FR3134881A3 - Equipement d’échange de chaleur - Google Patents

Equipement d’échange de chaleur Download PDF

Info

Publication number
FR3134881A3
FR3134881A3 FR2305977A FR2305977A FR3134881A3 FR 3134881 A3 FR3134881 A3 FR 3134881A3 FR 2305977 A FR2305977 A FR 2305977A FR 2305977 A FR2305977 A FR 2305977A FR 3134881 A3 FR3134881 A3 FR 3134881A3
Authority
FR
France
Prior art keywords
equipment
heat exchange
purification unit
water
air
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
FR2305977A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3134881B3 (fr
Inventor
Benoit Davidian
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.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA 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 pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Priority to FR2305977A priority Critical patent/FR3134881B3/fr
Publication of FR3134881A3 publication Critical patent/FR3134881A3/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3134881B3 publication Critical patent/FR3134881B3/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04157—Afterstage cooling and so-called "pre-cooling" of the feed air upstream the air purification unit and main heat exchange line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04163—Hot end purification of the feed air
    • F25J3/04169—Hot end purification of the feed air by adsorption of the impurities
    • F25J3/04181—Regenerating the adsorbents
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/0489—Modularity and arrangement of parts of the air fractionation unit, in particular of the cold box, e.g. pre-fabrication, assembling and erection, dimensions, horizontal layout "plot"
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F25J2205/66—Regenerating the adsorption vessel, e.g. kind of reactivation gas
    • F25J2205/70—Heating the adsorption vessel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/12—Particular process parameters like pressure, temperature, ratios

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Titre : Equipement d’échange de chaleur Equipement d’échange de chaleur (2, 6) à installer en amont d’une unité d’épuration en eau et en CO2 d’un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique, l’équipement ayant une surface extérieure comportant principalement des surfaces planes, l’équipement comportant au moins un élément (2a, 2b) capable de modifier la température d’un fluide destiné à l’unité d’épuration. Figure de l’abrégé : Figure 1

