EP3044529A2 - Procédé et appareil de séparation d'un mélange gazeux à température subambiante - Google Patents

Procédé et appareil de séparation d'un mélange gazeux à température subambiante

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EP3044529A2
EP3044529A2 EP14786968.9A EP14786968A EP3044529A2 EP 3044529 A2 EP3044529 A2 EP 3044529A2 EP 14786968 A EP14786968 A EP 14786968A EP 3044529 A2 EP3044529 A2 EP 3044529A2
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EP
European Patent Office
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heat
pressure
separation
liquid
heat pump
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14786968.9A
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German (de)
English (en)
Inventor
Antony CORREIA ANACLETO
Benoît DAVIDIAN
Bernard Saulnier
Jean-Pierre Tranier
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Filing date
Publication date
Application filed by LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F25J2270/908—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by regenerative chillers, i.e. oscillating or dynamic systems, e.g. Stirling refrigerator, thermoelectric ("Peltier") or magnetic refrigeration

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for separating a gaseous mixture, for example air, at subambient temperature or even cryogenically.
  • a pressurized air gas To produce a pressurized air gas, it is known to vaporize a pressurized liquid withdrawn from a distillation column by heat exchange against another pressurized gas of the process, generally pressurized air at high pressure.
  • This vaporization is generally carried out by sending the pressurized liquid into at least one passage of an exchange line, the other pressurized gas being sent to cool in at least one other passage of this exchange line, the heat transfer latent of the other pressurized gas to the pressurized liquid being indirect, because it is made through the wall of the passage.
  • the pseudo-vaporization replaces the vaporization.
  • the term "vaporization” also covers pseudo-vaporization. If the other gas is pressurized to a supercritical pressure, the pseudo-condensation replaces the condensation. In what follows, the term “condensation” also covers the pseudo-condensation.
  • Percentages for purities in this document are molar percentages.
  • the separation can take place in at least one distillation column and / or at least one absorption column and / or at least one separator pot and / or at least one membrane and / or by dephlegmation.
  • Magnetic refrigeration is based on the use of magnetic materials having a magnetocaloric effect. Reversible, this effect results in a variation of their temperature when they are subjected to the application of an external magnetic field.
  • the optimal ranges of use of these materials are in the vicinity of their Curie temperature (Te). Indeed, the more the variations of magnetization, and consequently the changes of magnetic entropy, are high, the changes in their temperature are high.
  • the magnetocaloric effect is said to be direct when the temperature of the material increases when it is put in a magnetic field, indirect when it cools when it is put in a magnetic field. The rest of the description will be made for the direct case, but the transposition to the indirect case is obvious to those skilled in the art. There are several thermodynamic cycles based on this principle.
  • a typical magnetic refrigeration cycle consists of i) magnetising the material to increase its temperature, ii) cooling the constant magnetic field material to reject heat, iii) demagnetizing the material to cool it, and iv) heating. the constant magnetic field material (usually zero) to capture heat.
  • a magnetic refrigeration device uses elements of magnetocaloric material, which generate heat when magnetized and absorb heat when demagnetized. It can implement a magnetocaloric material regenerator to amplify the temperature difference between the "hot source” and the “cold source”: there is then active regenerative magnetic refrigeration. This effect is described in the 2005 Lebouc Engineer's Techniques article entitled “Magnetic Refrigeration”.
  • the present invention poses the problem of how to vaporize a liquid resulting from the separation by reducing the pressure ratio between the gas to be condensed and the liquid to be vaporized normally necessary for a heat exchange through an exchanger.
  • At least a portion of the heat required to vaporize a liquid from a separation is from a heat pump using the magnetocaloric effect.
  • a method for separating a gaseous mixture by separation at subambient or even cryogenic temperature in which a gaseous mixture at a first pressure is cooled, then separated in a separation unit, by example a system of columns comprising at least one column.
  • a liquid is withdrawn from the separation unit and vaporized to form a gaseous product under pressure, possibly after pressurization at a higher pressure or after depressurization at a pressure lower than the pressure at which it is withdrawn, characterized in that a part at least the heat of vaporization of the liquid is provided by a heat pump using the magnetocaloric effect whose hot source exchanges heat, directly or indirectly, with the liquid which vaporizes.
  • the cold source of the heat pump exchanges heat with at least a portion of the gas mixture and / or a gas from the separation process which cools or at least partially condenses;
  • the vaporized liquid contains at least 70% oxygen, or at least 80% nitrogen, or at least 60% carbon dioxide, or at least 60% methane or at least 60% carbon monoxide;
  • the separation is carried out by distillation and the system comprises at least one distillation column;
  • a fluid, participating in the separation or not, is put in direct contact with a magnetocaloric material of the heat pump;
  • the heat exchange is at least partly carried out between at least one fluid participating in the separation or not and a coolant in contact with a magnetocaloric material of the heat pump through an exchanger;
  • the heat exchange is at least partly carried out between at least one fluid participating in the separation or not and the coolant having been in contact with a magnetocaloric material of the heat pump through an intermediate heat transfer circuit;
  • the gas mixture is air, the pressurized liquid is rich in oxygen or nitrogen, all the gaseous mixture is compressed to a single pressure and at least a part of the gaseous mixture is at least partially condensed transferring heat to the cold source of the heat pump;
  • the gaseous mixture is air
  • the pressurized liquid is rich in oxygen or in nitrogen
  • all the gaseous mixture is compressed to a first pressure
  • a portion of the gaseous mixture is compressed from the first pressure to a second pressure greater than the first pressure
  • at least a portion of the gaseous mixture compressed at the second pressure is at least partially condensed transferring heat to the cold source of the heat pump.
