WO2013104840A1 - Procede de production d'un ou plusieurs appareils de separation d'air et installation de separation d'air par distillation cryogenique - Google Patents

Procede de production d'un ou plusieurs appareils de separation d'air et installation de separation d'air par distillation cryogenique Download PDF

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Alain Guillard
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F25J2290/10—Mathematical formulae, modeling, plot or curves; Design methods

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing one or more cryogenic distillation air separation apparatuses and a method for producing one or more cryogenic distillation air separation apparatuses and a method for producing one or more cryogenic distillation air separation apparatuses. air separation system by cryogenic distillation.
  • EP-A-0504029 discloses a pump cycle based on the concept of a single machine with a single large high-pressure air compressor.
  • the motor technology varies: in fact beyond 25 MW, there is no motor on the market other than synchronous, the current technology of asynchronous motors not allowing to cross this course without taking a very big industrial risk.
  • Compression function compression, motor, starting equipment and associated electrical: 45% to 50%
  • the present invention results from the fact that, for a customer requesting the supply of product or products at a given flow rate, a given purity and a given pressure, this supply necessarily corresponds to a power which does not result in a combination of a flow rate of given air and a given high pressure air pressure.
  • the number N of high-pressure compressors to produce the air supplying the cold box of the air separation unit corresponding to the customer needs is between 3 and 10, for example 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10 parallel compressors can be used.
  • a high pressure compressor compresses air from atmospheric pressure to between 12 and 35 bar absolute.
  • the N compressors may all have the same frame size, this size being preferably predefined by the manufacturer. If not at least one of the compressors may be of one size and at least one other may be of another size, the total number of sizes used to compress the air of the apparatus not exceeding 2 or 3 or 4 or 5 .
  • the compressors are generally constructed by specialized manufacturers, each manufacturer producing a range of different predefined model compressors, as described in US-A-61 16027.
  • the concept of "frame size" used by the compressor manufacturers relates to a combination of fixed size components, representing a particular compressor model.
  • the compressor comprises moving parts, such as a main wheel, pinions enclosed within a frame (in English "gear case” .
  • This frame is constituted by a single piece of casting but with removable covers providing access to the main rooms.
  • the frame sizes are chosen so that by using a single compressor with a defined frame size, chosen between seven .
  • the teaching of the present invention is that by combining at least three compressors, each having a rack size, and by choosing the frame size of the compressor between 2, 3, 4 or 5 sizes only, it is possible to cover the entire range of airflows to be compressed. Thus the manufacturer will control in large quantities certain compressor sizes and will enjoy multiple benefits, including the need to manage fewer spare parts.
  • a limited number of frame sizes could be used, this number ranging from 2 to 5.
  • the number of sizes can thus be three or four .
  • a larger or smaller number of the same compressor could be used. This would reduce spare parts inventories, since the parts for a compressor of one device of a frame size will be used not only for the other compressors of the same device but also for the compressors of other devices.
  • a method for producing an air separation apparatus by cryogenic distillation in which at least one air gas is obtained as product by separation of air in a box cooler comprising at least one column, the cold box being supplied with air at a first pressure by N compressors compressing air from the ambient pressure to the first pressure, the first pressure being greater than 12 bar abs and less than 35 abs, N being equal to or greater than 3 and the total power of the N compressors being greater than 10MW, a group of n classes of compressor frame size being predefined, n being equal to 2 or 3 or 4 or 5, the compressors of each class each having a frame of the same dimensions and the N compressors being selected so that all N compressors are at least one size selected in the n frame sizes of the group.
  • a cryogenic distillation air separation installation comprising at least one cold box containing at least one column for producing at least one gas of air by separation of air, N air compressors, the installation does not include an air booster except possibly an air booster driven by an air turbine for the cold box or at least one of the cold boxes or by a turbine nitrogen from the cold box or at least one of the cold boxes, and means for sending air N compressors to the cold box or cold boxes, each of the N compressors being able to compress the air from the ambient pressure to a first pressure, the first pressure being greater than 12 bar abs and less than 35 bar abs, N being equal to or greater than 3 and the total power of the N compressors being greater than 10 MW, a group of nt compressor frame wings being predefined, n being 2 or 3 or 4 or 5, each frame of a given size having the same dimensions and the N compressors being selected so that all N compressors having a frame selected in the group of n sizes: _
  • the N compressors have the same frame size
  • the N compressors do not all have the same frame size
  • At least a first of the N compressors at a first frame size of n size and at least a second of the N compressors has a second of n sizes.
  • At least a third of the N compressors has a third of the n sizes.
  • each compressor compresses the air to the same outlet pressure from the same inlet pressure which is the atmospheric pressure.
  • the N compressors compress the air at the same pressure if the outlet pressure of a compressor differs from the outlet pressure of another compressor by less than 20% or less than 10% of the pressure of the compressor. flow formed by mixing all the compressed flow rates.
  • the group of n compressors consists of a first size of compressor frame for a power of between 5 and 7 MW, a second size of compressor frame with a power between 12 and 16 MW and a third compressor frame size for a power of between 19 and 25 MW, n being at least equal to 3.
  • n 2
  • n is equal to 3
  • n 4,
  • n is equal to 5
  • the separation process does not use an air booster driven by a motor or a steam turbine
  • the separation process uses at least one air blower driven by an air turbine for the cold box or a nitrogen turbine from the cold box.
  • the installation includes N air compressors.
  • the installation comprises at least N + 1 air compressors.
  • At least one of the air compressors supplying the one or more cold boxes is chosen outside the group of n models.
  • all the air compressor frames supplying the cold box or boxes are selected from the group of n sizes.
  • a predefined model of compressor has a predefined frame size, the installation includes only one cold box,
  • the installation comprises at least two cold boxes fed by at least three air compressors each having a frame selected from the group of n sizes.
