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Patent 2830826 Summary

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Claims and Abstract availability

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  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent: (11) CA 2830826
(54) English Title: PROCEDE ET APPAREIL DE SEPARATION D'AIR PAR DISTILLATION CRYOGENIQUE
(54) French Title: METHOD AND DEVICE FOR SEPARATING AIR BY CRYOGENIC DISTILLATION
Status: Expired and beyond the Period of Reversal
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • F25J 3/04 (2006.01)
(72) Inventors :
  • DAVIDIAN, BENOIT (France)
  • DUBETTIER-GRENIER, RICHARD (France)
  • JOLY, LOIC (France)
(73) Owners :
  • L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE
(71) Applicants :
  • L'AIR LIQUIDE, SOCIETE ANONYME POUR L'ETUDE ET L'EXPLOITATION DES PROCEDES GEORGES CLAUDE (France)
(74) Agent: ROBIC AGENCE PI S.E.C./ROBIC IP AGENCY LP
(74) Associate agent:
(45) Issued: 2018-10-16
(86) PCT Filing Date: 2012-04-05
(87) Open to Public Inspection: 2012-10-11
Examination requested: 2017-01-16
Availability of licence: N/A
Dedicated to the Public: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): Yes
(86) PCT Filing Number: PCT/FR2012/050742
(87) International Publication Number: WO 2012136939
(85) National Entry: 2013-09-20

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
1153070 (France) 2011-04-08

Abstracts

English Abstract

The invention relates to a method for separating air by cryogenic distillation in a separation unit including a medium-pressure column (23) and a low-pressure column (25), in which a flow of oxygen-rich liquid is sent to the top of the column of pure oxygen, having a vessel reboiler (61), in which said flow is purified in order to form a vessel liquid containing at least 98 mol % of oxygen and the vessel liquid is drawn off as a product; a supercharged airflow at a second pressure higher than the first pressure is sent to the vessel reboiler of the pure oxygen column and to a liquid oxygen vaporiser (51); a nitrogen-rich gas is drawn from the top of the medium-pressure column; said gas is sent to an intermediate reboiler of the low-pressure column and the condensed gas is sent to the top of the medium-pressure column; and a nitrogen-rich gas or air is sent to a vessel reboiler (36) of the low-pressure column and the liquid that condenses therein is sent to the medium-pressure column.


French Abstract

Dans un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une unité de séparation comprenant une colonne moyenne pression (23) et une colonne basse pression (25), on envoie un débit de liquide riche en oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve (61), où il s'épure pour former un liquide de cuve contenant au moins 98% mol. d'oxygène et on soutire du liquide de cuve comme produit,on envoie un débit d'air surpressé à une deuxième pression supérieure à la première pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et à un vaporiseur d'oxygène liquide (51),on soutire un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne pression, on l'envoie à un rebouilleur intermédiaire de la colonne basse pression et on envoie le gaz condensé à la tête de la colonne moyenne pression, et on envoie un gaz riche en azote ou de l'air à un rebouilleur de cuve (36) de la colonne basse pression et on envoie le liquide qui s'y condense à la colonne moyenne pression.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.


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Revendications
1. Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans une unité
de séparation comprenant une colonne moyenne pression (23) et une colonne
basse pression (25), reliées thermiquement entre elles, la colonne basse
pression
comprenant un rebouilleur de cuve (35) et un rebouilleur intermédiaire (37) et
une
colonne d'oxygène pur (49) dans lequel
i) on envoie de l'air gazeux épuré puis refroidi à une première pression
dans une ligne d'échange à la colonne moyenne pression,
ii) on envoie un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de
la colonne moyenne pression à la colonne basse pression,
iii) on soutire un gaz riche en azote de la colonne basse pression,
iv) on soutire un liquide riche en oxygène contenant au plus 97% mol.
d'oxygène en cuve de la colonne basse pression,
v) on envoie un premier débit de liquide riche en oxygène à un vaporiseur
(51) et on envoie l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange,
vi) on envoie un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la
colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve (61), où il s'épure pour
former un liquide de cuve contenant au moins 98% mol. d'oxygène,
vii) on envoie un débit d'air surpressé à une deuxième pression, supérieure
à la première pression, au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur,
viii) on soutire un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne
pression, on l'envoie au rebouilleur intermédiaire de la colonne basse
pression et
on envoie le gaz condensé à la tête de la colonne moyenne pression, et
ix) on envoie un gaz riche en azote ou de l'air au rebouilleur de cuve de la
colonne basse pression et on envoie le liquide qui s'y condense à la colonne
moyenne pression
caractérisé en ce que l'on soutire du liquide de cuve de la colonne d'oxygène
pur
comme produit, on envoie de l'air surpressé à la deuxième pression au
vaporiseur
pour vaporiser le premier débit de liquide riche en oxygène et le premier
débit de
liquide riche en oxygène est moins riche en oxygène que le deuxième débit de
liquide riche en oxygène.