  • an apparatus for separating a gaseous mixture by separating at subambient or even cryogenic temperature comprising cooling means for cooling a gaseous mixture at a first pressure, a separation unit, for example a column system comprising at least one column, connected to the cooling means, a pipe for withdrawing a liquid from the separation unit, means for vaporizing the liquid to form a gaseous product under pressure, possibly downstream of means pressurizing at a higher pressure or depressurization at a pressure lower than the pressure at which it is withdrawn, characterized in that it comprises a heat pump using the magnetocaloric effect capable of supplying at least a portion of the heat of vaporization of the liquid as well as means allowing the hot source of the heat pump to exchange heat, directly or indirectly, with the liquid that vaporizes.
  • the device can understand
  • the separation is carried out by distillation and the system comprises at least one distillation column;
  • the heat exchange is at least partly carried out between at least one fluid participating in the separation or not and a coolant in contact with a magnetocaloric material of the heat pump through an exchanger;
  • the heat exchange is at least partly carried out between at least one fluid participating in the separation or not and the coolant having been in contact with a magnetocaloric material of the heat pump through an intermediate heat transfer circuit;
  • the gaseous mixture is air
  • the pressurized liquid is rich in oxygen or nitrogen
  • a compressor for compressing all the gaseous mixture to a single pressure and means for transferring heat from at least a part of the gaseous mixture at least partially condensed towards the cold source of the heat pump;
  • the gas mixture is air, the pressurized liquid is rich in oxygen or nitrogen, all the gaseous mixture is compressed to a first pressure;
  • a compressor for compressing a portion of the gas mixture from the first pressure to a second pressure greater than the first pressure and means for transferring heat from at least a portion of the compressed gas mixture to the second pressure to the source cold of the heat pump.
  • a heat pump is a thermodynamic device for transferring a quantity of heat from a medium considered as “transmitter” said “cold source” from which the heat is extracted to a medium considered as “receiver” said "hot source Where the heat is supplied, the cold source being at a colder temperature than the hot source.
  • the conventional cycle used in the state of the art for this type of application is a thermodynamic cycle of compression - cooling (condensation) - relaxation - heating (vaporization) of a refrigerant.
  • Figure 12 of the document "ENGINEERING TECHNIQUES - Magnetic Refrigeration 2005” shows a gain of a factor 2 on the coefficient of performance of a refrigeration system using a magnetic cycle compared to the conventional cycle.
  • An ambient temperature is the temperature of the ambient air in which the process is located, or a temperature of a cooling water circuit related to the air temperature.
  • a subambient temperature is at least 10 ° C below room temperature.
  • a cryogenic temperature is below -50 ° C.
  • Figure 1 shows an apparatus for separating air by cryogenic distillation.
  • the apparatus comprises a heat exchange line 17 and a double air separation column comprising a medium pressure column 23 and a low pressure column 25 thermally connected by means of a vaporizer-condenser 27.
  • Air 1 is compressed in a compressor 3 to a pressure of 5.5 bara.
  • the compressed air is cooled in the cooler 5 to form a cooled flow
  • Part 8 cools through the entire exchange line 17 to a temperature of -170 ° C. It is then divided in two. Part 19 serves as a cold source for the heat pump 31 using the magnetocaloric effect. The remainder 21 is sent to separate in gaseous form in medium pressure column vat 23.
  • the part 19 cools and liquefies by heat exchange in the heat pump 31 to form the flow 37.
  • the flow 37 is divided into a portion 39 which is sent to the medium pressure column 23 and a portion 41 which is cooled in the subcooler 43, relaxed and then sent to the low pressure column 25.
  • An oxygen enriched liquid 33 is withdrawn from the tank of the medium pressure column 23, cooled in the subcooler 43 and sent to the low pressure column 25.
  • a nitrogen-enriched liquid 35 is withdrawn from the head of the medium pressure column 23, cooled in the subcooler 43 and sent to the head of the low pressure column 25.
  • Air 1 1 is supercharged in a booster 13, cooled in part in the exchange line 17, expanded in the blowing turbine 15 and sent to the low pressure column 25.
  • a nitrogen-rich gas 45 is withdrawn from the head of the low pressure column 25, heated in the subcooler 43 and in the exchange line 17 to serve at least partly of gas for the regeneration of the unit. adsorption 9.
  • Nitrogen rich gas 49 is withdrawn from the head of the medium pressure column 23, heated in the exchange line 17 and serves as product.
  • Liquid oxygen 47 is withdrawn from the low pressure column 25, pressurized by a pump 29 and partially reheated in the exchange line 17. Then, the heated liquid is removed from the exchange line 17, vaporized at least partially in the heat pump using the magnetocaloric effect 31 where it serves as a hot source and returned to the exchange line 17, either to complete the vaporization and to heat up or only to heat up. The oxygen thus obtained serves as a product.
  • the purified air is divided into three parts. Part 1 1 is sent to the booster 13 as in Figures 1 and 2. Another portion 8 cools through the entire exchange line 17 and is sent to the bottom of column 23. The rest of the air 12 is overpressed in a booster 14, sent to the exchange line 17 where it cools to an intermediate level. Then, the partially cooled air 12 is condensed at least in part in the heat pump using the magnetocaloric effect 31 where it serves as a cold source. The air at least partially condensed is reintroduced into the exchange line 17 where it cools again. The air still cooled in the exchange line comes out of the cold end of it and is divided into two parts. The first part 16 is expanded and sent to the bottom of the medium pressure column 23.
