EP1501621A1 - Procede de fourniture d'air comprime a au moins un premier et un second postes utilisateurs - Google Patents

Procede de fourniture d'air comprime a au moins un premier et un second postes utilisateurs

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Publication number
EP1501621A1
EP1501621A1 EP03740639A EP03740639A EP1501621A1 EP 1501621 A1 EP1501621 A1 EP 1501621A1 EP 03740639 A EP03740639 A EP 03740639A EP 03740639 A EP03740639 A EP 03740639A EP 1501621 A1 EP1501621 A1 EP 1501621A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
compressed air
user station
oxygen
flow
air
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03740639A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Patrice Ollivier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP1501621A1 publication Critical patent/EP1501621A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
    • C01B13/02—Preparation of oxygen
    • C01B13/0229—Purification or separation processes
    • C01B13/0248—Physical processing only
    • C01B13/0251—Physical processing only by making use of membranes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L7/00—Supplying non-combustible liquids or gases, other than air, to the fire, e.g. oxygen, steam
    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00—Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043—Impurity removed
    • C01B2210/0046—Nitrogen
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • compressed air at a pressure generally between 7 and 10 bars, is generally used not for its chemical composition but for its pressure in “volumetric” applications (engine air, instrument air, sweep air, ...), the advantage of this fluid residing in its flexibility of use and action and the fact that it presents no danger to the user or to the environment.
  • Apparatus for supplying air gas by air separation also uses compressed air, but exclusively for its transformation into gas (s) separated from air.
  • Document FR-A- 2 774 308 in the name of the applicant, describes a flexible coupled system for supplying compressed air, on the one hand, and air gases, on the other hand, by sharing the if necessary, the compressors of an air compression battery.
  • the object of the present invention is to propose a method for the joint supply of at least two compressed air flows, one of which is moderately or slightly enriched in oxygen for supply to a user station exploiting the superoxidizing nature of this flow, and compressed air slightly depleted in oxygen for all “conventional” mechanical uses of compressed air.
  • a part of the compressed air flow is passed through a gas separation unit from the air to provide a first flow depleted in oxygen, therefore having an oxygen content of less than 21%, typically between 17 and 20% by volume, sent to a first user station, and a second stream having an oxygen content not exceeding 50%, sent to a second user station.
  • the slight oxygen enrichment of the second stream allows, in certain processes, such as the combustion or treatment of waste water, to economically compensate for the additional costs associated with the implementation of the gas separation unit and any recompression of the outgoing flows.
  • the single figure schematically represents an installation for implementing the method according to the invention.
  • a primary flow of air compressed in a conventional compression unit 1 at a pressure not exceeding 10 bar, dried and cooled, then sent to a pressure conventionally of approximately 7- 8 bar, via a line 2, to an air gas separation unit 3 and, via a line 11, to at least one user station (not shown) of "standard" compressed air.
  • the separation unit 3 is of the permeation type on polymer membranes such as those sold by the company MEDAL Corp., of the AIR LIQUIDE Group, the unit 3 having an outlet 4 of moderately enriched permeate in oxygen and an outlet 5 of oxygen-depleted non-permeate.
  • the output 5 communicates with one or more user lines 6i, 6 2 .
  • the outlet 4 communicates with a supply line 7 for at least one user station 8 exploiting the oxidizing nature of the air, typically a combustion or aeration / oxidation unit for sludges or effluents.
  • the oxygen-enriched gas at the outlet 4 is combined in a mixer 9 with an unseparated compressed air flow 10 derived from the outlet of the compression unit 1 to supply in the line 7 very little enriched compressed air. in oxygen, less than 5% O 2 (typically of the order of 1 to 2%), sufficient to significantly improve the performance of user station 8.
  • the separation unit 3 is used to produce at its outlet 5 a flow of compressed air very slightly depleted in oxygen, with an oxygen content between 17 and 20% by volume, typically between 18 and 19%, at the cost of a very slight pressure drop (between 0.2 and 0.5 bar), usable in complete safety in the same way as “standard” compressed air in the line 11.
  • a flow of oxygen-enriched air between 40 and 50% by volume is advantageously combined with a pressure of a few hundred millibars, advantageously combined with a stream of standard compressed air (10 ) to avoid, in line 7 and downstream, the use of “oxygen compatible” equipment.
  • the mixer 9 comprises an ejector exploiting the flow 10 of compressed air to extract the permeate at the outlet 4 under a slight vacuum before mixing it with the engine air of the flow 10 to dilute it.
  • the inventor determined that by enriching, for example, by 1% in oxygen the air in line 7 supplying a burner operating on natural gas, a fuel saving between 5 and 10% could be obtained, depending on the share of the transfer of heat produced by exchange on the fumes and the part produced by flame radiation.
  • the cost of equivalent “pure” oxygen contained in the permeate at outlet 4 represents approximately 0.023 € / m 3 , so that, for a cost of natural gas of approximately 0.15 € / m 3 , enrichment of 1% of flow 7 saves between 0.005 and 0.012 € / m 3 of natural gas used.

