FR3138325A1 - Enceinte de colonne pour distillation à basses températures - Google Patents

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Remy Kurtz
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Titre : Enceinte de colonne pour distillation à basses températures Une enceinte de colonne pour distillation à basses températures comprend une colonne de distillation (C) à section circulaire à isoler thermiquement, la colonne contenant en l’usage du liquide, au moins une conduite (L) rattachée à la colonne pour transporter un liquide, un caisson parallélépipédique (Q) refermant la colonne de manière étanche, de l’isolant thermique pulvérulent (I) remplissant l’espace entre la colonne voire les colonnes et le caisson, un bac de rétention de liquide (B) à fond rectangulaire (F) ayant quatre parois latérales définissant un espace de rétention de liquide, le bac étant disposé à l’intérieur du caisson en dessous de la colonne pour recueillir une fuite de liquide provenant de la colonne, le bac étant en acier inoxydable ou en aluminium et le caisson étant en acier au carbone, la colonne reposant sur le fond du bac à travers une jupe (J, J’), la jupe étant un cylindre en acier inoxydable de même diamètre ou de plus grand diamètre que la colonne, l’espace de rétention de liquide contenant de l’isolant thermique pulvérulent. Figure de l’abrégé : Figure 1

Description

Enceinte de colonne pour distillation à basses températures
La présente invention est relative à une enceinte de colonne pour distillation à basses températures, c’est-à-dire à des températures inférieures à 0°C, voire à -100°C, jusqu’à un ordre de grandeur de-192°C.
La colonne de distillation peut être une colonne de distillation d’air ou une colonne de distillation d’un mélange contenant d’hydrogène et/ou du monoxyde de carbone et/ou du dioxyde de carbone et/ou du méthane.
Comme noté dans l’article « Managing Entreprise Risk » de S. B Harrison dans gasworld mai 2020, dans certains cas, une colonne de distillation à basse température peut avoir des fuites de liquide cryogénique et l’accumulation de liquide cryogénique dans l’enceinte de la colonne peut provoquer l’explosion de l’enceinte et/ou un affaissement des équipements lourds (les colonnes, les échangeurs, les pots). Dans le cas d’un mélange contenant du monoxyde carbone, la toxicité du fluide présente un risque accru.
Il est connu pour des appareils de séparation d’air à exploiter en pleine mer de disposer la colonne à l’intérieur d’une enceinte isolée par des blocs d’isolant retenus entre une double paroi comprenant deux parois, la partie inférieure de la paroi intérieure étant en acier inoxydable. Des appareils de ce type sont décrits dans « The Safe and Efficient Provision of Oxygen for Remote, Offshore Conversion of Natural Gas » de P.G. Goldstone, présentée à « Remote and Stranded Gas Reserves Conference », 1998 et WO99/66154.
Il est également prévu dans « Tonnage Nitrogen Generation for Oil and Gas Enhanced Recovery in the North Sea” de P. Goldstone et al, d’utiliser un récipient de liquide conçu pour contenir tout l’inventaire de liquide d’une colonne.
WO99/26033 prévoit d’installer un isolant solide au fond d’une enceinte qui utilise une double paroi avec l’espace entre les parois rempli de perlite.
Un objet de la présente invention est de prévoir une solution pour contenir des fuites de liquide à basse température pour une enceinte isolée avec de la perlite, ceci étant la manière ordinaire d’isoler une colonne de séparation d’air.
Il a été découvert par les inventeurs qu’un bac de relativement petites dimensions et contenant de l’isolant thermique pulvérulent pouvait suffire pour contenir les fuites d’une colonne de distillation. En effet, le liquide des fuites est partiellement absorbé par l’isolant pulvérulent, par exemple la perlite, de sorte que le froid du liquide n’est pas transféré à la structure de l’enceinte. En particulier, ceci permet d’utiliser de l’acier de carbone comme matériau pour le caisson de l’enceinte, entourant la colonne, alors que par le passé au moins l’ossature du caisson en dessous des éléments susceptibles de fuir était en acier inoxydable.
