FR2715579A1 - Procédé de séparation de composants gazeux. - Google Patents

Procédé de séparation de composants gazeux. Download PDF

Info

Publication number
FR2715579A1
FR2715579A1 FR9401032A FR9401032A FR2715579A1 FR 2715579 A1 FR2715579 A1 FR 2715579A1 FR 9401032 A FR9401032 A FR 9401032A FR 9401032 A FR9401032 A FR 9401032A FR 2715579 A1 FR2715579 A1 FR 2715579A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
oxygen
magnetic
periphery
nitrogen
fluid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
FR9401032A
Other languages
English (en)
Inventor
Champeau Andre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to FR9401032A priority Critical patent/FR2715579A1/fr
Publication of FR2715579A1 publication Critical patent/FR2715579A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/32—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by electrical effects other than those provided for in group B01D61/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/24—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by centrifugal force
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
    • B01J19/2405—Stationary reactors without moving elements inside provoking a turbulent flow of the reactants, such as in cyclones, or having a high Reynolds-number
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/035—Open gradient magnetic separators, i.e. separators in which the gap is unobstructed, characterised by the configuration of the gap
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/30—Combinations with other devices, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C3/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C3/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex flow following a screw-thread type line remains unchanged ; Devices in which one of the two discharge ducts returns centrally through the vortex chamber, a reverse-flow vortex being prevented by bulkheads in the central discharge duct
    • B04C3/04—Multiple arrangement thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C5/00—Apparatus in which the axial direction of the vortex is reversed
    • B04C5/08—Vortex chamber constructions
    • B04C5/10—Vortex chamber constructions with perforated walls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C7/00—Apparatus not provided for in group B04C1/00, B04C3/00, or B04C5/00; Multiple arrangements not provided for in one of the groups B04C1/00, B04C3/00, or B04C5/00; Combinations of apparatus covered by two or more of the groups B04C1/00, B04C3/00, or B04C5/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04C—APPARATUS USING FREE VORTEX FLOW, e.g. CYCLONES
    • B04C9/00—Combinations with other devices, e.g. fans, expansion chambers, diffusors, water locks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
    • B01J2219/00164—Controlling or regulating processes controlling the flow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J2219/085—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy creating magnetic fields
    • B01J2219/0852—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy creating magnetic fields employing permanent magnets

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé de séparation magnéto-centrifuge de gaz contenant des composants de caractéristiques magnétiques différentes, en particulier l'air. L'oxygène, paramagnétique, peut être séparé efficacement de l'azote, diamagnétique, en combinant les actions dynamiques et de structuration s'exerçant sur le fluide. Le procédé met en œuvre un ensemble de champs magnétiques radiaux engendrés par des aimants permanents fixes disposés à l'intérieur de dispositifs modulaires traversés par le fluide en rotation rapide.