15
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on pressurise le premier
débit de liquide riche en oxygène en amont du vaporiseur (51).
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le premier débit de
liquide riche en oxygène se vaporise partiellement dans le vaporiseur (51), le
liquide formé constituant le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel le débit d'air surpressé à
la deuxième pression chauffe d'abord le rebouilleur de cuve (61) de la colonne
d'oxygène pur (49) et ensuite le vaporiseur (51).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel
un liquide cryogénique (69) d'une source auxiliaire est envoyé à la double
colonne.
6. Appareil de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant
une colonne moyenne pression (23) et une colonne basse pression (25), reliées
thermiquement entre elles, la colonne basse pression comprenant un rebouilleur
de cuve (35) et un rebouilleur intermédiaire (37) et une colonne d'oxygène pur
(49), une ligne d'échange (63), un vaporiseur (51), des moyens pour envoyer de
l'air gazeux épuré puis refroidi à une première pression de la ligne d'échange
à la
colonne moyenne pression, des moyens pour envoyer un liquide enrichi en
oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne moyenne pression à la
colonne basse pression, des moyens pour soutirer un gaz riche en azote de la
colonne basse pression, des moyens pour soutirer un liquide riche en oxygène
contenant au plus 97% mol. d'oxygène en cuve de la colonne basse pression, des
moyens pour envoyer un premier débit de liquide riche en oxygène au
vaporiseur,
une conduite pour envoyer l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange,
des
moyens pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de
la
colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve (61), où il s'épure pour
former un liquide de cuve contenant au moins 98% mol. d'oxygène, un
surpresseur (3), une conduite pour envoyer un débit d'air surpressé (17) à une
deuxième pression supérieure à la première pression au rebouilleur de cuve de
la
colonne d'oxygène pur, des conduites pour soutirer un gaz riche en azote en
tête

16
de la colonne moyenne pression, pour l'envoyer au rebouilleur intermédiaire de
la
colonne basse pression et pour envoyer le gaz condensé à la tête de la colonne
moyenne pression et des conduites pour envoyer un gaz riche en azote ou de
l'air
au rebouilleur de cuve de la colonne basse pression et pour envoyer le liquide
qui
s'y condense à la colonne moyenne pression caractérisé en ce qu'il comprend
une conduite pour soutirer du liquide de cuve (71) de la colonne d'oxygène pur
comme produit et des moyens pour envoyer de l'air surpressé (15) à la deuxième
pression du surpresseur au vaporiseur et en ce que les moyens pour envoyer
l'air
surpressé du surpresseur (3) au vaporiseur (51) sont reliés au rebouilleur de
cuve
(61) de la colonne d'oxygène pur (49) de sorte que l'air destiné au vaporiseur
passe à travers le rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur.
7. Appareil selon la revendication 6 comprenant :
i) une conduite pour envoyer un liquide (53) du vaporiseur (51) en tête de
la colonne d'oxygène pur (49) et/ou
ii) une conduite pour envoyer un liquide de cuve (65) de la colonne basse
pression (25) en tête de la colonne d'oxygène pur (49).
8. Appareil selon l'une des revendications 6 à 7 comprenant une conduite
pour envoyer un liquide (53) du vaporiseur (51) en tête de la colonne
d'oxygène pur (49) et une conduite pour envoyer un liquide de cuve (65) de
la colonne basse pression (25) en tête de la colonne d'oxygène pur (49).
9. Appareil selon l'une des revendications 6 à 8 comprenant des moyens
(69) pour envoyer un liquide cryogénique à la colonne basse pression d'une
source extérieure.

Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.


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WO 2012/136939 PCT/FR2012/050742
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PROCEDE ET APPAREIL DE SEPARATION D'AIR
PAR DISTILLATION CRYOGENIQUE
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de
séparation d'air par distillation cryogénique.
L'invention propose en particulier une méthode de production d'oxygène
pur utilisant une unité de séparation d'air à double vaporiseur.
Le procédé selon l'invention permet la production d'oxygène liquide pur
(contenant au moins 99% mol., voire au moins 99,6% mol. d'oxygène) sur un
appareil produisant de l'oxygène gazeux impur (inférieur à 97% mol., voire à
96%
mol.) à faible pression, par exemple dans le cadre d'un appareil pour
l'oxycombustion.
Les schémas d'unités de séparation d'air (ASU) produisant l'oxygène
destiné à une centrale à charbon à oxycombustion comprennent en général deux
vaporiseurs (voire trois) situés entre la colonne moyenne pression (colonne
MP)
et la colonne basse pression (colonne BP). L'installation de ces deux
vaporiseurs
permet de réduire la pression de la colonne MP jusqu'à une valeur de l'ordre
de
3 bar absolus, ce qui permet de minimiser la consommation énergétique de
l'ASU.
La pureté de l'oxygène produit par ce type de centrale est typiquement
comprise entre 95 et 97% mol. 02. La vaporisation de l'oxygène est assurée
dans
un vaporiseur dédié. Les frigories de vaporisation de l'oxygène liquide sont
utilisées pour condenser de l'air gazeux. Un procédé de ce genre est connu
de US-A-4936099 et de EP-A-0547946.
Par ailleurs, on peut tenter de profiter de l'installation d'un tel ASU pour
produire de l'azote liquide pur et de l'oxygène pur (pureté de l'ordre de
99,6%),
stockés puis destinés au commerce liquide par camions.
La production d'azote liquide ne pose pas de difficulté majeure, car il suffit
de rajouter des plateaux en haut de la colonne MP pour atteindre la pureté
désirée, sans impact sur le reste du procédé de l'ASU, à part le coût de
l'énergie
de liquéfaction.
En revanche, la production d'oxygène pur (> 99,6%) induit un impact plus
important sur le procédé ; en effet, la pureté du liquide produit est
nettement

