FR3032890A1 - METHOD AND APPARATUS FOR SUBAMBIAN TEMPERATURE SEPARATION - Google Patents

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Abstract

Dans un procédé de séparation d'un mélange par séparation à température subambiante, une première pompe à chaleur (31), utilise 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), utilise 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) dans laquelle la deuxième pompe à chaleur (21) condense directement un fluide issu de la colonne unique (19).In a process for separating a mixture by separation at a subambient temperature, a first heat pump (31) uses the magnetocaloric effect to exchange heat between a cold source at a subambient temperature and a hot source at a subambient temperature, thereby providing at least partly the separation energy and a second heat pump (21), uses the magnetocaloric effect heat exchange between a cold source (15) at subambient temperature and a hot source at room temperature thus providing at least one part of the cold necessary to maintain the cooling of the process, the separation being carried out in a single column (19) in which the second heat pump (21) directly condenses a fluid from the single column (19).

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.The present invention relates to a method and apparatus for separation at subambient temperature, or even cryogenic. The separation may be separation by distillation and / or dephlegmation and / or absorption. The equipment used for this separation will be called "column". Thus a column may for example be a distillation or absorption column. Reduced to its simplest expression, it can be a phase separator. Otherwise a column can also be a device where a dephlegmation takes place. Magnetic refrigeration is based on the use of magnetic materials having a magnetocaloric effect. Reversible, this effect results in a variation of their temperature when they are subjected to the application of an external magnetic field. The optimal ranges of use of these materials are in the vicinity of their Curie temperature (Tc). In fact, the higher the magnetization variations, and consequently the magnetic entropy changes, the higher the changes in their temperature. The magnetocaloric effect is said to be direct when the temperature of the material increases when it is put in a magnetic field, indirect when it cools when it is put in a magnetic field. The rest of the description will be made for the direct case, but the transposition to the indirect case is obvious to those skilled in the art. There are several thermodynamic cycles based on this principle. A typical magnetic refrigeration cycle consists of: (i) magnetizing the material to increase its temperature, (ii) cooling the constant magnetic field material to reject heat, (iii) demagnetizing the material to cool it, and (iv) heat the constant magnetic field material (usually zero) to capture the heat.

3032890 2 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. Il peut mettre en oeuvre un régénérateur à matériau magnétocalorique pour amplifier la différence de température 5 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 de séparation à température subambiante dans EP-A-2551005. US-A-6502404 décrit l'usage de l'effet magnétocalorique (à la place de 10 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 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 15 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 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 20 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 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 25 magnétocalorique, indépendamment du fluide à séparer et de sa pression. La présente invention adresse le problème de simplifier la mise en oeuvre et de réduire la consommation énergétique de la séparation, en intégrant l'échangeur au niveau de la « source froide » de la pompe à chaleur dite de bilan frigorifique dans la colonne.A magnetic refrigeration device uses elements of magnetocaloric material, which generate heat when they are magnetized and absorb heat when demagnetized. It can implement a magnetocaloric material regenerator to amplify the temperature difference between the "hot source" and the "cold source": it is called active regenerative magnetic refrigeration. It is known to use the magnetocaloric effect to provide cold to a subambient temperature separation process in EP-A-2551005. US-A-6502404 discloses the use of the magnetocaloric effect (instead of the conventional use of an expansion turbine) to provide cold (necessary to ensure the refrigeration balance of the process) to a cryogenic process of separation of gas from the air, the separation energy being conventionally provided by the pressurized air which makes it possible to operate the vaporizer-condenser of the double column (the low pressure column can be reduced to a simple vaporizer in the case a nitrogen generator). The separation (distillation) is partly under pressure, typically between 5 and 6 bara in the medium pressure column. It has long been known to use the same circuit to provide both heat reboiler of a distillation column and condenser frigories of the same column. US-A-2916888 shows an example for hydrocarbon distillation. FR13 / 58666 describes a separation entirely at very low pressure, the fluid to be separated does not convey the energy (in the form of pressure) used for the separation and for the cold resistance of the process. The energy for the separation and the energy for the cold resistance are provided by heat pumps using the magnetocaloric effect, independently of the fluid to be separated and its pressure. The present invention addresses the problem of simplifying the implementation and reducing the energy consumption of the separation, by integrating the exchanger at the "cold source" of the so-called cold balance heat pump in the column.

