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2 1 ~
La présente invention est relative à une
lnstallation de traitement cryo~nique, notamment de
distillat~on d'air, du type comprenant une colonne de
traitement cryogénique et une ligne d'échange thermique
5pour refroidir au moins un fluide à traiter avant son
introduction dans la colonne.
La fonctionnement à très basse temperature
des installations de distillation d'alr nécessite d'en
isoler thermiquement les parties froides, qui sont
10essentiellement la ligne d'échange thermique, la colonne
de distlllation et les divers accessoires "froids" tels
que les vannes et ~ventuellement des pompes d'oxygène
liquide ou d'azote liquide et/ou des turbines de détente.
Actuellement, l'isolation sous vide de
15l'ensemble de l'installatlon est de loin la technique la
plusperformante thermiquement. Malheureusement, son coût
est ~levé et ses possibilltés d'utllisation sont liml-
,` tées, notamment pour les ralsons suivantes.
(1) Pour des ralsons d'accessibillté,
20l'ensemble des accessolres froids précités doivent etre
placés en dehors de l'enveloppe sous vlde, ce qui oblige
à prévoir de nombreuses entrées/sorties de conduites sur
`l cette enveloppe.
~ (2) Une enveloppe sous vide, par définition
; 25cylindrique, s'adapte mal à l'implantation en son sein
d'une colonne de distillation, souvent de grande hauteur,
~ et d'un ou plusieurs echan~eurs de chaleur parallélépipé-
; diques du type ~ plaques brasées. Il en résulte une
limitation ~es tailles d'installations dont l'enveloppe
30est transportable aisément.
Pour ces ralsons, l'isolation sous vide a été
limitée aux installations de petites tailles, c'est-à-
dire traitant un débit d'air de l'ordre de quelques
- -~ . : . .. - . . ~
milliers de m3/h, et notamment à celles qui sont mainte-
nues en froid par injection dans la colonne d'un liqulde
cryogénique d'origine extérieure, relativement couteux
(installations dites "biberonnees").
L'invention a pour but de fournir une
technique d'isolation thermique des installations de
traitement cryogénlque dont les performances soient
voisines de l'isolatlon sous vide de l'ensemble de
l'lnstallation malgré un coût nettement réduit, et qui
puisse être mise en oeuvre sur des lnstallations de
tallle relativement grande tout en en permettant un
transport commode.
A cet effet, l'invention a pour objet une
installation de traitement cryogénique d'air du type
. 15 précite, caract~risee en ce que la colonne est isolée
par une enveloppe sous vide principale, tandis que la
llgne d'échange thermique est isolée par une boîte froide
.- principale ~ la pression atmosphérique contenant un
isolant solide, notamment particulaire.
Suivant d'autres caractéristiques :
- l'ensemble des accessoires froids de
~! l'installation, tels que les vannes et éventuellement les
: pompes et/ou les turbines de détente, sont isolés à la
. pression atmosphérique au moyen d'un isolant solide,
25 notamment particulaire;
- l'ensemble desdits accessoires froids s.ont
: regroupes dans une boite froide auxiliaire accolée a la
boite froide principale;
- la bo;te froide auxiliaire est également
équipée des accessoires chauds de l'installation, de
façon à constituer un module de service;
- l'installation comprend une boite froide de
liaison thermiquement isol~e qui contient l'ensemble des
conduites reliant la boite froide principale à l'enve-
loppe sous vide principale;
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.
.
21061Q~ (
- la boîte Eroide de liaison est à la
pression atmosphérique et contient un isolant solide,
notamment particulaire;
- l'installation, destinée à la distillation
d'alr, comprend une double colonne de dlstillatlon d'air
dans l'enveloppe sous vide principale, et une colonne de
production d'argon impur lsol~e sous vide;
- la colonne de production d'argon impur est
:; contenue dans une enveloppe sous vide auxiliaire reliée
~ l'enveloppe sous vide principale;
- la colonne de productlon d'argon impur est
; logée dans l'enveloppe sous vide principale;
- la colonne de distillation d'air, notamment
constltuee par une double colonne de distlllation,
présente un diamètre exterieur constant sur toute sa
- hauteur.
Un exemple de réalisation de l'invention va
maintenant être décrit en regard du dessin annexé, dont
la Figure unique représente schématiquement une lnstal-
20 lation de distillation d'air conforme à l'invention.
L'lnstallation représentée au dessin est
destinée à produire principalement de l'oxygène gazeux
sous haute pression, de l'azote gazeux sous haute
presslon et de l'azote gazeux sous basse pression. Elle
25 est constituée essentiellement d'une double colonne de
-~ distillation 1, d'une ligne d'échange thermique 2 et de
divers accessoires.
Ces accessoires sont répartis en deux
catégories :
- d'une part, des accessoires "chaudsn
fonctionnant à la température ambiante ou au-dessus, à
savoir un compresseur d'air 3, un appareil 4 d'épuration
d'air en eau et en C02 par adsorption, régénéré par le
gaz résiduaire W de la double colonne (azote impur), une
35 soufflante 5 de surpression d'une partie de l'air épuré,
,
. , .
' ' 2lo6lo6(
le réfrigérant à eau 6 de cette soufflante, et un
alternateur-freln 7
- d'autre part, des accessoires "froids",
c'est-à-dire fonctionnant très au-dessous de la tempéra-
S ture ambiante : de nombreuses vannes 8, dont certainessont des vannes d'arrêt ou de réglage et d'autres sont
des vannes de détente; une pompe d'oxygène liquide 9; une
pompe d'azote liquide 10; et deux turbines 11, 12 en
série dont la première est couplée à la soufflante 5
tandis que la seconde est frelnée par l'alternateur 7.