Selon un objet de l’invention, il est prévu une enceinte de colonne pour distillation à basses températures comprenant au moins une colonne de distillation à section circulaire à isoler thermiquement, la colonne contenant en l’usage du liquide, au moins une conduite rattachée à l’au moins une colonne pour transporter un liquide, un caisson parallélépipédique refermant l’au moins une colonne de manière étanche, de l’isolant thermique pulvérulent remplissant l’espace entre la colonne voire les colonnes et le caisson, un bac de rétention de liquide à fond rectangulaire ayant quatre parois latérales définissant un espace de rétention de liquide, le bac étant disposé à l’intérieur du caisson en dessous de l’au moins une colonne et/ou d’au moins une partie de la conduite pour recueillir une fuite de liquide provenant de la colonne et/ou de la conduite, le bac étant en acier inoxydable ou en aluminium et le caisson étant en acier au carbone, l’au moins une colonne reposant sur le fond du bac à travers une jupe, la jupe étant un cylindre en acier inoxydable ou en aluminium de même diamètre ou de plus grand diamètre que la colonne, l’espace de rétention de liquide contenant de l’isolant thermique pulvérulent.
Selon d’autres aspects facultatifs :
  • le bac est dimensionné pour contenir au plus un volume de liquide correspondant à au plus 5% du volume de la colonne.
  • l’espace entre la jupe de la colonne ou des colonnes et le bac contient de l’isolant thermique pulvérulent.
  • le bac repose sur des supports en acier inoxydable ou en aluminium.
  • le bac est attaché au caisson par des éléments métalliques, par exemple en acier inoxydable ou en aluminium.
  • le bac comprend quatre parois s’étendant dans le sens de l’axe de l’au moins une colonne, les quatre parois étant attachées au pourtour du fond rectangulaire, les quatre parois étant des parois planes.
  • le bac comprend quatre parois s’étendant dans le sens de l’axe de l’au moins une colonne, les quatre parois étant attachées au pourtour du fond rectangulaire et portant une concavité permettant de loger un cadre métallique
  • le caisson est entièrement en acier au carbone.
  • l’enceinte comprend des moyens reliés au bac pour détecter la présence de liquide et pour déclencher un signal d’alarme.
  • le caisson est à l’air libre.
  • le bac est soudé au caisson
  • le bac n’est pas soudé au caisson mais repose sur l’ossature du caisson
  • le bac repose sur une dalle de fondation
Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un procédé de séparation d’un mélange contenant du monoxyde de carbone et au moins un autre composant dans lequel le mélange est séparé par distillation à basse température dans une colonne contenue dans une enceinte telle que décrite ci-dessus.
L’invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures/
représente schématiquement une enceinte selon l’invention.
[FIG.2] représente schématiquement la partie inférieure d’une enceinte selon l’invention vue de l’extérieur.
représente schématiquement la partie inférieure d’une enceinte selon l’invention vue de l’extérieur.
représente schématiquement une coupe verticale de la partie inférieure d’une enceinte selon l’invention.
représente schématiquement la partie inférieure d’une enceinte selon l’invention vue de l’intérieur de dessus.
représente schématiquement une coupe verticale d’un bord de la partie inférieure d’une enceinte selon l’invention.
illustre une enceinte de colonne de distillation à basses températures, par exemple une colonne de séparation d’air ou d’un mélange de gaz de l’air, tels que l’azote et/ou l’oxygène et/ou l’argon. Le mélange à séparer peut également contenir comme composants principaux du monoxyde de carbone et/ou de l’hydrogène et/ou du dioxyde de carbone et/ou de l’azote et/ou de méthane. L’enceinte contient au moins une colonne de distillation C à isoler contenant en l’usage du liquide. La colonne est de forme cylindrique et contient des plateaux ou des garnissages structurés, étant habituellement d’au moins 2m de haut, voire d’au moins 10m de haut. La colonne 1 est disposée avec son axe à la verticale dans un caisson parallélépipédique Q en acier carbone, constitué par des tôles montées sur une ossature. Ce caisson renferme de l’isolant thermique pulvérulent I, par exemple de la perlite, qui remplit l’espace autour de la colonne C dans le caisson Q. Le caisson Q renferme la colonne C entouré d’isolant I de manière étanche et contient des moyens pour envoyer de l’azote dans l’isolant I pour chasser des fuites cryogéniques vers le haut du caisson Q qui comprend des moyens d’évacuation à l’atmosphère.