30 Une pompe à chaleur est un dispositif thermodynamique permettant de transférer une quantité de chaleur d'un milieu considéré comme « émetteur » dit « source froide » 3032890 3 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. Une température ambiante est la température de l'air ambiant dans lequel se 5 situe le procédé, ou encore une température d'un circuit d'eau de refroidissement en lien avec la température d'air. Une température subambiante est au moins 10°C inférieure à la température ambiante. Une température cryogénique est inférieure à -50°C.A heat pump is a thermodynamic device for transferring a quantity of heat from a medium considered as a "transmitter" called "cold source" 3032890 3 from which the heat is extracted to a medium considered as "receiver" said "Hot source" where heat is supplied, the cold source being at a colder temperature than the hot source. An ambient temperature is the temperature of the ambient air in which the process is located, or a temperature of a cooling water circuit related to the air temperature. A subambient temperature is at least 10 ° C below room temperature. A cryogenic temperature is below -50 ° C.

10 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, dite pompe à chaleur de séparation, échange de la chaleur directement ou 15 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, dite pompe à chaleur de bilan frigorifique, échange de la chaleur directement ou 20 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, 25 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 une seule colonne, pouvant être la colonne unique ou une colonne de l'ensemble et la deuxième pompe à chaleur, dite de bilan frigorifique condensant directement ou indirectement un fluide issu de la 30 colonne unique ou de la colonne de l'ensemble.According to an object of the invention, there is provided a method for separating a mixture, for example gas from air, by separation at subambient temperature, or even cryogenic in which: a. at least one first heat pump, using the magnetocaloric effect, the so-called separation heat pump, exchanging heat directly or indirectly between a first cold source at subambient temperature or even cryogenic and a first hot source at subambient temperature, or even cryogenic thus providing at least part of the separation energy, and b. at least one second heat pump, using the magnetocaloric effect, referred to as the heat balance heat pump, exchanging heat directly or indirectly between a second cold source at a first subambient temperature or even a cryogenic temperature and a second hot source at a second temperature source; higher than the first temperature, for example at room temperature, thus providing at least a portion of the cold necessary to maintain the refrigeration balance of the process, characterized in that the separation takes place in a single column or a set of columns, the first cold source and the first hot source being thermally connected, directly or indirectly, to a single column, which may be the single column or a column of the assembly and the second heat pump, called cold balance condensing directly or indirectly a fluid from the single column or column of the assembly.