  • the second part 18 is cooled in the subcooler 43, expanded and sent to the low pressure column.
  • liquid oxygen 51 is also withdrawn from the low pressure column 25, cooled in the subcooler 43 and serves as a liquid product.
  • the proportion of liquid oxygen product can represent up to more than half of the gaseous oxygen produced under pressure.
  • the liquid 47 is vaporized by heat exchange with nitrogen 53 of the low pressure column 23 by means of the heat pump using the magnetocaloric effect 31.
  • nitrogen gas 53 which serves as a cold source liquefies and is returned to the top of the column 23 to provide reflux.
  • all the purified air is either sent to the booster 13, cooled and expanded or cooled and sent to the distillation.
  • Figure 6 is related to Figure 3. Unlike Figure 3, the fluid 12, respectively 47 which is indirectly thermally bonded to the cold source, respectively the heat source of the heat pump using the magnetocaloric effect 31 does not leave the exchange line 17.
  • a coolant A transfers heat from the air 12 from the booster 14 (at an intermediate level of the exchange line 17 near the place where the air 12 condenses at least partially), cools in the heat pump using the magnetocaloric effect 31 at the cold source and is returned to the exchange line 17, in a closed circuit.
  • a coolant B transfers heat to the oxygen 47 (at an intermediate level of the exchange line 17 near where the oxygen 47 vaporizes at least partially), is heated in the heat pump using the magnetocaloric effect 31 at the hot source and is returned to the exchange line 17, in a closed circuit.
  • the heat transfer fluids A and B may be identical or different.
  • the air could be replaced by a mixture containing, as main components, methane and / or nitrogen and / or carbon dioxide and / or carbon monoxide and / or hydrogen.
  • FIG. 7 is a generic figure, illustrating the at least partial vaporization of liquid 47 according to the invention.
  • the liquid 47 may come from a separation unit, for example a distillation or absorption column, a separator of phase, a dephlegmator or a membrane. It can be vaporized in the exchanger 17 following a pressurization (for example in a pump or by hydrostatic head) or a depressurization (for example, in a valve or a turbine). It may contain, for example, at least 70% oxygen, at least 80% nitrogen, at least 60% carbon dioxide or at least 60% methane or at least 60% carbon monoxide.
  • the fluid 12 which supplies the heat directly or indirectly to the cold source may be the fluid to be separated in the separation unit, a fluid separated in the separation unit or another fluid. This fluid 12 condenses at least partially.
  • the exchanger 17 may also serve to heat and / or cool at least one other fluid 8, 45.
  • the heat pump using the magnetocaloric effect 31 allows the exchange of heat between the fluid 12 (for example air) which serves as a cold source and the liquid 47 (for example a liquid containing at least 70% oxygen ) which serves as a hot spring.
  • the fluid 12 for example air
  • the liquid 47 for example a liquid containing at least 70% oxygen
  • Figure 7 may be modified to use at least one heat transfer fluid in a closed circuit that transfers heat to and / or from the heat pump using the magnetocaloric effect 31.
  • Figure 8 shows an apparatus for cryogenic separation of a mixture of methane and nitrogen (typically 85% methane).
  • the apparatus comprises a heat exchange line 17 and a double separation column comprising a medium pressure column 23 and a low pressure column 25 thermally connected by means of a vaporizer-condenser 27.
  • the mixture of methane and nitrogen under high pressure 8 cools and partially condenses in the exchange line 17. It is then expanded to a distillation column at medium pressure 23. This trigger contributes to the cold performance of the 'apparatus.
  • a liquid enriched in methane 33 is withdrawn from the tank of the medium pressure column 23, cooled in the subcooler 43 and sent to the low pressure column 25.
  • a nitrogen-enriched liquid 35 is withdrawn from the top of the column medium pressure 23, cooled in the subcooler 43A and sent to the head of the low pressure column 25.
  • a gas rich in nitrogen 45 is withdrawn from the head of the low pressure column 25, heated in the subcoolers 43A, 43 and in the exchange line 17.
  • Liquid methane 47 is withdrawn from the low pressure column 25, pressurized by a pump 29 and then is reheated, then vaporized in the exchange line 17, then vaporized liquid methane continues to heat up in the exchange line 17.
  • the gaseous methane can be directly upgraded as a product without additional compression in a compressor.
  • a heat transfer fluid A transfers heat from the mixture 12 (at an intermediate level of the exchange line 17 near the place where the mixture 12 at least partially condenses), cools in the heat pump using the magnetocaloric effect 31 at the cold source and is returned to the exchange line 17, in a closed circuit.
  • a heat transfer fluid B transfers heat to the methane 47 (at an intermediate level of the exchange line 17 near where the methane 47 vaporizes at least partially), is heated in the heat pump using the magnetocaloric effect 31 at the hot source and is returned to the exchange line 17, in a closed circuit.
  • the liquid to be vaporized is not necessarily first heated in the exchange line 17, before making a heat exchange with the heat pump using the magnetocaloric effect.

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Abstract

Dans un procédé de séparation d'un mélange gazeux par séparation à température subambiante, un mélange gazeux à une première pression est refroidi, puis séparé dans une unité de séparation(23, 25), un liquide (47) est soutiré de l'unité de séparation et vaporisé pour former un produit gazeux sous pression, et une partie au moins de la chaleur de vaporisation du liquide est fournie par une pompe à chaleur (31) utilisant l'effet magnétocalorique dont la source chaude échange de la chaleur, directement ou indirectement, avec le liquide qui se vaporise.

Description

Procédé et appareil de séparation d'un mélange gazeux à température subambiante La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séparation d'un mélange gazeux, par exemple l'air, à température subambiante, voire cryogénique.
Pour produire un gaz de l'air sous pression, il est connu de vaporiser un liquide pressurisé soutiré d'une colonne de distillation par échange de chaleur contre un autre gaz pressurisé du procédé, généralement de l'air pressurisé à haute pression. Cette vaporisation s'effectue généralement en envoyant le liquide pressurisé dans au moins un passage d'une ligne d'échange, l'autre gaz pressurisé étant envoyé se refroidir dans au moins un autre passage de cette ligne d'échange, le transfert de chaleur latente de l'autre gaz pressurisé au liquide pressurisé étant indirect, car il s'effectue à travers la paroi du passage.
Si le liquide est pressurisé à une pression supercritique, la pseudovaporisation remplace la vaporisation. Dans ce qui suit, le terme « vaporisation » couvre également la pseudo-vaporisation. Si l'autre gaz est pressurisé à une pression supercritique, la pseudo-condensation remplace la condensation. Dans ce qui suit, le terme « condensation » couvre également la pseudo-condensation.
Les pourcentages concernant les puretés dans ce document sont des pourcentages molaires.
La séparation peut s'effectuer dans au moins une colonne de distillation et/ou au moins une colonne d'absorption et/ou au moins un pot séparateur et/ou au moins une membrane et/ou par déflegmation.
La réfrigération magnétique repose sur l'utilisation de matériaux magnétiques présentant un effet magnétocalorique. Réversible, cet effet se traduit par une variation de leur température lorsqu'ils sont soumis à l'application d'un champ magnétique externe. Les plages optimales d'utilisation de ces matériaux se situent au voisinage de leur température de Curie (Te). En effet, plus les variations d'aimantation, et par conséquent les changements d'entropie magnétique, sont élevés, plus les changements de leur température sont élevés. L'effet magnétocalorique est dit direct lorsque la température du matériau augmente quand il est mis dans un champ magnétique, indirect lorsqu'il se refroidit quand il est mis dans un champ magnétique. La suite de la description sera faite pour le cas direct, mais la transposition au cas indirect est évidente pour l'homme de l'art. Il existe plusieurs cycles thermodynamiques basés sur ce principe. Un cycle classique de réfrigération magnétique consiste i) à magnétiser le matériau pour en augmenter la température, ii) à refroidir le matériau à champ magnétique constant pour rejeter de la chaleur, iii) à démagnétiser le matériau pour le refroidir, et iv) à chauffer le matériau à champ magnétique constant (en général, nul) pour capter la chaleur.
Un dispositif de réfrigération magnétique met en œuvre des éléments en matériau magnétocalorique, qui génèrent de la chaleur lorsqu'ils sont magnétisés et absorbent de la chaleur lorsqu'ils sont démagnétisés. Il peut mettre en œuvre un régénérateur à matériau magnétocalorique pour amplifier la différence de température entre la « source chaude » et la « source froide » : on parie alors de réfrigération magnétique à régénération active. Cet effet est décrit dans l'article de Techniques de l'Ingénieur de 2005 de Lebouc intitulé « Réfrigération magnétique ».
Il est connu d'utiliser l'effet magnétocalorique pour fournir du froid à un procédé de séparation à température subambiante dans EP-A-2551005 ou encore US-A-6502404.
La présente invention pose le problème de comment vaporiser un liquide issu de la séparation en réduisant le rapport de pression entre le gaz à condenser et le liquide à vaporiser normalement nécessaire pour un échange de chaleur à travers un échangeur.
Selon la présente invention, au moins une partie de la chaleur requise pour vaporiser un liquide d'une séparation provient d'une pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique.
Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'un mélange gazeux par séparation à température subambiante, voire cryogénique, dans lequel un mélange gazeux à une première pression est refroidi, puis séparé dans une unité de séparation, par exemple un système de colonnes comprenant au moins une colonne. Un liquide est soutiré de l'unité de séparation et vaporisé pour former un produit gazeux sous pression, éventuellement après pressurisation à une pression supérieure ou après dépressurisation à une pression inférieure à la pression à laquelle il est soutiré, caractérisé en ce qu'une partie au moins de la chaleur de vaporisation du liquide est fournie par une pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique dont la source chaude échange de la chaleur, directement ou indirectement, avec le liquide qui se vaporise.