Description

PROCEDE DE SEPARATION DE COMPOSANTS GAZEUX
La présente invention concerne un procédé de sépara
tion magnéto-centrifuge de fluides à i'état gazeux.
Dans les techniques actuelles, la séparation des composants d'un mélange gazeux peut être effectuée par distillation frac tionnée du mélange en phase iiquide.
Les techniques d'absorption et d'adsorption sélective sont également utilisées sous des formes très diverses.
Plus récemment des procédés utilisent des membranes poreuses permettant la séparation de molécules de tailles différentes.
Les procédés utilisant des champs centrifuges très élevés ont été appliqués à la séparation des isotopes de l'uranium mis sous forme de composés gazeux.
La séparation des constituants de l'air fait appel aux trois premières méthodes.
Les procédés cryogéniques conviennent particulièrement pour
les productions importantes, au moins 100 t/j. Les procédés par adsorption utilisant des tamis moléculaires sont bien adaptés aux installations de moyenne importance, de 10 à 100t/
j. Pour ces procédés la consommation d'énergie est de l'ordre de 0,5 kWh/Nm3. Quant aux procédés à membrane ils paraissent
économiques pour les petites installations, jusqu'à 10 t/h,
où l'on ne recherche pas une pureté élevée.
Le procédé objet de la présente invention répond à une orien
tation de la demande vers la satisfaction de besoins en oxy
gène, et ou azote,à des concentrations de lordre de 90%, à
des cuûts nettement moins élevés qu'avec les procédés décrits
ci-dessus.
Extèmement simple de fonctionnement, continu, peu côuteux en
investissement et exploitation, ce procédé trouvera de nom
breuses applications de tailles très diverses.
La présente invention est basée notamment sur les propriétés
paramagnétiques bien connues de l'oxygène, tandis que i'azote
est diamagnétique.
L'oxygène, dont l'atome comporte 8 électrons, dont 2 non appa
riés engendrent par leur Spin un moment magnétique relative- ment élevé. Mises en présence u"0n champ magnétique, les mollé cuies d'oxygène sont attirées tandis qu'eiles alignent leurs moment parallèlement au champ. La slsceptibilité magnétique, nombre sans dimension, caractérise quantitativement cette pro priété. Pcur l'oxygène aux conditions normales, x= 0,16.10 -6
Celle de l'azote est de l'ordre de -0,02.10 -7.
La force s'appliquant à une particule de volume v est donnée par l'équation: Fx-x.v.B. dB/dx qu'on peut également mettre sous la forme: Fx= 1/2 x.v.d(B)2idx
Cette équation indique la direction de la force vers les champs croissants et son intensité.
Les forces magnétiques ainsi développées dans un champ magnétique variable sont relativement très faibles,même pour l'oxy gène. A première vue l'emploi de champs magnétiques très importants paraît donc indispensable. C'est ainsi qu'une invention japonaise des années 80 mentionne l'utilisation de champs obtenus avec des matériaux supraconducteurs.
La présente invention est caractérisée par la mise en oeuvre particulière de deux effets combinés: celle d'un champ centrifuge associé à un cnamp magnétique engendré par un ensemble d'aimants permanents convenablement disposés. Cette combinaison peut être réalisée, d'une manière préférentielle mais non limitative, avec un appareillage du type multicyclone de caractère modulaire. I1 est possible, en effet, avec ces appa reils, de développer des champs centrifuges élevés pouvant atteindre aisément 15.000 g.
Simultanément, le fluide en rotation rapide dans l'espace an nuiaire de l'appareil, soumis à l'effet d'un ensemble d'aimants disposés radialement, reçoit une série d'impulsions dirigées suivant une trajectoire tangentielle.
En outre, le champ magnétique a pour effet de développer une certaine structuration dans le fluide qui le traverse.
Cet effet est analogue à celui observé avec les fluides électro-rhéologiques soumis à un champ électrique. Ii y a formation de chaînes de particules, alignées suivant les lignes de forces, constituées d'une succession d'éléments bipolaires.
