Séparation cryogénique de l'air
Comme mentionné précédemment, la séparation cryogénique de l'air est la technologie la plus couramment utilisée et la plus rentable pour la séparation de composants de très haute pureté.
Par conséquent, ce procédé de séparation est utilisé dans les usines à grande ou moyenne échelle pour séparer les composants de l'air en gaz et/ou produits liquides. Il se caractérise par différentes échelles de consommation, dans lesquelles les besoins énergétiques dépendent directement du mélange de produits et des puretés du produit final. Cependant, il est nécessaire de mentionner que la configuration qui produit du gaz en tant que produits finaux nécessite moins de puissance que ceux où les produits finaux sont liquides.
Par ailleurs, la conception et le dimensionnement des systèmes et cycles cryogéniques utilisés pour la séparation des composants de l'air dépendent également du nombre de produits souhaités en fin de procédé : azote ; oxygène ; à la fois de l'oxygène et de l'azote ; ou azote, oxygène et argon, outre la pureté requise des résultats obtenus, et également si certains produits doivent être sous forme liquide.
En général, tous les configurations de séparation cryogénique basés sur le fait que les différents composants de l'air ont des points d'ébullition différents, et en manipulant les conditions extérieures telles que la pression et la température, l'air peut être séparé. En outre, comme mentionné précédemment, tous les configurations consistent en une série d'étapes similaires, qui peuvent être répertoriées comme suit[1] :
La compression et le filtrage de l'air
Un processus de compression de l'air ambiant est effectué via un compresseur à plusieurs étages avec des refroidisseurs intermédiaires à une pression d'environ 6 bars (pression absolue). Parallèlement, l'utilisation d'un filtre est de mise afin d'éliminer les poussières, généralement les filtres sont situés à l'entrée du compresseur.
Le refroidissement et la purification de l'air
Après la compression, l'air est ensuite refroidi à l'aide d'eau à une température proche de la température ambiante, après cela, un processus de purification a lieu à l'aide d'un tamis moléculaire absorbant visant à éliminer le dioxyde de carbone et les hydrocarbures.
Le procédé de réfrigération/liquéfaction
À l'aide d'échangeurs de chaleur et de processus de réfrigération, l'air comprimé est refroidi à l'aide de la « boîte froide », où il atteint une température cryogénique d'environ -180ËC. Ensuite, un refroidissement final a lieu à travers un processus d'expansion de l'alimentation utilisant une machine d'expansion. Après cela, le mélange résultant est séparé et introduit dans la colonne de séparation.
Le procédé de séparation
Habituellement, la colonne de séparation est divisée en deux parties selon la pression, une partie haute pression et une partie basse pression. Le mélange résultant s'écoule à travers la partie haute pression, dans laquelle il se sépare en azote en haut et en air enrichi en oxygène en bas.
Après cela, l'air enrichi en oxygène du haut de la partie haute pression s'écoule dans la partie basse pression, où il est encore purifié, dans lequel l'azote pur est finalement retiré du haut des colonnes haute et basse pression et l'oxygène pur est soutiré en cuve de la colonne basse pression.
De plus, l'Argon est enrichi dans la partie médiane de la partie basse pression, dans laquelle il peut être soutiré et envoyé vers un traitement complémentaire de production.
Dans les processus typiques, l'alimentation de la partie basse pression est envoyée à la colonne d'argon brut, dans laquelle le produit de celle-ci est passé à travers un convertisseur catalytique pour éliminer l'oxygène restant avant qu'il ne passe à travers la colonne d'argon pur où tout azote restant est supprimé.
La figure suivante montre un diagramme schématique d'un procédé typique de séparation d'air