COMBINED INSTALLATION OF A FURNACE AND AN AIR DISTILLATION APPARATUS AND USE METHOD

INSTALLATION COMBINEE D'UN FOUR ET D'UN APPAREIL DE DISTILLATION D'AIR ET PROCEDE DE MISE EN OEUVRE

English Abstract

The invention concerns an installation comprising at least one furnace (FM) and an air distilling apparatus including at least a mean pressure column (MP) and a mixing column (CM) supplying oxygen (O) to the furnace, the furnace and the apparatus being fed by a common fan blower (S), the mixing column (CM) receiving compressed air through a booster (C) coupled with a cryogenic turbine (T) expanding a fluid in the distillation apparatus, the booster/turbine assembly (C-T) being coupled with an auxiliary assist-unit (EM).

French Abstract

L'installation combinée comprend au moins un four (FM) et un appareil de
distillation d'air comprenant au moins une colonne
moyenne pression (MP) et une colonne de mélange (CM) fournissant de l'oxygène
(O) au four, le four et l'appareil de distillation étant
alimentés par une même soufflante (S), la colonne de mélange (CM) recevant de
l'air surpressé par un surpresseur (C) couplé à une turbine
cryogénique (T) détendant un fluide de l'appareil de distillation, l'ensemble
surpresseur/turbine (C-T) étant couplé à un organe d'assistance
auxiliaire (EM).

Claims

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REVENDICATIONS

1. Installation combinée comprenant au moins un four (FM) alimenté en air
comprimé par au moins une soufflante (S), et au moins un appareil de
distillation d'air
alimenté au moins en partie par ladite soufflante (S) et fournissant de
l'oxygène (O) au
four, l'appareil comprenant au moins une colonne moyenne pression (MP)
recevant de
l'air à la pression (P1) de la soufflante et au moins une turbine cryogénique
(T)
détendant une partie de cet air en provenance de la soufflante, et une colonne
de
mélange (CM) fournissant ledit oxygène et recevant de l'air en provenance de
la
soufflante surpressé par un surpresseur (C) couplé à la turbine, dans lequel
l'ensemble
surpresseur/turbine cryogénique (C-T) est couplé à un organe d'assistance
auxiliaire
(EM)
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe
d'assistance comprend au moins un moteur électrique (EM).
3. Procédé de mise en oeuvre d'une installation combinée comprenant au
moins un four (FM) alimenté en air comprimé par au moins une soufflante (S)
foumissant de l'air à une première pression (P1) et en oxygène par au moins un

appareil de séparation de l'air, comprenant au moins une colonne moyenne
pression
(MP) et une colonne de mélange (CM), alimenté en air au moins en partie par la

soufflante (S), dans lequel la colonne de mélange est alimentée en air
provenant de la
soufflante (S) et surpressé par un surpresseur (C) couplé à au moins une
turbine
cryogénique (T) détendant un fluide de l'installation, dans lequel on apporte
à
l'ensemble surpresseur/turbine une énergie d'assistance pour maintenir dans la

colonne de mélange (CM) une surpression d'au moins 0,3 × 10 5 Pa par
rapport à la
pression (P 1) de sortie cle la soufflante.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on apporte à
l'ensemble surpresseur/turbine (C-T) une énergie d'assistance pour maintenir
dans la
colonne de mélange une surpression comprise entre environ 0,4 × 10 5 Pa
et 0,8 × 10 5
Pa par rapport à la pression (P1) de sortie de la soufflante.
5. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce
que l'énergie d'assistance est une énergie électrique.

Description

CA 02284167 1999-09-10

WO 99/37963 PCT/FR99/00128
INSTALLATION COMBINEE D'UN FOUR ET D'UN APPAREIL DE
DISTILLATION D'AIR ET PROCEDE DE MISE EN OEUVRE
La présente invention concerne les installations combinées d'au moins un four,
typiquement un four de traitement de métal, alimenté en air comprimé par au
moins
s une soufflante, et d'au imoins un appareil de distillation d'air, également
alimenté au
moins en partie par ladite soufflante, fournissant de l'oxygène au four et
comportant au
moins une colonne moye:nne pression et une colonne de mélange.
Une installation de ce type est décrite dans le document US-A-5 244 489
(Grenier), auquel on pourra se référer pour plus de détails. Dans ce document
le
surpresseur de l'air fourni à la colonne de mélange est entraîné par une
turbine de
maintien en froid détendant la part du flux d'air adressé à la colonne moyenne
pression, dans un agencement imposant, pour effectuer la surpression
nécessaire, de
turbiner une part importante de l'air d'alimentation de la colonne moyenne
pression
occasionnant des pertes de rendement d'extraction et d'énergie ainsi que des
surdimensionnements des postes de réfrigération et d'épuration de l'air
d'alimentation
de l'appareil de distillaticin.
La présente invention a pour objet de proposer une installation combinée du
type mentionné plus haut, permettant des coûts d'exploitation réduits et avec
une plus
grande flexibilité dans le choix des plages de fonctionnement.
Pour ce faire, selon une caractéristique de l'invention, l'ensemble
surpresseur/turbine cryogénique est couplé à un organe d'assistance
auxiliaire.
La présente invention a également pour objet de proposer un procédé de mise
en oeuvre d'une installation combinée comprenant au moins un four et un
appareil de
distillation d'air comportant au moins une colonne moyenne pression et une
colonne de
mélange, et alimentés en air sous une pression P, par au moins une soufflante,
dans
lequel on dérive une partie du débit d'air fourni par la soufflante pour
alimenter
l'appareil de distillation d'air et où l'on surpresse une partie de cet air
dérivé pour
alimenter la colonne de mélange par un surpresseur couplé à au moins une
turbine
cryogénique détendant un fluide de l'installation et servant notamment au
maintien en
froid de l'appareil de distillation, dans lequel on apporte une énergie
d'assistance à
l'ensemble surpresseurdturbine cryogénique pour maintenir dans la colonne de
mélange une pression P2 supérieure d'au moins 0,3 x 105 Pa par rapport à la
pression
P, sans devoir prélever pour le turbinage une part importante du débit d'air
alimentant
la colonne moyenne pression.


