FR3020669A1 - Procede et appareil d’epuration et de refroidissement d’un melange gazeux - Google Patents

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Abstract

Dans un procédé de refroidissement et d'épuration d'un mélange gazeux (1) contenant au moins une impureté, on refroidit le mélange gazeux contenant au moins une impureté jusqu'à une température égale ou inférieure à celle à laquelle l'au moins une impureté se solidifie dans un échangeur de chaleur (3,3A) ayant des passages de refroidissement, les passages de refroidissement étant au moins partiellement couverts d'un revêtement et/ou traités physiquement et/ou traités chimiquement, le revêtement et/ou le traitement servant à limiter, voire empêcher, la formation et/ou l'adhésion de l'impureté solidifiée sur une surface des passages, on recueille au moins une partie (5B, 19) de l'impureté solidifiée sortant des passages de refroidissement de l'échangeur de chaleur et/ou à un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur et on soutire le mélange gazeux de l'échangeur de chaleur.

Description

La présente invention est relative à un procédé et à un appareil d'épuration et de refroidissement d'un mélange gazeux. Lorsqu'un mélange gazeux doit être refroidi à une température inférieure à la température de liquéfaction, voire de solidification d'un des composants gazeux qu'il contient, ceci pose des problèmes particuliers. Si l'échangeur de chaleur utilisé pour refroidir le mélange gazeux est, par exemple, un échangeur à plaques et à ailettes comprenant des passages dans lesquels se refroidit le mélange gazeux, ces passages risquent d'être obstrués par la formation de solides sur les parois des passages. Ce problème est particulièrement bien connu des spécialistes de la séparation d'air car traditionnellement l'air à distiller était refroidi dans des échangeurs de chaleur et l'eau et le dioxyde de carbone contenus dans l'air se déposaient sur les parois des passages d'un premier échangeur. Avant le bouchage de ceux-ci, l'air était dirigé dans un autre échangeur de chaleur pour se refroidir alors que le premier échangeur de chaleur était réchauffé en y passant de l'azote pour fondre puis vaporiser l'eau et enlever le dioxyde de carbone.
Ces systèmes ont été délaissés depuis plusieurs décennies pour être remplacés par une épuration en amont de l'échangeur de chaleur. Dans ce schéma devenu courant, l'air est séché et décarbonaté par un procédé par adsorption dans l'épuration en tête et ensuite refroidi. Un objet de la présente invention est de proposer une alternative aux schémas classiques d'épuration et de refroidissement, voire liquéfaction, d'un mélange gazeux. Un objet de la présente invention est de proposer une alternative aux schémas classiques de purification des unités de séparation d'air et d'autres unités de séparation et/ou de liquéfaction, opérant à basse température. Parmi ces unités de liquéfaction, on peut citer les unités de liquéfaction d'air (par exemple pour stockage d'énergie, de liquéfaction d'un gaz produit en séparant l'air, par exemple l'azote et de liquéfaction de gaz naturel. D'autres exemples de l'unités de séparation comprennent par exemple les unités de séparation d'un mélange de dioxyde de carbone contenant au moins 30% de dioxyde de carbone ainsi que de l'hydrogène et/ou du méthane et/ou de l'oxygène et/ou du monoxyde de carbone à température subambiante. Les unités de séparation peuvent aussi être des unités de séparation cryogénique de mélanges d'hydrogène et/ou de monoxyde de carbone et/ou d'azote et/ou de méthane, le mélange contenant au moins 10% molaire d'au moins un de ces composants. L'exploration de nouvelles technologies de traitements de surface permet d'envisager de sécher et/ou décarbonater l'air directement dans l'échangeur principal de telle façon que l'eau condensée puis gelée et/ou le CO2 gelé aient une adhésion réduite voire qu'ils n'adhèrent plus sur les parois de celui-ci et donc que l'encrassement augmente jusqu'à ce que les passages côté air de l'échangeur soient bouchés. Il est connu de traiter des surfaces ou les couvrir avec un revêtement dans des domaines très différents de la séparation à basse température d'un mélange gazeux, en particulier pour réduire, voire empêcher, l'adhésion de la glace ou du givre sur des surfaces métalliques exposées aux éléments atmosphériques, tels que les avions, les éoliennes et les pylônes. Ces surfaces peuvent également dans certains cas réduire la quantité de glace formée. Un grand nombre de traitements de surface permettent de réduire l'adhésion de la glace. Ce sont des traitements dits « anti-glace passifs » qui en général sont à base de polymères de silicone ou de de fluorocarbone (liste non exhaustive) tel que décrit dans US-A- 2013/0305748. Par exemple, le polytétrafluoroethylène, le PTFE, également connu sous le nom de Teflon® permet une faible adhésion de la glace grâce à une faible tension de surface comme décrit dans M.G. Ferrick, N.D. Mulherin, B.A. Coutermarsh, G.D. Durell, L.A. Curtis, T.L. St. Clair, E.S. Weiser, R.J. Cano, T.M. Smith, C.G. Stevenson and E.C. Martinez, Journal of Adhesion Science and Technology, 26 (2012) 473. Le revêtement NUSIL® R2180 à base de polysiloxane permet également de réduire de manière significative l'adhésion de la glace. Des résultats similaires ont été obtenus à l'aide d'un autre revêtement à 30 base de carbone amorphe (DLC ou « Diamond Like Carbon ») tel que décrit dans US-A-8524318. D'autres exemples de revêtements permettant de limiter l'adhésion de la glace sur des alliages d'aluminium sont reportés par Menini et al. Cold Regions Science and Technology, 65 (2011) 65. Dans la plupart des cas, ces traitements augmentent l'hydrophobicité des surfaces, ce qui permet d'augmenter l'angle de contact de l'eau sur ces surfaces et donc de réduire les interactions entre l'eau et la surface. Ainsi, les surfaces qui permettent de réduire l'adhésion de la glace sont en général hydrophobes ou superhydrophobes comme décrit dans L. Foroughi Mobarakeh, R. Jafari and M.Farzaneh, Applied Surface Science, 284 (2013) 459. Il est également possible de réduire l'adhésion de la glace à l'aide de surfaces hétérogènes comportant à la fois des zones hydrophobes et hydrophiles comme décrit dans WO-A- 05075112. Dans ce cas, le traitement permet de bien contrôler les zones de cristallisation de l'eau, ce qui facilite l'élimination de la glace à l'aide d'un balayage de gaz ou de liquide. Un autre type de surface permet de réduire l'adhésion de la glace, ce sont les 15 surfaces lubrifiées. La surface est imprégnée d'un lubrifiant qui peut être à base de fluorocarbone comme le Krytox® ou d'huiles de silicone comme décrit dans WO-A-2012/100100 et US-A- 2006/0281861. Avec de telles surfaces, la glace est en contact avec le lubrifiant, i.e. une phase liquide, ainsi les forces d'adhésions sont très faibles. Le lubrifiant a également 20 un autre avantage, il permet d'améliorer la résistance à l'érosion des surfaces. Dans les exemples cités jusqu'à présent, les revêtements de surface permettent de réduire l'adhésion de la glace. Un autre type de surface peut s'avérer intéressant dans le cadre de cette invention sont les revêtements dits « anti-glace actifs » qui permettent de retarder la formation de la glace. 