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Abstract

Un flux d'air comprimé est séparé, dans une unité du type à membrane (3), en un flux (5) très faiblement appauvri en oxygène utilisé comme l'aire comprimé standard et en un flux (4) enrichi en oxygène, typiquement dilué avec de l'air comprimé (10) non séparé, pour fourniture à un poste utilisateur (8) exploitant le caractère oxydant de l'aire comprimé. Application notamment à l'alimentation conjointe de lignes de fourniture d'air comprimé et d'unité de combustion.

Description

Procédé de fourniture d'air comprimé à au moins un premier et un second postes utilisateurs
Dans l'industrie, l'air comprimé, à une pression comprise généralement entre 7 et 10 bars, est utilisé en général non pour sa composition chimique mais pour sa pression dans des applications « volumétriques » (air moteur, air instrument, air balayage, ...), l'intérêt de ce fluide résidant dans sa souplesse d'utilisation et d'action et le fait qu'il ne présente aucun danger pour l'utilisateur pu pour l'environnement.
Les appareils de fourniture de gaz de l'air par séparation d'air utilisent également de l'air comprimé, mais exclusivement pour sa transformation en gaz séparé(s) de l'air. Le document FR-A- 2 774 308, au nom de la demanderesse, décrit un système couplé flexible de fourniture d'air comprimé, d'une part, et de gaz de l'air, d'autre part, en partageant, le cas échéant, les compresseurs d'une batterie de compression d'air.
La présente invention a pour objet de proposer un procédé de fourniture conjoint d'au moins deux flux d'air comprimé, l'un moyennement ou légèrement enrichi en oxygène pour fourniture à un poste utilisateur exploitant le caractère suroxydant de ce flux, et un flux d'air comprimé légèrement appauvri en oxygène pour toutes utilisations « classiques », mécaniques, de l'air comprimé.
Pour ce faire, selon l'invention on fait passer une partie du flux d'air comprimé dans une unité de séparation de gaz de l'air pour fournir un premier flux appauvri en oxygène ayant donc une teneur en oxygène inférieure à 21%, typiquement entre 17 et 20% en volume, adressé à un premier poste utilisateur, et un deuxième flux ayant une teneur en oxygène n'excédant pas 50%, adressé à un deuxième poste utilisateur. Le léger enrichissement en oxygène du deuxième flux permet, dans certains procédés, tels la combustion ou le traitement d'eaux résiduaires, de compenser économiquement les surcoûts liés à la mise en œuvre de l'unité de séparation de gaz et à des recompressions éventuelles des flux sortants.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation, donnée à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec le dessin annexé, sur lequel :
La figure unique représente schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
Dans l'installation représentée sur la figure unique, un flux primaire d'air, comprimé dans une unité de compression classique 1 à une pression n'excédant pas 10 bar, séché et refroidi, puis adressé à une pression classiquement d'environ 7-8 bar, via une ligne 2, à une unité de séparation de gaz de l'air 3 et, via une ligne 11 , à au moins un poste utilisateur (non représenté) d'air comprimé « standard ».
Selon un aspect de l'invention, l'unité de séparation 3 est du type à perméation sur membranes polymères telles que celles commercialisées par la société MEDAL Corp., du Groupe AIR LIQUIDE, l'unité 3 ayant une sortie 4 de perméat moyennement enrichi en oxygène et une sortie 5 de non perméat appauvri en oxygène. La sortie 5 communique avec une plusieurs lignes utilisatrices 6i, 62. La sortie 4 communique avec une ligne 7 d'alimentation d'au moins un poste utilisateur 8 exploitant le caractère oxydant de l'air, typiquement une unité de combustion ou d'aération/oxydation de boues ou effluents.