Au moins une conduite L est rattachée aux colonnes C, cette conduite pouvant amener un liquide vers la colonne ou soutirer un liquide de la colonne C. Il sera compris que la conduite L peut être reliée à une seule des colonnes. Un bac de rétention de liquide B à fond rectangulaire est disposé à l’intérieur du caisson Q en dessous de la colonne C et d’au moins une partie de la conduite L pour recueillir une fuite de liquide provenant de la colonne et/ou de la conduite, le bac B étant en acier inoxydable ou en aluminium et le caisson étant en acier au carbone. Le bac comprend quatre parois verticales attachées au pourtour du fond rectangulaire, les quatre parois étant des parois non-planes. Ainsi le bac B permet de retenir une quantité de liquide de fuite tombé de la colonne C et/ou de la conduite L.
Si le bac B, en recevant du liquide cryogénique, se rétrécit, il est maintenu en place par un cadre T, par exemple en tubulure métallique qui entoure le B. Chaque paroi comprend une partie concave qui permet de loger le cadre T en tubulure.
Le bac B est en contact avec le caisson Q qui est à l’air libre, en conséquence le bac B reçoit de la chaleur de l’ambiant.
La colonne C est soudée sur le fond du bac au moyen d’une jupe cylindrique J de même diamètre que la colonne, rattachée au fond de la colonne C. La jupe peut également être boulonnée au fond F du bac.
L’espace entre la cuve de la colonne C, le fond F du bac B et la paroi de la jupe J contient de l’isolant thermique pulvérulent I, voire en est rempli. La portion du bac B autour de la jupe J est également remplie d’isolant thermique pulvérulent I.
Les dimensions du bac sont telles qu’elle ne peut contenir qu’une petite fraction du liquide contenu dans la colonne C quand la distillation est en marche. Or le bac ne doit contenir que de petites quantités de fuites liquides provenant de la colonne C ou de la partie de la conduite L au-dessus du bac B. De plus, l’isolant I a une capacité d’absorption qui lui permet de réduire la quantité de liquide arrivant jusqu’au fond du bac B. Ainsi l’isolant pulvérulent, par exemple la perlite, se gonfle en absorbant au moins une partie du liquide. En l’usage, le liquide se vaporise dans le bac métallique qui est en contact avec le caisson Q et donc se trouve à la température ambiante ou une température voisine de celle-ci. Le liquide vaporisé monte dans le caisson, entraîné par l’azote et sort par les moyens d’évacuation E en haut du caisson.
L’isolant I disposé en dessous de la colonne C à l’intérieur de la jupe J évite le transfert de chaleur du fond du bac B vers la colonne.
Le liquide de la fuite peut être de l’air, de l’azote, de l’oxygène, du méthane, du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone, de l’hydrogène.
Un détecteur de liquide S déclenche une alarme en fonction de la quantité de liquide dans le bac B pour avertir un employé. Celui-ci peut ensuite intervenir pour enlever le liquide accumulé dans le bac B en ouvrant un robinet vers un vaporiseur de liquide. Sinon cette opération peut être automatisée. Le détecteur S peut alternativement détecter une perte de pression pour indiquer une fuite de liquide. Dans ce cas, des opérateurs peuvent protéger la structure susceptible d’être contactée par des fuites de liquide.