25 II est connu que l'on peut abaisser la température de formation de la glace à l'aide de sel ou de composés de type glycol. Il s'avère qu'un phénomène similaire peut avoir lieu lorsqu'un composé de type polymère, en général un polymère hygroscopique est greffé sur une surface. Ce type de revêtement peut abaisser la température de formation de la glace 30 et diminuer la quantité de glace formée. Les revêtements les plus connus à ce sujet sont de type glycol (US-A-2010/0086789) mais des revêtements inspirés de la structure des protéines antigivre ont un effet similaire tel que décrit dans L. Makkonen, Journal of Adhesion Science and Technology, 26 (2012) 413. Enfin, certains traitements permettent de combiner deux effets : modifier le type de givre et diminuer son adhésion corne décrit par J. Chen, R. Dou, D. Cui, Q. Zhang, Y. Zhang, F. Xu, X. Zhou, J. Wang, Y. Song and L. Jiang, ACS Applied Materials and Interfaces, 5 (2013) 4026. C'est le cas des surfaces microstructurées comportant une matrice de polymère hydroscopique (à base d'acide polyacrylique par exemple). Ces surfaces permettent d'éliminer facilement la glace formée et présente l'avantage d'utilise comme lubrifiant de l'eau, ainsi la surface est autoalimentée en lubrifiant à l'aide de l'humidité contenue dans l'air. Il est également connu delimiter, voire empêcher la formation de givre par le chauffage, par exemple à effet Joule ou les systèmes à pulsation pneumatique. Il existe également des techniques avec un flux gazeux avec un débit suffisant ou un apport d'énergie mécanique et/ou électrique, qui peuvent être combinés avec un revêtement et/ou un traitement afin de décoller facilement les impuretés dont l'adhésion a été réduite. L'homme de l'art qui est spécialiste des procédés d'épuration et de refroidissement ou de séparation ou liquéfaction à basse température n'est pas au fait des développements concernant les traitements de surface et les revêtements utilisés pour limiter, voire empêcher la formation et/ou l'adhésion de glace sur une surface. Une partie de la présente invention résulte de la réalisation que ces techniques peuvent s'appliquer au domaine de refroidissement et d'épuration, par exemple utilisés en amont d'une séparation ou une liquéfaction, par exemple une distillation, à basse température ou autre processus opérant à basse température.
Une séparation à basse température s'effectue à au plus 0°C, voire à au moins -50°C, voire à au moins -100°C, selon le mélange gazeux à séparer. Le « bout chaud » est la partie de l'échangeur de chaleur se trouvant en fonctionnement à une température moyenne maximale. Le « bout froid » est cette partie de l'échangeur de chaleur se trouvant en fonctionnement à une température 30 moyenne minimale.
Un échangeur de chaleur est un corps ou une pluralité de corps d'échange, capable de réaliser un échange de chaleur. Le mélange gazeux à refroidir rentre au bout chaud de l'échangeur et en sort, généralement, au bout froid.
Généralement un échangeur de chaleur est monté de sorte que son bout chaud se trouve vers le haut et son bout froid vers le bas. Dans certains cas, comme décrit plus tard, la présente invention peut nécessiter de disposer le bout chaud en bas et le bout froid en haut. L'échangeur de chaleur est généralement disposé à l'intérieur d'une boîte froide isolée thermiquement. D'autres éléments d'un appareil de séparation peuvent également se trouver dans la boîte froide, par exemple, une colonne de distillation. Les conclusions concernant l'épuration d'un gaz contenant de l'eau et du CO2 sont que la purification du gazpar condensation/solidification est plus efficace énergétiquement que l'adsorption Elle permet également d'éliminer ou de réduire de taille les appareils utilisées selon l'art antérieur, par exemple les appareils d'épuration par adsorption. Si l'épuration s'effectue à la pression atmosphérique, ceci présente des avantages particuliers car étant plus froid en sortie de l'échangeur, on arrête encore mieux le CO2 et surtout une parties des impuretés secondaires, ce qui permet de simplifier, voire supprimer les épurations en aval et/ou simplifier la conception et/ou l'opération de certains équipements en aval (par exemple les vaporiseurs). Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de refroidissement et d'épuration d'un mélange gazeux contenant au moins une impureté dans lequel on refroidit le mélange gazeux contenant au moins une impureté jusqu'à une température égale ou inférieure à celle à laquelle l'au moins une impureté se solidifie 25 dans un échangeur de chaleur ayant des passages de refroidissement caractérisé en ce que les passages de refroidissement sont au moins partiellement couverts d'un revêtement et/ou traités physiquement et/ou traités chimiquement, le revêtement et/ou le traitement servant à limiter, voire empêcher la formation et/ou l'adhésion de l'impureté solidifiée sur une surface des passages, on recueille au moins une partie 30 de l'impureté solidifiée sortant des passages de refroidissement de l'échangeur de chaleur et/ou à un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur et on soutire le mélange gazeux, éventuellement au moins partiellement liquéfié, de l'échangeur de chaleur, de préférence au bout froid. Selon d'autres aspects facultatifs : - le mélange gazeux soutiré contient au moins une partie de l'impureté solidifiée - le mélange gazeux comprend au moins un composant, de préférence un composant majeur, qui ne se solidifie pas et éventuellement qui ne se liquéfie pas dans l'échangeur de chaleur - le mélange gazeux comprend au moins deux composants, de préférence des composants majeurs, qui ne se solidifient pas et éventuellement qui ne se liquéfient pas dans l'échangeur de chaleur - une impureté est un composant qui ne représente pas plus que 10%, mol ou 5% mol voire 1% mol, voire 0.1% mol, voire 0.01% mol du mélange gazeux. - on épure le mélange gazeux pour enlever au moins une fraction de l'au moins une impureté en amont de l'échangeur de chaleur, cette fraction représentant entre 20% et 95% de l'impureté contenu dans le mélange gazeux en amont du procédé. - on n'épure pas le mélange gazeux pour enlever au moins une fraction de l'au moins une impureté en amont de l'échangeur de chaleur - on recueille au moins une partie de l'impureté solidifiée en aval de l'échangeur de chaleur au moyen d'un séparateur de phases et/ou d'une vis sans fin - on traite le mélange gazeux refroidi en aval de l'échangeur de chaleur et/ou à au moins un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur pour éliminer l'impureté sous forme gazeuse et/ou liquide et/ou solide. - on traite le mélange gazeux refroidi uniquement en aval de l'échangeur de chaleur et non pas à au moins un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur pour éliminer l'impureté sous forme gazeuse et/ou liquide et/ou solide. - on traite le mélange gazeux refroidi uniquement à au moins un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur et non pas en aval de l'échangeur de chaleur pour éliminer l'impureté sous forme gazeuse et/ou liquide et/ou solide. - on refroidit le mélange gazeux dans l'échangeur de chaleur d'abord jusqu'à une température inférieure ou égale à la température de liquéfaction de l'au moins une impureté mais supérieure à sa température de solidification, on sort le mélange