  • a method for producing a plurality of air separation apparatus by cryogenic distillation in each of which at least one air gas is obtained as product by separation of air in a box cooler comprising at least one column the cold box being supplied with air at a first pressure by N air compressors compressing air from the ambient pressure to the first pressure, the first pressure being greater than 12 bar abs and less than 35 bar abs, N being equal to or greater than 3 and the total power of the N compressors being greater than 10MW, a group of n classes of compressor frame size being predefined, n being equal to 2 or 3 or 4 or 5 , the compressors of each class each having a frame of the same dimensions and therefore of the same size and the N compressors for each of the apparatuses being chosen so that all the N compressors are of a size e chosen in the n frame sizes of the group.
  • the separation apparatuses are preferably non-identical.
  • Each of the separation apparatuses is preferably designed to separate an air flow rate differing by at least 10%, or even at least 25%, from the separate air flow rates in the other apparatuses.
  • a cold box BF of air separation apparatus contains a column system and an exchanger for cooling the air to the distillation temperature.
  • the air to be distilled 7 has previously been purified in a purification unit E to remove water and carbon dioxide.
  • the apparatus produces at least one product 9 which may be oxygen gas and / or nitrogen gas and / or liquid oxygen and / or liquid nitrogen and / or argon gas and / or liquid argon. _
  • the air at atmospheric pressure is compressed in three compressors C1, C2, C3. Each of these compressors can, for example, have the same capacity. Each compressor compresses the air at the purification pressure equal to at least 12 bar abs, preferably less than 35 bar abs.
  • the three air flows 1, 2, 3 compressed in the compressors C1, C2, C3 are combined in a single flow 6 and purified together in the unit E.
  • All the air sent to the cold box comes from the compressors C1, C2, C3 and the compressors C1, C2, C3 send all their air to the cold box BF.
  • Each compressor C1, C2, C3 compresses the air to the same output pressure from the same inlet pressure which is the atmospheric pressure. However, it can be considered that the three compressors compress the air at the same pressure if the outlet pressure of a compressor differs from the outlet pressure of another compressor by less than 20% or less than 10% of the flow pressure 6 formed by mixing all compressed flow rates
  • Each compressor C1, C2, C3 is driven by an asynchronous motor M1
  • Each motor M1, M2, M3 has a respective starter D1, D2, D3, these starters being of the direct type (in English "direct online), reactance (in English” reactance ”) or autotransformer. None of the motors are started by a soft starter or a dimmer, which simplifies the installation.
  • each compressor processes at least 6666 tons per day of air.
  • the three compressors are driven by motors, preferably at a substantially constant speed. In this case, having defined three sizes of compressor frame as the preferred range, only one of these sizes will be chosen for the three compressors.
  • the frame of a compressor C1 may be one size and the frames of the two compressors C2, C3 of another size, the two sizes being chosen from the preferred range which comprises three sizes.
  • the frame of the compressor C1 may be of one size, the frame of the compressor C2 of another and the compressor frame C3 of a third; in this case, the three sizes of the preferred range will each be ordered in a single copy. boy Wut
  • the preferred range may include two, four or five models, rather than three.
  • At least one air booster may be present. In this case, it is driven by an air turbine intended for the cold box and / or by a nitrogen turbine coming from the cold box, for example a cryogenic turbine, having an inlet temperature of below -50 ° C. On the other hand, no air booster driven by a steam turbine or an engine is used.
  • a cold box BF of air separation apparatus contains a column system and an exchanger for cooling the air to the distillation temperature.
  • the air to be distilled 7 has previously been purified in a purification unit E to remove water and carbon dioxide.
  • the apparatus produces at least one product 9 which may be oxygen gas and / or nitrogen gas and / or liquid oxygen and / or liquid nitrogen and / or argon gas and / or liquid argon.
  • the air at atmospheric pressure is compressed in five compressors C1, C2, C3, C4, C5, connected in parallel. Each of these compressors preferably has the same capacity. Each compressor compresses the air at the purification pressure equal to at least 12 bar abs, preferably less than 35 bar abs.
  • the five air flows 1, 2, 3, 4, 5 compressed in the compressors C1, C2, C3, C4, C5 are combined in a single flow 6 and purified together in the unit E.
  • All the air sent to the cold box comes from the compressors C1, C2, C3, C4, C5 and the compressors C1, C2, C3, C4, C5 send all their air to the cold box BF.
  • Each compressor C1, C2, C3, C4, C5 compresses the air to the same output pressure from the same input pressure, which is the atmospheric pressure. However, it can be considered that the five compressors compress the air at the same pressure if the outlet pressure of a compressor differs from the outlet pressure of another compressor by less than 20%, or even less than 10% of the pressure of the flow 6 formed by mixing all the compressed flow rates.
  • Each compressor C1, C2, C3, C4, C5 is driven by an asynchronous motor M1, M2, M3, M4, M5.
  • Each motor M1, M2, M3, M4, M5 has a respective starter D1, D2, D3, D4, D5, these starters being of the direct type (in English "direct online), reactance (in English” self ") or autotransformer. None of the motors are started by a soft starter or a dimmer, which greatly simplifies the installation.
  • the cold box, and therefore the five compressors treat air to form at least 4000 tons per day of oxygen.
  • each compressor is of the same model and treats at least 4000 tons per day of air.
  • the five compressors are driven by motors preferably at constant speed. In this case, having defined three compressor frame sizes as the preferred range, only one of these sizes will be chosen for the five compressors.
  • the frame of the compressor C1 can be of a model size and the frame of the other four compressors of another size, the two sizes being chosen from the preferred range which comprises two or three sizes.
  • the frame of the compressor C1 may be of one size, the frame of the compressor C2 of another and the racks of the other compressors of a third; in this case, the three sizes of the preferred range will each be controlled, a compressor of one size, one of the second and three of the third.
  • the preferred range may comprise four or five sizes, rather than three.
  • n being between 2 and 5
  • N being greater than or equal to 3 for a given air separation apparatus
  • at least one compressor will be one of n sizes and N-1 other compressors can be at least one of the other n-1 sizes.
  • each of the frames of the N compressors are of the same size, chosen from the n of the preferred range, comprising between 2 and 5 sizes.
  • the frame of only one of the N compressors can be of a first size of the preferred range, and the others all of one of the n-1 other sizes, chosen in the preferred range.
  • each of the compressor frames may be of a different size, selected from the preferred range. . .
  • two of the compressor frames may be of a first size and the others of at least one other size, selected from the other n-1 of the range.