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Selon une caractéristique plus particulière de l'invention, l'assistance est
apportée par un moteur électrique couplé à l'arbre de l'ensemble
surpresseur/turbine. -
L'assistance d'ensembles compresseur/turbine est connue depuis longtemps,
en particulier pour assister les turbo-compresseurs de moteurs à combustion
interne
(cf US-A-4 485 310, de Valroger ou plus récemment, US-A-5 560 208, Halimi et
al.,
avec assistance électrique, ou US-A-4 622 817, Kobayashi, avec assistance
hydraulique). L'état de la technique n'enseigne par contre rien pour des
applications
d'alimentation d'appareils de distillation selon la présente invention.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront
de
io la description suivante d'un mode de réalisation, donnée à titre
illustratif mais
nullement limitatif, faite e:n relation avec le dessin annexé sur lequel :
la figure 1 est une vue schématique d'une installation combinée selon
l'invention.
Sur la figure 1, on a représenté schématiquement un four de traitement de
métal, en l'occurence un haut fourneau (FM), et un appareil de distillation
d'air associé
comprenant essentiellerrient, dans l'exemple représenté, une ligne d'échange
principal
LE, une double colonne avec une colonne moyenne pression MP et une colonne
basse
pression BP, et une colonne de mélange CM.
Du sommet de lai colonne de mélange CM par une ligne O d'oxygène moyenne
pureté qui, selon l'invention, après traversée de la ligne d'échange LE,
débouche dans
la ligne d'air comprimé principale en amont du four FM pour enrichir en
oxygène l'air
fourni à ce dernier. Classiquement, du sommet de la colonne basse pression BP
part
une ligne d'azote impur N;. En variante, dans l'exemple représenté, la colonne
basse
pression BP est surmont:ée d'un minaret M utilisant comme reflux de l'azote
liquide en
provenance de la colonrie MP et produisant à son sommet de l'azote pur évacué
par
une ligne NP pour une utilisation sur le site ou dans le voisinage de ce
dernier.
Le four FM et l'appareil de distillation sont alimentés en air par une même
soufflante S débitant dans une ligne d'air comprimé principale A alimentant au
moins le
four FM avec un fort volume d'air (supérieur typiquement à 100 000 Nm3/h) sous
une
moyenne pression P, inférieure à 6 x 105 Pa, typiquement entre 3 x 105 Pa et
5,5 x
105 Pa. La ligne A peut également alimenter, en simultané ou en alterné, un
autre four
de traitement de métal, par exemple un four électrique avec le procédé AOD. De
la
ligne principale A part un circuit de dérivation d'air D alimentant l'appareil
de distillation
en air refroidi puis épuré dans un appareil d'épuration E, typiquement du type
par


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adsorption. En aval de cet appareil d'épuration E, le circuit D se divise en
une première
ligne J d'alimentation de la double colonne et une deuxième ligne L
d'alimentation en
air de la colonne de mélange CM.
Selon un aspect de l'invention, une partie du flux d'air dans la ligne J est
dérivée dans la ligne d'échange LE et turbinée dans une turbine cryogénique T
pour
être introduite dans la colonne basse pression BP à la basse pression de cette
dernière. La turbine T est couplée à un surpresseur C disposé dans la ligne L
pour
surpresser l'air comprimé en provenance de la soufflante et l'adresser à la
colonne de
mélange CM à une pression P2 supérieure à la pression P, d'au moins 0,3 x 105
Pa et
io inférieure à 1,5 x 105 Pa, typiquement comprise entre 0,4 x 105 Pa et 0,8 x
105 Pa.
Selon un aspect de l'invention, i'ensemble surpresseur/turbine C-T est assisté
par au
moins un moteur EM couplé à la ligne d'arbre de l'ensemble C-T. Le moteur EM
est
d'un type électrique ou hydraulique, tels que décrits dans les documents sus-
mentionnés. Dans la pratique, l'énergie d'appoint est de l'ordre de 30 à 500
kW, selon
les caractéristiques de l'installation combinée et étant inversement corrélée
à la
pression délivrée par la soufflante S.
Quoique la présente invention ait été décrite en relation avec un mode de
réalisation particulier, ellie ne s'en trouve pas limitée mais au contraire
susceptible de
modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art tout en
demeurant
dans le cadre des revendications ci-après.

Representative Drawing