gazeux de l'échangeur pour éliminer une partie de l'impureté sous forme liquide et on renvoie le mélange gazeux contenant de l'impureté dans l'échangeur de chaleur pour le refroidir à la température de solidification de celui-ci. - on élimine au moins 20%, au moins 50%, voire au moins 70% , voire au moins 90% de l'impureté présente à l'entrée de l'échangeur de chaleur, dit bout chaud, en la recueillant à au moins un point intermédiaire de l'échangeur de chaleur après refroidissement, sous forme solide et/ou liquide - on élimine au plus 80%, au plus 50%, voire au plus 30% , voire au plus 10% de l'impureté présente à l'entrée de l'échangeur de chaleur, dit bout chaud, en la recueillant à au moins un point intermédiaire de l'échangeur de chaleur après refroidissement, sous forme solide et/ou liquide - on élimine au moins 50% , voire au moins 70%, voire au moins 90%, voire au moins 99%, voire au moins 99.9%, voire au moins 99.99% de l'impureté présente à l'entrée de l'échangeur de chaleur, dit bout chaud, en la recueillant en aval de l'échangeur de chaleur après refroidissement jusqu'à la sortie de l'échangeur au bout froid. - on élimine au plus 50%, voire au plus 30% , voire au plus 10%, voire au plus 1%, voire au plus 0.1%, %, voire au plus 0.01% de l'impureté présente à l'entrée de l'échangeur de chaleur, dit bout chaud, en la recueillant en aval de l'échangeur de chaleur après refroidissement jusqu'à la sortie de l'échangeur au bout froid - on élimine au moins 20%, au moins 50%, voire au moins 70% , voire au 25 moins 90%, voire au moins 99% de l'impureté présente, en amont de l'entrée de l'échangeur de chaleur, dit bout chaud - on élimine au plus 80%, au plus 50%, voire au plus 30% , voire au plus 10%, voire au plus 1% de l'impureté présente, en amont de l'entrée de l'échangeur de chaleur, dit bout chaud 30 - le bout chaud de l'échangeur de chaleur est disposé à un niveau plus élevé à celui du bout froid. - le bout chaud de l'échangeur de chaleur est disposé à un niveau moins élevé à celui du bout froid ou à celui d'un niveau intermédiaire de l'échangeur dans le cas d'un échangeur en U inversé et on élimine au moins 50% de l'impureté, par exemple l'eau, présente dans le mélange gazeux à refroidir à l'entrée de l'échangeur de chaleur, dit bout chaud, en le recueillant sous forme solide ou liquide au bout chaud de l'échangeur où elle tombe par gravité après refroidissement dans l'échangeur de chaleur (car son adhésion aux parois est limitée). - le bout chaud de l'échangeur de chaleur est disposé au même niveau que celui du bout froid dans le cas d'un échangeur en U inversé - le mélange gazeux est de l'air ou un mélange ayant pour composants principaux de l'hydrogène et/ou du monoxyde de carbone et/ou du méthane et l'au moins une impureté est de l'eau et/ou du dioxyde de carbone ou un mélange ayant pour composant principal du dioxyde de carbone et éventuellement de l'hydrogène et/ou du monoxyde de carbone et/ou du méthane et/ou du l'oxygène et/ou de l'azote et/ou de l'argon et l'au moins une impureté est de l'eau. - au moins une surface des passages de refroidissement a été traitée pour la rendre plus rugueuse et/ou pour la lubrifier et/ou pour la rendre hydrophile et/ou hydrophobe et/ou hydroscopique et/ou hygroscopique afin de limiter, voire empêcher la formation et/ou l'adhésion d'impuretés solidifiées, par exemple la glace. - l'échangeur de chaleur peut comprendre des passages dont au moins une section a un traitement et/ou un revêtement et/ou une géométrie et/ou, dans le cas d'un échangeur à plaques et à ailettes, un type d'ailettes qui diffère de celui/ celle d'une autre section devant fonctionner à une gamme de températures plus basse. - l'échangeur de chaleur peut comprendre des passages dont au moins une section a un traitement et/ou un revêtement et/ou une géométrie et/ou, dans le cas d'un échangeur à plaques et à ailettes, un type d'ailettes qui diffère de celui/ celle d'une autre section se trouvant en aval d'un point de soutirage intermédiaire d'impuretés solidifiées. - le mélange gazeux est épuré et refroidi par un procédé tel que décrit ci-30 dessus, éventuellement refroidi encore et envoyé à un système de colonnes pour être séparé par distillation à basse température, voire température cryogénique, pour produire au moins un fluide enrichi dans un composant du mélange gazeux. - le fluide enrichi dans un composant du mélange gazeux se réchauffe dans l'échangeur de chaleur dans les passages de réchauffement. - l'échangeur de chaleur comprend au moins un passage de réchauffement d'un fluide, l'au moins un passage de réchauffement n'ayant pas été traité ou revêtu pour limiter, voire empêcher la formation et/ou l'adhésion d'impuretés solidifiées, par exemple la glace. - au moins une partie de l'impureté solidifiée sortant des passages de refroidissement de l'échangeur de chaleur sont renvoyés à l'échangeur de chaleur pour se réchauffer. - l'au moins une partie de l'impureté solidifiée est mélangée avec un autre gaz avant de se réchauffer dans l'échangeur de chaleur. - l'au moins un passage de réchauffement auquel sont envoyées les impuretés solidifiées a été traité ou revêtu pour limiter, voire empêcher la formation et/ou l'adhésion d'impuretés solidifiées, par exemple la glace. - on recueille au moins une partie de l'impureté solidifiée sortant des passages de refroidissement de l'échangeur de chaleur et/ou à un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur et le mélange gazeux se trouve liquéfié ou est liquéfié par une étape ultérieure en aval de l'échangeur et/ou est séparé à une température subambiante en aval de l'échangeur, éventuellement après élimination en aval de l'échangeur d'impuretés restantes qui se solidifieraient à cette température subambiante. - on fournit des frigories au mélange gazeux qui se refroidit à un moins un point intermédiaire de l'échangeur de chaleur. - on fournit des frigories au mélange gazeux qui se refroidit à un moins un point intermédiaire de l'échangeur de chaleur de préférence en aval ou en amont d'un point de soutirage d'au moins une partie de l'impureté solidifiée ou liquéfiée à un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur. - on fournit des frigories au mélange gazeux qui se trouve à une température entre -5°C et 5°C - on fournit des frigories au mélange gazeux qui se trouve à une température entre -20°C et -30°C - on fournit des frigories au mélange gazeux en sortant au moins une partie du mélange gazeux de l'échangeur de chaleur et en le refroidissant. - on fournit des frigories au mélange gazeux au moyen d'un fluide frigorigène envoyé à un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur. - le mélange gazeux se refroidit dans l'échangeur de chaleur en permanence - le mélange gazeux se refroidit dans l'échangeur de chaleur de manière 10 intermittente - l'échangeur de chaleur refroidit le mélange gazeux jusqu'au bout froid jusqu'à une température inférieure à 0°C, voire à inférieure à -50°C, voire inférieure à -100°C. - le mélange gazeux est à la pression atmosphérique ou une pression 15 supérieure à la pression atmosphérique Si les passages de l'échangeur de chaleur sont traités pour limiter la déposition d'impuretés mais non pas pour l'empêcher complètement, il sera nécessaire d'enlever les solides formés dans les passages, par exemple par chauffage et/ou par passage du mélange gazeux à un débit suffisant (son débit 20 nominal ou un débit plus élevé) et/ou à pression élevée par rapport au débit et/ou pression utilisés pendant le refroidissement ou par des moyens mécaniques, par exemple la variation du débit de mélange gazeux ou des pulsations du débit de mélange gazeux, ou encore des vibrations appliquées directement sur l'échangeur. Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil de refroidissement et 25 d'épuration d'un mélange gazeux contenant au moins une impureté comprenant un échangeur de chaleur ayant des passages de refroidissement et des moyens pour envoyer le mélange gazeux contenant au moins une impureté se refroidir dans l'échangeur de chaleur jusqu'à une température égale ou inférieure à celle à laquelle l'au moins une impureté se solidifie et des moyens pour soutirer le mélange gazeux, 30 éventuellement au moins partiellement liquéfié, de l'échangeur de chaleur, de préférence au bout froid caractérisé en ce que les passages de refroidissement sont au moins partiellement couverts d'un revêtement et/ou traités physiquement et/ou traités chimiquement, le revêtement et/ou le traitement servant à limiter, voire empêcher la formation et/ou l'adhésion de l'impureté solidifiée sur une surface des passages et en ce que l'appareil comprend des moyens pour recueillir au moins une partie de l'impureté solidifiée sortant des passages de refroidissement de l'échangeur de chaleur et/ou à un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur et des moyens pour sortir le mélange gazeux en l'au moins une impureté de l'échangeur de chaleur. Selon d'autres aspects facultatifs : - l'appareil comprend des moyens pour épurer le mélange gazeux en amont de l'échangeur de chaleur pour enlever au moins une fraction de l'au moins impureté. - les moyens pour recueillir au moins une partie de l'impureté solidifiée en aval de l'échangeur de chaleur sont constitués par un séparateur de phases et/ou une vis sans fin. - l'échangeur de chaleur est constitué par au moins un échangeur à plaques et à ailettes - l'échangeur de chaleur est constitué par au moins deux échangeurs à plaques et à ailettes en aluminium ou en cuivre ou en titane - l'échangeur de chaleur est constitué par au moins un échangeur bobiné - l'échangeur de chaleur est constitué par au moins un échangeur à calandre et à tubes - l'appareil comprend des moyens pour traiter le mélange gazeux refroidi en aval de l'échangeur de chaleur et/ou à au moins un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur pour éliminer l'impureté sous forme gazeuse et/ou liquide et/ou solide. - le bout chaud de l'échangeur de chaleur est disposé à un niveau plus élevé à celui du bout froid. - le bout chaud de l'échangeur de chaleur est disposé à un niveau moins élevé à celui du bout froid ou à celui d'un niveau intermédiaire de l'échangeur dans le 30 cas d'un échangeur en U inversé et on élimine au moins 50% de l'impureté, par exemple l'eau, présente dans le mélange gazeux à refroidir à l'entrée de l'échangeur de chaleur, dit bout chaud, en le recueillant sous forme solide ou liquide au bout chaud de l'échangeur où elle tombe par gravité après refroidissement dans l'échangeur de chaleur. - au moins une surface des passages de refroidissement a été traitée pour la rendre plus rugueuse et/ou pour la lubrifier et/ou pour avoir une surface hydrophobe, et/ou superhydrophobe, et/ou avec des zones hydrophobes et hydrophiles, et/ou hygroscopiques, afin de limiter, voire empêcher la formation et/ou l'adhésion d'impuretés solidifiées, par exemple la glace. - la surface d'un passage peut être imprégnée d'un lubrifiant ou non. - l'échangeur comprend au moins un passage de réchauffement d'un fluide et au moins une surface de l'au moins un passage de réchauffement a été traitée pour la rendre plus rugueuse et/ou pour la lubrifier et/ou pour la rendre hydrophile et/ou hydrophobe et/ou hydroscopique et/ou hygroscopique afin d'limiter, voire empêcher la formation et/ou l'adhésion d'impuretés solidifiées, par exemple la glace.
Selon un autre aspect de l'invention il est prévu un appareil de séparation par distillation à basse température, voire température cryogénique comprenant un appareil de refroidissement et d'épuration tel que décrit ci-dessus ainsi qu'un système de colonnes et des moyens pour envoyer le mélange gazeux épuré et refroidi par l'appareil de refroidissement et d'épuration au système de colonnes.
L'appareil de séparation peut ne pas comprendre de moyen de refroidissement du mélange gazeux en aval de l'appareil de refroidissement et d'épuration. L'appareil peut comprendre des moyens pour envoyer un fluide enrichi en un composant du mélange gazeux se réchauffer dans l'échangeur de chaleur dans des passages de réchauffement.
Selon d'autres caractéristiques facultatives : - l'échangeur de chaleur comprend au moins un passage de réchauffement d'un fluide, l'au moins un passage de réchauffement n'ayant pas été traité ou revêtu pour limiter, voire empêcher la formation et/ou l'adhésion d'impuretés solidifiées, par exemple la glace. - l'appareil comprend des moyens pour envoyer au moins une partie de l'impureté solidifiée sortant des passages de refroidissement de l'échangeur de chaleur à l'échangeur de chaleur pour se réchauffer. - des moyens pour mélanger l'au moins une partie de l'impureté solidifiée 5 avec un autre gaz avant de se réchauffer dans l'échangeur de chaleur. - l'au moins un passage de réchauffement auquel sont envoyées les impuretés solidifiées a été traité ou revêtu pour limiter, voire empêcher la formation et/ou l'adhésion d'impuretés solidifiées, par exemple la glace. L'appareil de séparation et d'épuration peut comprendre des moyens pour 10 fournir des frigories au mélange gazeux qui se refroidit à un moins un point intermédiaire de l'échangeur de chaleur. L'appareil de séparation et d'épuration peut comprendre des moyens pour fournir des frigories au mélange gazeux qui se refroidit à un moins un point intermédiaire de l'échangeur de chaleur de préférence en aval et/ou en amont d'un 15 point de soutirage d'au moins une partie de l'impureté solidifiée ou liquéfiée à un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur. L'appareil de séparation et d'épuration peut comprendre des moyens pour fournir des frigories au mélange gazeux en sortant au moins une partie du mélange gazeux de l'échangeur de chaleur. 20 L'appareil de séparation et d'épuration peut comprendre des moyens pour fournir des frigories au mélange gazeux au moyen d'un fluide frigorigène envoyé à un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur. Dans tous les schémas de séparation par liquéfaction et condensation des impuretés, l'enjeu est de compenser les enthalpies de changements de phase des 25 différents constituant par l'apport d'énergie (ici appoint de froid) via des dispositifs externes à l'échangeur principal (exemple : pompe à chaleur, groupe frigorifique). Si on ne fait pas d'appoint de froid le diagramme d'échange est écarté au bout froid comme l'on voit à la Figure 11. Dans la courbe de la Figure 11 on observe la courbure provoquée par la 30 condensation puis la solidification de l'eau (air humide à 1,4 bara). La Figure 12 est un diagramme « compensé » par des appoints de froid suffisant.