  • three of the compressor frames may be of a first size and the one or more of at least one other size, selected from the other n-1 of the range.
  • At least one air booster may be present. In this case, it is driven by an air turbine for the cold box and / or by a nitrogen turbine from the cold box. On the other hand, no air booster driven by a steam turbine or an engine is used.
  • two cool boxes BF1, BF2 air separation apparatus each contain a column system and an exchanger for cooling the air to the distillation temperature.
  • the air to be distilled 7 has previously been purified in a purification unit E to remove water and carbon dioxide.
  • the two cold boxes may be identical or not.
  • Each cold box produces at least one product 9,9 'which may be gaseous oxygen and / or nitrogen gas and / or liquid oxygen and / or liquid nitrogen and / or argon gaseous and / or liquid argon.
  • the air at atmospheric pressure is compressed in three compressors C1, C2, C3. Each of these compressors can, for example, have the same capacity. Each compressor compresses the air at the purification pressure equal to at least 12 bar abs, preferably less than 35 bar abs.
  • the three air flows 1, 2, 3 compressed in the compressors C1, C2, C3 are combined in a single flow 6 and purified together in the unit E.
  • All the air sent to the cold boxes comes from the compressors C1, C2, C3 and the compressors C1, C2, C3 send all their air to cold boxes BF1, BF2.
  • the compressed air 7 is divided into two parts 8,8 'to be sent each to one of the cold boxes.
  • Each compressor C1, C2, C3 compresses the air to the same output pressure from the same inlet pressure which is the atmospheric pressure. However, it can be considered that the three compressors compress the air at the same pressure if the outlet pressure of a compressor differs from the pressure of . _
  • Each compressor C1, C2, C3 is driven by an asynchronous motor M1, M2, M3.
  • Each motor M1, M2, M3 has a respective starter D1, D2, D3, these starters being of the direct type (in English "direct online), reactance (in English” reactance ”) or autotransformer. None of the motors are started by a soft starter or a dimmer, which simplifies the installation.
  • each compressor processes at least 6700 tons per day of air.
  • the three compressors are driven by motors, preferably at a substantially constant speed. In this case, having defined three compressor frame sizes as the preferred range, only one of these sizes will be chosen for the three compressors.
  • At least one air booster may be present. In this case, it is driven by an air turbine for at least one of the cold boxes and / or by a nitrogen turbine from at least one of the cold boxes. On the other hand, no air booster driven by a steam turbine or an engine is used.
  • the compressor C1 may be of one frame size and the two compressors C2, C3 of another frame size, the two sizes being chosen from the preferred range which comprises three sizes.
  • the compressor C1 may be of one size, the compressor C2 of another and the compressor C3 of a third; in this case, the three sizes of the preferred range will each be ordered in a single copy.
  • the preferred range may comprise two, four or five sizes, rather than three.
  • the invention can extend to appliances having four compressors, five compressors or six compressors in parallel.
  • the N compressors are selected from the predefined den size group, it is possible for at least one other compressor to compress the air at the outlet pressure of the N compressors or at a lower or higher pressure. , can feed the cold box or one of the cold boxes, this at least one other compressor is not chosen the predefined size group. 1 ⁇
  • each of the N compressors is capable of compressing air from ambient pressure to a first pressure, the first pressure being greater than 12 bar abs and less than 35 bar abs, N being equal to or greater than 3 and the total power of the N compressors being greater than 10MW.

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Description

PROCEDE DE PRODUCTION D'UN OU PLUSIEURS APPAREILS DE SEPARATION D'AIR ET INSTALLATION DE SEPARATION D'AIR PAR DISTILLATION CRYOGENIQUE La présente invention est relative à un procédé de production d'un ou plusieurs appareils de séparation d'air par distillation cryogénique et une installation de séparation d'air par distillation cryogénique.
Afin de limiter les coûts d'ingénierie et permettre par de la répétitivité des gains achats, des gammes d'appareils de séparation d'air standardisés ont été crées allant jusqu'à des tonnages de l'ordre de 700 MT/J, voire 1000 MT/J. Ces productions standardisées ne correspondent pas complètement toujours exactement aux besoins du ou des clients en terme de débit et/ou pression mais le coût su r ces petites u n ités est l e facteur principal d'optimisation, et la standardisation répond bien à ce critère clef.
Au delà de ces capacités, car l'énergie prend une importance de plus en plus notable, des unités dites modulaires ont été introduites, l'orientation cette fois étant de standardiser certains morceaux clefs, mais de suivre au plus près les besoins des clients et de prendre en compte dans le dimensionnement les contraintes parallèles de l'énergie et l'investissement.
EP-A-0504029 décrit un cycle à pompe basés sur la notion de mono machine avec un unique gros compresseur haute pression d'air.
Cette approche permet des gains notables en investissement par rapport au cycle à pompe traditionnel, en introduisant toute l'énergie nécessaire avec cette unique machine d'air dont la pression de refoulement peut être entre environ 12 bara à 35 bara, quelles que soient les puretés et pressions des productions demandées. Mais cette unique machine, lorsque nous arrivons à de très grosses puissances, est difficilement réalisable et se démarre avec des artifices de démarrage complexe et coûteux au niveau des moteurs, appelés gradateurs. Le nombre de constructeurs de plus est extrêmement réduit, ce qui limite, sans l'annuler cependant, l'intérêt technico-économique de cette approche. Certains de ces problèmes sont décrits dans « Turbomachinery Limitations for Large Air Séparation Plants » de Wolentarski, Cryogénie Processes and Equipment Conférence, Century 2~Emerging Technology Conférences, San Francisco, California, août 19-21 , 1980. Pour des questions de maintenance et de fiabilité, des pièces de rechange sont achetées pour toutes ces machines critiques, aussi bien au niveau des compresseurs que des moteurs. Il est tout à fait acceptable d'avoir un unique jeu de pièces de rechange pour un regroupement de machines identiques installées sur le même site, voire dans le même pays.
Suivant les puissances, la technologie des moteurs varie : en effet au-delà de 25 MW, il n'y a pas sur le marché de moteur autre que synchrone, la technologie actuelle des moteurs asynchrones ne permettant pas de franchir ce cap sans prendre un très gros risque industriel.
