WO2005085727A2 - Procede de renovation d’une installation combinee d’un haut-fourneau et d’une unite de separation de gaz de l’air - Google Patents

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    • F25J2230/40—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being air

Definitions

  • the present invention relates to a method for renovating a combined installation of a blast furnace fed with oxidizing fluid. derived at least partially from an air separation unit (ASU).
  • ASU air separation unit
  • Combined facilities of a blast furnace and an air distillation apparatus comprising such a mixing column are described for example in US-A-5 244 489 (Grenier) and EP-A-0 531 182 in the name of the plaintiff.
  • the approaches followed in these two documents, however, are opposite: in document US Pat. No.
  • the distillation apparatus is entirely supplied with air by a wind diversion of a blast furnace blower and the part of the flow of air supplied to the mixing column is slightly overpressed by a booster driven by a cold holding turbine that relaxes the part of the air flow sent to the medium-pressure column, in an imposing arrangement, to perform said overpressure, to turbinate a large part of the supply air of the medium-pressure column causing losses in extraction efficiency and energy as well as oversizing of refrigeration stations and cleaning of the supply air of the apparatus distillation.
  • EP-A-0 531 182 provides for complete separation of the air supplies a) from the top-mold b) of the medium pressure column and c) from the mixing column using means of separate compression in particular to allow the production, in the mixing column, impure oxygen at high or low pressures, in an expensive arrangement for investment and operation of rotating machinery and not considering any synergy between these last.
  • EP-A-0 932 006 is intended to propose a combined installation and a method of implementing such a combined installation with extremely high integration and allowing significantly reduced operating costs while offering flexibility in the selection of operating ranges.
  • the proposed method is of the type comprising at least one furnace supplied with air by at least one blower supplying air at a first pressure Pi and oxygen by at least one air distillation apparatus comprising at least one medium pressure column supplied with air at least partially by the furnace blower, ot a mixing column supplying oxygen to the furnace, and wherein the mixing column is supplied with air by an air compressor at a pressure P 2 greater than Pi.
  • the medium pressure column is fed solely by compressed air supplied by the furnace blower.
  • the proposed solution consists in controlling this blower in flow rate and / or in pressure by a regulator whose measurement and the reference come from the ASU (typically purification (air flow input or output), or pre-cooling (air flow between the blower outlet and the purification inlet), or the suction of a second machine (suction pressure of an additional compressor)).
  • ASU typically purification (air flow input or output), or pre-cooling (air flow between the blower outlet and the purification inlet), or the suction of a second machine (suction pressure of an additional compressor)).
  • the method according to the invention is characterized in that more than 50% of the flow of the blower which feeds the blast furnace before revamping is injected into a cryogenic unit for separating the gases from the air in order to produce oxygen from purity greater than 90% O 2 vol which feeds the blast furnace, the air flow of the souf ⁇ nîe and / or Is air pressure from the blower being controlled by a regulator which measures the flow rate and / or the pressure at the inlet and / or the outlet of the air cleaning stage, placed upstream of the separation unit, so as to control the flow rate or the pressure air from the blower, the feed fluid of the blast furnace being constituted by pure oxygen or diluted with air produced by the cryogenic separation unit.
  • the air is supplied in part or in full by at least one blast furnace blower, the air flow thus supplied representing more than 50% of the compressed air flow rate by said at least one blower, At least one blower will preferably be controlled in flow rate and / or pressure by a regulator whose measurement and the reference come from the ASU
  • the air is supplied in part or in full by at least one blast furnace blower, the air flow thus supplied representing more than 50% of the compressed air flow rate by the ) blower, while at least one blower is controlled in flow by a regulator whose setpoint is calculated from the flow of one of the products from the ASU (oxygen, nitrogen and / or argon in liquid or gaseous form) .
  • ASU oxygen, nitrogen and / or argon in liquid or gaseous form
  • the compressed air from the blower will be cooled to a temperature of less than or equal to 50 ° C., then optionally recompressed in a second compressor or blower, before being sent to the purification upstream of the blower.
  • KNEW the flow rate of the fan is controlled by a regulator FIC whose measurement and the reference come from the ASU (typically the purification (air flow input or output), or the pre cooling (air flow between the blower outlet and the purification inlet), while the additional compressor will not comprise specific flow control.
  • the fan is controlled by a PIC regulator whose measurement and setpoint are exerted on the fluid (air) at the suction of the recompressor), while the additional compressor is regulated by a regulator
  • the ASU typically purification (inlet or outlet air flow), or pre-cooling (air flow between blower outlet and purge inlet)).
  • the ASU will also be able to produce (in gaseous or liquid form) oxygen and / or nitrogen and / or argon and / or air "instrument" for other than Ee top -furnace.