Description

Equipement d’échange de chaleur
La présente invention est relative à un équipement d’échange de chaleur.
Il s’agit de réduire la taille et la perte de charge des certains équipements, notamment des échangeurs de chaleur, mis en œuvre autour d’une épuration en tête opérant à basse pression, et de permettre une meilleure intégration dans une plateforme portant un ossature, l’équipement devant être disposé sur la plateforme à l’intérieur de l’ossature.
L’invention consiste à utiliser les équipements comportant au moins principalement, voire uniquement des surfaces extérieures planes, par exemple des équipements parallélépipédiques. Ceux-ci ont, de préférence, une grande section de passage pour le gaz traité et une épaisseur faible pour réduire la perte de charge. L’avantage d’un équipement comportant au moins principalement, voire uniquement des surfaces extérieures planes, par exemple parallélépipédique, est qu’il s’intègre facilement dans une plateforme (en anglais « skid ») à surface rectangulaire portant une ossature lui-même parallélépipédique.
La surface extérieure de l’équipement est principalement composée de surfaces planes quand au moins 80% de la surface extérieure est composée de surfaces planes.
Selon l’art antérieur, il est connu d’utiliser des équipements cylindriques pour tenir la pression. Par exemple on peut utiliser des échangeurs de chaleur de type tubes et calandre (en anglais « shell and tubes ») dont la calandre a au moins une surface extérieure cylindrique.
Selon un objet de l’invention, il est prévu un équipement d’échange de chaleur à installer en amont d’une unité d’épuration en eau et en CO2 d’un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique, l’équipement ayant une surface extérieure comportant principalement, voire uniquement, des surfaces planes, l’équipement comportant au moins un élément capable de modifier la température d’un fluide destiné à l’unité d’épuration.
La surface extérieure de l’équipement est principalement composée de surfaces planes quand au moins 80%, voire au moins 90% de la surface extérieure est composée de surfaces planes.
L’équipement peut comprendre un caisson parallélépipédique.
Selon d’autres aspects facultatifs :
  • l’équipement est parallélépipédique et permet un échange de chaleur entre deux fluides, chacune à une pression inférieure à 1 barg, préférentiellement inférieure à 0.5 barg.
  • l’équipement comprend au moins un échangeur de chaleur à tubes et à ailettes.
  • l’équipement comprend au moins un réchauffeur électrique.
  • l’équipement a une section de passage carré ou rectangulaire.
  • l’équipement comprend une seule entrée d’un premier fluide, une seule sortie du premier fluide et éventuellement une seule entrée d’un deuxième fluide et une seule sortie du deuxième fluide.
  • l’équipement parallélépipédique est relié à une section conique ou pyramidale servant d’élément de liaison
Selon un autre aspect de l’invention, il est prévu une plateforme portant un équipement tel que décrit ci-dessus et comprenant une ossature, l’équipement se trouvant dans l’ossature.
Selon un autre aspect de l’invention, il est prévu un appareil de refroidissement et d’épuration destiné à faire partie d’un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique comprenant une unité d’épuration en eau et en CO2 et un équipement :
  1. Pour assurer un échange de chaleur entre de l’air contenant de l’eau et du CO2 pour refroidir l’air en amont de l’unité d’épuration, ou
  2. Pour assurer un échange de chaleur entre de l’azote destiné à l’unité d’épuration et de l’eau, l’équipement comprenant un réchauffeur électrique.
Dans le cadre d’une épuration en tête basse pression, typiquement inférieure à 0.5 barg, par exemple pour épurer de l’air avant envoi vers un système de distillation cryogénique, on utilise des équipements parallélépipédiques comme échangeurs de chaleur pour modifier la température d’un gaz destiné à l’épuration en tête (air ou gaz de régénération).
Les échangeurs mis en œuvre sont de type batterie avec une grande section de passage rectangulaire ou carrée et une faible épaisseur, ce qui permet de réduire très fortement les pertes de charge et donc d’avoir des gains d’énergie important.
On peut astucieusement combiner plusieurs échangeurs dans le même équipement parallélépipédique.
Les équipements peuvent être reliés à des éléments de liaison servant d’entrées / sortie des équipements qui peuvent être, eux aussi, de forme parallélépipédique ou encore conique ou pyramidale, se trouvant dans l’axe principal de circulation du fluide dans les équipements ou sur le côté. Ces éléments de liaison peuvent comprendre des dispositifs pour améliorer la distribution du gaz sur une des grandes surfaces de l’équipement parallélépipédique, tels que grilles perforées, déflecteurs, aubages directeurs.