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supérieure à celle de l'oxygène gazeux livré à la centrale à oxyconnbustion.
Il est
donc nécessaire d'installer une petite colonne supplémentaire, récupérant une
fraction du débit liquide recueilli dans la colonne BP (en cuve ou à un
plateau
intermédiaire), le distillant, ce qui permet de récupérer en bas de cette
petite
colonne additionnelle l'oxygène pur destiné au commerce par camions. Le retour
gazeux depuis la colonne de LOX pur s'effectue alors au même niveau que le
piquage de liquide dans la colonne BP.
Néanmoins, la pression de la colonne MP est tellement basse qu'il n'est
pas possible d'utiliser un des débits gazeux entrant ou sortant de la colonne
MP
ni de la colonne BP pour se condenser dans le vaporiseur de cuve de la colonne
de LOX pure additionnelle (leur température de condensation est trop basse).
L'invention décrite ici propose d'utiliser comme fluide se condensant, une
fraction de l'air gazeux sortant de la ligne d'échange et qui va par la suite
entrer
dans l'échangeur dédié assurant la vaporisation de la production d'oxygène pur
(qu'on désigne par le terme d'air HP). Ce débit d'air est comprimé en amont de
la
ligne d'échange principale par le surpresseur (BAC) de l'unité.
La pression de ce débit est de l'ordre de 4,5 bars abs, supérieure à celle
de la colonne MP, et telle que sa température de bulle soit supérieure à la
température d'équilibre de l'oxygène liquide pur.
L'écart de température entre le débit d'air considéré et l'oxygène pur est de
l'ordre de 2 à 3 C, valeur assez élevée, ce qui permet d'installer un
vaporiseur de
petite taille.
Dans l'invention, selon la variante de la Figure 1, la production d'oxygène
liquide pur est gratuite en termes d'énergie de séparation et ne joue pas sur
l'énergie de séparation de la production de l'oxygène gazeux impur. Il faut
juste
payer l'énergie de liquéfaction. L'appoint frigorifique peut être effectué par
un
système de liquéfaction indépendant de l'ASU.
L'invention propose une méthode permettant de produire de l'oxygène pur
(Pureté > 99,6%) sur une unité de séparation d'air à double vaporiseur,
typiquement utilisée pour l'oxycombustion, dont la majorité de l'oxygène est
produite à une pureté de l'ordre de 95 à 97%.

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En effet, sur ce type de procédé, hormis l'air HP, il n'existe pas de fluide
disponible à température de condensation suffisamment haute pour réaliser le
rebouillage de la colonne d'oxygène pur.
A l'heure actuelle, il n'existe pas de solution référencée pour produire de
l'oxygène pur sur une unité de séparation d'air à double vaporiseur.
On pourrait utiliser, dans ce but, un débit soutiré à un niveau intermédiaire
(et donc à température plus élevée) dans la ligne d'échange principale, mais
ceci
complexifierait le procédé. Ce serait également moins efficace car il
s'agirait
d'utiliser de la chaleur sensible contre de la chaleur latente.
On trouve fréquemment des unités de séparation d'air (ASU) à un seul
vaporiseur, où une petite colonne produisant de production l'oxygène ultra-pur
est
rajoutée en cuve de la colonne BP. Dans ce cas, la pression de la colonne MP
est
de l'ordre de 5 à 6 bars et le rebouillage de la colonne de LOX ultra pur est
assuré par une fraction du débit d'air gazeux alimentant la colonne MP.
EP-A-0793069 décrit un procédé selon le préambule de la revendication 1.
Selon ce procédé, de l'air à une première pression est utilisé pour vaporiser
de
l'oxygène dans un vaporiseur et de l'air à une deuxième pression, plus élevée
que la première, est utilisée pour le rebouillage d'une colonne d'oxygène pur.
US-A-5916262 décrit un procédé de production d'oxygène à deux puretés,
utilisant une colonne d'épuration d'oxygène chauffé en cuve par de l'air. De
l'oxygène liquide pressurisé par pompe est également vaporisé dans la ligne
d'échange principale par échange de chaleur avec de l'air surpressé.
La présente invention propose de produire de l'oxygène pur sur un schéma
à double vaporiseur en installant une colonne d'oxygène pur supplémentaire,
dont
la pression est égale à la pression de la colonne BP.
Selon un objet de l'invention, il est prévu, un procédé de séparation d'air
par distillation cryogénique dans une unité de séparation comprenant une
colonne moyenne pression et une colonne basse pression, reliées thermiquement
entre elles, la colonne basse pression comprenant un rebouilleur de cuve et un
rebouilleur intermédiaire, et une colonne d'oxygène pur dans lequel
i) on envoie de l'air gazeux épuré puis refroidi à une première
pression
dans une ligne d'échange à la colonne moyenne pression,