Avantageusement, le gaz enrichi en oxygène à la sortie 4 est combiné dans un mélangeur 9 avec un flux d'air comprimé non séparé 10 dérivé de la sortie de l'unité de compression 1 pour fournir dans la ligne 7 un air comprimé très faiblement enrichi en oxygène, inférieur à 5% O2 (typiquement de l'ordre de 1 à 2%), suffisant pour améliorer significativement les performances du poste utilisateur 8.
Selon l'invention, en effet, l'unité de séparation 3 est mise en œuvre pour produire en sa sortie 5 un flux d'air comprimé très légèrement appauvri en oxygène, avec une teneur en oxygène entre 17 et 20% en volume, typiquement entre 18 et 19%, au prix d'une très légère perte de charge (entre 0,2 et 0,5 bar), utilisable en toute sécurité au même titre que l'air comprimé « standard » dans la ligne 11. Parallèlement, à la sortie 4, est disponible, sous une pression de quelques centaines de millibars, un flux d'air enrichi en oxygène entre 40 et 50% en volume, avantageusement recombiné avec un flux d'air comprimé standard (10) pour éviter, dans la ligne 7 et en aval, l'utilisation d'équipements « compatibles oxygène ». Avantageusement, le mélangeur 9 comporte un éjecteur exploitant le flux 10 d'air comprimé pour extraire le perméat à la sortie 4 sous un léger vide avant de le mélanger à l'air moteur du flux 10 pour le diluer.
L'inventeur a déterminé qu'en enrichissant par exemple de 1% en oxygène l'air dans la ligne 7 alimentant un brûleur fonctionnant au gaz naturel, une économie de combustible entre 5 et 10% pouvait être obtenue, selon la part du transfert de chaleur réalisée par échange sur les fumées et la part réalisée par radiation de la flamme. Avec une unité de séparation 3, alimentée en air comprimé à 7,5 bar, produisant en sortie 5 environ 800 m3/h d'air à 19% d'oxygène et en sortie 4 environ 70 m3/h d'air enrichi à 45% d'oxygène, le coût de l'oxygène « pur » équivalent contenu dans le perméat en sortie 4 représente environ 0,023 €/m3, de sorte que, pour un coût de gaz naturel d'environ 0,15 €/m3, l'enrichissement de 1% du flux 7 permet d'économiser entre 0,005 et 0,012 €/m3 de gaz naturel utilisé.
Quoique l'invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est susceptible de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de métier dans le cadre des revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de fourniture d'air comprimé à au moins un premier et un second postes utilisateurs, dans lequel on fait passer une partie du flux d'air comprimé dans une unité de séparation de gaz de l'air (3) pour fournir un premier flux (5) appauvri en oxygène adressé au premier poste utilisateur (via 6j), et un deuxième flux (4) ayant une teneur en oxygène n'excédant pas 50%, adressé au deuxième poste utilisateur (8).
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le deuxième flux est mélangé avec une partie (10) du flux d'air comprimé non séparé pour fourniture au deuxième poste utilisateur (8) d'un flux d'air très faiblement enrichi en oxygène.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le deuxième poste utilisateur (8) comporte au moins une unité de combustion.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de séparation (3) est du type à membranes polymères.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la pression de l'air comprimé non séparé est comprise entre 7 et 10 bars.
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