3032890 4 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 5 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. 10 - 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 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 intégré dans un distributeur liquide et/ou gaz de la 15 colonne ou d'une colonne de l'ensemble. - l'échangeur de chaleur est intégré dans au moins une espace gaz d'un distributeur de la colonne ou d'une colonne de l'ensemble. - au moins une partie de l'échangeur de chaleur est disposé dans au moins une espace gaz d'un distributeur de la colonne ou d'une colonne de l'ensemble. 20 - l'échangeur de chaleur occupe toute la section de la colonne ou d'une colonne de l'ensemble. - l'échangeur de chaleur est de type tubulaire. - l'échangeur de chaleur est de type échangeur à plaques et ailettes brasés en aluminium. 25 - l'échangeur de chaleur fonctionne en mode déflegmateur du coté du fluide issu de la colonne ou d'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 - l'échangeur est posé directement sur le tronçon inférieur de distillation de la 30 colonne ou d'une colonne de l'ensemble. 3032890 5 - le tronçon supérieur de distillation de la colonne ou d'une colonne de l'ensemble est posé directement sur l'échangeur. - 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. - le mélange est de l'air. - le procédé produit comme produit final au moins un gaz enrichi en un 10 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 15 subambiante, voire cryogénique comprenant une colonne unique ou un ensemble de colonnes où s'effectue la séparation subambiante, voire cryogénique, des moyens pour 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 20 chaleur, utilisant l'effet magnétocalorique, dite pompe à chaleur de séparation, pour 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 25 magnétocalorique, dite pompe à chaleur de bilan frigorifique, pour échanger de la 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 30 frigorifique du procédé, la première source froide et la première source chaude étant reliées thermiquement, directement ou indirectement, à la colonne unique ou à une 3032890 6 colonne de l'ensemble, 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 à travers un échangeur de chaleur intégré à la colonne unique ou d'une colonne de l'ensemble.According to other optional features: the first heat pump known as separation pump transfers heat directly or indirectly from the top of the column, preferably by condensing gas from the column, to the column vessel, preferably by vaporization of the column; 5 liquid from the single column. the first so-called separation heat pump transfers heat directly or indirectly to a column of the assembly, preferably by condensation of gas in a column of the assembly, to a column of the assembly, preferably by vaporization of liquid in a column of the set. A heat exchange is at least partly effected between a fluid resulting from the separation of the column or a column from the assembly and a heat-transfer fluid having been in contact with the magnetocaloric material of the second heat pump through a heat exchanger, built into the column or column of the assembly. the heat exchanger is integrated in a liquid dispenser and / or gas of the column or column of the assembly. the heat exchanger is integrated in at least one gas space of a distributor of the column or column of the assembly. - At least a portion of the heat exchanger is disposed in at least one gas space of a distributor of the column or column of the assembly. The heat exchanger occupies the entire section of the column or column of the assembly. the heat exchanger is of the tubular type. the heat exchanger is of type exchanger with brazed aluminum plates and fins. The heat exchanger operates in dephlegmator mode on the side of the fluid coming from the column or column of the assembly. the heat exchanger is placed a few theoretical distillation plates above the introduction of the mixture into the column or column of the assembly; the exchanger is placed directly on the lower distillation section of the column; or a column of the set. The upper distillation section of the column or of a column of the assembly is placed directly on the exchanger. the separation is carried out in a single column or set of columns, the pressure of the single column or columns of the assembly being less than 2 bara, preferably less than 1.5 bara, preferably at least one pressure which differs from the atmospheric pressure only by the losses of charges of the elements connecting the column or columns with the atmosphere. - the mixture is air. the process produces as final product at least one gas enriched in one component of the mixture. - The process produces as final product at least one liquid enriched in a component of the mixture. According to another object of the invention, there is provided an apparatus for separating a mixture, for example air gas, by a subambient or even cryogenic separation process comprising a single column or a set of columns in which the subambient or even cryogenic separation is carried out, means for sending a mixture, for example gas from the air, to the column or an assembly column, means for withdrawing at least one fluid enriched in a component of the mixing the column or a set column, at least a first heat pump, using the magnetocaloric effect, called the separation heat pump, for exchanging heat directly or indirectly between a first cold source at subambient temperature, or even cryogenic and a first hot source at subambient temperature, or even cryogenic thus providing at least partly the separation energy and at least one second heat pump, using the magnetocaloric effect, referred to as the cooling balance heat pump, for exchanging heat directly or indirectly between a second cold source at a first subambient or even cryogenic temperature and a second hot source at a temperature above the first temperature, for example at room temperature, thereby providing at least a portion of the cold necessary to maintain the refrigeration balance of the process, the first cold source and the first hot source being thermally connected, directly or indirectly, to the single column or to a refrigerant 3032890 6 column of the assembly, the second heat pump, said cooling balance directly or indirectly condensing a fluid from the single column or a column of the assembly through a heat exchanger integrated in the single column or d 'a column of the set.

5 Selon d'autres objets facultatifs : - 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. - l'appareil comprend des moyens pour intégrer l'échangeur de chaleur dans 15 un distributeur liquide et/ou gaz de la colonne ou d'une colonne de l'ensemble. - l'appareil comprend des moyens pour intégrer l'échangeur de chaleur dans au moins un espace gaz d'un distributeur de la colonne ou d'une colonne de l'ensemble. - au moins un tube de l'échangeur de chaleur est disposé dans un espace gaz. - au moins une pluralité de passages de l'échangeur à plaques et à ailettes 20 sont disposées dans un espace gaz. - l'appareil comprend des moyens pour contenir et supporter l'échangeur de chaleur sur toute la section de la colonne ou d'une colonne de l'ensemble. - l'appareil comprend des moyens pour faire fonctionner l'échangeur de chaleur en mode déflegmateur du coté du fluide provenant de la colonne ou d'une 25 colonne de l'ensemble. La figure 1 décrit l'état de l'art tel que décrit dans FR13/58666. L'invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures 2 à 5. 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 30 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 3032890 7 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.According to other optional objects: the pressure of the single column or columns of the assembly being less than 2 bara, preferably less than 1.5 bara, so that the column is or the columns are connected to the column; atmosphere by at least one conduit not including detent means. The apparatus comprises means for withdrawing a liquid product at the head or single column vessel or a column of the assembly. the apparatus comprises means for withdrawing a gaseous product at the head or in the vat of the single column or of a column of the assembly. the apparatus comprises means for integrating the heat exchanger into a liquid and / or gas distributor of the column or column of the assembly. the apparatus comprises means for integrating the heat exchanger in at least one gas space of a distributor of the column or column of the assembly. at least one tube of the heat exchanger is arranged in a gas space. at least a plurality of passages of the plate and fin exchanger 20 are arranged in a gas space. the apparatus comprises means for containing and supporting the heat exchanger over the entire section of the column or column of the assembly. the apparatus comprises means for operating the heat exchanger in dephlegmator mode on the side of the fluid from the column or column of the assembly. Figure 1 describes the state of the art as described in FR13 / 58666. The invention will be described in more detail with reference to FIGS. 2 to 5. In FIG. 1, a flow of gaseous air 1 is compressed in a compressor 3 and cooled in a cooler 5 to form compressed air and This cooled air 7 is purified in a purification unit 9 to remove water and carbon dioxide and other impurities. The purified air is then cooled in a plate heat exchanger 11 and finned. The cooled air 14 in the exchanger 11 is divided into two parts 13,15. Part 13 is sent to the middle of a single distillation column 19 where it separates to form nitrogen-enriched gas 41 at the top of column 19 and an oxygen-enriched liquid 29 in the bottom of column 19.

5 La partie 15 de l'air (source froide indirecte de la deuxième pompe à chaleur) est condensée 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 10 refroidissement est envoyé à la deuxième pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 21. 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 15 première 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 20 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. Dans la Figure 2 à la différence de la Figure 1, tout l'air refroidi 14 dans l'échangeur 11 est envoyé directement au milieu de la simple colonne 19. Par ailleurs, 25 l'échangeur de chaleur 17 est intégré à la colonne 19 en étant disposé à l'intérieur de la colonne, 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. Ceci permet à la fois un gain d'efficacité énergétique (environ 3 à 4%), mais 30 aussi une architecture plus compacte et plus simple. On a ainsi, à la fois, la première pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 31 et apportant au moins en partie 3032890 8 l'énergie de