  • the method according to the invention is characterized in that the blower is controlled by a PIC regulator whose flow rate or pressure measurement and whose setpoint value is determined from the input fluid of the second compressor.
  • FIG. 1 an illustration of the invention
  • FIG. 2 a variant of Figure 1
  • FIG. 3 a variant of the invention with a second compressor or fan.
  • the compressed air coming from the fan 1 is sent through the pipe 2 into a cooling means 3 and then via the line 5 to the "header" purification connected by the pipe 6 to the ASU 9 which delivers oxygen through the pipe 10 to the blast furnace 11, point 12.
  • a FIC controller 7 controls the blower 1 via the electrical connections 8 and 13, according to the method described above.
  • Fig. 2 which is a variant of Fig. 1, the same elements bear the same references.
  • the measurement of the control parameters is done here at the level of the flow of oxygen at the blast furnace inlet, via the oxygen flow rate controller 14, connected to an apparatus 15 which calculates the FY setpoint value of the FIC 17 which controls via 18 and 13 the flow rate and / or the pressure of the air delivered by the blower 1 to the purification 5.
  • FIG. 3 is shown a variant of the preceding figures with injection of the air cooled in 3 in the recompressor 19 which feeds the purification 5.
  • the FIC controller 21 on the line 6, measures the flow rate and / or the air pressure at this particular point (as in FIG. 1) and retransmits the information via 23 and 24 at the recompressor 19.
  • Another PIC controller 25 measures the flow rate and / or the air pressure at the outlet of the cooling means 3 and controls via 26 and 13 the fan 1 as described above.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de rénovation d'une installation combinée d'un haut-fourneau alimenté en fluide oxydant issu au moins partiellement d'une unité de séparation des gaz de l'air (ASU). Selon ce procédé, plus de 50 % du débit de la soufflante qui alimente le haut-fourneau avant rénovation est injecté dans une unité cryogénique de séparation des gaz de l'air afin de produire de l'oxygène de pureté supérieure à 90 % 02 vol qui alimente le haut-fourneau, le débit d'air de la soufflante et/ou la pression de l'air issu de la soufflante étant contrôlés par un régulateur qui mesure ce débit et/ou cette pression à l'entrée et/ou à la sortie de l'étage d'épuration d'air, placé en amont de l'unité de séparation, de manière à contrôler le débit ou la pression de l'air issu de la soufflante, le fluide d'alimentation du haut­fourneau étant constitué par l'oxygène pur ou dilué avec de l'air produit par l'unité cryogénique de séparation.

Description

Procédé de rénovation d'une installation combinée d'un haut-fourneau et d'une unité de séparation de gaz de l'air La présente invention concerne un procédé de rénovation d'une installation combinée d'un haut-fourneau alimenté en fluide oxydant issu au moins partiellement d'une unité de séparation des gaz de l'air (ASU). Pour enrichir en oxygène un flux d'air, la production d'oxygène de haute pureté n'est pas requise et l'utilisation d'un appareil de distillation comportant une colonne de mélange, tel que décrit dans la document US-A-4 022 030 (Brugerolle) convient. Des installations combinées d'un haut-fourneau et d'un appareil de distillation d'air comprenant une telle colonne de mélange sont décrites par exemple dans les documents US-A-5 244 489 (Grenier) et EP-A-0 531 182 au nom de la demanderesse. Les approches suivies dans ces deux documents sont toutefois opposées : dans le document US-A-5 244 489, l'appareil de distillation est entièrement alimenté en air par une dérivation du vent d'une soufflante de haut-fourneau et la part du flux d'air fournie à la colonne de mélange est légèrement surpressée par un surpresseur entraîné par une turbine de maintien en froid détendant la part du flux d'air adressée à la colonne moyenne pression, dans un agencement imposant, pour effectuer ladite surpression, de turbiner une part importante de l'air d'alimentation de la colonne moyenne pression occasionnant des pertes de rendement d'extraction et d'énergie ainsi que des surdimensionnements des postes de réfrigération et d'épuration de l'air d'alimentation de l'appareil de distillation. A l'opposé, le document EP-A-0 531 182 prévoit une' séparation complète des alimentations en air a) du haut-foumeau b) de la colonne moyenne pression et c) de la colonne de mélange mettant en oeuvre des moyens de compression distincts pour, notamment, permettre la production, dans la colonne de mélange, d'oxygène impur à des pressions élevées ou basses, dans un agencement onéreux en matière d'investissement et d'exploitation de machines tournantes et n'envisageant aucune synergie entre ces dernières. EP-A-0 932 006 a pour objet de proposer une installation combinée et un procédé de mise en oeuvre d'une telle installation combinée à intégration