Il faut noter toutefois que, de même que les
turbines, les pompes sont reliées à un élément chaud, à
savoir leur moteur électrique d'entraînement. Les
turbines et les pompes peuvent donc être montées en
bordure de la boîte froide 19, éventuellement dans des
caissons particuliers isolés par de la perlite et accolés
à cette boite froide.
On ne décrira pas en détail le fonctionnement
de l'installatlon, qui est connue en soi hormis ses
moyens d'isolation thermique. On indiquera seulement ci-
dessous certaines caractéristiques de l'installation.
La double colonne 1 est du type dit "à
minaret", c'est-à-dire que l'azote basse pression de
production provient du sommet de la colonne basse
pression lA. L'oxygène haute pression et l'azote haute
pression sont tous deux obtenus par pompage, respective-
; ment d'oxygène liquide soutiré en cuve de la colonne lA
et d'azote liquide moyenne pression soutiré en tête de
la colonne moyenne pression lB, et vaporisation dans la
ligne d'échange 2 des liquides ainsi comprimés~
Pour obtenir cette vaporisation, l'aircircule dans la ligne d'échange 2 sous trois pressions
diff~rentes : une partie de l'air se trouve à la pression
de refoulement du compresseur 3; une seconde partie de
l'air, surpressé en 5, se trouve à une haute pression
- - : . .: ,.: :
.:
: :, :
:- , .-:~
- -.
2~06106~
supérieure à cette pression de refoulement; et une
.~ troisième partie de l'alr, prélevee entre les deux
turbines 11 et 12, se trouve à la moyenne pression de la
colonne 1~. De plus, l'air issu de la turbine 12 est
insufflé en basse pression dans la colonne lA.
L'installation produit é~alement de l'oxy~ène
liquide via une conduite 13 et de l'azote liquide via une
conduite 1~.
On décrira maintenant l'isolation thermique
de l'installation~
Cette isolation est constituée de deux
parties de natures différentes : d'une part, une enve-
loppe sous vide cylindrique 15 qui entoure la double
colonne 1, et d'autre part des moyens 16 d'isolation sous
: 15 la presslon atmosphérique, utilisant un matériau isolant
particulaire qui est de préférence la perlite.
L'enveloppe 15 comporte un certain nombre
d'entrees/sorties 17 pour l'ensemble des conduites
alimentant la double colonne et partant de celle-ci (au
: 20 nombre de douze dans l'exemple représenté) et contient
uniquement la double colonne et les tronçons de conduite
~18 reliant celle-ci aux entrées/sorties correspondantes.
: Les moyens d'isolation 16 sont constitués de
-~ .deux boîtes froides emplies de perlite à la pression
atmosphérique : une boîte froide principale 19 contenant
la ligne d'échange 2 et l'ensemble des accessoires
froids, à savoir les vannes 8, les pompes 9 et 10 et les
turbines 11 et 12, et une bolte froide de liaison 20 qui
: contient tous les tronçons de conduite 21 reliant la
boîte froide 19 aux entrées/sorties de l'enveloppe sous
vide 15.
Grace à ce mode d'isolation, l'enveloppe sous
vide peut avoir un diamètre étroitement adapté au
diamètre extérieur de la double colonne, laquelle peut
atre de diamètre constant sur toute sa hauteur, ce qui
:
~'
2~0~0~
permet de réaliser un ensemble double colonne l-enveloppe
lS commodément transportable pour des dlamètres de
colonne importants, correspondant à des productions
` d'oxygène pouvant aller ~usqu'à 1 000 tonnes/jour
environ.
De plus, tous les accessoires froids 8 à 12
sont facilement accessibles puisqu'lls-sont constamment
à la pression atmosphérique.
Du polnt de vue énergétique, cette solution
est également très avantageuse, bien qu'elle soit
beaucoup moins coûteuse qu ' une isolation sous vide
renfermant l'ensemble de l'installation~ En effet, dans
une installation de distillation d'air, 75 à 85% des
pertes thermiques sont supportées par la double colonne
et, dans la li~ne d'échange thermique, les pertes sont
~ concentrées dans la partie la plus frolde. Au total, les
- performances d'isolation de l'ensemble 15-16 sont de
l'ordre de 90% de celles obtenues avec une isolation sous
~ vide de llensemble de l'installation.
- 20 En variante, l'ensemble des accessoires
froids 8 à 11 peut être monté dans une boîte froide
- auxiliaire emplie de perlite, a la pression atmosphéri-
que, accolée à la boite froide principale 19 pour le
raccordement des accessoires. On peut prévoir dans cette
boîte auxiliaire des espaces sans perlite recevant les
accessoire chauds, y compris l'armoire de commande de
l'installation, ou monter ces derniers contre la boite
auxiliaire, de manière à constituer un module de service
contenant tous les accessoires.
~ 30 En variante également, la double colonne peut
; être complétée par une colonne de production d'argon
- impur couplée à la colonne basse pression lA, auquel cas
cette colonne supplémentaire peut soit être logée dans
l'enveloppe 15, soit etre disposée dans une enveloppe
sous vide auxiliaire accolée à l'enveloppe 15 et reliée
.':
:.,
..., :, ., ~. . .
. , . - ~ ~ . -. .
:: (
~ celle-ci par une boîte froide de liaison analogue à la
boîte froide 20 et destinée au passage des conduites
nécessaires au fonctionnement de la colonne de production
d'argon impur.
S On comprend que l'invention s'applique
également à d'autres types d'installations comportant une
colonne de traitement cryogénique et un ligne d'échange
thermique servant ~ refroidir le ou les fluides traités
dans cette colonne, par exemple à des installations de
~ 10 lavage d'un gaz à l'azote liquide.
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