[FIG.2] illustre une variante de la où l’enceinte ne contient qu’une seule colonne C dont la jupe J a le même diamètre que la colonne. Ici les parois du bac B sont planes.
indique les éléments de l’enceinte qui sont en acier inoxydable SS ou en aluminium et ceux qui sont en acier carbone CS. Le fond F et les parois verticales N du bac B sont en acier inoxydable ou en aluminium alors que les montants de l’ossature du caisson sont en acier carbone. Tous les éléments en contact direct avec le bac B sont également en acier inoxydable ou en aluminium, à savoir les supports P
montre une vue d’une variante du bac d’en dehors du bac. Le bac B est monté à l’intérieur du caisson Q sur des supports en acier inoxydable ou en aluminium P. Ces supports P peuvent être directement attachés au caisson Q ou sinon peuvent se reposer sur la dalle D des fondations de la colonne. Le bac a une base rectangulaire et quatre parois latérales non-planes terminent en un rebord R qui est en contact avec le caisson Q, pour éviter le passage de liquide autour du bac B. Le bac B sert également à empêcher des fuites de liquide de tomber sur la dalle D et de la fragiliser. Le bac B comprend de préférences une conduite de drainage de fluide pour enlever du liquide qui s’y accumule.
montre les jupes J, J’ de deux colonnes de distillation de diamètres différents, les deux colonnes étant à l’intérieur d’une enceinte et le bac ayant un rebord comme montré dans la .
montre les points de soudage W nécessaires pour fixer le bac B selon une autre variante au caisson Q. Le caisson Q comprend une ossature composée de poutres L. La paroi latérale plane N du bac B est soudée contre le caisson Q et au fond F du bac B. Le fond F est également soudé au support P de la , auquel est soudé la jupe J. Le fond F comprend une ouverture circulaire de même diamètre que la jupe J en dessous de la jupe pour réduire le poids de l’ensemble.

Claims (10)

  1. Enceinte de colonne pour distillation à basses températures comprenant au moins une colonne de distillation (C) à section circulaire à isoler thermiquement, la colonne contenant en l’usage du liquide, au moins une conduite (L) rattachée à l’au moins une colonne pour transporter un liquide, un caisson parallélépipédique (Q) refermant l’au moins une colonne de manière étanche, de l’isolant thermique pulvérulent (I) remplissant l’espace entre la colonne voire les colonnes et le caisson, un bac de rétention de liquide (B) à fond rectangulaire (F) ayant quatre parois latérales définissant un espace de rétention de liquide, le bac étant disposé à l’intérieur du caisson en dessous de l’au moins une colonne et/ou d’au moins une partie de la conduite pour recueillir une fuite de liquide provenant de la colonne et/ou de la conduite, le bac étant en acier inoxydable ou en aluminium et le caisson étant en acier au carbone, l’au moins une colonne reposant sur le fond du bac à travers une jupe (J, J’), la jupe étant un cylindre en acier inoxydable ou en aluminium de même diamètre ou de plus grand diamètre que la colonne, l’espace de rétention de liquide contenant de l’isolant thermique pulvérulent.
  2. Enceinte selon la revendication 1 dans laquelle le bac (B) est dimensionné pour contenir au plus un volume de liquide correspondant à au plus 5% du volume de la colonne (C).
  3. Enceinte selon l’une des revendications précédentes dans laquelle l’espace entre la jupe (J, J’) de la colonne (C) et le bac contient de l’isolant thermique pulvérulent (I).
  4. Enceinte selon l’une des revendications précédentes dans lequel le bac (B) repose sur des supports (P) en acier inoxydable ou en aluminium.
  5. Enceinte selon l’une des revendications précédentes dans laquelle le bac (B) est attaché au caisson (Q) par des éléments métalliques, par exemple en acier inoxydable ou en aluminium.
  6. Enceinte selon l’une des revendications précédentes dans laquelle le bac (B) comprend quatre parois (N) s’étendant dans le sens de l’axe de l’au moins une colonne, les quatre parois étant attachées au pourtour du fond rectangulaire (F), les quatre parois étant des parois planes.
  7. Enceinte selon l’une des revendications précédentes où le caisson (Q) est entièrement en acier au carbone.
  8. Enceinte selon l’une des revendications précédentes comprenant des moyens (S) reliés au bac (B) pour détecter la présence de liquide et pour déclencher un signal d’alarme.
  9. Enceinte selon l’une des revendications précédentes dans laquelle le caisson (Q) est à l’air libre.
  10. Procédé de séparation d’un mélange contenant du monoxyde de carbone et au moins un autre composant dans lequel le mélange est séparé par distillation à basse température dans une colonne (C) contenue dans une enceinte selon une des revendications précédentes.
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