Selon d'autres objets facultatifs de l'invention :
la source froide de la pompe à chaleur échange de la chaleur avec au moins une partie du mélange gazeux et/ou d'un gaz issu du procédé de séparation qui se refroidit, voire se condense au moins partiellement ;
le liquide vaporisé contient au moins 70% d'oxygène, ou au moins 80% d'azote, ou au moins 60% de dioxyde de carbone, ou au moins 60% de méthane ou au moins 60% de monoxyde de carbone ;
- la séparation s'effectue par distillation et le système comprend au moins une colonne de distillation ;
un fluide, participant à la séparation ou non, est mis en contact direct avec un matériau magnétocalorique de la pompe à chaleur ;
l'échange thermique est au moins en partie réalisé entre au moins un fluide participant à la séparation ou non et un fluide caloporteur en contact avec un matériau magnétocalorique de la pompe à chaleur à travers un échangeur ;
l'échange thermique est au moins en partie réalisé entre au moins un fluide participant à la séparation ou non et le fluide caloporteur ayant été en contact avec un matériau magnétocalorique de la pompe à chaleur à travers un circuit caloporteur intermédiaire ;
le mélange gazeux est l'air, le liquide pressurisé est riche en oxygène ou en azote, tout le mélange gazeux est comprimé jusqu'à une unique pression et au moins une partie du mélange gazeux est au moins partiellement condensée transférant de la chaleur vers la source froide de la pompe à chaleur ;
- le mélange gazeux est l'air, le liquide pressurisé est riche en oxygène ou en azote, tout le mélange gazeux est comprimé jusqu'à une première pression, une partie du mélange gazeux est comprimée de la première pression jusqu'à une deuxième pression supérieure à la première pression et au moins une partie du mélange gazeux comprimé à la deuxième pression est au moins partiellement condensé transférant de la chaleur vers la source froide de la pompe à chaleur.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'un mélange gazeux par séparation à température subambiante, voire cryogénique, comprenant des moyens de refroidissement pour refroidir un mélange gazeux à une première pression , une unité de séparation, par exemple un système de colonnes comprenant au moins une colonne, reliée aux moyens de refroidissement, une conduite pour soutirer un liquide de l'unité de séparation, des moyens pour vaporiser le liquide pour former un produit gazeux sous pression, éventuellement en aval de moyens de pressurisation à une pression supérieure ou de dépressurisation à une pression inférieure à la pression à laquelle il est soutiré, caractérisé en ce qu'il comprend par une pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique capable de fournir une partie au moins de la chaleur de vaporisation du liquide ainsi que des moyens permettant la source chaude de la pompe à chaleur d'échanger de la chaleur, directement ou indirectement, avec le liquide qui se vaporise.
L'appareil peut comprendre
des moyens pour permettre un échange de chaleur entre la source froide de la pompe à chaleur et au moins une partie du mélange gazeux et/ou d'un gaz issu du procédé de séparation qui se refroidit, voire se condense au moins partiellement ;
des moyens pour soutirer un liquide contenant au moins 70% d'oxygène, ou au moins 80% d'azote, ou au moins 60% de dioxyde de carbone, ou au moins 60% de méthane ou au moins 60% de monoxyde de carbone ;
la séparation s'effectue par distillation et le système comprend au moins une colonne de distillation ;
des moyens pour mettre en contact direct un fluide, participant à la séparation ou non, et un matériau magnétocalorique de la pompe à chaleur ; l'échange thermique est au moins en partie réalisé entre au moins un fluide participant à la séparation ou non et un fluide caloporteur en contact avec un matériau magnétocalorique de la pompe à chaleur à travers un échangeur ;
l'échange thermique est au moins en partie réalisé entre au moins un fluide participant à la séparation ou non et le fluide caloporteur ayant été en contact avec un matériau magnétocalorique de la pompe à chaleur à travers un circuit caloporteur intermédiaire ;
le mélange gazeux est l'air, le liquide pressurisé est riche en oxygène ou en azote, un compresseur pour comprimer tout le mélange gazeux jusqu'à une unique pression et des moyens pour transférer de la chaleur d'au moins une partie du mélange gazeux au moins partiellement condensée vers la source froide de la pompe à chaleur ;
le mélange gazeux est l'air, le liquide pressurisé est riche en oxygène ou en azote, tout le mélange gazeux est comprimé jusqu'à une première pression ;
- un compresseur pour comprimer une partie du mélange gazeux de la première pression jusqu'à une deuxième pression supérieure à la première pression et des moyens pour transférer de la chaleur d'au moins une partie du mélange gazeux comprimé à la deuxième pression vers la source froide de la pompe à chaleur.
Une pompe à chaleur est un dispositif thermodynamique permettant de transférer une quantité de chaleur d'un milieu considéré comme « émetteur » dit « source froide » d'où l'on extrait la chaleur vers un milieu considéré comme « récepteur » dit « source chaude » où l'on fournit la chaleur, la source froide étant à une température plus froide que la source chaude.
Le cycle classique utilisé dans l'état de l'art pour ce type d'application est un cycle thermodynamique de compression - refroidissement (condensation) - détente - réchauffement (vaporisation) d'un fluide frigorifique.
La figure 12 du document « TECHNIQUES DE L'INGENIEUR - Réfrigération magnétique de 2005 » montre un gain d'un facteur 2 sur le coefficient de performance d'un système frigorifique utilisant un cycle magnétique par rapport au cycle classique. Une température ambiante est la température de l'air ambiant dans lequel se situe le procédé, ou encore une température d'un circuit d'eau de refroidissement en lien avec la température d'air.
Une température subambiante est au moins 10°C inférieure à la température ambiante.
Une température cryogénique est inférieure à -50°C.
L'invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures 1 à
8.
La Figure 1 montre un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique. L'appareil comprend une ligne d'échange de chaleur 17 et une double colonne de séparation d'air comprenant une colonne moyenne pression 23 et une colonne basse pression 25 reliées thermiquement au moyen d'un vaporiseur-condenseur 27.
De l'air 1 est comprimé dans un compresseur 3 jusqu'à une pression de 5.5 bara.
L'air comprimé est refroidi dans le refroidisseur 5 pour former un débit refroidi
7 qui est épuré pour enlever l'eau et le dioxyde de carbone et d'autres impuretés dans une unité d'adsorption 9.
L'air épuré est divisé en deux. Une partie 8 se refroidit en traversant entièrement la ligne d'échange 17 jusqu'à une température de -170°C environ. Elle est ensuite divisée en deux. Une partie 19 sert de source froide pour la pompe à chaleur 31 utilisant l'effet magnétocalorique. Le reste 21 est envoyé se séparer sous forme gazeuse en cuve de colonne moyenne pression 23.