extrêmement poussée et permettant des coûts d'exploitation notablement réduits tout en offrant une flexibilité dans la sélection des plages de fonctionnement. Pour ce faire, le procédé proposé est du type comprenant au moins un four alimenté en air par au moins une soufflante fournissant de l'air à une première pression Pi et en oxygène par au moins un appareil de distillation d'air comprenant au moins une colonne moyenne pression alimentée en air au moins partiellement par la soufflante du four, ot uns colonne de mélange fournissant l'oxygène au four, et dans lequel la colonne de mélange est alimentée en air par un compresseur de l'air à une pression P2 supérieure à Pi. Selon une caractéristique particulière, la colonne moyenne pression est alimentée uniquement par de l'air comprimé fourni par la soufflante du four. Dans le cadre de programmes de préservation de l'environnement, il est souvent fait appel à l'oxycombustion dans les chaudières du fait de la plus grande efficacité de ce type de procédé (on ne chauffe pas l'azote contenu dans l'air pour rien, et on peut récupérer directement un gaz très riche en CO2 contenant très peu de N2 ) et de la réduction des No* engendrée, en particulier par la combustion à l'oxygène industriellement pur (au-delà de 90 % d'oxygène). Pour le haut-fourneau, ceci se traduit donc par l'injection d'oxygène pur (ou dilué à l'air) de manière à obtenir plus de 50 % en volume d'oxygène dans le vent qui alimente le haut-fourneau, de préférence plus de 80 % d'oxygène et plus préférentiellement plus de 90 % vol d'oxygène. Cependant, pour un haut-fourneau traditionnel à air on dispose d'une soufflante d'air d'un débit éventuellement extrêmement élevé à une pression supérieure ou égale à 2.5 x 105 Pascal, dont on a plus ou peu d'utilité dans un procédé « vent fortement oxygéné oxygène » tel que décrit ci-dessus. En effet, soit on n'injecte plus du tout d'air dans le haut-fourneau, soit une très faible quantité (moins de 25 % de la capacité de la ou des soufflantes) pour diluer l'oxygène et l'on se retrouve alors avec une soufflante qui fonctionnerait en-dessous de sa capacité minimum, ce qui impose de la faire produire plus et de recycler la surproduction, soit de mettre à l'air la surproduction, ce qui dans les deux cas est énergétiquement parlant une mauvaise solution, trop coûteuse. Le problème technique à résoudre consiste donc à réutiliser de manière efficace et économique une soufflante d'air disponible sur le site du haut-fourneau. La solution proposée consiste à contrôler cette soufflante en débit et/ou en pression par un régulateur dont la mesure et la consigne proviennent de l'ASU (typiquement de l'épuration (débit d'air entrée ou sortie), ou du pré-refroidissement (débit d'air entre sortie soufflante et entrée épuration), ou de l'aspiration d'une deuxième machine (pression aspiration d'un compresseur additionnel )). Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que plus de 50 % du débit de la soufflante qui alimente le haut-fourneau avant revamping est injecté dans une unité cryogénique de séparation des gaz de l'air afin de produire de l'oxygène de pureté supérieure à 90 % O2 vol qui alimente le haut-fourneau, le débit d'air de la soufϋεnîe et/ou Is pression de D'air issu de la soufflante étant contrôlés par un régulateur qui mesure ce débit et/ou cette pression à l'entrée et/ou à la sortie de l'étage d'épuration d'air, placé en amont de l'unité de séparation, de manière à contrôler le débit ou la pression de l'air issu de la soufflante, le fluide d'alimentation du haut- fourneau étant constitué par l'oxygène pur ou dilué avec de l'air produit par l'unité cryogénique de séparation. Selon l'invention, l'air est fourni en partie ou en totalité par au moins une soufflante de haut-fourneau, le débit d'air ainsi fourni représentant plus de 50% du débit d'air comprimé par ladite au moins une soufflante, Au moins une soufflante sera de préférence contrôlée en débit et/ou en pression par un régulateur dont la mesure et la consigne proviennent de l'ASU
(typiquement de l'épuration (débit d'air entrée ou sortie), ou du pré -refroidissement (débit d'air entre sortie soufflante et entrée épuration)). Selon une première variante de l'invention, l'air est fourni en partie ou en totalité par au moins une soufflante de haut fourneau, le débit d'air ainsi fourni représentant plus de 50% du débit d'air comprimé par la (les) soufflante, tandis que au moins une soufflante est contrôlée en débit par un régulateur dont la consigne est calculée à partir du débit de l'un des produits issus de l'ASU (Oxygène, Azote et/ou Argon sous forme liquide ou gazeuse). De préférence, l'air comprimé issu de la soufflante sera refroidi jusqu'à une température inférieure ou égale à 50°C, puis éventuellement recomprimé dans un deuxième compresseur ou soufflante, avant d'être envoyé vers l'épuration en amont de l'ASU. Selon une autre variante de l'invention, le débit de la soufflante est contrôlé par un régulateur FIC dont la mesure et la consigne proviennent de l'ASU (typiquement de l'épuration (débit d'air entrée ou sortie), ou du pré-refroidissement (débit d'air entre sortie soufflante et entrée épuration)), tandis que le compresseur additionnel ne comportera pas de régulation de débit spécifique. Selon une autre variante de l'invention, la soufflante est contrôlée par un régulateur PIC dont la mesure et la consigne s'exercent sur le fluide (air) à l'aspiration du recompresseur), tandis que le compresseur additionnel est régulé par un régulateur