La description est faite dans le cadre d’une épuration en tête basse pression pour un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique.
représente schématiquement une partie d’un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique, en amont d’une ligne d’échange et d’un système de colonnes de distillation comportant un équipement selon l’invention.
représente une coupe longitudinale d’un équipement selon l’invention.
représente une coupe longitudinale d’un équipement selon l’invention selon une autre variante.
Dans la , l’air ambiant comprenant de l’eau et du CO2 est comprimé jusqu’à une pression inférieure à 0.5 barg. Le fluide 1 est refroidi dans l’échangeur de type batterie 2a contre de l’eau de refroidissement (typiquement autour de 20°C), puis dans l’échangeur de type batterie 2b contre de l’eau froide (typiquement autour de 2°C). On peut avoir aussi un séparateur de gouttelettes 2c (non illustré). Les éléments 2a, 2b et éventuellement 2c font partie du même équipement 2. Ensuite l’air 3 refroidi dans les échangeurs 2a, 2b est épuré en eau et en CO2 dans une unité d’épuration 8 par adsorption à bascule de température, produisant un débit d’air 4 épuré en eau et en CO2. Ce débit 4 est refroidi dans une ligne d’échange et séparé dans un système de colonnes par distillation cryogénique (non illustré dans la mais illustré dans la ), produisant un fluide enrichi en oxygène et un débit d’azote, pouvant être le fluide 5 de la .
Les lits d’adsorbants de l’unité d’épuration 8 sont régénérés à tour de rôle par un gaz de régénération 5, généralement un débit d’azote produit par le système de colonnes. Le gaz de régénération 5 est chauffé entre la ligne d’échange et l’unité d’épuration éventuellement par un réchauffeur électrique 6b et par un échangeur de chaleur à tubes et à ailettes 6a contre de l’eau chaude. L’éléments 6a et éventuellement 6b font partie du même équipement 6.
Les éléments 2a, 2b, 2c, 6a et 6b sont illustrés schématiquement dans la et leur vraie forme est illustrée dans les Figures 2 et 3.
Dans la , ces trois éléments 2a, 2b et 2c sont combinés dans un seul équipement parallélépipédique 2, permettant de mutualiser les dispositifs d’entrée/sortie et de distribution. Le débit d’air passe d’abord dans l’échangeur 2a, ensuite dans l’échangeur 2b et ensuite dans le séparateur de gouttelettes 2c.
L’équipement 2 a une longueur correspondant au sens principal de l’écoulement de l’air 1, celui-ci arrivant sur le côté de l’équipement 2 et ensuite étant réorienté pour parcourir la longueur de l’équipement 2, dont les éléments 2a, 2b et éventuellement 2c ont tous préférentiellement la même section rectangulaire ou carré. L’air passe directement de l’élément 2a à l’élément 2b et de l’élément 2b à l’élément 2c sans sortir de l’équipement 2.
Le fluide 3 ainsi refroidi est épuré dans un adsorbeur de l’unité d’épuration en tête 8 avant d’aller en tant que fluide épuré 4 vers le système de distillation cryogénique.
L’équipement 2 comprend une seule entrée pour l’air 1 et une seule sortie pour l’air refroidi 3, ainsi qu’une seule entrée et une seule sortie pour chacun des débits d’eau de sorte que l’air parcourt les éléments 2a, 2b et éventuellement 2c sans quitter l’équipement 2.
La illustre un fluide 5, généralement issu du système de distillation cryogénique, typiquement de l’azote résiduaire, qui est réchauffé dans un échangeur de type batterie 6a contre de l’eau chaude (typiquement autour de 90°C) par échange de chaleur indirect, puis éventuellement dans le réchauffeur électrique de type batterie 6b. L’équipement 6 peut être constitué par le seul échangeur 6a qui a une forme parallélépipédique. Sinon, si le réchauffeur 6b est présent, ces deux éléments 6a et 6b sont combinés dans un seul équipement parallélépipédique 6, permettant de mutualiser les dispositifs d’entrée/sortie et de distribution. Ici l’équipement parallélépipédique 6 est relié à une section conique ou pyramidale servant d’élément de liaison.
Le fluide 5 arrive sur le côté de l’équipement et parcourt la longueur de l’équipement 6 dont l’axe est à la verticale, se réchauffant d’abord contre de l’eau dans l’échangeur 6a et ensuite dans le réchauffeur 6b si présent. L’axe peut être à l’horizontale.
Le fluide 7 ainsi réchauffé est envoyé comme gaz de régénération dans chacun des adsorbeurs de l’unité d’épuration en tête 8 à tour de rôle.
La partie inférieure de l’équipement est à section rectangulaire, voire carrée et la partie supérieure est à section circulaire, les deux parties étant reliée par une partie en forme de pyramide tronqué, afin de relier un élément à section rectangulaire 6 à un élément à section circulaire.