Le cas de la Figure 12 est une simulation de la condensation puis la solidification de l'eau combinée à la solidification du 002. L'invention sera décrite en plus de détails en se référant aux Figures 1 à 10 qui représentent schématiquement des procédés selon l'invention.
Ici sont détaillés des schémas procédés sur lesquelles le concept de l'invention pourrait être appliqué. Il s'agit de schémas d'unité de séparation d'air basse pression, mono colonne. Ils pourraient être transposés à d'autres procédés de séparation et /ou liquéfaction, tels que les procédés de séparation cryogénique pour le mélange H2/CO comme expliqué ci-dessus.
Dans la Figure 1, il est représenté un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique utilisant un échangeur de chaleur en aluminium brasé à plaques et à ailettes 3 et une simple colonne de distillation 27. Ce procédé permet la production d'un liquide enrichi en oxygène 43, d'un gaz enrichi en oxygène 45 et un gaz enrichi en azote 47. L'usage d'un échangeur de chaleur en aluminium brasé à plaque et à ailettes n'est pas essentiel. Cet échangeur peut utiliser d'autres technologies et peut par exemple être un échangeur bobiné ou un échangeur à calandre et à tubes. L'air à séparer 1 contient de l'eau et du dioxyde de carbone, qui doivent être épurés en amont de la distillation. Après filtrage dans une filtre F et compression dans un compresseur C, l'air comprimé 1 entre dans l'échangeur de chaleur 3 appelé « ligne d'échange » sans passer par des lits d'adsorbants classiquement présents dans un appareil de séparation d'air. Il est envisageable d'éliminer une partie de l'eau contenue dans l'air en séparant l'eau qui se condense, lors de la compression de l'air suivie d'une étape de refroidissement. Cependant au moins 20% de l'eau présente dans l'air ambiant sera enlevée par le passage dans l'échangeur. L'extraction de l'eau d'une part puis le reste de l'eau et le CO2 d'autre part se font à deux endroits différents dans la ligne d'échange 3. On retire une grande partie de l'eau sous forme liquide (environ 75% de l'eau présente dans l'air 1 en arrivant dans l'échangeur 3, après compression suivie d'une étape de refroidissement) à une température proche de 0°C: on soutire l'air 5 à cet endroit en séparant l'air et l'eau 5B dans un séparateur de phases 2 puis on réinjecte l'air séché 5A pour finir son refroidissement et réaliser la même séparation à sa sortie de la ligne d'échange 3 avec le restant de l'eau et le CO2 cette fois, les deux étant solides. Pour compenser la chaleur latente de liquéfaction et de condensation des impuretés, deux appoints de froid sont nécessaire via deux pompes à chaleur, par exemple à 0°C et à -25°C.
Ainsi de l'air 7 soutiré à un niveau intermédiaire de la ligne d'échange 3 se refroidit au moyen d'une première pompe à chaleur 4 et l'air refroidi est renvoyé à la ligne d'échange 3. Ensuite de l'air 11 soutiré à un niveau intermédiaire plus froid de la ligne d'échange 3 se refroidit d'une deuxième pompe à chaleur 6 alimenté par un fluide 13.
L'air refroidi 11A est renvoyé à la ligne d'échange. L'air déjà épuré en eau et refroidi en deux étapes 15 contient de la glace et du dioxyde de carbone solide est envoyé à un séparateur de phase 17 et la glace et le dioxyde de carbone solide 19 sont enlevés. Les parois des passages de refroidissement sont traitées pour limiter, voire empêcher la formation et/ou l'adhésion de glace et de dioxyde de carbone sur les surfaces, au moins dans les régions où la température du passage est prévue d'être en dessous de la température de solidification de l'eau et/ou du dioxyde de carbone. Ce traitement peut être un traitement physique de la surface ou la mise en place d'un revêtement tel que décrit ci-dessus, par exemple superhydrophobe. Ainsi l'eau et le dioxyde de carbone solides restent dans l'air et traversent la ligne d'échange jusqu'au bout froid avant d'être recueillis dans le deuxième séparateur de phases 17. Une partie des impuretés secondaires de l'air (notamment propane, acétylène, propylène, C4+, N20) sont aussi séparées dans le séparateur 17 au bout froid de l'échangeur, soit sous forme solide, soit sous forme liquide. L'air épuré 20 est divisé en deux parties 23, 25. La partie 23 est envoyée au milieu de la simple colonne de distillation 27 où elle se sépare pour former du gaz enrichi en azote en haut de la colonne 47 et un liquide enrichi en oxygène 43 en cuve de la colonne 27.
La partie 15 de l'air est condensée au moins partiellement dans un échangeur de chaleur 59 par échange de chaleur avec un débit de fluide 57 qui se refroidit au moyen d'une pompe à chaleur 21 utilisant l'effet magnétocalorique. Un fluide 53 de refroidissement, typiquement de l'air ambiant ou de l'eau de refroidissement est envoyé à la pompe à chaleur 21 utilisant l'effet magnétocalorique. De l'eau réchauffée 55 sort de la pompe à chaleur 21. La colonne comprend un rebouilleur de cuve 29 et un condenseur de tête 31. Le rebouilleur est chauffé au moyen d'un circuit de fluide 41 en lien avec une pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 33. Cette pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 33 sert également à refroidir un fluide 37 qui refroidit le condenseur de tête 31. Les fluides 37 et 41 peuvent être identiques ou différents. Un liquide 43 enrichi en oxygène est soutiré en cuve de la colonne 19 et un gaz enrichi en azote soutiré par une conduite 47 se réchauffe dans l'échangeur 3 et ne sert pas à régénérer une unité d'épuration, puisqu'il n'y en a pas. Un gaz enrichi en oxygène 45 est soutiré en cuve de la colonne 27, se réchauffe dans l'échangeur 3 et est comprimé par un compresseur 49. Dans la variante de la Figure 2, l'extraction de l'eau d'une part puis le reste de l'eau et le CO2 d'autre part se font à également deux endroits différents dans la ligne d'échange 3. Or on retire une grande partie de l'eau sous forme solide (environ 97% de l'eau présente dans l'air 1 en arrivant dans l'échangeur 3) à une température proche de -25°C, donc sous forme solide. On soutire l'air 5 à cet endroit en séparant l'air et la glace 5B dans un séparateur de phases 2 puis on réinjecte l'air séché 5A pour finir son refroidissement. L'air envoyé au séparateur 2 a déjà été refroidi en amont par un premier appoint de froid à 0°C.