FIC dont la mesure et la consigne proviennent de l'ASU (typiquement de l'épuration (débit d'air entrée ou sortie), ou du pré-refroidissement (débit d'air entre sortie soufflante et entrée épuration)). Enfin, l'ASU pourra produire aussi (sous forme gazeuse ou liquide) de S'oxygène et/ou de l'azote et/ou de l'argon et/ou de l'air « instrument » pour un autre jsage que Ee haut-fourneau. Selon une variante, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que la soufflante est contrôlée par un régulateur PIC dont la mesure de débit ou de pression et dont la valeur de consigne sont déterminées à partir du fluide d'entrée du second compresseur. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation suivants donnés à titre non limitatif, conjointement avec les figures qui représentent : - la figure 1, une illustration de l'invention ; - la figure 2, une variante de la figure 1 ; et - la figure 3, une variante de l'invention avec un second compresseur ou soufflante. Sur la figure 1, l'air comprimé issu de la soufflante 1 est envoyé par la canalisation 2 dans un moyen de refroidissement 3 puis via la ligne 5 à l'épuration « entête » reliée par la canalisation 6 à l'ASU 9 qui délivre de l'oxygène par la canalisation 10 au haut-fourneau 11, au point 12. Un contrôleur FIC 7 contrôle la soufflante 1 via les connexions électriques 8 et 13, selon le procédé décrit ci-avant. Sur la figue 2, qui est une variante de la figure 1 , les mêmes éléments portent les mêmes références. La mesure des paramètres de contrôle se fait ici au niveau du flux d'oxygène à l'entrée du haut-fourneau, via le contrôleur de débit d'oxygène 14, relié à un appareil 15 qui calcule la valeur de consigne FY du FIC 17 qui contrôle via 18 et 13 le débit et/ou la pression de l'air délivré par la soufflante 1 à l'épuration 5. Sur la figure 3, est représentée une variante des figures précédentes avec injection de l'air refroidi en 3 dans le recompresseur 19 qui nourrit l'épuration 5. Le contrôleur FIC 21 sur la ligne 6, mesure le débit et/ou la pression de l'air en ce point particulier (comme sur la figure 1) et retransmet l'information via 23 et 24 au recompresseur 19. Un autre contrôleur PIC 25 mesure le débit et/ou la pression d'air en sortie des moyens de refroidissement 3 et contrôle via 26 et 13 la soufflante 1 comme décrit ci-avant.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de rénovation d'une installation combinée d'un haut-fourneau alimenté en fluide oxydant issu au moins partiellement d'une unité de séparation des gaz de l'air (ASU), caractérisé en ce que plus de 50 % du débit de la soufflante qui alimente le haut-fourneau avant rénovation est injecté dans une unité cryogénique de séparation des gaz de l'air afin de produire de l'oxygène de pureté supérieure à 90 % O2 vol qui alimente le haut-fourneau, le débit d'air de la soufflante et/ou la pression de l'air issu de la soufflante étant contrôlés par un régulateur qui mesure ce débit et/ou cette pression à l'entrée et/ou à la sortie de l'étage d'épuration d'air, placé en amont de l'unité de séparation, de manière à contrôler le débit ou la pression de l'air issu de la soufflante, le fluide d'alimentation du haut-fourneau étant constitué par l'oxygène pur ou dilué avec de l'air produit par l'unité cryogénique de séparation.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la soufflante est contrôlée en débit par un régulateur dont la valeur de consigne est calculée à partir des caractéristiques de débit et/ou pression d'au moins un des fluides produits par l'ASU.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'air issu de la soufflante est refroidi à une température inférieure à 50°C avant d'être recomprimé dans un second compresseur.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la soufflante est contrôlée à l'aide d'un régulateur FIC dont la mesure et la consigne proviennent de l'un des fluides produits par l'ASU.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la soufflante est contrôlée par un régulateur PIC dont la mesure de débit ou de pression et dont la valeur de consigne sont déterminées à partir du fluide d'entrée du second compresseur.
6. Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que le second compresseur est réglé par un régulateur FIC, les paramètres mesurés et de consigne étant issus de mesure de débit et/ou de pression de l'ASU.
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