4
ii) on envoie un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote
de la colonne
moyenne pression à la colonne basse pression,
iii) on soutire un gaz riche en azote de la colonne basse pression,
iv) on soutire un liquide riche en oxygène contenant au plus 97% mol.
d'oxygène en
cuve de la colonne basse pression,
v) on envoie un premier débit de liquide riche en oxygène à un vaporiseur
et on envoie
l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange,
vi) on envoie un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la
colonne
d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve, où il s'épure pour former un
liquide de cuve
contenant au moins 98% mol, d'oxygène,
vii) on envoie un débit d'air surpressé à une deuxième pression supérieure
à la première
pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur,
viii) on soutire un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne
pression, on l'envoie
au rebouilleur intermédiaire de la colonne basse pression et on envoie le gaz
condensé à
la tête de la colonne moyenne pression, et
ix) on envoie un gaz riche en azote ou de l'air au rebouilleur de cuve de
la colonne
basse pression et on envoie le liquide qui s'y condense à la colonne moyenne
pression
caractérisé en ce que l'on soutire du liquide de cuve de la colonne d'oxygène
pur comme
produit, on envoie de l'air surpressé à la deuxième pression au vaporiseur
pour vaporiser
le premier débit de liquide riche en oxygène et le premier débit de liquide
riche en oxygène
est moins riche en oxygène que le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
Selon d'autres aspects facultatifs de l'invention :
- on pressurise le premier débit de liquide riche en oxygène en amont du
vaporiseur.
- le premier débit de liquide riche en oxygène et le deuxième débit de
liquide riche en
oxygène ont la même pureté.
- on divise de l'air surpressé à la deuxième pression en deux parties, on
envoie une
première partie d'air surpressé à la deuxième pression au rebouilleur de cuve
de la colonne
d'oxygène pur et on envoie une deuxième partie d'air surpressé à la deuxième
pression au
vaporiseur.
- on envoie de l'air à la première pression au rebouilleur de cuve de la
colonne basse
pression pour le chauffer.
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- tout l'air est divisé en un débit à la première pression et un débit à la
deuxième pression en amont de la ligne d'échange.
- le premier débit de liquide riche en oxygène est moins riche en
oxygène que le deuxième débit de liquide riche en oxygène.
5 - le
premier débit de liquide riche en oxygène se vaporise partiellement
dans le vaporiseur, le liquide formé constituant le deuxième débit de liquide
riche
en oxygène.
- le débit d'air surpressé à la deuxième pression chauffe d'abord le
rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et ensuite le vaporiseur.
- de l'air à la
première pression se refroidit dans la ligne d'échange et
est envoyé sous forme gazeuse à la colonne moyenne pression.
- un liquide cryogénique d'une source auxiliaire est envoyé à la double
colonne.
Les termes moyenne pression et basse pression désignent
simplement que la colonne moyenne pression opère à une pression plus élevée
que la colonne basse pression. Ces termes sont communs dans l'art et clairs
pour
l'homme de l'art.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation
d'air par distillation cryogénique comprenant une colonne moyenne pression et
une colonne basse pression, reliées thermiquement entre elles, la colonne
basse
pression comprenant un rebouilleur de cuve et un rebouilleur intermédiaire, et
une colonne d'oxygène pur, une ligne d'échange , un vaporiseur , des moyens
pour envoyer de l'air gazeux épuré puis refroidi à une première pression de la
ligne d'échange à la colonne moyenne pression, des moyens pour envoyer un
liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne
moyenne
pression à la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un gaz riche en
azote de la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un liquide riche
en
oxygène contenant au plus 97% mol. d'oxygène en cuve de la colonne basse
pression, des moyens pour envoyer un premier débit de liquide riche en oxygène
au vaporiseur, une conduite pour envoyer l'oxygène gazeux ainsi formé à la
ligne
d'échange, des moyens pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en
oxygène en tête de la colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve, où
il
s'épure pour former un liquide de cuve contenant au moins 98% mol. d'oxygène,