L'article « Oxygen Plants : 10 years of development and opération » dans
CEP juillet 1979 décrit l'usage de moteurs synchrones et explique que trois tailles de moteurs synchrones sont stockées pour remplacer les compresseurs européens du groupe Air Liquide, en cas de panne.
D'une façon générale, le coût de matériel d'une unité de séparation d'air avec les cycles à compresseur d'air unique haute pression haute pression (hors stockages et vaporisation et utilités haute tension) se décomposent en quatre parties principales :
i) Fonction compression (compression, moteur, équipement de démarrage et électrique associé) : 45% à 50%,
ii) Fonction boîte froide et associés : 30% à 35%,
iii) Fonction épuration partie chaude de l'air avant entrée dans la boîte froide : 10% à 15%,
iv) Divers : 5% à 10%.
Il est donc clair que la réduction des coûts et l'augmentation de la fiabilité des compresseurs, des moteurs et de l'équipement de démarrage est une priorité.
Avec les procédés utilisant un surpresseur froid entraîné par une turbine tel que décrit dans US-A-5475980 ou du type décrit dans EP-0504029, toute la puissance est introduite par le compresseur d'air haute pression. Si un surpresseur d'air est présent, il est entraîné par une turbine d'air ou d'azote, mais non pas par une turbine à vapeur ou un moteur. Les dispositions au niveau de la ligne d'échange, le nombre et le type de turbines couplées à un surpresseur et les colonnes de distillation permettent de rendre les productions compatibles avec les puretés, pressions et débits demandés par le client. ^
La présente invention résulte du fait que, pour un client demandant la fourniture de produit ou produits à un débit donné, une pureté donnée et une pression donnée, cette fourniture correspond nécessairement à une puissance qui ne se traduit pas une combinaison d'un débit d'air donné et une pression d'air haute pression donnée.
Afin de conserver l'intérêt d'être au plus proche des besoins des clients, mais en standardisant la partie clef pour permettre des gains de répétitivité sur cette partie et des gains par effet de volume auprès des fournisseurs, mais aussi et surtout en se mettant juste en deçà de seuils technologiques, techniques voire économiques (où il y a un nombre conséquent de fournisseurs potentiels), le nombre N de compresseurs haute pression pour produire l'air alimentant la boîte froide de l'appareil de séparation d'air répondant aux besoins des clients est entre 3 et 10, par exemple 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10 compresseurs en parallèle peuvent être utilisés.
Un compresseur haute pression comprime de l'air à partir de la pression atmosphérique jusqu'à entre 12 et 35 bars absolus.
Les N compresseurs peuvent avoir tous la même taille de bâti, cette taille étant de préférence prédéfinie par le fabricant. Sinon au moins un des compresseurs peut être d'une taille et au moins un autre peut être d'une autre taille, le nombre total de tailles utilisées pour comprimer l'air de l'appareil ne dépassant pas 2 ou 3 ou 4 ou 5.
Les compresseurs sont généralement construits par des fabricants spécialisés, chaque fabricant produisant une gamme de compresseurs de modèles prédéfinis différents, tel que décrit dans US-A-61 16027. La notion de « frame size » utilisé par les fabricants de compresseur concerne une combinaison de composants de taille fixe, représentant un modèle de compresseur particulier.
Le compresseur comprend des pièces mobiles, telles qu'une roue principale, des pinions renfermées à l'intérieur d'un bâti (en anglais « gear case ». Ce bâti est constitué par une seule pièce de fonderie mais avec des couvercles démontables donnant accès aux pièces principales.
Comme décrit dans EP-A-1302668, les tailles de bâti sont choisies de sorte qu'en utilisant un seul compresseur d'une taille de bâti défini, choisi entre sept .
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modèles différents, il est possible de couvrir toute la gamme de débits à comprimer.
De même, dans US-A-20030109948, il est indiqué de choisir un seul compresseur, choisi entre 7 modèles différents, pour chacun des 1 1 appareils de séparation d'air.
L'enseignement de la présente invention est qu'en combinant au moins trois compresseurs, chacun ayant une taille de bâti, et en choisissant la taille de bâti du le compresseur entre 2, 3, 4 ou 5 tailles seulement, il est possible de couvrir toute la gamme de débits d'air à comprimer. Ainsi le constructeur commandera en grande quantité certaines tailles de compresseur et bénéficiera de multiples avantages, y compris le besoin de gérer moins de pièces de rechange.
Par combinaison de ces 3 ou 4 ou 5 ou 6 ou 7 ou 8 ou 9 ou 10 compresseurs entre eux, sachant que pour chaque modèle, et donc pour une taille de bâti donnée, il y a une souplesse potentielle de l'ordre de 20% en débit et 30% en pression de sortie, l'ensemble de toutes les puissances nécessaires, à n'importe quel besoin en terme de produit, débit, pression et pureté correspondant à une puissance entre environ 10 MW et environ 150 MW, peut être couvert en choisissant les éléments pour traiter l'air en aval de la compression, par exemple les turbines, surpresseurs, échangeurs, pompes et colonnes de distillation et en choisissant la façon de les connecter entre eux, , de manière connue à l'homme de l'art.
Pour la plupart des appareils de séparation d'air à construire dans le monde ou dans un pays donné, un nombre limité de tailles de bâti pourrait être utilisé, ce nombre allant de 2 à 5. Le nombre de tailles peut ainsi être trois ou quatre. Selon l'appareil, un nombre plus ou moins grand d'un même compresseur pourrait être utilisé. Ceci permettrait de réduire les stocks de pièces de rechange, puisque les pièces pour un compresseur d'un appareil d'une taille de bâti serviront non seulement pour les autres compresseurs du même appareil mais aussi pour les compresseurs d'autres appareils.
En positionnant juste devant les seuils technologiques de ces machines, juste en dessous de 25 MW par exemple, seulement des moteurs asynchrones peuvent être installés, ainsi permettant de gagner en fiabilité, ces machines étaient plus robustes que les moteurs synchrones. ,_
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La puissance étant relativement moins importante, des démarrages directs, voire par réactance ou autotransformateur des moteurs de ces machines peuvent être effectués au lieu de passer par des gradateurs ou démarreurs progressifs (en anglais « soft starter ») fort coûteux pour les moteurs de très grosses capacités.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de production d'un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique dans lequel au moins un gaz de l'air est obtenu comme produit par séparation d'air dans une boîte froide comprenant au moins une colonne, la boîte froide étant alimentée en air à une première pression par N compresseurs comprimant de l'air depuis la pression ambiante jusqu'à la première pression, la première pression étant supérieure à 12 bars abs et inférieure à 35 bars abs, N étant égal ou supérieur à 3 et la puissance totale des N compresseurs étant supérieure à 10MW, un groupe de n classes de taille de bâti de compresseur étant prédéfini, n étant égal à 2 ou 3 ou 4 ou 5, les compresseurs de chaque classe ayant chacun un bâti de mêmes dimensions et les N compresseurs étant choisis de sorte que tous les N compresseurs soient d'au moins une taille choisie dans les n tailles de bâti du groupe.
Selon d'autres objets de l'invention, il est prévu une installation de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant au moins une boîte froide contenant au moins une colonne pour produire au moins un gaz de l'air par séparation d'air, N compresseurs d'air , l'installation ne comprenant pas de surpresseur d'air à part éventuellement un surpresseur d'air entraîné par une turbine d'air destiné à la boîte froide ou d'au moins une des boîtes froides ou par une turbine d'azote provenant de la boîte froide ou d'au moins une des boîtes froides, et des moyens pour envoyer de l'air des N compresseurs à la boîte froide ou aux boîtes froides, chacun des N compresseurs étant capable de comprimer de l'air depuis la pression ambiante jusqu'à une première pression, la première pression étant supérieure à 12 bars abs et inférieure à 35 bars abs, N étant égal ou supérieure à 3 et la puissance totale des N compresseurs étant supérieure à 10MW, un groupe de n tailles de bâti de compresseurs étant prédéfini, n étant égal à 2 ou 3 ou 4 ou 5, chaque bâti d'une taille donnée ayant les mêmes dimensions et les N compresseurs étant choisis de sorte que tous les N compresseurs ayant un bâti choisis dans le groupe de n tailles : _
6
les N compresseurs ont la même taille de bâti,
les N compresseurs n'ont pas tous la même taille de bâti,
au moins un premier des N compresseurs à une première taille de bâti des n taille et au moins un deuxième des N compresseurs a une deuxième des n tailles.
au moins un troisième des N compresseurs a bâti d'une troisième des n tailles.
chaque compresseur comprime l'air jusqu'à la même pression de sortie à partir de la même pression d'entrée qui est la pression atmosphérique.
On peut considérer que les N compresseurs compriment l'air à une même pression si la pression de sortie d'un compresseur diffère de la pression de sortie d'un autre compresseur par moins que 20%, voire moins que 10% de la pression du débit formé en mélangeant tous les débits comprimés.
le groupe des n compresseurs est composé d'une premier taille de bâti de compresseur pour une puissance d'entre 5 et 7 MW, d'une deuxième taille de bâti de compresseur d'une puissance entre 12 et 16 MW et d'une troisième taille de bâti de compresseur pour une puissance d'entre 19 et 25 MW, n étant au moins égal à 3.
n est égal à 2,
- n est égal à 3,
n est égal à 4,
n est égal à 5,
le procédé de séparation n'utilise pas de surpresseur d'air entraîné par un moteur ou une turbine à vapeur,
- le procédé de séparation utilise au moins un surpresseur d'air entraîné par une turbine d'air destiné à la boîte froide ou une turbine d'azote provenant de la boîte froide.
Eventuellement :
l'installation comprend N compresseurs d'air.
- l'installation comprend au moins N+1 compresseurs d'air.
au moins un des compresseurs d'air alimentant la ou les boîtes froides est choisi en dehors du groupe de n modèles.
tous les bâtis compresseurs d'air alimentant la ou les boîtes froides sont choisis dans le groupe de n tailles. un modèle prédéfini de compresseur a une taille de bâti prédéfinie, l'installation ne comprend qu'une seule boîte froide,
l'installation comprend au moins deux boîtes froides alimentées par au moins trois compresseurs d'air ayant chacun un bâti choisi dans le groupe de n tailles.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de production de plusieurs appareils de séparation d'air par distillation cryogénique dans chacun desquels au moins un gaz de l'air est obtenu comme produit par séparation d'air dans une boîte froide comprenant au moins une colonne, la boîte froide étant alimentée en air à une première pression par N compresseurs d'air comprimant de l'air depuis la pression ambiante jusqu'à la première pression, la première pression étant supérieure à 12 bars abs et inférieure à 35 bars abs, N étant égal ou supérieur à 3 et la puissance totale des N compresseurs étant supérieure à 10MW, un groupe de n classes de taille de bâti de compresseur étant prédéfini, n étant égal à 2 ou 3 ou 4 ou 5, les compresseurs de chaque classe ayant chacun un bâti de mêmes dimensions et donc de la même taille et les N compresseurs pour chacun des appareils étant choisis de sorte que tous les N compresseurs soient d'une taille choisi dans les n tailles de bâti du groupe.
Les appareils de séparation sont de préférence non-identiques.
Chacun des appareils de séparation est de préférence conçu pour séparer un débit d'air différant d'au moins 10%, voire d'au moins 25% des débits d'air séparés dans les autres appareils.
Ainsi les pièces de rechange pour les N compresseurs de chaque appareil sont stockées dans un local commun.
Des appareils selon l'invention vont être décrits en plus de détail en se référant aux figures qui montrent des dessins schématiques.
Dans la Figure 1 , une boîte froide BF d'appareil de séparation d'air contient un système de colonnes et un échangeur permettant de refroidir l'air à la température de distillation. L'air à distiller 7 a précédemment été épuré dans une unité d'épuration E pour enlever l'eau et le dioxyde de carbone.