Ces chaines induisent une structuration en colonnes, réduisant les effets de L'agitatialthermque.
D'une manière analogue, le champ magnétique radial, alignant les molécules bipolaires d'oxygéne dans le sens du champ, il s'agit de dipoles magnétiques, doit provoquer des effets similaires d'assemblage et d'in duction, facilitant ainsi les transferts de celles-ci vers la périphérie de l'appareil.
La comparaison de l'énergie magnétique: l/2.x.B2 et de 1'éner- gie thermique: 3/2 k.T perturbatrice, pouvant se trouver dans le rapport de 10 à 1 pourrait justifier ce comportement.
Ainsi, les deux champs de forceudécrits ci-dessus se conjuguent étroitement pour provoquer la séparation de l'oxygène, paramagnétique et plus dense, vers la périphérie de la capaci té annulaire du dispositif tandis que l'azote, diamagnétique et plus léger, se rassemble dans la partie centrale.
L'évacuation de l'oxygène s'effectue par des éléments poreux cylindriques en matériau non magnétique, situés à la partie extérieure basse de la capacité annulaire. L'azote peut être extrait par un dispositif analogue entourant la part le interne de l'enceinte annulaire. Un dispositif de régulation commande 1 'extraction de 1 'oxygène.
L'invention sera mieux compriseà travers la description qui suit, faite au regard de la fiaure I qui représente schématiquement un module "multimagnéto-cyclonique".
Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend une capaci té annulaire 1 réalisée vn matériaux non magnétiques. I1 comporte une tubulaire d'introduction du fluide à traiter 2, en l'espèce l'air, dont l'entrée tangentielle à la capacité annulaire 1 présente une section rectangulaire allongée. Cette tubulure 2 réalisée en matériau analogue à 1: matière plastique de caractéristiques mécaniques adéquates, permet la mise en vitesse de l'air a un niveau de l'ordre de 100 m/sec., sans que ce soit limitatif.
L'air entrant à grande vitesse à la partie supérieure de la capacité annulaire 1 est ainsi soumis à un mouvement de rotation très rapide, en rapport inverse du diamètre de cette capacité, e champ centrifuge résultant atteignant facilement 15.000 g et pouvant être accru si nécessaire pour augmenter effet de séparation.
D'autre part, une double série d'aimants permanents 3 et 4, ceìnturant, ou mieux incorporés à la paroi de l'enceinte 1, développe des champs magnétiques radiaux dirigés vers l'extérieur, dont l'intensité peut être de l'ordre de 5.000 Gauss.
D'autres paires d'aimants telles que 3 et 4 sont disposées à la périphérie de l'enceinte et sont montées sur les mêmes embases assurant la circulation interne des champs, afin de multiplier les effets d'impulsion, agissant essentiellement l'oxygène. Celui-ci se concentre ainsi à la périphérie de 1wu; la double action qui vient d'être décrite. Des éléments porreux 5 disposés à la partie inférieure de l'enceinte 1 permet tent l'extraction de l'oxygène d'une manière continue et sans exercer de perturbation sur le courant gazeux interne. L' oxygène extrait est recueilli dans des capacités annulaires externes non représentées sur la figure 1.
Un dispositif analogue, non représenté, permet i'extraction de l'azote à partir de a paroi interne de la capacité annulaire 1. L'extraction cornue de l'oxygène à partir des éléments 5 peut être contrôlée par un dispositif très simple de vanne réglant le débit d'extraction, commandée par un analyseur d'oxygène.
Le dispositif modulaire qui vient d'être décrit, fonctionnant à une pression voisine de la pression atmosphérique, est susceptible de fournir environ 10 Nm3/h d'oxygène. Un appareillage de production industrielle composé de 50 modules peut être facilement et économiquement réalisé pour fournir 500 m3/h d'oxygène. Il est alimenté par un ventilateur d'un débit de l'ordre de 2 50Q m3/h sous environ 12.000Pa (1.200mm CE), consommant environ 12 kWh.

