FR3032888A1 - Procede et appareil de separation a temperature subambiante - Google Patents

Procede et appareil de separation a temperature subambiante Download PDF

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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Dans un procédé de séparation d'un mélange par séparation à température subambiante, une première pompe à chaleur (31), utilisant l'effet magnétocalorique échange de la chaleur entre une source froide à température subambiante et une source chaude à température subambiante, apportant ainsi au moins en partie l'énergie de séparation et une deuxième pompe à chaleur (21), utilisant l'effet magnétocalorique échange de la chaleur entre une source froide (15) à température subambiante et une source chaude à température ambiante apportant ainsi au moins une partie du froid nécessaire au maintien du bilan frigorifique du procédé, la séparation s'effectuant dans une colonne unique (19) et le fluide caloporteur (37,39) traversant la première pompe à chaleur (31) au contact d'au moins un matériau magnétocalorique est issu de la première source froide ou de la première source chaude.

Description

1 La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séparation à température subambiante, voire cryogénique. La séparation peut être une séparation par distillation et/ou par déflegmation et/ou par absorption. L'équipement utilisé pour cette séparation sera appelé « colonne ». Ainsi une colonne peut par exemple être une colonne de distillation ou d'absorption. Réduite à sa plus simple expression, elle peut être un séparateur de phases. Sinon une colonne peut également être un appareil où s'effectue une 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 (Tc). 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 oeuvre des éléments en matériau magnétocalorique, qui génèrent de la chaleur lorsqu'ils sont magnétisés et absorbent de la chaleur lorsqu'ils sont démagnétisés.
3032888 2 Il peut mettre en oeuvre un régénérateur à matériau magnétocalorique pour amplifier la différence de température entre la « source chaude » et la «source froide» : on parle alors de réfrigération magnétique à régénération active. Il est connu d'utiliser l'effet magnétocalorique pour fournir du froid à un procédé 5 de séparation à température subambiante dans EP-A-2551005. US-A-6502404 décrit l'usage de l'effet magnétocalorique (à la place de l'utilisation classique d'une turbine de détente) pour fournir du froid (nécessaire pour assurer le bilan frigorifique du procédé) à un procédé cryogénique de séparation de gaz de l'air, l'énergie de séparation étant classiquement apportée par l'air sous pression qui 10 permet de faire fonctionner le vaporiseur-condenseur de la double colonne (la colonne basse pression pouvant être réduite à un simple vaporiseur dans le cas d'un générateur d'azote). La séparation (distillation) se fait en partie sous pression, typiquement entre 5 et 6 bara dans la colonne moyenne pression. Il est connu depuis longtemps d'utiliser un même circuit pour fournir à la fois de la 15 chaleur au rebouilleur d'une colonne de distillation et des frigories au condenseur de cette même colonne. US-A-2916888 montre un exemple pour une distillation d'hydrocarbures. FR13/58666 décrit une séparation entièrement à très basse pression, le fluide à séparer ne véhiculant pas l'énergie (sous forme de pression) utilisée pour la séparation 20 et pour la tenue en froid du procédé. L'énergie pour la séparation et l'énergie pour la tenue en froid sont apportées par des pompes à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique, indépendamment du fluide à séparer et de sa pression. Le fluide caloporteur utilisé dans la pompe à chaleur magnétocalorique dite de séparation circule dans un circuit fermé. Dans le cas où on utilise un fluide qui ne reste liquide qu'en 25 fonctionnement normal, mais qui devient gazeux à température plus élevée, voire ambiante, par exemple lors de phases transitoire ou de démarrage (typiquement de l'azote, de l'air ou de l'oxygène pour un appareil de séparation d'air), cela complique le système pour gérer ces phases : par exemple, il est nécessaire d'avoir un système de maintien en pression, un système d'injection du fluide caloporteur une fois le bon niveau 30 de température atteint.
3032888 3 La présente invention adresse le problème de simplifier la mise en oeuvre en utilisant un fluide issu du procédé comme fluide caloporteur, celui-ci étant mis en contact avec un matériau magnétocalorique, dans un circuit semi-ouvert. Cela permet de supprimer l'échangeur (condenseur ou vaporiseur) du coté de la pompe à chaleur d'où 5 provient le fluide procédé. Ainsi, on n'a plus besoin de gérer le fluide caloporteur en fonction des différents niveaux de température : lorsque le fluide procédés est disponible sous forme liquide car le niveau de température est adéquat dans le procédé, on l'utilise ; lorsqu'il n'est pas disponible (gazeux par exemple), c'est le « procédé qui le gère ». Cela devient « naturel ».
10 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.
15 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.
20 Une température cryogénique est inférieure à -50°C. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'un mélange, par exemple de gaz de l'air, par séparation à température subambiante, voire cryogénique dans lequel : a. au moins une première pompe à chaleur, utilisant l'effet magnétocalorique, 25 dite pompe à chaleur de séparation, échange de la chaleur directement ou indirectement entre une première source froide à température subambiante, voire cryogénique et une première source chaude à température subambiante, voire cryogénique apportant ainsi au moins en partie l'énergie de séparation, et b. au moins une deuxième pompe à chaleur, utilisant l'effet magnétocalorique, 30 dite pompe à chaleur de bilan frigorifique, échange de la chaleur directement ou indirectement entre une deuxième source froide à une première température 3032888 4 subambiante, voire cryogénique et une deuxième source chaude à une température supérieure à la première température, par exemple à la température ambiante, apportant ainsi au moins une partie du froid nécessaire au maintien du bilan frigorifique du procédé, 5 caractérisé par le fait que la séparation s'effectue dans une colonne unique ou un ensemble de colonnes, la première source froide et la première source chaude étant reliées thermiquement, directement ou indirectement, à la colonne unique ou à une colonne de l'ensemble, le fluide caloporteur traversant la première pompe à chaleur, dite de séparation, au contact d'au moins un matériau magnétocalorique est issu de la 10 première source froide ou de la première source chaude. Selon d'autres caractéristiques facultatives : - la première pompe à chaleur dite de séparation transfère de la chaleur directement ou indirectement de la tête de colonne, préférentiellement par condensation de gaz de la colonne, vers la cuve de colonne, préférentiellement par vaporisation de 15 liquide de la colonne unique. - la première pompe à chaleur dite de séparation transfère de la chaleur directement ou indirectement dans une colonne de l'ensemble, préférentiellement par condensation de gaz dans une colonne de l'ensemble, vers une colonne de l'ensemble, préférentiellement par vaporisation de liquide dans une colonne de l'ensemble. 20 - la deuxième pompe à chaleur, dite de bilan frigorifique condensant directement ou indirectement un fluide issu de la colonne unique ou d'une colonne de l'ensemble. - un échange thermique est au moins en partie réalisé entre un fluide issu de la séparation de la colonne ou d'une colonne de l'ensemble et un fluide caloporteur ayant 25 été en contact avec le matériau magnétocalorique de la deuxième pompe à chaleur à travers un échangeur de chaleur, intégré à la colonne ou à une colonne de l'ensemble. - l'échangeur de chaleur est placé quelques plateaux théoriques de distillation au dessus de l'introduction du mélange dans la colonne ou d'une colonne de l'ensemble. 30 - un liquide est issu de la première source froide, est comprimé, puis envoyé comme fluide caloporteur à travers la première pompe à chaleur utilisant l'effet 3032888 5 magnétocalorique où il se réchauffe au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, puis cède sa chaleur à la première source chaude où il se refroidit, est ensuite de nouveau envoyé dans la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique où il se refroidit de nouveau au contact d'au moins un matériau 5 magnétocalorique, est ensuite détendu, et envoyé à la première source froide pour céder ses frigories. - un liquide est issu de la première source chaude, est comprimé, puis envoyé comme fluide caloporteur à travers la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique où il se refroidit au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, 10 puis cède ses frigories à la première source froide où il se réchauffe, est ensuite de nouveau envoyé dans la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique où il se réchauffe de nouveau au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, est ensuite détendu, et envoyé à la première source froide pour céder sa chaleur. - le liquide issu de la première source froide est du liquide de la tête de la 15 colonne unique ou d'une colonne de l'ensemble, caractérisé en ce que la pression au refoulement de la pompe est suffisante pour maintenir sous forme liquide le liquide ainsi réchauffé au contact d'au moins un matériau magnétocalorique de la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique, en ce qu'il est détendu dans une vanne et/ou une turbine, pour former un liquide sous-refroidi, en ce que ce liquide sous-refroidi est 20 ensuite envoyé en tête de la colonne unique ou d'une colonne de l'ensemble, où il condense par contact direct une partie du gaz montant dans la colonne unique ou d'une colonne de l'ensemble, assurant le reflux de la colonne unique ou d'une colonne de l'ensemble. - le liquide issu de la première source chaude est du liquide de la cuve de la 25 colonne unique ou d'une colonne de l'ensemble, caractérisé en ce que la pression au refoulement de la pompe est suffisante pour maintenir sous forme liquide le liquide de nouveau réchauffé au contact d'au moins un matériau magnétocalorique de la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique, en ce qu'il est détendu dans une vanne et/ou une turbine, pour former un fluide diphasique, en ce que ce fluide 30 diphasique est ensuite envoyé en cuve de la colonne unique ou d'une colonne de l'ensemble, où sa partie gazeuse monte dans la colonne unique ou d'une colonne de 3032888 6 l'ensemble, assurant le rebouillage de la colonne unique ou d'une colonne de l'ensemble. - la séparation s'effectue dans une colonne unique ou un ensemble de colonnes, la pression de la colonne unique ou des colonnes de l'ensemble étant 5 inférieure à 2 bara, préférentiellement inférieure à 1,5 bara, préférentiellement à au moins une pression qui ne diffère de la pression atmosphérique que par les pertes de charges des éléments reliant la ou les colonnes avec l'atmosphère. - un échange thermique est au moins en partie réalisé entre un fluide à séparer et/ou issu de la séparation de la colonne ou d'une colonne de l'ensemble et un fluide 10 caloporteur ayant été en contact avec le matériau magnétocalorique de la première pompe à chaleur à travers un échangeur. - un échange thermique est au moins en partie réalisé entre un fluide à séparer et/ou issu de la séparation de la colonne ou d'une colonne de l'ensemble et un fluide caloporteur ayant été en contact avec le matériau magnétocalorique de la première 15 pompe à chaleur à travers un circuit caloporteur intermédiaire. - le mélange est de l'air. - la deuxième pompe à chaleur condense directement ou indirectement au moins partiellement l'air avant introduction de l'air dans la colonne unique ou dans une colonne de l'ensemble. 20 - la deuxième pompe à chaleur condense totalement directement ou indirectement une partie de l'air avant introduction la partie de l'air totalement condensée dans la colonne unique ou dans une colonne de l'ensemble, préférentiellement au dessus de l'alimentation du reste de l'air. - le procédé produit comme produit final au moins un gaz enrichi en un 25 composant du mélange. - le procédé produit comme produit final au moins un liquide enrichi en un composant du mélange. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'un mélange, par exemple de gaz de l'air, par un procédé de séparation à température 30 subambiante, voire cryogénique comprenant une colonne unique ou un ensemble de colonnes où s'effectue la séparation subambiante, voire cryogénique, des moyens pour 3032888 7 envoyer un mélange, par exemple de gaz de l'air, vers la colonne ou une colonne de ensemble, des moyens pour soutirer au moins un fluide enrichi en un composant du mélange de la colonne ou une colonne de ensemble, au moins une première pompe à chaleur, utilisant l'effet magnétocalorique, dite pompe à chaleur de séparation, pour 5 échanger de la chaleur directement ou indirectement entre une première source froide à température subambiante, voire cryogénique et une première source chaude à température subambiante, voire cryogénique apportant ainsi au moins en partie l'énergie de séparation et au moins une deuxième pompe à chaleur, utilisant l'effet magnétocalorique, dite pompe à chaleur de bilan frigorifique, pour échanger de la 10 chaleur directement ou indirectement entre une deuxième source froide à une première température subambiante, voire cryogénique et une deuxième source chaude à une température supérieure à la première température, par exemple à la température ambiante, apportant ainsi au moins une partie du froid nécessaire au maintien du bilan frigorifique du procédé, la première source froide et la première source chaude étant 15 reliées thermiquement, directement ou indirectement, à la colonne unique ou à une colonne de l'ensemble, des moyens pour qu'un fluide caloporteur traversant la première pompe à chaleur, dite de séparation, au contact d'au moins un matériau magnétocalorique soit issu de la première source froide ou de la première source chaude.
20 Selon d'autres objets facultatifs : - l'appareil comprend des moyens pour soutirer un liquide de la tête d'une colonne unique ou un ensemble de colonnes, le comprimer puis l'envoyer comme fluide caloporteur à travers la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique où il se réchauffe au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, le refroidir à la 25 première source chaude, le renvoyer dans la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique où il se refroidit de nouveau au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, le détendre, et le renvoyer en tête de la colonne unique ou de l'ensemble de colonnes, le réchauffer contre le gaz montant dans la colonne unique ou de l'ensemble de colonnes. 30 - l'appareil comprend des moyens pour soutirer un liquide de la cuve d'une colonne unique ou un ensemble de colonnes, le comprimer puis l'envoyer comme fluide 3032888 8 caloporteur à travers la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique où il se refroidit au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, le réchauffer à la première source froide, le renvoyer dans la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique où il se réchauffe de nouveau au contact d'au moins un matériau 5 magnétocalorique, le détendre, et le renvoyer en cuve de la colonne unique. - la pression de la colonne unique ou des colonnes de l'ensemble étant inférieure à 2 bara, préférentiellement inférieure à 1.5 bara, de sorte que la colonne est ou les colonnes sont reliée(s) à l'atmosphère par au moins un conduit ne comprenant pas de moyens de détente. 10 - l'appareil comprend des moyens pour soutirer un produit liquide en tête ou cuve de colonne unique ou d'une colonne de l'ensemble - l'appareil comprend des moyens pour soutirer un produit gazeux en tête ou en cuve de la colonne unique ou d'une colonne de l'ensemble. La figure 1 décrit l'état de l'art tel que décrit dans FR13/58666.
15 L'invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures 2 et 3. Dans la Figure 1, un débit d'air gazeux 1 est comprimé dans un compresseur 3 et refroidi dans un refroidisseur 5 pour former de l'air comprimé et refroidi 7. Cet air refroidi 7 est épuré dans une unité d'épuration 9 pour enlever de l'eau et du dioxyde de carbone 20 et d'autres impuretés. L'air épuré est ensuite refroidi dans un échangeur de chaleur 11 à plaques et à ailettes. L'air refroidi 14 dans l'échangeur 11 est divisé en deux parties 13,15. La partie 13 est envoyée au milieu d'une simple colonne de distillation 19 où elle se sépare pour former du gaz enrichi en azote 41 en haut de la colonne 19 et un liquide enrichi en oxygène 29 en cuve de la colonne 19.
25 La partie 15 de l'air (source froide indirecte de la deuxième pompe à chaleur) est condensé au moins partiellement dans un échangeur de chaleur 17 par échange de chaleur avec un débit de fluide 23 qui se refroidit au moyen d'une deuxième pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 21. Un fluide 51 de refroidissement (source chaude de la deuxième pompe à chaleur), typiquement de l'air ambiant ou de l'eau de 30 refroidissement est envoyé à la deuxième pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 21.