séparation, mais aussi la seconde pompe à chaleur utilisant l'effet magnétocalorique 21, apportant au moins une partie du froid nécessaire au maintien du bilan frigorifique de l'appareil, qui sont directement reliés à la colonne 19. Ainsi, il n'y a plus d'équipement intermédiaire entre l'échangeur 11 et la colonne 19 sur le débit d'air 5 refroidi 14. L'échangeur de chaleur 17 peut être placé entre deux distributeurs de liquide. Il peut être, par exemple, un échangeur tubulaire, un échangeur à plaques et ailettes brasée en aluminium. De façon préférentielle, l'échangeur de chaleur 17 fonctionne en mode déflegmateur du coté du fluide issu de la colonne 19.Part 15 of the air (indirect heat source of the second heat pump) is condensed at least partially in a heat exchanger 17 by heat exchange with a fluid flow 23 which cools by means of a second pump With the magnetocaloric effect 21. A cooling fluid 51 (hot source of the second heat pump), typically ambient air or cooling water, is sent to the second heat pump using the heat pump. magnetocaloric effect 21. The column comprises a bottom reboiler 33 and a top condenser 35. The reboiler (the liquid reboiled in the reboiler is the indirect heat source of the first heat pump) is heated by means of a fluid circuit 37 in conjunction with a first heat pump using the magnetocaloric effect 31. This first heat pump using the magnetocaloric effect 31 also serves to cool a fluid 39 which cools the heat transfer medium. overhead condenser 35 (the condensed gas in the condenser is the indirect cold source of the first heat pump). The fluids 37 and 39 may be the same or different. An oxygen-enriched liquid 29 is withdrawn in the vat from the column 19 and a nitrogen-enriched gas 41 warms up in the exchanger 11 and serves, at least in part, subsequently to regenerate the purification unit 9. A gas The oxygen-enriched fraction is withdrawn in the bottom of the column 19, is heated in the exchanger 11 and is compressed by a compressor 27. In FIG. 2, unlike FIG. 1, all the cooled air 14 in the exchanger It is sent directly to the middle of the single column 19. Furthermore, the heat exchanger 17 is integrated in the column 19 while being disposed inside the column, ie at the level of the cooled air inlet. 14, or preferably a few theoretical distillation trays above the introduction of the cooled air 14. The heat exchanger 17 partially condenses the rising gas in the column 19. This allows both a gain of energy efficiency (about 3 to 4%), but also 30 ar chitecture more compact and simpler. Thus, both the first heat pump using the magnetocaloric effect 31 and providing at least partly 3032890 8 the separation energy, but also the second heat pump using the magnetocaloric effect 21, providing at least a portion of the cold necessary to maintain the refrigerant balance of the apparatus, which are directly connected to the column 19. Thus, there is no longer any intermediate equipment between the exchanger 11 and the column 19 on the flow rate. cooled air 14. The heat exchanger 17 may be placed between two liquid distributors. It may be, for example, a tubular heat exchanger, an aluminum brazed plate and fin exchanger. Preferably, the heat exchanger 17 operates in dephlegmator mode on the side of the fluid coming from the column 19.

10 Les figures 3a, 3b et 4 montrent l'échangeur de chaleur 17 intégré à un distributeur de liquide/gaz de la colonne 19. Le distributeur en tant que tel est un distributeur classique, comme illustré dans W005/039726. Il s'agit d'un distributeur de fluides pour colonne d'échange de chaleur et de matière, comprenant une série de parois dressées parallèles adjacentes définissant des espaces alternes de gaz 103 et 15 de liquide 101, les espaces de liquide formant des goulottes. Les parois dressées sont séparées par des parois inferieures horizontales munies de rangées de trous 102. Au moins une portion de chaque paroi dressée est munie d'une rangée d'ouvertures 104, chaque paire de parois dressées adjacentes définissant un espace gaz 103. Les parois horizontales sont fixées par leurs extrémités a une couronne 20 périphérique rattachée à la virole de la colonne Les espaces gaz 103 sont fermés vers le haut. Le distributeur est disposé entre deux tronçons de moyens d'échange de matière et de