Claims (6)

RVENDZCATIONS
1. Procédé continu de séparation des composants d'un d'un gaz et tout particulièrement de l'oxygène et de l'azote de air. mettant en oeuvre l'action combinée d un champ cen trifuge et d'un champ magnétique qui exerce ses effets sélectivement sur les molécules de comportement paramagnétique.
Cette combinaison d'effets est réalisée dans un module cylindrique annulaire alimenté tangentiellement par le gaz à traiter introduit à grande vitesse. Le flux gazeux est soumis à un ensemble de champs magnétiques radiaux répartis à la périphérie de la capacité annulaire. La combinaison des champs, centrifuge et magnétique, produit une séparation effet cace des deux composants principaux de l'air. L'oxygène est extrait à la périphérie tandis que l'azote est prélevé dans la partie interne de l'enceinte annulaire.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les champs magnétiques sont obtenus par une série d'aimants à hautes performances disposés pour obtenir des champs radiaux orientés vers l'extérieur. Les forces magnétiques agissant essentiel lement sur l'oxygène se développent grace au mouvement du fluid*elativement aux aimants et dans la même direction, par une série dt pulsations, entraînant l'oxy- gène vers la périphérie.
3 Procédé selon les revendications 1 et 2 selon lequel le courant gazeux est "structuré" sous l'effet du champ magnétique, favorisant ainsi l'action du champ centrifuge auquel il est soumis d'autre part. Le fluide est séparé en ses deux constituants essentieis: l'oxygène, plus lourd, se rassemble à la périphérie tandis que l'azote se concentre dans la zone centrale.
4. Procédé selon les revendications précédentes caracen ce que les composants gazeux, et notamment l'oxygène, sont extraits au travers de médiums poreux évitant ainsi de perturber le mouvement de rotation du fluide.
5. Procédé selon les revendications précédentes caractérise en ce que le dispositif de mise en oeuvre est modulaire re, l'appareíllaae ae production pouvant etre constitué d'une cinquantaine de modules identiques assemblés à l'inte rieur d'un caisson.
6. Procédé selon les revendications précédentes caractérisé en ce que les modules sont réalisés en matériaux non magnétiques, en matières plastiques notamment.
FR9401032A 1994-01-31 1994-01-31 Procédé de séparation de composants gazeux. Withdrawn FR2715579A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9401032A FR2715579A1 (fr) 1994-01-31 1994-01-31 Procédé de séparation de composants gazeux.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9401032A FR2715579A1 (fr) 1994-01-31 1994-01-31 Procédé de séparation de composants gazeux.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR2715579A1 true FR2715579A1 (fr) 1995-08-04

Family

ID=9459574

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR9401032A Withdrawn FR2715579A1 (fr) 1994-01-31 1994-01-31 Procédé de séparation de composants gazeux.

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2715579A1 (fr)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1032473B1 (fr) Dispositif et procede pour la separation d'un melange heterogene
US8641793B2 (en) Devices, systems, and methods for separation of feedstock components
EP0212999B1 (fr) Procédé d'extraction-séparation-fractionnement par fluides supercritiques et dispositif pour sa mise en oeuvre
WO2006063965A1 (fr) Dispositif d’injection de fluides a l’interieur d’un lit fluidifie rotatif
NO944765L (no) Innretning og fremgangsmåte for sentrifugalseparering av en fluidblanding i dens komponentdeler
US6716269B1 (en) Centrifuge and cascade for the separation of gases
BE1000524A4 (fr) Procede et dispositif de separation aerodynamique de composants d'un courant gazeux.
FR2715579A1 (fr) Procédé de séparation de composants gazeux.
US8597414B2 (en) Device and method for particle separation
EP0057119A1 (fr) Dispositif de traitement d'un fluide en vue d'en extraire une phase gazeuse
WO2004020106A1 (fr) Dispositif de recuperation de liquide dans un fluide diphasique et pile a combustible comportant un tel dispositif
CA1115649A (fr) Appareil pour la separation ou la concentration de melanges gazeux
US11185811B1 (en) Rotational mechanical gas separator
EP4329917A1 (fr) Systèmes et procédés de séparation de mélange
EP1311335B1 (fr) Procede et dispositif de separation ou d'enrichissement de la concentration dans un melange de composants gazeux ou liquides
US3955757A (en) Ultracentrifuge for separating fluid mixtures
EP0140769B1 (fr) Installation de traitement de matière en lit fluidisé
FR2912931A1 (fr) Dispositif pour separer des molecules et/ou particules dispersees dans un fluide
EP0153290A1 (fr) Procédé et appareillage pour séparer un mélange de fluides
FR2547211A1 (fr) Procede et dispositif de fractionnement de molecules et d'isotopes
RU2800023C1 (ru) Устройство для сепарации многокомпонентной среды
FR2697443A1 (fr) Dispositif et procédé pour effectuer la séparation de phases de conductivités différentes par électrocoalescence et centrifugation.
FR2599273A1 (fr) Separateur gaz liquide.
EP4124389A1 (fr) Système de filtration d'un aérosol au moyen d'une pluralité de séparateurs par effet cyclone et procédé de filtration
EP0036343A1 (fr) Compresseur à recyclage par trompe pour séparation isotopique par diffusion gazeuse

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse