et permet à la turbine 46 de fonctionner dans de bonnes
conditions, c'est-à-dire sans production de liquide â
l'entrêe de sa roue, tout en maintenant des écarts de
température optimaux, de l'ordre de 2 â 3°C, au deux
hauts de la ligne d°échange ainsi qu'à l'emplacement du
palier de vaporisation 69.
I1 est à noter que le débit d'air surpressé
qui est liquéfié dans les passages 56 est trés inférieur
à celui nécessaire pour vaporiser l'oxygéna. Ce débit
d°air liquéfié est en effet infêrieur au débit d°oxygéne
â vaporiser et est juste suffisant pour éviter l'appari-
tion de liquide à 1°entrée de la roue de 1a turbine 46.
Si les paramètres de l' installation sont tels
que la seconde haute pression de l'air est super-criti
que, c'est la pseudo-condensation de l'air qui doit
15 ~~~2~~~
intervenir au voisinage de la température Tl.
Dans 1e mode de rêalisation de la Figure 8,
le compresseur d'air 44 de l'installation comprime
directement la totali~të de l'air à la premièr~ haute
pression de l'ordre do 23 bars, et un premier courant de
cet air est traité comme précâdemment dans les passages
53, la turbine 46 at la vanne de détente 54 puis envoyé
à la basa de la colonne 50.
En revanche, le reste de cet air est sur
prassê en deux êtapes, par deux soufflantes montêes en
série : une première soufflante 70 qui, comme la souf
flante 45 de 1a Figura 6, est couplée directement à la
turbine 46, et une deuxième soufflante 71 directement
couplée à une deuxième turbine de détente 72. L'air
surpressé en 70 passe en totalité daaxs la soufflante 71
puis dans les passages 56 de la ligne d'échange 42, et
une partie de cet air est sorti de la ligne d'échange â
une température T2 supérieure â la température Tl pour
âtre détendu dans la turbine 72. L'éahappemewt de nette
dernière, â la moyenne pression, est relié â 1a base de
la colonne 50 comme celui de la turbine 46.
L'air â 1a plus haute pression non détendu
dans la turbine 72 poursuit son refroidissément et est
liquêfié dans les passages 56 jusqu'au bout froid de la
ligne d'êchange; puis est dêtendu tiens des vannes de
détente 57 et 57A et réparti entre les deux colonnes 50
et 51. La vanne 57A remplace 3.a vanne 55 de la Figure 6.
Comme on le voit sur 7.a Figue 9, on peut
choisir la température T2 légèrement au-dessus du palier
69 de vaporisation de l'oxygsne. Compte-tenu du débit
relativement faible de l'air détendu dans la turbine 72,
on obtient une courbe de refroidissément d ° air à peu près
parallèle à la courbe de réchauffement de 1'oxygëne
liquide et de l°a~ote gazeux de la température T2 au
genou 73 de condensation ou de pseudo-condensation de
2~~~~~
16
l'air sous 1a plus haute pxession.
L'installation de la Figure 10 diffëre de la
précédente par les points suivants.
D'une part, la totalité de l'air refroidi
sous la première haute pression est détendu dans 1a
turbine 46, c'est--é-dire que las passages 53 sont
interrompus au niveau de température mi et que la vanne
de détente 54 est supprimêe. ,
D'autre part, un débit d'air, prélevé entre
les deux soufflantes 70 et 71, est refroidi et liquëfié
dans des passages supplémentaires 74 de la ligne d ° échan-
ge, jusqu'au bout froid de celle-ci, puis détendu â la'
moyenne pression dans une vanna de détente 75 et envoyé
â la base de la colonne 50.
En variante, comme indiqué en trait mixte, la
turbine 72 peut être alimentée par l'air circulant dans
les passages 74, lesquels sont alors interrompus à la
température T2. La vanne de détente 75 est alors suppri-
mé, et c' est l' air circulant dans les passages 56 qui est
en totalité liquéfié dans les passages 56 puis détendu
à la moyenne pression dans la vanne de détente 57.
Bien entendu, on peut envisager une combinai-
son des deux variantes ci-dessus.
En variante ~ncore, comme indiqué en trait
interrompu sur la Figure 10; ~a pression d'air la plus
haute peut être accrue en faisant passer l'air issu de
la soufflante 71 dans une soufflante additionnelle 76
entraînée par un moteur ëlectrique 77.
L' installation représentée é la Figure 11 est
une variante de celle de la Figurè 8. Elle n'en diffère
que par le fait que l'échappement des deux turbines 46
et 72 débouche dans un séparateur de phases 78 dont le
lïquide et une partie.de la phase vapeur sont envoyés en
cuve de la colonne 50 tandis que le reste de la phase
vapeur, après réchauffement partiel dans des passages 79
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de la ligne d'échange, est détendu à la basse pression
dans une turbina additionnelle 80 freinée par un frein
approprié 81. L'air basse pression sortant de la turbine
80 est insufflé dans la colonnes 51 via une conduite 82.
Cette solution est applicable lorsque l'oxygëna produit
gazeux sous pression est à faible pureté (moins de
99, 50 .