chaleur, par exemple des tronçons de garnissage structuré. La figure 3a montre un arrangement où l'échangeur de chaleur 17 intégré à un 25 distributeur de liquide et/ou gaz de la colonne 19 est de type tubulaire (coupe transversale). Les tubes 111 sont disposés dans les espaces gaz 103 du distributeur. Le gaz issu du tronçon inférieur de la colonne 19 monte dans les espaces gaz 103, se condense partiellement au contact des tubes 111. La partie condensée retombe en pluie sur le tronçon inférieur (ou éventuellement à travers un autre distributeur liquide), tandis 30 que le reste du gaz passe à travers les ouvertures 104 des espaces gaz 103 pour rejoindre le tronçon supérieur de la colonne 19. Le fluide 23 passe à l'intérieur des 3032890 9 tubes. Le liquide issu du tronçon supérieur de la colonne 19 est collecté dans des goulottes 101, puis tombe en pluie (ou éventuellement à travers un autre distributeur liquide) sur le tronçon inférieur à travers les trous 102. La figure 3b diffère de la figure 3a en ce que l'échangeur de chaleur 17 est de 5 type échangeur à plaques et ailettes brasée en aluminium. L'échangeur de chaleur 17 est divisé en plusieurs parties 120 comportant chacune au moins: une pluralité de plaques, les plaques étant disposées parallèlement les unes aux autres, les plaques délimitant des passages conformes pour l'écoulement de fluide calorigène ou de fluide frigorigène; et des ailettes d'échange thermique qui s'étendent entre les plaques de 10 façon a définir des passages, chaque passage étant adapté pour canaliser une partie du fluide calorigène (le gaz montant dans la colonne) ou une partie du fluide frigorigène (le fluide 23). Les différentes parties 120 de l'échangeur de chaleur 17 sont chacune disposée dans un espace gaz 103, dont deux sont illustrés ici. Le gaz issu du tronçon inférieur de la colonne 19 monte dans les espaces gaz 103, se condense partiellement 15 dans les passages 122. La partie condensée retombe à contre-courant dans les passages 12 (fonctionnant en mode déflegmateur), puis en pluie sur le tronçon inférieur (ou éventuellement à travers un distributeur liquide), tandis que le reste du gaz sort des passages 122, puis passe à travers les ouvertures 104 des espaces gaz 103 pour rejoindre le tronçon supérieur de la colonne 19. Le fluide 23 passe à l'intérieur des 20 passages 121 où il se refroidit. Les ailettes des passages 121 sont orientées de sorte que le sens d'écoulement du fluide 23 est dans le sens de la longueur de l'espace gaz. La figure 4 correspond à la figure 3a en vue de dessous. Les trois paires de parois dressées sont séparées par deux parois inferieures horizontales munies chacune de trois rangées de trous 102. Chaque espace gaz 103 entre une paire de parois 25 dressées est traversé par trois tubes parallèles 111 ayant la même longueur et alimentés par le fluide calorigène 23. D'autres nombres de tubes peuvent être envisagés. Les tubes 111 d'une même espace gaz 103 sont reliés à chaque extrémité formant une partie 110 de l'échangeur 17. Les trois extrémités à un bout sont reliées aux tubulures 115 et à l'autre bout aux tubulures 116. Les tubulures 115 et 116 30 correspondent à l'entrée/sortie du fluide 23. Les tubes parallèles de l'espace gaz central 3032890 10 traversent diamétralement la section de la colonne 19 et les autres tubes parallèles sont disposés sur une chorde de cette section. La figure 5 montre le cas où l'échangeur de chaleur 17 forme un seul bloc comportant au moins: une pluralité de plaques, les plaques étant disposées 5 parallèlement les unes aux autres, les plaques délimitant des passages conformes pour l'écoulement de fluide calorigène ou de fluide frigorigène; et des ailettes d'échange thermique qui s'étendent entre les plaques de façon à définir des passages 121,122, chaque passage étant adapte pour canaliser une partie du fluide calorigène (le gaz montant dans la colonne) ou une partie du fluide frigorigène (le fluide 23). L'échangeur 10 de chaleur est disposé sur toute la section de la colonne 19, avec un fonctionnement en déflegmateur à double entrée : le liquide du tronçon supérieur 131 de la colonne 19 ruisselle à travers l'échangeur de chaleur 17 vers le bas par les passages 122 ; le gaz du tronçon inférieur 132 de la colonne 19 traverse l'échangeur de chaleur 17, à