L'appareil produit au moins un produit 9 pouvant être de l'oxygène gazeux et/ou de l'azote gazeux et/ou de l'oxygène liquide et/ou de l'azote liquide et/ou de l'argon gazeux et/ou de l'argon liquide. _
o
L'air à la pression atmosphérique est comprimé dans trois compresseurs C1 , C2, C3. Chacun de ces compresseurs peut, par exemple, avoir la même capacité. Chaque compresseur comprime l'air à la pression d'épuration, égale à au moins 12 bars abs, de préférence inférieure à 35 bars abs. Les trois débits d'air 1 , 2, 3 comprimé dans les compresseurs C1 , C2, C3 sont réunis en un seul débit 6 et épurés ensemble dans l'unité E.
Tout l'air envoyé à la boîte froide provient des compresseurs C1 , C2, C3 et les compresseurs C1 , C2, C3 envoient tout leur air à la boîte froide BF.
Chaque compresseur C1 , C2, C3 comprime l'air jusqu'à la même pression de sortie à partir de la même pression d'entrée qui est la pression atmosphérique. Toutefois, on peut considérer que les trois compresseurs compriment l'air à une même pression si la pression de sortie d'un compresseur diffère de la pression de sortie d'un autre compresseur par moins que 20%, voire moins que 10% de la pression du débit 6 formé en mélangeant tous les débits comprimés
Chaque compresseur C1 , C2, C3 est entraîné par un moteur asynchrone M1 ,
M2, M3. Chaque moteur M1 , M2, M3 a un démarreur D1 , D2, D3 respectif, ces démarreurs étant du type direct (en anglais « direct online), réactance (en anglais « réactance ») ou autotransformeur. Aucun des moteurs n'est démarré par un démarreur progressif ou un gradateur, ce qui simplifie l'installation.
La boîte froide, et donc les trois compresseurs, traitent de l'air pour produire au moins 4000 tonnes par jour d'oxygène. Ainsi pour le cas où chaque compresseur est du même modèle, chaque compresseur traite au moins 6666 tonnes par jour d'air. Les trois compresseurs sont entraînés par des moteurs, de préférence à vitesse sensiblement constante. Dans ce cas, ayant défini trois tailles de bâti de compresseur comme gamme préférée, une seule de ces tailles sera choisie pour les trois compresseurs.
Alternativement, le bâti d'un compresseur C1 peut être d'une taille et les bâtis des deux compresseurs C2, C3 d'une autre taille, les deux tailles étant choisis dans la gamme préférée qui comprend trois tailles.
De même, le bâti du compresseur C1 peut être d'une taille, le bâti du compresseur C2 d'une autre et le bâti du compresseur C3 d'une troisième ; dans ce cas, les trois tailles de la gamme préférée seront chacune commandées en un seul exemplaire. g
La gamme préférée peut comprendre deux, quatre ou cinq modèles, plutôt que trois.
Au moins un surpresseur d'air peut être présent. Dans ce cas, il est entraîné par une turbine d'air destiné à la boîte froide et/ou par une turbine d'azote provenant de la boîte froide, par exemple une turbine cryogénique, ayant une température d'entrée d'en dessous de -50°C. Par contre aucun surpresseur d'air entraîné par une turbine à vapeur ou un moteur n'est utilisé.
Il sera facilement compris que l'invention peut s'étendre aux appareils ayant quatre compresseurs, cinq compresseurs ou six compresseurs en parallèle. Le cas précis des cinq compresseurs est illustré dans la Figure 2.
Dans la Figure 2, une boîte froide BF d'appareil de séparation d'air contient un système de colonnes et un échangeur permettant de refroidir l'air à la température de distillation. L'air à distiller 7 a précédemment été épuré dans une unité d'épuration E pour enlever l'eau et le dioxyde de carbone.
L'appareil produit au moins un produit 9 pouvant être de l'oxygène gazeux et/ou de l'azote gazeux et/ou de l'oxygène liquide et/ou de l'azote liquide et/ou de l'argon gazeux et/ou de l'argon liquide.
L'air à la pression atmosphérique est comprimé dans cinq compresseurs C1 , C2, C3, C4, C5, connectés en parallèle. Chacun de ces compresseurs a de préférence la même capacité. Chaque compresseur comprime l'air à la pression d'épuration, égale à au moins 12 bars abs, de préférence inférieure à 35 bars abs. Les cinq débits d'air 1 , 2, 3, 4, 5 comprimé dans les compresseurs C1 , C2, C3, C4, C5 sont réunis en un seul débit 6 et épurés ensemble dans l'unité E.
Tout l'air envoyé à la boîte froide provient des compresseurs C1 , C2, C3, C4, C5 et les compresseurs C1 , C2, C3, C4, C5 envoient tout leur air à la boîte froide BF.
Chaque compresseur C1 , C2, C3, C4, C5 comprime l'air jusqu'à la même pression de sortie à partir de la même pression d'entrée, qui est la pression atmosphérique. Toutefois, on peut considérer que les cinq compresseurs compriment l'air à une même pression si la pression de sortie d'un compresseur diffère de la pression de sortie d'un autre compresseur par moins que 20%, voire moins que 1 0% de la pression du débit 6 formé en mélangeant tous les débits comprimés. 1 Q
Chaque compresseur C1 , C2, C3, C4, C5 est entraîné par un moteur asynchrone M1 , M2, M3, M4, M5. Chaque moteur M1 , M2, M3, M4, M5 a un démarreur D1 , D2, D3, D4, D5 respectif, ces démarreurs étant du type direct (en anglais « direct online), réactance (en anglais « self ») ou autotransformeur. Aucun des moteurs n'est démarré par un démarreur progressif ou un gradateur, ce qui simplifie énormément l'installation.
La boîte froide, et donc les cinq compresseurs, traitent de l'air pour former au moins 4000 tonnes par jour d'oxygène. Ainsi chaque compresseur est du même modèle et traite au moins 4000 tonnes par jour d'air. Les cinq compresseurs sont entraînés par des moteurs de préférence à vitesse constante. Dans ce cas, ayant défini trois tailles de bâti de compresseurs comme gamme préférée, une seule de ces tailles sera choisie pour les cinq compresseurs.
Alternativement, le bâti du compresseur C1 peut être d'une taille modèle et le bâti des quatre autres compresseurs d'une autre taille, les deux tailles étant choisies dans la gamme préférée qui comprend deux ou trois tailles.
De même, le bâti du compresseur C1 peut être d'une taille, le bâti du compresseur C2 d'une autre et l es bâtis des autres compresseurs d'une troisième ; dans ce cas, les trois tailles de la gamme préférée seront chacune commandés, un compresseur d'une taille, un du deuxième et trois du troisième.
La gamme préférée peut comprendre quatre ou cinq tailles, plutôt que trois.
Ainsi pour N compresseurs et n tailles de bâti de compresseurs dans la gamme préférée, n étant entre 2 et 5, et N étant supérieur ou égal à 3 pour un appareil de séparation d'air donné, au moins un compresseur sera d'un des n tailles et les N-1 autres compresseurs peuvent être d'au moins un des n-1 autres tailles.
Une possibilité est que chacun des bâtis des N compresseurs soient de la même taille, choisi dans les n de la gamme préférée, comprenant entre 2 et 5 tailles.
Sinon le bâti d'un seul des N compresseurs peut être d'une première taille de la gamme préférée, et les autres tous d'un des n-1 autres tailles, choisi dans la gamme préférée.
Pour N égale à 3, 4 ou 5, chacun des bâtis des compresseurs peut être d'une taille différente, choisi dans la gamme préférée. . .
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Pour N égal ou supérieur à 4, deux des bâtis compresseurs peuvent être d'une première taille et les autres d'au moins une autre taille, choisies dans les n-1 autres de la gamme.
Pour N égal ou supérieur à 4, trois des bâtis des compresseurs peuvent être d'une première taille et le ou les autres d'au moins une autre taille, choisi dans les n-1 autres de la gamme.
Au moins un surpresseur d'air peut être présent. Dans ce cas, il est entraîné par une turbine d'air destiné à la boîte froide et/ou par une turbine d'azote provenant de la boîte froide. Par contre aucun surpresseur d'air entraîné par une turbine à vapeur ou un moteur n'est utilisé.
Dans la Figure 3, deux boîtes froides BF1 , BF2 d'appareil de séparation d'air contiennent chacune un système de colonnes et un échangeur permettant de refroidir l'air à la température de distillation. L'air à distiller 7 a précédemment été épuré dans une unité d'épuration E pour enlever l'eau et le dioxyde de carbone. Les deux boîtes froides peuvent être identiques ou pas.
Chaque boîte froide produit au moins un produit 9,9' pouvant être de l'oxygène gazeux et/ou de l'azote gazeux et/ou de l'oxygène liquide et/ou de l'azote liquide et/ou de l'argon gazeux et/ou de l'argon liquide.
L'air à la pression atmosphérique est comprimé dans trois compresseurs C1 , C2, C3. Chacun de ces compresseurs peut, par exemple, avoir la même capacité. Chaque compresseur comprime l'air à la pression d'épuration, égale à au moins 12 bars abs, de préférence inférieure à 35 bars abs. Les trois débits d'air 1 , 2, 3 comprimé dans les compresseurs C1 , C2, C3 sont réunis en un seul débit 6 et épurés ensemble dans l'unité E.
Tout l'air envoyé aux boîtes froides provient des compresseurs C1 , C2, C3 et les compresseurs C1 , C2, C3 envoient tout leur air aux boîtes froides BF1 , BF2. L'air comprimé 7 est divisé en deux parties 8,8' pour être envoyées chacune à une des boîtes froides.
Il est également possible de mélanger tous les débits 1 , 2, 3 et de les diviser en deux, chaque boîte froide étant associée à sa propre unité d'épuration.
Chaque compresseur C1 , C2, C3 comprime l'air jusqu'à la même pression de sortie à partir de la même pression d'entrée qui est la pression atmosphérique. Toutefois, on peut considérer que les trois compresseurs compriment l'air à une même pression si la pression de sortie d'un compresseur diffère de la pression de . _
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sortie d'un autre compresseur par moins que 20%, voire moins que 10% de la pression du débit 6 formé en mélangeant tous les débits comprimés.
Chaque compresseur C1 , C2, C3 est entraîné par un moteur asynchrone M1 , M2, M3. Chaque moteur M1 , M2, M3 a un démarreur D1 , D2, D3 respectif, ces démarreurs étant du type direct (en anglais « direct online), réactance (en anglais « réactance ») ou autotransformeur. Aucun des moteurs n'est démarré par un démarreur progressif ou un gradateur, ce qui simplifie l'installation.
Les boîtes froides traitent au total au moins 4000 tonnes par jour d'oxygène. Ainsi pour le cas où chaque compresseur a la même taille de bâti, chaque compresseur traite au moins 6700 tonnes par jour d'air. Les trois compresseurs sont entraînés par des moteurs, de préférence à vitesse sensiblement constante. Dans ce cas, ayant défini trois tailles de bâti de compresseurs comme gamme préférée, une seule de ces tailles sera choisie pour les trois compresseurs.
Au moins un surpresseur d'air peut être présent. Dans ce cas, il est entraîné par une turbine d'air destiné à au moins une des boîtes froides et/ou par une turbine d'azote provenant d'au moins une des boîtes froides. Par contre aucun surpresseur d'air entraîné par une turbine à vapeur ou un moteur n'est utilisé.
Alternativement, le compresseur C1 peut être d'une taille de bâti et les deux compresseurs C2, C3 d'une autre taille de bâti, les deux tailles étant choisis dans la gamme préférée qui comprend trois taille.
De même, le compresseur C1 peut être d'une taille, le compresseur C2 d'une autre et le compresseur C3 d'une troisième ; dans ce cas, les trois tailles de la gamme préférée seront chacun commandés en un seul exemplaire.
La gamme préférée peut comprendre deux, quatre ou cinq tailles, plutôt que trois.
Il sera facilement compris que l'invention peut s'étendre aux appareils ayant quatre compresseurs, cinq compresseurs ou six compresseurs en parallèle.
Dans tous les cas, même si les N compresseurs sont choisis dans le groupe d e n tailles prédéfini, il est possible qu'au moins un autre compresseur comprimant l'air à la pression de sortie des N compresseurs ou à une pression plus basse ou plus élevée, puisse alimenter la boîte froide ou une des boîtes froide, cet au moins autre compresseur n'étant pas choisi le groupe des tailles prédéfini. 1 ^
Dans tous les cas, chacun des N compresseurs est capable de comprimer de l'air depuis la pression ambiante jusqu'à une première pression, la première pression étant supérieure à 12 bars abs et inférieure à 35 bars abs, N étant égal ou supérieure à 3 et la puissance totale des N compresseurs étant supérieure à 10MW.
Dans tous les cas, pour une taille de bâti donnée, toutes les dimensions des bâtis de la même taille seront identiques.
Avec cette invention, il devient possible de concevoir une série d'appareils de séparation d'air, tels que ceux illustrés dans les figures. Pour concevoir plusieurs appareils différents, par exemple de 2 à 15 appareils, on utilisera uniquement des compresseurs d'une gamme n de tailles de bâti. Le débit d'air séparé dans un appareil peut différer d'au moins 10%, voire d'au moins 25% de celui séparé dans les autres appareils. Ceci permet d'acheter un grand nombre de compresseurs de la même ta il le et ensuite de stocker les pièces de recharge dans un local centralisé, permettant une meilleure gestion et une réduction d'investissement.

Claims

Revendications
1 . Procédé de production d'un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique dans lequel au moins un gaz de l'air est obtenu comme produit par séparation d'air dans une boîte froide (BF, BF1 , BF2) comprenant au moins une colonne, la boîte froide étant alimentée en air à une première pression par N compresseurs d'air (C1 , C2, C3, C4, C5) comprimant de l'air depuis la pression ambiante jusqu'à la première pression, la première pression étant supérieure à 12 bars abs et inférieure à 35 bars abs, N étant égal ou supérieur à 3 et la puissance totale des N compresseurs étant supérieure à 10MW, un groupe de n classes de taille de bâti de compresseur étant prédéfini, n étant égal à 2 ou 3 ou 4 ou 5, les compresseurs de chaque classe ayant chacun un bâti de mêmes dimensions et donc de la même taille et les N compresseurs étant choisis de sorte que tous les N compresseurs soient d'au moins une taille choisie dans les n tailles de bâti du groupe.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel les N compresseurs (C1 , C2, C3, C4, C5) ont la même taille de bâti.
3. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel au moins un premier des N compresseurs (C1 , C2, C3, C4, C5) a un bâti d'une première des n tailles et au moins un deuxième des N compresseurs a un bâti d'une deuxième des n tailles.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel au moins un troisième des N compresseurs (C1 , C2, C3, C4, C5) a un bâti d'une troisième des n tailles.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le groupe des n tailles de bâti de compresseurs est composé d'une première taille pour un compresseur d'une puissance d'entre 5 et 7 MW, d'une deuxième taille pour un compresseur d'une puissance entre 12 et 16 MW et d'un troisième taille pour un compresseur d'entre 19 et 25 MW. 15
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel deux compresseurs ayant la même taille de bâti sont adaptés pour traiter des débits de gaz à comprimer ou comprimé différents.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel deux compresseurs ayant la même taille de bâti ont une pression d'entrée et/ou une pression de sortie différente.
8. Installation de séparation d'air par distillation cryogénique comprenant au moins une boîte froide (BF, BF1 , BF2) contenant au moins une colonne pour produire au moins un gaz de l'air par séparation d'air, N compresseurs d'air (C1 , C2, C3, C4, C5), l'installation ne comprenant pas de surpresseur d'air à part éventuellement un surpresseur d'air entraîné par une turbine d'air destiné à la boîte froide ou d'au moins une des boîtes froides ou par une turbine d'azote provenant de la boîte froide ou d'au moins une des boîtes froides, et des moyens pour envoyer de l'air des N compresseurs à la boîte froide ou aux boîtes froides, chacun des N compresseurs étant capable de comprimer de l'air depuis la pression ambiante jusqu'à une première pression, la première pression étant supérieure à 12 bars abs et inférieure à 35 bars abs, N étant égal ou supérieure à 3 et la puissance totale des N compresseurs étant supérieure à 10MW, un groupe de n tailles de bâti de compresseurs étant prédéfini, n étant égal à 2 ou 3 ou 4 ou 5, chaque bâti d'une taille donnée ayant les mêmes dimensions et les N compresseurs étant choisis de sorte que tous les N compresseurs ayant un bâti choisis dans le groupe de n tailles.
9. Installation selon la revendication 8 comprenant seulement N compresseurs d'air (C1 , C2, C3, C4, C5).
10. Installation selon l'une des revendications 8 ou 9 ne comprenant qu'une seule boîte froide (BF).
1 1 . Procédé de production de plusieurs appareils de séparation d'air par distillation cryogénique dans chacun desquels au moins un gaz de l'air est obtenu comme produit par séparation d'air dans une boîte froide (BF, BF1 , BF2) comprenant au moins une colonne, la boîte froide étant alimentée en air à une première pression par N compresseurs d'air (C1 , C2, C3, C4, C5) comprimant de l'air depuis la pression ambiante jusqu'à la première pression, la première pression étant supérieure à 12 bars abs et inférieure à 35 bars abs, N étant égal ou supérieur à 3 et la puissance totale des N compresseurs étant supérieure à 10MW, un groupe de n classes de taille de bâti de compresseur étant prédéfini, n étant égal à 2 ou 3 ou 4 ou 5, les compresseurs de chaque classe ayant chacun un bâti de mêmes dimensions et donc de la même taille et les N compresseurs pour chacun des appareils étant choisis de sorte que tous les N compresseurs soient d'une taille choisi dans les n tailles de bâti du groupe.
12. Procédé selon la revendication 1 1 dans lequel les appareils de séparation sont non-identiques.
13. Procédé selon la revendication 1 1 ou 12 dans lequel chacun des appareils de séparation est conçu pour séparer un débit d'air différant d'au moins 10%, voire d'au moins 25% des débits d'air séparés dans les autres appareils.
14. Procédé selon la revendication 1 1 , 12 ou 13 dans lequel les pièces de rechange pour les N compresseurs de chaque appareil sont stockés dans un local commun.
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