6
un surpresseur, une conduite pour envoyer un débit d'air surpressé à une
deuxième
pression supérieure à la première pression au rebouilleur de cuve de la
colonne d'oxygène
pur, des conduites pour soutirer un gaz riche en azote en tête de la colonne
moyenne
pression, pour l'envoyer au rebouilleur intermédiaire de la colonne basse
pression et pour
envoyer le gaz condensé à la tête de la colonne moyenne pression et des
conduites pour
envoyer un gaz riche en azote ou de l'air au rebouilleur de cuve de la colonne
basse
pression et pour envoyer le liquide qui s'y condense à la colonne moyenne
pression
caractérisé en ce qu'il comprend une conduite pour soutirer du liquide de cuve
de la colonne
d'oxygène pur comme produit et des moyens pour envoyer de l'air surpressé à la
deuxième
pression du surpresseur au vaporiseur.
Selon d'autres objets facultatifs de l'invention, il est prévu que l'appareil
comprenne :
- une conduite pour envoyer un liquide du vaporiseur en tête de la colonne
d'oxygène
pur et/ou
- une conduite pour envoyer un liquide de cuve de la colonne basse pression
en tête
de la colonne d'oxygène pur
- les moyens pour envoyer l'air surpressé du surpresseur au vaporiseur sont
reliés au
rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur de sorte que l'air destiné au
vaporiseur
passe à travers le rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur.
- les moyens pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en oxygène en
tête de
la colonne d'oxygène pur sont constitués par la conduite pour envoyer un
liquide de cuve
de la colonne basse pression en tête de la colonne d'oxygène pur.
- des moyens pour diviser l'air surpressé à la deuxième pression en deux
parties, les
moyens pour envoyer de l'air surpressé à la deuxième pression du surpresseur
au
vaporiseur et la conduite pour envoyer un débit d'air surpressé à la deuxième
pression au
rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur étant reliés de sorte qu'une
partie d'air
surpressé est envoyée au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et
une autre
partie d'air surpressé est envoyée au vaporiseur et en ce que les moyens pour
envoyer l'air
surpressé du surpresseur au vaporiseur sont reliés au rebouilleur de cuve de
la colonne
d'oxygène pur de sorte que l'air destiné au vaporiseur passe à travers le
rebouilleur de cuve
de la colonne d'oxygène pur.
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Le vaporiseur ne fait pas partie d'une colonne de distillation ou
d'épuisement.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation
d'air par distillation cryogénique dans une unité de séparation comprenant une
colonne moyenne pression et une colonne basse pression, reliées thermiquement
entre elles, la colonne basse pression comprenant un rebouilleur de cuve et un
rebouilleur intermédiaire et une colonne d'oxygène pur dans lequel
i) on
envoie de l'air gazeux épuré puis refroidi à une première pression
dans une ligne d'échange à la colonne moyenne pression,
ii) on envoie un liquide enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote
de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression,
iii) on soutire un gaz riche en azote de la colonne basse pression,
iv) on soutire un liquide riche en oxygène contenant au plus 97% mol.
d'oxygène en cuve de la colonne basse pression,
y) on envoie un premier débit de liquide riche en oxygène à un vaporiseur
et on envoie l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange,
vi) on envoie un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de la
colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve, où il s'épure pour former
un
liquide de cuve contenant au moins 98% mol.,
vii) on envoie un débit d'air surpressé à une deuxième pression supérieure
à la première pression au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur,
viii) on soutire un gaz riche en azote en tête de la colonne moyenne
pression, on l'envoie au rebouilleur intermédiaire de la colonne basse
pression et
on envoie le gaz condensé à la tête de la colonne moyenne pression, et
ix) on envoie un gaz riche en azote ou de l'air au rebouilleur de cuve de la
colonne basse pression et on envoie le liquide qui s'y condense à la colonne
moyenne pression caractérisé en ce que on soutire du liquide de cuve de la
colonne d'oxygène pur comme produit et en ce que le premier débit de liquide
riche en oxygène est moins riche en oxygène que le deuxième débit de liquide
riche en oxygène.
Selon d'autres caractéristiques facultatives :
- on
pressurise le premier débit de liquide riche en oxygène en amont du
vaporiseur.

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- - on envoie un deuxième débit d'air surpressé à la deuxième pression
au vaporiseur.
- le premier débit de liquide riche en oxygène se vaporise partiellement
dans le vaporiseur, le liquide formé constituant le deuxième débit de liquide
riche
en oxygène.
- le débit d'air surpressé chauffe d'abord le rebouilleur de cuve de la
colonne d'oxygène pur et ensuite le vaporiseur.
- un liquide cryogénique d'une source auxiliaire est envoyé à la double
colonne.
- la colonne moyenne pression opère à entre 2,5 et 4,5 bars abs.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation
d'air par distillation cryogénique comprenant une colonne moyenne pression et
une colonne basse pression, reliées thermiquement entre elles, la colonne
basse
pression comprenant un rebouilleur de cuve et un rebouilleur intermédiaire et
une
colonne d'oxygène pur, une ligne d'échange, un vaporiseur, des moyens pour
envoyer de l'air gazeux épuré puis refroidi à une première pression de la
ligne
d'échange à la colonne moyenne pression, des moyens pour envoyer un liquide
enrichi en oxygène et un liquide enrichi en azote de la colonne moyenne
pression
à la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un gaz riche en azote de
la colonne basse pression, des moyens pour soutirer un liquide riche en
oxygène
contenant au plus 97% mol. d'oxygène en cuve de la colonne basse pression, des
moyens pour envoyer un premier débit de liquide riche en oxygène au
vaporiseur,
une conduite pour envoyer l'oxygène gazeux ainsi formé à la ligne d'échange,
des
moyens pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en oxygène en tête de
la
colonne d'oxygène pur, ayant un rebouilleur de cuve , où il s'épure pour
former un
liquide de cuve contenant au moins 98% mol. d'oxygène, un surpresseur, une
conduite pour envoyer un débit d'air surpressé à une deuxième pression
supérieure à la première pression au rebouilleur de cuve de la colonne
d'oxygène
pur, des conduites pour soutirer un gaz riche en azote en tête de la colonne
moyenne pression, pour l'envoyer au rebouilleur intermédiaire de la colonne
basse pression et pour envoyer le gaz condensé à la tête de la colonne moyenne
pression et des conduites pour envoyer un gaz riche en azote ou de l'air au
rebouilleur de cuve de la colonne basse pression et pour envoyer le liquide
qui