Ainsi de l'air 7 soutiré à un niveau intermédiaire de la ligne d'échange 3 se refroidit d'abord au moyen d'une première pompe à chaleur 4 et ensuite est retiré de la ligne pour enlever la glace. L'air refroidi 5A renvoyé à la ligne d'échange 3 est de nouveau refroidi par le deuxième refroidisseur 6. Pour le cas de la Figure 3, on refroidit l'air d'abord dans la ligne d'échange 3, on le sort de la ligne d'échange et on élimine de l'eau sous forme liquide dans le séparateur 2, on refroidit ensuite l'air épuré 5A dans la ligne d'échange, puis par un premier refroidisseur 4, puis dans la ligne d'échange 3, ensuite on épure l'air pour enlever l'eau dans le séparateur 8, on le refroidit dans la ligne d'échange, puis avec un deuxième refroidisseur 6 et on refroidit l'air jusqu'au bout froid. A noter que dans tous les cas, il peut n'y avoir qu'un seul appoint de froid au niveau de la ligne d'échange 3, voire pas du tout, si on est prêt à sacrifier de l'énergie, l'appoint de froid nécessaire étant apporté alors au bout froid de l'échangeur, là où il coute le plus. Dans la variante de la Figure 4, l'ordre des étapes de séparation d'eau, de CO2 et d'apports de froid est comme pour la Figure 1. En soutirant dans une première séparation vers 0°C de l'eau liquide, celle-ci peut servir pour refroidir les machines, par exemple le compresseur C. Mais dans cet exemple, les solides ou liquides 19 (le reste de l'eau, le CO2 et des autres impuretés secondaires) recueillis dans le séparateur 17 sont envoyés à la ligne d'échange 3 pour y apporter du froid. Cela permet de récupérer une partie de la chaleur latente, et donc d'alléger, voire simplifier les appoints de froid nécessaire Pour ne pas compliquer la ligne d'échange, ils peuvent être injectés dans au moins un fluide sec et froid, par exemple, provenant de la séparation cryogénique, par exemple l'azote 47 pour former un débit mixte 61. Dans ce cas, il peut être prudent de traiter au moins certaines parties des passages d'azote à réchauffer pour limiter, voire empêcher la déposition de ces solides. La Figure 5 illustre le cas où on utilise un système de vis sans fin 17A pour extraire les impuretés sous forme de glace ou un mélange de glace/liquide pour les réinjecter directement dans les produits. Celui-ci remplace le séparateur de phases 17 des autres figures.
D'autres moyens peuvent être envisagés pour enlever l'impureté solide, qui peut être rejetée à l'atmosphère. L'échangeur de chaleur peut refroidir le gaz contenant au moins une impureté de manière épisodique et l'impureté peut être fondue, par exemple pendant que l'échangeur de chaleur ne fonctionne pas Le solide pourrait également être évacué en acceptant de perdre une partie du mélange gazeux qui transporte alors le solide, avec un transport style pneumatique.
La Figure 6 est une variante où l'intégralité de l'eau et du CO2 présents dans l'air au bout chaud sont retirés au bout froid de la ligne d'échange. L'appoint de froid peut être fourni pour compenser la condensation et la solidification des impuretés, ainsi que leur refroidissement tout le long de ligne d'échange avec une multitude de pompes à chaleur, ici n pompes à chaleur PAC1, PACn alimentées par des débits de refroidissement 9, 13. L'appoint de froid peut aussi être fait avec une température froide glissante. On peut aussi se limiter à 1 ou 2 appoints de froid. Dans la Figure 7, une partie des impuretés est retirée par un système de séparation classique d'adsorption A. Cette partie peut constituer entre 20% et 95% d'une impureté ou des impuretés présente(s). L'épuration peut être faite par d'autres moyens que l'adsorption. Puis le fluide épuré en au moins une impureté rentre dans la ligne d'échange où on finit de retirer le restant des impuretés par solidification/liquéfaction et séparation finale. Il faut toujours au moins une pompe à chaleur pour compenser la chaleur latente de liquéfaction et de condensation des impuretés. On peut réinjecter les impuretés dans les produits, comme vu pour les Figures 4 et 5. Dans le cas où la majorité des impuretés à retirer sont enlevées en amont dans un système classique A, l'appoint de froid peut être fait uniquement au bout froid de l'échangeur 3. Dans la variante de la Figure 8, un autre système de séparation E est utilisé en sortie de soufflante C pour retirer une partie des impuretés du débit, par exemple sous la forme de roue séchante. Puis le fluide 1 encore chargé en impuretés rentre dans la ligne d'échange 3. Les impuretés sont retirées à deux niveaux et des pompes à chaleur viennent compenser la chaleur latente de condensation et de liquéfaction des impuretés. On récupère l'eau gelée / le CO2 solide et des impuretés secondaires solides/liquides au bout froid sans la réinjecter dans les produits. Dans le cas de la Figure 9, pour un mélange gazeux 1 chargé d'eau sous forme gazeuse, l'eau sous forme liquide et/ou solide s'écoule à contre courant du débit de gaz 1, le flux d'air 1 rentrant par le bas de l'échangeur 3, contrairement au fonctionnement classique (on peut aussi imaginer une configuration d'échangeur en U inversé, avec bout chaud et bout froid en bas, et un point intermédiaire en haut).