La partie 19 se refroidit et se liquéfie par échange de chaleur dans la pompe à chaleur 31 pour former le débit 37. Le débit 37 est divisé en une partie 39 qui est envoyée à la colonne moyenne pression 23 et une partie 41 qui est refroidie dans le sous-refroidisseur 43, détendue puis envoyée à la colonne basse pression 25.
Un liquide enrichi en oxygène 33 est soutiré de la cuve de la colonne moyenne pression 23, refroidi dans le sous-refroidisseur 43 et envoyé à la colonne basse pression 25. Un liquide enrichi en azote 35 est soutiré de la tête de la colonne moyenne pression 23, refroidi dans le sous-refroidisseur 43 et envoyé à la tête de la colonne basse pression 25. De l'air 1 1 est surpressé dans un surpresseur 13, refroidi en partie dans la ligne d'échange 17, détendu dans la turbine d'insufflation 15 et envoyé à la colonne basse pression 25.
Un gaz riche en azote 45 est soutiré de la tête de la colonne basse pression 25, réchauffé dans le sous-refroidisseur 43 et dans la ligne d'échange 17 pour servir au moins en partie de gaz pour la régénération de l'unité d'adsorption 9. Du gaz riche en azote 49 est soutiré de la tête de la colonne moyenne pression 23, réchauffé dans la ligne d'échange 17 et sert de produit. De l'oxygène liquide 47 est soutiré de la colonne basse pression 25, pressurisé par une pompe 29 et réchauffé partiellement dans la ligne d'échange 17. Ensuite, le liquide réchauffé est sorti de la ligne d'échange 17, vaporisé au moins partiellement dans la pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 où il sert de source chaude et renvoyé à la ligne d'échange 17, soit pour terminer la vaporisation et se réchauffer soit uniquement pour se réchauffer. L'oxygène ainsi obtenu sert de produit.
Dans la Figure 2, à la différence de la Figure 1 , tout l'air 8 se refroidit dans la ligne d'échange 17 pour former le débit 19 qui se condense partiellement dans la pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 pour former le débit 37. Tout le débit 37 est envoyé en cuve de la colonne moyenne pression 23.
Dans la Figure 3, l'air épuré est divisé en trois parties. Une partie 1 1 est envoyée au surpresseur 13 comme dans les Figures 1 et 2. Une autre partie 8 se refroidit en traversant entièrement la ligne d'échange 17 puis est envoyée en cuve de la colonne 23. Le reste de l'air 12 est surpressé dans un surpresseur 14, envoyé à la ligne d'échange 17 où il se refroidit jusqu'à un niveau intermédiaire. Ensuite, l'air 12 partiellement refroidi est condensé au moins en partie dans la pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 où il sert de source froide. L'air au moins en partie condensé est réintroduit dans la ligne d'échange 17 où il se refroidit encore. L'air encore refroidi dans la ligne d'échange sort du bout froid de celle-ci et est divisé en deux parties. La première partie 16 est détendue et envoyée en cuve de la colonne moyenne pression 23. La deuxième partie 18 est refroidie dans le sous- refroidisseur 43, détendue et envoyée à la colonne basse pression. Dans la Figure 4, à la différence de la figure 1 , de l'oxygène liquide 51 est aussi soutiré de la colonne basse pression 25, refroidi dans le sous-refroidisseur 43 et sert de produit liquide. La proportion d'oxygène produit liquide peut représenter jusqu'à plus de la moitié de l'oxygène gazeux produit sous pression.
Dans la Figure 5, à la différence des autres figures, le liquide 47 se vaporise par échange de chaleur avec de l'azote 53 de la colonne basse pression 23 à l'aide de la pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31. L'azote gazeux 53 qui sert de source froide se liquéfie et est renvoyé en tête de la colonne 23 pour fournir du reflux. Dans ce cas, tout l'air épuré est soit envoyé au surpresseur 13, refroidi et détendu soit refroidi et envoyé à la distillation.
La Figure 6 est apparentée à la Figure 3. A la différence de la Figure 3, le fluide 12, respectivement 47 qui est lié thermiquement de façon indirecte à la source froide, respectivement la source chaude de la pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 ne sort pas de la ligne d'échange 17. Un fluide caloporteur A transfère de la chaleur de l'air 12 provenant du surpresseur 14 (à un niveau intermédiaire de la ligne d'échange 17 à proximité de l'endroit où l'air 12 se condense au moins partiellement), se refroidit dans la pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 au niveau de la source froide et est renvoyé à la ligne d'échange 17, en circuit fermé. Un fluide caloporteur B transfère de la chaleur vers l'oxygène 47 (à un niveau intermédiaire de la ligne d'échange 17 à proximité de l'endroit où l'oxygène 47 se vaporise au moins partiellement), se réchauffe dans la pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 au niveau de la source chaude et est renvoyé à la ligne d'échange 17, en circuit fermé.
Les fluides caloporteurs A et B peuvent être identiques ou différents.
L'invention pourrait également s'appliquer aux procédés de séparation d'autres mélanges. Par l'exemple, dans les Figures 1 à 6, l'air pourrait être remplacé par un mélange contenant comme composants principaux le méthane et/ou l'azote et/ou le dioxyde de carbone et/ou le monoxyde de carbone et/ou l'hydrogène.
La Figure 7 est une figure générique, illustrant la vaporisation au moins partielle de liquide 47 selon l'invention. Le liquide 47 peut provenir d'une unité de séparation, par exemple d'une colonne de distillation ou d'absorption, d'un séparateur de phase, d'un déflegmateur ou d'une membrane. Il peut être vaporisé dans l'échangeur 17 suite à une pressurisation (par exemple dans une pompe ou par hauteur hydrostatique) ou une dépressurisation (par exemple, dans une vanne ou une turbine). Il peut contenir par exemple au moins 70% d'oxygène, au moins 80% d'azote, au moins 60% de dioxyde de carbone ou au moins 60% de méthane ou au moins 60% de monoxyde de carbone. Le fluide 12 qui fournit la chaleur directement ou indirectement à la source froide peut être le fluide à séparer dans l'unité de séparation, un fluide séparé dans l'unité de séparation ou un autre fluide. Ce fluide 12 se condense au moins partiellement.
L'échangeur 17 peut également servir à réchauffer et/ou à refroidir au moins un autre fluide 8, 45.
La pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 permet l'échange de chaleur entre le fluide 12 (par exemple de l'air) qui sert de source froide et le liquide 47 (par exemple un liquide contenant au moins 70% d'oxygène) qui sert de source chaude.
La Figure 7 peut être modifiée pour utiliser au moins un fluide caloporteur en circuit fermé qui transfère la chaleur vers et/ou de la pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31.
La Figure 8 montre un appareil de séparation cryogénique d'un mélange de méthane et d'azote (typiquement 85% de méthane). L'appareil comprend une ligne d'échange de chaleur 17 et une double colonne de séparation comprenant une colonne moyenne pression 23 et une colonne basse pression 25 reliées thermiquement au moyen d'un vaporiseur-condenseur 27.
Le mélange de méthane et d'azote sous haute pression 8 se refroidit et se condense partiellement dans la ligne d'échange 17. Il est ensuite détendu vers une colonne à distiller à moyenne pression 23. Cette détente participe à la tenue en froid de l'appareil.
Un liquide enrichi en méthane 33 est soutiré de la cuve de la colonne moyenne pression 23, refroidi dans le sous-refroidisseur 43 et envoyé à la colonne basse pression 25. Un liquide enrichi en azote 35 est soutiré de la tête de la colonne moyenne pression 23, refroidi dans le sous-refroidisseur 43A et envoyé à la tête de la colonne basse pression 25.
Un gaz riche en azote 45 est soutiré de la tête de la colonne basse pression 25, réchauffé dans les sous-refroidisseurs 43A, 43 et dans la ligne d'échange 17. Du méthane liquide 47 est soutiré de la colonne basse pression 25, pressurisé par une pompe 29 et puis est réchauffé, puis vaporisé dans la ligne d'échange 17, puis le méthane liquide vaporisé continue à se réchauffer dans la ligne d'échange 17. Le méthane gazeux peut être directement valorisé comme produit sans compression supplémentaire dans un compresseur.
Un fluide caloporteur A transfère de la chaleur du mélange 12 (à un niveau intermédiaire de la ligne d'échange 17 à proximité de l'endroit où le mélange 12 se condense au moins partiellement), se refroidit dans la pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 au niveau de la source froide et est renvoyé à la ligne d'échange 17, en circuit fermé. Un fluide caloporteur B transfère de la chaleur vers le méthane 47 (à un niveau intermédiaire de la ligne d'échange 17 à proximité de l'endroit où le méthane 47 se vaporise au moins partiellement), se réchauffe dans la pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 au niveau de la source chaude et est renvoyé à la ligne d'échange 17, en circuit fermé.
Dans l'ensemble des figures, le liquide à vaporiser n'est pas forcement d'abord réchauffé dans la ligne d'échange 17, avant de faire un échange de chaleur avec la pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique.

Claims

Revendications
1. Procédé de séparation d'un mélange gazeux par séparation à température subambiante, voire cryogénique, dans lequel un mélange gazeux à une première pression est refroidi, puis séparé dans une unité de séparation (23, 25), par exemple un système de colonnes comprenant au moins une colonne, un liquide (47) est soutiré de l'unité de séparation et vaporisé pour former un produit gazeux sous pression, éventuellement après pressurisation à une pression supérieure ou après dépressurisation à une pression inférieure à la pression à laquelle il est soutiré, caractérisé en ce qu'une partie au moins de la chaleur de vaporisation du liquide est fournie par une pompe à chaleur (31 ) utilisant l'effet magnétocalorique dont la source chaude échange de la chaleur, directement ou indirectement, avec le liquide qui se vaporise.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la source froide de la pompe à chaleur (31 ) échange de la chaleur avec au moins une partie du mélange gazeux (8) et/ou d'un gaz (37) issu du procédé de séparation qui se refroidit, voire se condense au moins partiellement.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le liquide vaporisé (47) contient au moins 70% d'oxygène, ou au moins 80% d'azote, ou au moins 60% de dioxyde de carbone, ou au moins 60% de méthane ou au moins 60% de monoxyde de carbone.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la séparation s'effectue par distillation et le système comprend au moins une colonne de distillation (23, 25).
5 Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un fluide, participant à la séparation ou non, est mis en contact direct avec un matériau magnétocalorique de la pompe à chaleur (31 ).
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'échange thermique est au moins en partie réalisé entre au moins un fluide participant à la séparation ou non et un fluide caloporteur en contact avec un matériau magnétocalorique de la pompe à chaleur à travers un échangeur.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'échange thermique est au moins en partie réalisé entre au moins un fluide participant à la séparation ou non et le fluide caloporteur ayant été en contact avec un matériau magnétocalorique de la pompe à chaleur à travers un circuit caloporteur intermédiaire (A).