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s'y condense à la colonne moyenne pression caractérisé en ce qu'il comprend
une conduite pour soutirer du liquide de cuve de la colonne d'oxygène pur
comme
produit et une conduite pour envoyer un liquide (53) du vaporiseur (51) en
tête de
la colonne d'oxygène pur (49).
L'appareil peut également comprendre une conduite pour envoyer un
liquide de cuve de la colonne basse pression en tête de la colonne d'oxygène
pur.
Les moyens pour envoyer l'air surpressé du surpresseur au vaporiseur
peuvent être reliés au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur de
sorte
que l'air destiné au vaporiseur passe à travers le rebouilleur de cuve de la
colonne d'oxygène pur.
Les moyens pour envoyer un deuxième débit de liquide riche en oxygène
en tête de la colonne d'oxygène pur peuvent être constitués par la conduite
pour
envoyer un liquide de cuve de la colonne basse pression en tête de la colonne
d'oxygène pur.
L'appareil peut comprendre des moyens pour diviser l'air surpressé à la
deuxième pression en deux parties, les moyens pour envoyer de l'air surpressé
à
la deuxième pression du surpresseur au vaporiseur et la conduite pour envoyer
un débit d'air surpressé à la deuxième pression au rebouilleur de cuve de la
colonne d'oxygène pur étant reliés de sorte qu'une partie d'air surpressé est
envoyée au rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur et une autre partie
d'air surpressé est envoyée au vaporiseur.
L'appareil peut comprendre des moyens pour envoyer un liquide
cryogénique à la colonne basse pression d'une source extérieure.
L'appareil peut comprendre une conduite pour envoyer le débit d'air
surpressé du rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur au vaporiseur et
une conduite pour envoyer l'air du vaporiseur à la colonne moyenne pression
et/ou à la colonne basse pression.
Selon une autre variante l'appareil comprend une conduite pour envoyer le
débit d'air surpressé du rebouilleur de cuve de la colonne d'oxygène pur
directement à la colonne moyenne pression et/ou à la colonne basse pression.
La principale caractéristique innovante de l'invention présentée ici est que
le rebouillage de la colonne d'oxygène pur est réalisé par une fraction du
débit

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d'air gazeux sortant de la ligne d'échange principale, comprimée par un
surpresseur à la pression requise pour la vaporisation d'oxygène dans le
vaporiseur (air HP). Cette fraction d'air HP se condense partiellement ou
totalement dans le condenseur de la colonne d'oxygène pur.
5 Selon une
variante, le débit d'air surpressé partiellement condensé,
éventuellement après avoir séparé la partie condensée (qui est alors envoyée
dans la colonne MP), est ensuite envoyé dans le vaporiseur produit où il finit
de
se condenser totalement. La condensation partielle de l'air surpressé permet,
avec un débit quasi-nominal de production du GOX et la même pression, de faire
10
fonctionner le vaporiseur en cuve de colonne pur, puis celui du vaporiseur
produit. Le rebouillage de la colonne d'oxygène liquide pur est donc gratuit
par
rapport à l'énergie nécessaire pour vaporiser la production.
La pression de ce débit d'air est supérieure à la pression de la colonne MP
(typiquement de l'ordre de 4,5 bar abs. contre 3,2 bar abs.).
On prélève une partie du liquide impur dans le vaporiseur produit (au
même niveau et à la place de la purge de déconcentration du vaporiseur) que
l'on
envoie dans la colonne d'oxygène liquide pur qui est une colonne à distiller
sensiblement à la même pression que le vaporiseur produit..
Le reflux gazeux impur issu de la colonne d'oxygène pur est mélangé avec
le flux gazeux issu du vaporiseur produit, les deux flux constituant le débit
nominal de production du GOX impur.
Le liquide pur est prélevé en cuve de la colonne d'oxygène pur. Il sert
aussi de purge de déconcentration de l'ensemble de l'appareil.
L'appoint de frigories peut être apporté par un liquéfacteur indépendant,
par exemple par production d'azote liquide, à partir d'azote pur (issu d'un
minaret), qui serait alors rajouté sous forme liquide dans l'appareil. S'il
n'y a pas
de production d'azote pur liquide, on peut envisager de liquéfier de l'azote
résiduaire dans un liquéfacteur indépendant.
Si la production de liquide pur est faible, on peut aussi envisager d'avoir un
système de production de froid intégré à l'ASU.
L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures, qui
illustrent des procédés de séparation d'air selon l'invention.