En effet, en se solidifiant et/ou se liquéfiant, l'eau devient plus lourde et retombe à contre courant du gaz qui se refroidit. Elle ressort sous forme liquide au bout chaud de l'échangeur 3. Cette variante n'utilise pas de séparateurs de phases mais a généralement besoin d'apports de froid à la ligne d'échange. Inversement les débits froid 45, 47 entre par le haut de la ligne d'échange et sortent par le bas. Pour plus de clarté, la figure est dessinée comme si l'eau et/ou la glace 19 descendait par un passage autre que le passage par lesquelles elles sont rentrées, présentes dans l'air. En fait, l'eau et/ou la glace 19 va sortir par le même passage par lequel elles sont rentrées. Dans la variante de la Figure 10, comme pour la Figure 9, pour un mélange contenant de l'eau, on divise la ligne d'échange 3 de la Figure 9 en deux (ligne d'échange 3 et 3A) pour soutirer l'eau entre les deux. Ainsi l'air refroidi dans la ligne 3 avec un apport de froid du refroidisseur 4 est séparé dans le séparateur de phases pour enlever une partie de l'eau 5B. Le reste de l'eau et/ou de la glace tombe vers le bas des lignes 3 et 3A. L'air au moins partiellement épuré est refroidi dans la ligne d'échange 3A avec un apport de froid du refroidisseur 6 et ensuite est refroidi dans la ligne 3A de nouveau. Le séparateur de phases 17 n'est pas présent dans ce cas particulier. Pour le cas où la ligne d'échange est divisée en deux, les deux lignes 3,3A peuvent être construites avec la même technologie ou des technologies différentes (échangeur à plaques et à ailettes, échangeur bobiné, échangeur à calandre). De même si les lignes d'échange sont de la même technologie, elles n'ont pas forcément la même construction et peuvent différer par les dimensions des passages, le nombre de passages, le type de revêtement et/ou traitement utilisé pour limiter le dépôt de solides, le type d'ailettes utilisés, le matériau en lequel elles sont construites etc. Ces dix exemples concernent tous la séparation de l'air par distillation dans une simple colonne. L'invention peut s'appliquer à la séparation cryogénique de l'air par tout système de colonnes connu, autre que celui décrit et utilisant tout moyen de production de froid connu, autre que ceux décrits. L'appareil de séparation d'air peut par exemple être une double colonne de séparation d'air produisant au moins un produit gazeux et/ou au moins un produit liquide. L'invention peut également s'appliquer à l'épuration et le refroidissement d'autres mélanges gazeux ayant au moins une impureté susceptible de solidifier pendant le refroidissement. Une impureté est un composant qui ne représente pas plus que 10 %, mol ou 5% mol voire 1% mol, voire 0,1% mol, voire 0,01% mol du mélange gazeux. Elle s'applique en particulier à d'autres mélanges gazeux, par exemple aux mélanges de dioxyde de carbone contenant par exemple au moins 30% de dioxyde de carbone et de l'eau. Dans ce cas, les passages de la ligne d'échange sont traités pour limiter, voire empêcher la déposition de l'eau et la pression et la température sont choisies pour éviter la déposition de 002. Un mélange de ce genre peut être séparé dans un procédé des Figures 1 à 10 en modifiant les températures d'opération. Pour toutes les figures, l'apport de froid, s'il y en a, peut s'effectuer avec tout moyen connu et adapté (par exemple, refroidisseur magnéto-calorique, groupe frigorifique classique compression-détente, turbine). Dans les figures, une partie du mélange gazeux sort de la ligne d'échange pour être refroidi dans l'élément apportant du froid alors que le reste du mélange gazeux poursuit son refroidissement dans la ligne d'échange. La partie refroidie par l'apport de froid se mélange ensuite avec le reste du mélange qui n'a pas quitté la ligne d'échange. Il est également possible de sortir tout le mélange gazeux de la ligne d'échange pour l'envoyer à l'élément apportant le froid et renvoyer le mélange refroidi dans la ligne d'échange. Dans les exemples des figures, on voit qu'une partie ou plusieurs parties 7, 11 de l'air sortent de l'échangeur 3 pour être refroidies et renvoyées (débits 7A, 11A) à l'échangeur. Il est évidemment possible dans tous ou une partie des cas d'utiliser un fluide caloporteur en circuit fermé qui transfère de la chaleur de l'échangeur de chaleur 3 vers les moyens de refroidissement 4,6 et revient vers l'échangeur de chaleur pour y apporter du froid. Dans tous les cas, il est envisageable de prévoir une épuration ultime en aval de l'échangeur et, le cas échéant, en aval du séparateur de phase ou du vis sans fin, pour éliminer les impuretés restantes dans le débit de mélange 20. Dans tous les cas, l'échangeur de chaleur 3 peut comprendre des passages dont au moins une section a un traitement et/ou un revêtement et/ou une géométrie et/ou un type d'ailettes dans le cas d'un échangeur à plaques et à ailettes qui diffère de celui/ celle d'une autre section devant fonctionner à une gamme de températures plus basse. Par exemple, la section de passage de l'échangeur se trouvant à une température entre 20 à 0 °C sera traité ou aura un revêtement d'une façon et celle se trouvant à une température entre 0°C à -60 °C sera traité d'une autre façon. Le 15 traitement ou revêtement peut être choisi pour s'adapter au type de changement de phénomène physique (gaz-* liquide, gaz solide, liquide solide), ou encore de type d'impuretés concernées (par exemple eau/ dioxyde de carbone). L'échangeur de chaleur 3 peut comprendre des passages dont au moins une section a un traitement et/ou un revêtement et/ou une géométrie et/ou un type 20 d'ailettes dans le cas d'un échangeur à plaques et à ailettes qui diffère de celui/ celle d'une autre section se trouvant en aval d'un point de soutirage intermédiaire d'impuretés solidifiées. L'échangeur de chaleur peut être constitué par au moins deux échangeurs de chaleurs en matériaux différents, par exemple un échangeur en aluminium brasé et 25 un échangeur en cuivre brasé.

Claims (17)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de refroidissement et d'épuration d'un mélange gazeux (1) contenant au moins une impureté dans lequel on refroidit le mélange gazeux contenant au moins une impureté jusqu'à une température égale ou inférieure à celle à laquelle l'au moins une impureté se solidifie dans un échangeur de chaleur (3,3A) ayant des passages de refroidissement caractérisé en ce que les passages de refroidissement sont au moins partiellement couverts d'un revêtement et/ou traités physiquement et/ou traités chimiquement, le revêtement et/ou le traitement servant à limiter, voire empêcher, la formation et/ou l'adhésion de l'impureté solidifiée sur une surface des passages, on recueille au moins une partie (5B, 10B, 19) de l'impureté solidifiée sortant des passages de refroidissement de l'échangeur de chaleur et/ou à un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur et on soutire le mélange gazeux, éventuellement au moins partiellement liquéfié, de l'échangeur de chaleur, de préférence au bout froid..
  2. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on épure le mélange gazeux (1) pour enlever au moins une fraction de l'au moins impureté en amont de l'échangeur de chaleur (3, 3A), cette fraction représentant entre 20% et 95% de l'impureté contenu dans le mélange gazeux en amont du procédé.
  3. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel on recueille au moins une partie de l'impureté solidifiée en aval de l'échangeur de chaleur (3, 3A), au moyen d'un séparateur de phases (17) et/ou d'une vis sans fin (17A).
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel on traite le mélange gazeux refroidi en aval de l'échangeur de chaleur (3, 3A) et/ou à au moinsun niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur pour éliminer l'impureté (5B, 10B) sous forme gazeuse et/ou liquide et/ou solide.
  5. 5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel on refroidit le mélange gazeux (1) dans l'échangeur de chaleur (3, 3A) d'abord jusqu'à une température inférieure ou égale à la température de liquéfaction de l'au moins une impureté mais supérieure à sa température de solidification, on sort au moins une partie du mélange gazeux (5) de l'échangeur pour éliminer une partie de l'impureté sous forme liquide (5B, 10B) et on renvoie l'au moins une partie du mélange gazeux contenant de l'impureté dans l'échangeur de chaleur pour le refroidir à la température de solidification de celui-ci.
  6. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5 dans lequel on élimine au moins 50% de l'impureté présente à l'entrée de l'échangeur de chaleur (3, 3A), dit bout chaud, en le recueillant en aval de l'échangeur de chaleur après refroidissement jusqu'à la sortie de l'échangeur au bout froid.