3032888 9 La colonne comprend un rebouilleur de cuve 33 et un condenseur de tête 35. Le rebouilleur (le liquide rebouilli dans le rebouilleur est la source chaude indirecte de la première pompe à chaleur) est chauffé au moyen d'un circuit de fluide 37 en lien avec une première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31. Cette première 5 pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 sert également à refroidir un fluide 39 qui refroidit le condenseur de tête 35 (le gaz condensé dans le condenseur est la source froide indirecte de la première pompe à chaleur). Les fluides 37 et 39 peuvent être identiques ou différents. Un liquide 29 enrichi en oxygène est soutiré en cuve de la colonne 19 et un gaz 41 enrichi en azote se réchauffe dans l'échangeur 11 et sert, au 10 moins en partie, ensuite à régénérer l'unité d'épuration 9. Un gaz 25 enrichi en oxygène est soutiré en cuve de la colonne 19, se réchauffe dans l'échangeur 11 et est comprimé par un compresseur 27. La Figure 2 propose une première mise en oeuvre selon l'invention. Un débit d'air gazeux 1 est comprimé dans un compresseur 3 et refroidi dans un refroidisseur 5 pour 15 former de l'air comprimé et refroidi 7. Cet air refroidi 7 est épuré dans une unité d'épuration 9 pour enlever de l'eau et du dioxyde de carbone et d'autres impuretés. L'air épuré est ensuite refroidi dans un échangeur de chaleur 11 à plaques et à ailettes. Tout l'air refroidi 14 dans l'échangeur 11 est envoyé directement au milieu de la simple colonne 19 où il se sépare pour former du gaz enrichi en azote 41 en haut de la colonne 20 19 et un liquide enrichi en oxygène 29 en cuve de la colonne 19. L'échangeur de chaleur 17 est intégré à la colonne 19, soit au niveau de l'entrée d'air refroidi 14, soit préférentiellement quelques plateaux théoriques de distillation au dessus de l'introduction de l'air refroidi 14. L'échangeur de chaleur 17 permet de condenser en partie du gaz montant dans la colonne 19 (source froide indirecte de la deuxième 25 pompe à chaleur) par échange de chaleur avec un débit de fluide 23 qui se refroidit au moyen d'une deuxième pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 21. Un fluide 51 de refroidissement (source chaude de la deuxième pompe à chaleur), typiquement de l'air ambiant ou de l'eau de refroidissement est envoyé à la deuxième pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 21. La colonne comprend un rebouilleur de 30 cuve 33 et ne comprend pas de condenseur de tête. Un liquide 39 est soutiré en tête de la colonne 19, comprimé dans la pompe 38, puis envoyé comme fluide caloporteur à 3032888 10 travers une première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 où il se réchauffe au contact d'au moins un matériau magnétocalorique. La pression au refoulement de la pompe 38 doit être suffisante pour maintenir sous forme liquide le liquide 39 ainsi réchauffé. Le liquide 39 ainsi réchauffé cède sa chaleur au rebouilleur de 5 cuve 33 où il se refroidit. Il est ensuite de nouveau envoyé dans la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 où il se refroidit de nouveau au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, pour former un liquide sous-refroidi. Il est ensuite détendu dans une vanne de détente 36, pour former un liquide sous-refroidi. Le liquide sous-refroidi est ensuite envoyé en tête de colonne 19, où il condense par contact direct 10 une partie du gaz montant dans la colonne, assurant le reflux de la colonne 19. La condensation par contact direct peut être fait grâce à une pulvérisation fine du liquide, ou encore à l'aide d'une surface de contact, par exemple des garnissages. La vanne de détente 36 peut être remplacée par une turbine et être éventuellement couplée avec la pompe 38 ou encore à une génératrice, pour réduire la consommation électrique de la 15 pompe 38. Un liquide 29 enrichi en oxygène est soutiré en cuve de la colonne 19 et un gaz 41 enrichi en azote se réchauffe dans l'échangeur 11 et sert, au moins en partie, ensuite à régénérer l'unité d'épuration 9. Un gaz 25 enrichi en oxygène est soutiré en cuve de la colonne 19, se réchauffe dans l'échangeur 11 et est comprimé par un compresseur 27.
20 La Figure 3 propose une deuxième mise en oeuvre selon l'invention. La figure diffère de la figure 2, en ce que le fluide caloporteur de la seconde pompe à chaleur provient de la cuve de la colonne 19 et la colonne ne comprend pas un rebouilleur de cuve, mais comprend un condenseur de tête 35. Un liquide 37 est soutiré en cuve de la colonne 19, comprimé dans la pompe 38, puis envoyé comme fluide caloporteur à 25 travers une première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 où il se refroidit au contact d'au moins un matériau magnétocalorique. Le liquide 37 ainsi refroidit cède son froid au condenseur de tête 35 où il se réchauffe. Il est ensuite de nouveau envoyé dans la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 où il se réchauffe de nouveau au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, 30 pour former un liquide surchauffé. La pression au refoulement de la pompe doit être suffisante pour maintenir sous forme liquide le liquide 37 ainsi surchauffé. Il est ensuite 3032888 11 détendu dans une vanne 36, pour former un fluide diphasique. Le fluide diphasique est ensuite envoyé en cuve de colonne 19, où sa partie gazeuse monte dans la colonne 19, assurant le rebouillage de la colonne 19. La vanne de détente peut être remplacée par une turbine et être éventuellement couplée avec la pompe ou encore à une génératrice, 5 pour réduire la consommation électrique de la pompe. L'arrangement proposé dans la Figure 3 permet d'avoir une pression de refoulement de la pompe 38 plus faible que dans l'arrangement de la Figure 2, réduisant ainsi la consommation énergétique de la pompe 38. L'invention est décrite ici dans l'application de séparation de l'air à température 10 cryogénique. Il est évident que l'invention s'applique également à d'autres séparations à températures subambiante par exemple à la séparation d'un mélange contenant du monoxyde de carbone et/ou d'hydrogène et/ou de l'azote et/ou du méthane. 15

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de séparation d'un mélange, par exemple de gaz de l'air, par séparation à température subambiante, voire cryogénique dans lequel : a) au moins une première pompe à chaleur (31), utilisant l'effet magnétocalorique, dite pompe à chaleur de séparation, échange de la chaleur directement ou indirectement entre une première source froide (39) à température subambiante, voire cryogénique et une première source chaude (37) à température subambiante, voire cryogénique apportant ainsi au moins en partie l'énergie de séparation, et b) au moins une deuxième pompe à chaleur (21), utilisant l'effet magnétocalorique, dite pompe à chaleur de bilan frigorifique, échange de la chaleur directement ou indirectement entre une deuxième source froide (23) à une première température subambiante, voire cryogénique et une deuxième source chaude (51) à une température supérieure à la première température, par exemple à la température ambiante, apportant ainsi au moins une partie du froid nécessaire au maintien du bilan frigorifique du procédé, caractérisé par le fait que la séparation s'effectue dans une colonne unique (19) ou un ensemble de colonnes, la première source froide et la première source chaude étant reliées thermiquement, directement ou indirectement, à la colonne unique ou à une colonne de l'ensemble, le fluide caloporteur (37,39) traversant la première pompe à chaleur (31), dite de séparation, au contact d'au moins un matériau magnétocalorique est issu de la première source froide ou de la première source chaude.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la première pompe à chaleur (31), dite de séparation transfère de la chaleur directement ou indirectement de la tête de la colonne unique (19) ou d'une colonne de l'ensemble, préférentiellement par condensation de gaz de la colonne ou d'une colonne de l'ensemble, vers la cuve de la 3032888 13 colonne ou d'une colonne de l'ensemble, préférentiellement par vaporisation de liquide de la colonne unique ou d'une colonne de l'ensemble.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel un liquide (39) est issu de 5 la première source froide, est comprimé, puis envoyé comme fluide caloporteur à travers la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique (31) où il se réchauffe au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, puis cède sa chaleur à la première source chaude où il se refroidit, est ensuite de nouveau envoyé dans la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique (31) où il se refroidit de nouveau au contact 10 d'au moins un matériau magnétocalorique, est ensuite détendu, et envoyé à la première source froide pour céder ses frigories.
  4. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel un liquide (37) est issu de la première source chaude, est comprimé, puis envoyé comme fluide caloporteur à 15 travers la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique (31) où il se refroidit au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, puis cède ses frigories à la première source froide où il se réchauffe, est ensuite de nouveau envoyé dans la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique (31) où il se réchauffe de nouveau au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, est ensuite détendu, et 20 envoyé à la première source froide pour céder sa chaleur.
  5. 5. Procédé selon la revendication 3 dans lequel un liquide (39) issu de la première source froide est du liquide de la tête de la colonne unique (19) ou d'une colonne de l'ensemble, caractérisé en ce que la pression au refoulement de la pompe 25 (38) est suffisante pour maintenir sous forme liquide le liquide (39) ainsi réchauffé au contact d'au moins un matériau magnétocalorique de la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique (31), en ce qu'il est détendu dans une vanne (36) et/ou une turbine, pour former un liquide sous-refroidi, en ce que ce liquide sous-refroidi est ensuite envoyé en tête de la colonne unique (19) ou d'une colonne de l'ensemble, où il 30 condense par contact direct une partie du gaz montant dans la colonne unique (19) ou 3032888 14 d'une colonne de l'ensemble, assurant le reflux de la colonne unique (19) ou d'une colonne de l'ensemble.
  6. 6. Procédé selon la revendication 4 dans lequel un liquide (37) issu de la 5 première source chaude est du liquide de la cuve de la colonne unique (19) ou d'une colonne de l'ensemble, caractérisé en ce que la pression au refoulement de la pompe (38) est suffisante pour maintenir sous forme liquide le liquide (37) de nouveau réchauffé au contact d'au moins un matériau magnétocalorique de la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique (31), en ce qu'il est détendu dans une vanne 10 (36) et/ou une turbine, pour former un fluide diphasique, en ce que ce fluide diphasique est ensuite envoyé en cuve de la colonne unique (19) ou d'une colonne de l'ensemble, où sa partie gazeuse monte dans la colonne unique (19) ou d'une colonne de l'ensemble, assurant le rebouillage de la colonne unique (19) ou d'une colonne de l'ensemble. 15
  7. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le mélange est de l'air.
  8. 8. Appareil de séparation d'un mélange de gaz de l'air par un procédé de 20 séparation à température subambiante, voire cryogénique comprenant une colonne unique (19) ou un ensemble de colonnes où s'effectue la séparation subambiante, voire cryogénique, des moyens pour envoyer un mélange de gaz de l'air vers la colonne ou une colonne de ensemble, des moyens pour soutirer au moins un fluide enrichi en un composant du mélange de la colonne, au moins une première pompe à chaleur (31), 25 utilisant l'effet magnétocalorique, dite pompe à chaleur de séparation, pour échanger de la chaleur directement ou indirectement entre une source froide à température subambiante, voire cryogénique et une source chaude à température subambiante, voire cryogénique apportant ainsi au moins en partie l'énergie de séparation et au moins une deuxième pompe à chaleur (21), utilisant l'effet magnétocalorique, dite pompe à 30 chaleur de bilan frigorifique, pour échanger de la chaleur directement ou indirectement entre une source froide à une première température subambiante, voire cryogénique et 3032888 15 une source chaude à température supérieure à la première température, par exemple à la température ambiante, apportant ainsi au moins une partie du froid nécessaire au maintien du bilan frigorifique du procédé, la première source froide et la première source chaude étant reliées thermiquement, directement ou indirectement, à la colonne unique 5 ou à une colonne de l'ensemble, des moyens pour qu'un fluide caloporteur (37,39) traversant la première pompe à chaleur (31), dite de séparation, au contact d'au moins un matériau magnétocalorique soit issu de la première source froide ou de la première source chaude. 10
  9. 9. Appareil selon la revendication 8 comprenant des moyens pour soutirer un liquide de la tête d'une colonne unique (19) ou un ensemble de colonnes, le comprimer puis l'envoyer comme fluide caloporteur à travers la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique (31) où il se réchauffe au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, le refroidir à la première source chaude, le renvoyer dans la première 15 pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique (31) où il se refroidit de nouveau au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, le détendre, et le renvoyer en tête de la colonne unique (19) ou de l'ensemble de colonnes.
  10. 10. Appareil selon la revendication 8 comprenant des moyens pour soutirer un 20 liquide de la cuve d'une colonne unique (19) ou un ensemble de colonnes, le comprimer puis l'envoyer comme fluide caloporteur à travers la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique (31) où il se refroidit au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, le réchauffer à la première source froide, le renvoyer dans la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique (31) où il se réchauffe de 25 nouveau au contact d'au moins un matériau magnétocalorique, le détendre, et le renvoyer en cuve de la colonne unique (19). 30
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