Claims (3)

  1. Equipement d’échange de chaleur (2, 6) à installer en amont d’une unité d’épuration en eau et en CO2 d’un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique, l’équipement ayant une surface extérieure comportant principalement, voire uniquement, des surfaces planes, l’équipement comportant au moins un élément (2a, 2b) capable de modifier la température d’un fluide destiné à l’unité d’épuration.
  2. Plateforme portant un équipement selon la revendication 1 et comprenant une ossature, l’équipement (2, 6) se trouvant dans l’ossature.
  3. Appareil de refroidissement et d’épuration destiné à faire partie d’un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique comprenant une unité d’épuration en eau et en CO2 et un équipement (2, 6) selon la revendication 1
    1. Pour assurer un échange de chaleur entre de l’air contenant de l’eau et du CO2 pour refroidir l’air en amont de l’unité d’épuration, ou
    2. Pour assurer un échange de chaleur entre de l’azote destiné à l’unité d’épuration et de l’eau, l’équipement comprenant un réchauffeur électrique.
FR2305977A 2023-06-13 2023-06-13 Equipement d’échange de chaleur Active FR3134881B3 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2305977A FR3134881B3 (fr) 2023-06-13 2023-06-13 Equipement d’échange de chaleur

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2305977 2023-06-13
FR2305977A FR3134881B3 (fr) 2023-06-13 2023-06-13 Equipement d’échange de chaleur

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3134881A3 true FR3134881A3 (fr) 2023-10-27
FR3134881B3 FR3134881B3 (fr) 2024-03-29

Family

ID=88420801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2305977A Active FR3134881B3 (fr) 2023-06-13 2023-06-13 Equipement d’échange de chaleur

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3134881B3 (fr)

Also Published As

Publication number Publication date
FR3134881B3 (fr) 2024-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI334799B (en) Removing contaminants from natural gas
CA2876619C (fr) Procede et appareil de purification d'un melange riche en dioxyde de carbone a basse temperature
FR2993342A1 (fr) Installation et procede de remplissage de bouteilles de gaz sous pression a partir d'un reservoir de gaz liquefie
EP3039373A1 (fr) Échangeur de chaleur entre deux fluides, utilisation de l'échangeur avec du métal liquide et du gaz, application à un réacteur nucléaire à neutrons rapides refroidi avec du métal liquide
FR2684437A1 (fr) Echangeur de chaleur, notamment pour reacteurs hypersoniques, comportant un entretoisement pour les tubes de sa matrice.
EP1436067A1 (fr) Procede et appareil de traitement d'un gaz par adsorption, notamment d'epuration d'air atmospherique
FR2712509A1 (fr) Procédé et installation de distillation d'air.
EP2265855B1 (fr) Procédé de vaporisation d'un liquide cryogénique par échange de chaleur avec un fluide calorigène
FR2937115A1 (fr) Procede de regazeification du gaz naturel avec de l'air ambiant prealablement deshumidifie.
FR3134881A3 (fr) Equipement d’échange de chaleur
WO2013079856A1 (fr) Procédé et appareil de réchauffage de l'azote destiné à régénérer une unité d'adsorption d'une unité de séparation d'air
FR2710370A1 (fr) Procédé et ensemble de compression d'un gaz.
CN111495109A (zh) 一种油气回收系统
EP3502577B1 (fr) Centrale de traitement de l'air comprenant un dispositif à absorption et procédé associé
JP2003336964A (ja) Ｌｎｇ冷熱利用による炭酸ガスの液化装置
FR2993352A1 (fr) Procede et appareil de separation d'un gaz riche en dioxyde de carbone
FR3121744A3 (fr) Module à incorporer dans une installation de distillation d’air
CA2012714A1 (fr) Procede et appareil de chauffage d'un flux de fluide gazeux par echanges thermiques successifs
FR2505999A1 (fr) Procede et appareil de condensation de vapeur pour extraire de facon continue un condensat a partir d'un courant de gaz comprime
WO2012016915A1 (fr) Vaporiseur a tubes en forme de u
FR2956478A1 (fr) Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
EP2593739A2 (fr) Ensemble de refroidissement et appareil de separation d'air par distillation cryogenique comprenant un tel ensemble de refroidissement
FR3097037A1 (fr) Dispositif de distillation comportant un système de refroidissement amélioré
EP4589232A1 (fr) Procédé et appareil de compression d'un gaz
EP2487443A1 (fr) Condenseur pour échange thermique optimisé et installation de chauffage de liquides le comportant

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3