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Dans la Figure 1, l'air est séparé dans un ASU comprenant une double
colonne de séparation d'air, comprenant une colonne moyenne pression 23 et
une colonne basse pression 25. Des frigories pour la séparation sont fournies
par
détente d'azote moyenne pression dans une turbine 47. L'appareil comprend une
colonne d'oxygène liquide pur 49, une pompe 57, un vaporiseur 51 et une ligne
d'échange 63.
L'air 1 est pressurisé par un compresseur 3 à une pression entre 2,5 et 4,5
bars abs. L'air est ensuite épuré dans une unité d'épuration 5 par adsoprtion.
L'air
épuré 7 est divisé en deux parties. Une partie 9 est surpressée dans un
surpresseur 13 jusqu'à une pression d'entre 4.et 20 bars abs et puis refroidie
dans la ligne d'échange 63 jusqu'au bout froid. L'air 9 est divisé en deux
fractions
15, 17. Une fraction 15 est envoyée au vaporiseur 51 où elle sert à vaporiser
partiellement de l'oxygène liquide comprenant au plus 97 % mol. d'oxygène,
pour
produire l'oxygène gazeux 59 qui se réchauffe dans la ligne d'échange 63. Ce
gaz 59 est envoyé à une unité d'oxycombustion. Un liquide riche en oxygène 53
est soutiré du vaporiseur 51 comme purge. L'air se trouve condensé. L'autre
fraction de l'air 17 est envoyée au rebouilleur de cuve 61 de la colonne
d'oxygène
pur 49. Cette colonne comporte le rebouilleur de cuve et des moyens d'échange
de chaleur et de matière au-dessus de ce rebouilleur. De l'oxygène liquide 65
comprenant au plus 97% mol. d'oxygène est envoyé en tête de la colonne 49 et
s'enrichit pour former le produit liquide 71 soutiré en cuve et contenant au
moins
98% mol. d'oxygène. L'oxygène gazeux de tête de la colonne 49 est envoyé en
cuve de la colonne basse pression 25. L'air condensé 17 se mélange avec l'air
condensé provenant du vaporiseur 51 et, après détente dans une vanne 21, est
envoyé à la colonne MP 23, qui opère à entre 2,5 et 4,5 bars abs.
Une autre partie 11 de l'air est refroidie dans la ligne d'échange 63, est
envoyée au rebouilleur de cuve 35 de la colonne BP 25, s'y condense au moins
partiellement et est envoyée en cuve de la colonne MP 23, en dessous du point
d'arrivée d'air liquide 19.
Du liquide enrichi en oxygène 27 est soutiré de la cuve de la colonne MP
23, refroidi dans le sous-refroidisseur 33, détendu et envoyé à la colonne BP
25.
Du liquide 29 est soutiré de la colonne MP 23, refroidi dans le sous-
refroidisseur
33, détendu et envoyé à la colonne BP 25. Du liquide riche en azote 31 est

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soutiré de la tête de la colonne MP 23, refroidi dans le sous-refroidisseur
33,
détendu et envoyé à la tête de la colonne BP 25.
De l'azote basse pression 39 est soutiré en tête de la colonne BP,
réchauffé dans le sous-refroidisseur 33 et réchauffé dans la ligne d'échange
63.
De l'azote moyenne pression 41 est divisé en deux pour former une partie
43 et une partie 45. La partie 43 sert à chauffer le rebouilleur intermédiaire
37 de
la colonne basse pression 25. La partie 45 se réchauffe dans la ligne
d'échange
63, est détendue dans la turbine 47 et est renvoyée à la ligne d'échange 63.
De
l'oxygène liquide est soutiré de la cuve de la colonne BP et divisé en deux.
Une
partie 55 est pressurisée dans la pompe 57 en amont du vaporiseur 51 et le
reste
65 est envoyé en tête de la colonne d'oxygène pur 49 sans avoir été
pressurisé.
La tête de la colonne d'oxygène pur 49 se trouve donc à la même pression que
la
cuve de la colonne basse pression 25. Tout ou une partie du liquide de purge
53
peut également alimenter la tête de la colonne 49.
Un débit de liquide cryogénique 69, par exemple de l'azote liquide, est
envoyé en tête de la colonne BP pour tenir le procédé en froid.
Le procédé de la Figure 1 bis diffère de celui de la Figure 1 en ce que la
colonne 49 est alimentée en tête exclusivement par la purge 53 du vaporiseur
51,
suite à une étape de détente dans une vanne. Le rebouilleur de cuve 61 de la
colonne 49 est toujours chauffé par l'air surpressé 17, l'air ainsi condensé
étant
mélangé avec l'air surpressé 15 qui a servi à chauffer le vaporiseur 51. Il
est
également possible d'alimenter la colonne avec du liquide de purge 53 et de
l'oxygène liquide 65 provenant de la cuve de la colonne basse pression 25.
Le procédé de la Figure 2 diffère de celui de la Figure 1 en ce que le débit
d'air 9 est envoyé d'abord au vaporiseur de cuve 61 de la colonne d'oxygène
pur
49 et ensuite au vaporiseur 51 où il se condense. L'air ainsi formé est
détendu
dans la vanne 21 et envoyé à la colonne moyenne pression 23. La fraction d'air
11 se refroidit dans la ligne d'échange 11 et est envoyée à la cuve de la
colonne
moyenne pression 23 sans avoir été détendue ou comprimée en aval du
compresseur 3.
Le rebouilleur intermédiaire 37 est toujours chauffé par de l'azote moyenne
pression 43 mais une autre partie de l'azote moyenne pression 73 est comprimée
dans un surpresseur froid 71 à partir d'une température cryogénique et envoyée

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au rebouilleur de cuve 35. L'azote condensé est détendu dans une vanne 36 et
envoyé en tête de la colonne MP 23. L'oxygène de cuve 55 de la colonne basse
pression est entièrement pressurisé dans la pompe 57 envoyé au vaporiseur 51
où il se vaporise partiellement. Le gaz vaporisé constitue le produit
d'oxygène
gazeux 59 contenant moins que 97% mol. d'oxygène. Le liquide non-vaporisé 53
alimente la tête de la colonne 49. L'oxygène gazeux 67 de tête de la colonne
49
est mélangé avec l'oxygène gazeux 59. L'oxygène liquide 71 constitue le
produit
liquide. Dans ce cas, la colonne d'oxygène pur 49 n'opère pas à la même
pression que la colonne BP 25.
Le procédé de la Figure 1 ou 1 bis peut utiliser de l'azote pour chauffer le
rebouilleur de cuve 35 et le procédé de la Figure 2 peut utiliser de l'air
pour
chauffer le rebouilleur de cuve 35.

Representative Drawing
A single figure which represents the drawing illustrating the invention.
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Letter Sent 2021-03-01
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Inactive: COVID 19 - Deadline extended 2020-07-02
Inactive: COVID 19 - Deadline extended 2020-06-10
Inactive: COVID 19 - Deadline extended 2020-05-28
Inactive: COVID 19 - Deadline extended 2020-05-14
Inactive: COVID 19 - Deadline extended 2020-04-28
Inactive: COVID 19 - Deadline extended 2020-03-29
Common Representative Appointed 2019-10-30
Common Representative Appointed 2019-10-30
Change of Address or Method of Correspondence Request Received 2018-12-04
Grant by Issuance 2018-10-16
Inactive: Cover page published 2018-10-15
Pre-grant 2018-09-05
Inactive: Final fee received 2018-09-05
Notice of Allowance is Issued 2018-06-21
Notice of Allowance is Issued 2018-06-21
Letter Sent 2018-06-21
Inactive: Approved for allowance (AFA) 2018-06-15
Inactive: Q2 passed 2018-06-15
Amendment Received - Voluntary Amendment 2018-03-12
Inactive: S.30(2) Rules - Examiner requisition 2018-01-29
Inactive: Report - No QC 2018-01-24
Letter Sent 2017-01-24
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Request for Examination Requirements Determined Compliant 2017-01-16
All Requirements for Examination Determined Compliant 2017-01-16
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Correct Applicant Requirements Determined Compliant 2013-11-06
Inactive: Notice - National entry - No RFE 2013-11-06
Correct Applicant Requirements Determined Compliant 2013-11-06
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Letter Sent 2013-10-29
Letter Sent 2013-10-29
Inactive: Notice - National entry - No RFE 2013-10-29
Inactive: IPC assigned 2013-10-29
Inactive: First IPC assigned 2013-10-29
National Entry Requirements Determined Compliant 2013-09-20
Application Published (Open to Public Inspection) 2012-10-11

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Basic national fee - standard 2013-09-20
MF (application, 2nd anniv.) - standard 02 2014-04-07 2014-03-21
MF (application, 3rd anniv.) - standard 03 2015-04-07 2015-03-20
MF (application, 4th anniv.) - standard 04 2016-04-05 2016-03-23
Request for examination - standard 2017-01-16
MF (application, 5th anniv.) - standard 05 2017-04-05 2017-03-23
MF (application, 6th anniv.) - standard 06 2018-04-05 2018-03-23
Final fee - standard 2018-09-05
MF (patent, 7th anniv.) - standard 2019-04-05 2019-03-25
Owners on Record

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Document
Description 
Date
(yyyy-mm-dd) 
Number of pages   Size of Image (KB) 
Cover Page 2013-11-14 2 52
Description 2013-09-20 13 631
Claims 2013-09-20 4 169
Abstract 2013-09-20 2 97
Drawings 2013-09-20 3 39
Representative drawing 2013-09-20 1 12
Description 2018-03-12 13 663
Claims 2018-03-12 3 132
Cover Page 2018-09-19 1 45
Representative drawing 2018-09-19 1 7
Notice of National Entry 2013-10-29 1 206
Courtesy - Certificate of registration (related document(s)) 2013-10-29 1 127
Notice of National Entry 2013-11-06 1 193
Courtesy - Certificate of registration (related document(s)) 2013-10-29 1 102
Reminder of maintenance fee due 2013-12-09 1 111
Reminder - Request for Examination 2016-12-06 1 116
Acknowledgement of Request for Examination 2017-01-24 1 176
Commissioner's Notice - Application Found Allowable 2018-06-21 1 162
Commissioner's Notice - Maintenance Fee for a Patent Not Paid 2020-10-19 1 549
Courtesy - Patent Term Deemed Expired 2021-03-29 1 540
Commissioner's Notice - Maintenance Fee for a Patent Not Paid 2021-05-18 1 536
Final fee 2018-09-05 2 66
Correspondence 2013-11-01 4 164
Request for examination 2017-01-16 2 68
Examiner Requisition 2018-01-29 3 205
Amendment / response to report 2018-03-12 12 660