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le mélange gazeux est l'air, le liquide pressurisé est riche en oxygène ou en azote, tout le mélange gazeux est comprimé jusqu'à une unique pression et au moins une partie du mélange gazeux est au moins partiellement condensée transférant de la chaleur vers la source froide de la pompe à chaleur.
9 Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le mélange gazeux (7) est l'air, le liquide pressurisé est riche en oxygène ou en azote, tout le mélange gazeux est comprimé jusqu'à une première pression, une partie (11 ,12) du mélange gazeux est comprimée de la première pression jusqu'à une deuxième pression supérieure à la première pression et au moins une partie du mélange gazeux comprimé à la deuxième pression est au moins partiellement condensée transférant de la chaleur vers la source froide de la pompe à chaleur.
10 Appareil de séparation d'un mélange gazeux par séparation à température subambiante, voire cryogénique, comprenant des moyens de refroidissement (17) pour refroidir un mélange gazeux à une première pression , une unité de séparation (23, 25), par exemple un système de colonnes comprenant au moins une colonne, reliée aux moyens de refroidissement, une conduite pour soutirer un liquide (47) de l'unité de séparation, des moyens (17) pour vaporiser le liquide pour former un produit gazeux sous pression, éventuellement en aval de moyens de pressurisation à une pression supérieure ou de dépressurisation à une pression inférieure à la pression à laquelle il est soutiré, caractérisé en ce qu'il comprend une pompe à chaleur (31 ) utilisant l'effet magnétocalorique capable de fournir une partie au moins de la chaleur de vaporisation du liquide ainsi que des moyens permettant la source chaude de la pompe à chaleur d'échanger de la chaleur, directement ou indirectement, avec le liquide qui se vaporise.
1 1. Appareil selon la revendication 10 comprenant des moyens pour permettre un échange de chaleur entre la source froide de la pompe à chaleur (31 ) et au moins une partie (12) du mélange gazeux et/ou d'un gaz (37) issu du procédé de séparation qui se refroidit, voire se condense au moins partiellement.
12. Appareil selon la revendication 10 ou 1 1 comprenant des moyens pour soutirer un liquide (47) contenant au moins 70% d'oxygène, ou au moins 80% d'azote, ou au moins 60% de dioxyde de carbone, ou au moins 60% de méthane ou au moins 60% de monoxyde de carbone.
13. Appareil selon la revendication 10, 1 1 ou 12 comprenant au moins une colonne de distillation (23, 25).
14. Appareil selon la revendication 10, 1 1 , 12 ou 13 comprenant des moyens pour mettre en contact direct un fluide, participant à la séparation ou non, et un matériau magnétocalorique de la pompe à chaleur (31 ).
15. Appareil selon l'une des revendications 10 à 14 comprenant un échangeur dans lequel l'échange thermique est au moins en partie réalisé entre au moins un fluide participant à la séparation ou non et un fluide caloporteur en contact avec un matériau magnétocalorique de la pompe à chaleur (31 ).
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3033257A1 (fr) 2015-03-05 2016-09-09 Air Liquide Procede et appareil de separation d’un melange gazeux a temperature subambiante
FR3033395A1 (fr) 2015-03-05 2016-09-09 Air Liquide Procede et appareil de compression d’un gaz
WO2019126927A1 (fr) * 2017-12-25 2019-07-04 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Appareil de séparation d'air monobloc avec échangeur de chaleur principal inverse

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4345925A (en) * 1980-11-26 1982-08-24 Union Carbide Corporation Process for the production of high pressure oxygen gas
US4987744A (en) * 1990-01-26 1991-01-29 Union Carbide Industrial Gases Technology Corporation Cryogenic distillation with unbalanced heat pump
US5722259A (en) * 1996-03-13 1998-03-03 Air Products And Chemicals, Inc. Combustion turbine and elevated pressure air separation system with argon recovery
US6467274B2 (en) * 2000-05-05 2002-10-22 University Of Victoria Innovations & Development Corp. Apparatus and methods for cooling and liquefying a fluid using magnetic refrigeration
US6293106B1 (en) * 2000-05-18 2001-09-25 Praxair Technology, Inc. Magnetic refrigeration system with multicomponent refrigerant fluid forecooling
US6336331B1 (en) * 2000-08-01 2002-01-08 Praxair Technology, Inc. System for operating cryogenic liquid tankage
US6502404B1 (en) * 2001-07-31 2003-01-07 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system using magnetic refrigeration
GB0119500D0 (en) * 2001-08-09 2001-10-03 Boc Group Inc Nitrogen generation
CH695836A5 (fr) * 2002-12-24 2006-09-15 Ecole D Ingenieurs Du Canton D Procédé et dispositif pour générer en continu du froid et de la chaleur par effet magnetique.
DE102005029274A1 (de) * 2004-08-17 2006-02-23 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines gasförmigen Druckprodukts durch Tieftemperatur-Zerlegung von Luft
US20080016907A1 (en) * 2006-07-18 2008-01-24 John Arthur Barclay Active gas regenerative liquefier system and method
EP1972875A1 (fr) * 2007-03-23 2008-09-24 L'AIR LIQUIDE, S.A. pour l'étude et l'exploitation des procédés Georges Claude Procédé et dispositif pour la séparation cryogénique d'air
US20130025294A1 (en) * 2011-07-28 2013-01-31 Christian Vogel System and method for carbon dioxide removal

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2015036673A2 *

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