  7. 7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel le bout chaud de l'échangeur de chaleur (3) est disposé à un niveau plus élevé à celui du bout froid. 20
  8. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel le bout chaud de l'échangeur de chaleur (3) est disposé à un niveau moins élevé à celui du bout froid ou à celui d'un niveau intermédiaire de l'échangeur dans le cas d'un échangeur en U inversé et on élimine au moins 50% de l'impureté, par exemple l'eau, présente 25 dans le mélange gazeux à refroidir à l'entrée de l'échangeur de chaleur, dit bout chaud, en le recueillant sous forme solide ou liquide au bout chaud de l'échangeur où elle tombe par gravité après refroidissement dans l'échangeur de chaleur.
  9. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le 30 mélange gazeux (1) est de l'air ou un mélange ayant pour composants principaux de l'hydrogène et/ou du monoxyde de carbone et/ou du méthane et l'au moins uneimpureté est de l'eau et/ou du dioxyde de carbone ou un mélange ayant pour composant principal du dioxyde de carbone et éventuellement de l'hydrogène et/ou du monoxyde de carbone et/ou du méthane et/ou du l'oxygène et/ou de l'azote et/ou de l'argon et l'au moins une impureté est de l'eau .
  10. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une surface des passages de refroidissement a été traitée pour avoir une surface hydrophobe, et/ou superhydrophobe, et/ou avec des zones hydrophobes et hydrophiles, et/ouhygroscopiques, afin de limiter, voire empêcher la formation et/ou l'adhésion d'impuretés solidifiées, par exemple la glace.
  11. 11. Procédé de séparation d'un mélange gazeux dans lequel le mélange gazeux (1) est épuré et refroidi par un procédé selon l'une des revendications précédentes, éventuellement refroidi encore et envoyé à un système de colonnes (27) pour être séparé par distillation à basse température, voire température cryogénique, pour produire au moins un fluide (43, 45, 47) enrichi dans un composant du mélange gazeux.
  12. 12. Procédé selon la revendication 11 dans lequel le fluide (45, 47) enrichi 20 dans un composant du mélange gazeux se réchauffe dans l'échangeur de chaleur (3) dans les passages de réchauffement.
  13. 13. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'échangeur de chaleur (3) comprend au moins un passage de réchauffement d'un 25 fluide, l'au moins un passage de réchauffement n'ayant pas été traité ou revêtu pour limiter, voire empêcher la formation et/ou l'adhésion d'impuretés solidifiées, par exemple la glace
  14. 14. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel au 30 moins une partie de l'impureté solidifiée sortant des passages de refroidissement de l'échangeur de chaleur est renvoyée à l'échangeur de chaleur pour se réchauffer.
  15. 15. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel on recueille au moins une partie de l'impureté solidifiée sortant des passages de refroidissement de l'échangeur de chaleur et/ou à un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur et le mélange gazeux se trouve liquéfié ou est liquéfié par une étape ultérieure en aval de l'échangeur et/ou est séparé à une température subambiante en aval de l'échangeur, éventuellement après élimination en aval de l'échangeur d'impuretés restantes qui se solidifieraient à cette température subambiante.
  16. 16. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel on fournit des frigories au mélange gazeux qui se refroidit à un moins un point intermédiaire de l'échangeur de chaleur (3), de préférence en aval ou en amont d'un point de soutirage d'au moins une partie de l'impureté solidifiée ou liquéfiée à un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur.
  17. 17. Appareil de refroidissement et d'épuration d'un mélange gazeux contenant au moins une impureté comprenant un échangeur de chaleur (3) ayant des passages de refroidissement et des moyens pour envoyer le mélange gazeux contenant au moins une impureté se refroidir dans l'échangeur de chaleur jusqu'à une température égale ou inférieure à celle à laquelle l'au moins une impureté se solidifie et des moyens pour soutirer le mélange gazeux (15), éventuellement au moins partiellement liquéfié, de l'échangeur de chaleur, de préférence au bout froid caractérisé en ce que les passages de refroidissement sont au moins partiellement couverts d'un revêtement et/ou traités physiquement et/ou traités chimiquement, le revêtement et/ou le traitement servant à limiter, voire empêcher la formation et/ou l'adhésion de l'impureté solidifiée sur une surface des passages et en ce que l'appareil comprend des moyens (2, 8, 17, 17A) pour recueillir au moins une partie de l'impureté solidifiée sortant des passages de refroidissement de l'échangeur de chaleur et/ou à un niveau intermédiaire de l'échangeur de chaleur et des moyens pour sortir le mélange gazeux en l'au moins une impureté de l'échangeur de chaleur.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3438585A3 (fr) * 2017-08-03 2019-04-17 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé de dégivrage d'un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique et appareil adapté pour être dégivré par ce procédé
DE102020213158A1 (de) 2020-10-19 2022-04-21 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Magnetokalorische Destillationseinheit
FR3131775B1 (fr) * 2022-01-07 2023-12-01 Air Liquide Echangeur de chaleur et appareil de séparation comportant un échangeur de chaleur

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB917286A (en) * 1960-01-26 1963-01-30 British Oxygen Co Ltd Low temperature separation of gas mixtures
WO2005075112A1 (fr) * 2004-02-10 2005-08-18 Multi Sign A/S Revetement de surface aux proprietes inhibant la formation de rosee et de glace
WO2009145627A1 (fr) * 2008-05-28 2009-12-03 Twister B.V. Revêtement glaciophobe et utilisation de celui-ci
WO2012100100A2 (fr) * 2011-01-19 2012-07-26 President And Fellows Of Harvard College Surfaces glissantes poreuses imprégnées de liquides et leur application biologique

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3739593A (en) * 1968-12-04 1973-06-19 Trane Co Gas separation system
US6082133A (en) * 1999-02-05 2000-07-04 Cryo Fuel Systems, Inc Apparatus and method for purifying natural gas via cryogenic separation
US20060281861A1 (en) 2005-06-13 2006-12-14 Putnam John W Erosion resistant anti-icing coatings
DE102006060340B4 (de) 2006-12-13 2012-12-13 Leibniz-Institut Für Polymerforschung Dresden E.V. Verwendung einer dauerhaften Beschichtung von Metall- oder Glasoberflächen zurBe- und/oder Verhinderung des Vereisens
EP2212003A1 (fr) * 2007-10-12 2010-08-04 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Procédé pour la séparation du co2 d'un courant d'alimentation gazeux
US20130305748A1 (en) 2012-05-18 2013-11-21 Honeywell International Inc. Icephobic coating on the condenser cold side

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB917286A (en) * 1960-01-26 1963-01-30 British Oxygen Co Ltd Low temperature separation of gas mixtures
WO2005075112A1 (fr) * 2004-02-10 2005-08-18 Multi Sign A/S Revetement de surface aux proprietes inhibant la formation de rosee et de glace
WO2009145627A1 (fr) * 2008-05-28 2009-12-03 Twister B.V. Revêtement glaciophobe et utilisation de celui-ci
WO2012100100A2 (fr) * 2011-01-19 2012-07-26 President And Fellows Of Harvard College Surfaces glissantes poreuses imprégnées de liquides et leur application biologique

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Separation of air by cryogenic distillation", IP.COM JOURNAL, IP.COM INC., WEST HENRIETTA, NY, US, 13 July 2010 (2010-07-13), XP013139065, ISSN: 1533-0001 *

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