travers les passages 122, une partie du gaz se condense et retombe à contre-courant vers le 15 bas des passages 122, puis en pluie sur le tronçon inférieur 132 de la colonne 19, le reste de la vapeur sortant des passages 122 par le haut pour atteindre le tronçon supérieur 131 de la colonne 19. Cette configuration est favorisée avec une colonne 19 à section rectangulaire ou carrée. La présence de distributeur liquide et/ou gaz en entrée et/ou en sortie de l'échangeur de chaleur 17 est facultative. De façon préférentielle, 20 l'échangeur de chaleur 17 s'appuie directement sur le tronçon inférieur 132, et le tronçon supérieur 131 s'appuie directement sur l'échangeur de chaleur 17. Le fluide 23 passe à l'intérieur des passages 121 où il se refroidit. Les ailettes des passages 121 sont orientées de sorte que le sens d'écoulement du fluide 23 est dans le sens de la longueur de l'espace gaz.Figures 3a, 3b and 4 show the heat exchanger 17 integrated with a liquid / gas dispenser of the column 19. The dispenser as such is a conventional dispenser, as illustrated in W005 / 039726. It is a fluid distributor for a heat exchange and material exchange column comprising a series of adjacent parallel raised walls defining alternate spaces of gas 103 and liquid 101, the liquid spaces forming chutes. The erected walls are separated by horizontal bottom walls provided with rows of holes 102. At least a portion of each erected wall is provided with a row of openings 104, each pair of adjacent upright walls defining a gas space 103. horizontal are fixed at their ends to a peripheral ring 20 attached to the ferrule of the column The gas spaces 103 are closed upwards. The distributor is disposed between two sections of material and heat exchange means, for example structured packing sections. Figure 3a shows an arrangement where the heat exchanger 17 integrated with a liquid and / or gas distributor of the column 19 is of the tubular type (cross section). The tubes 111 are arranged in the gas spaces 103 of the distributor. The gas from the lower section of the column 19 rises in the gas spaces 103, partially condenses in contact with the tubes 111. The condensed part falls as rain on the lower section (or possibly through another liquid distributor), while 30 the remainder of the gas passes through the openings 104 of the gas spaces 103 to join the upper portion of the column 19. The fluid 23 passes inside the 3032890 9 tubes. The liquid from the upper section of the column 19 is collected in chutes 101, then falls rain (or possibly through another liquid distributor) on the lower section through the holes 102. Figure 3b differs from Figure 3a in the heat exchanger 17 is of the aluminum plate and finned exchanger type. The heat exchanger 17 is divided into several parts 120 each comprising at least: a plurality of plates, the plates being arranged parallel to each other, the plates defining conformal passages for the flow of circulating fluid or refrigerant; and heat exchange fins which extend between the plates so as to define passages, each passage being adapted to channel a portion of the circulating fluid (the gas rising in the column) or a portion of the refrigerant (the fluid 23). The different parts 120 of the heat exchanger 17 are each disposed in a gas space 103, two of which are illustrated here. The gas from the lower section of the column 19 rises in the gas spaces 103, partially condenses in the passages 122. The condensed part falls countercurrently into the passages 12 (functioning in dephlegmator mode), then in rain on the lower section (or possibly through a liquid dispenser), while the rest of the gas exits the passages 122, then passes through the openings 104 of the gas spaces 103 to join the upper section of the column 19. The fluid 23 passes to the the interior of passages 121 where it cools. The fins of the passages 121 are oriented so that the direction of flow of the fluid 23 is in the direction of the length of the gas space. Figure 4 corresponds to Figure 3a in a view from below. The three pairs of erected walls are separated by two horizontal lower walls each provided with three rows of holes 102. Each gas space 103 between a pair of upstanding walls is traversed by three parallel tubes 111 having the same length and supplied by the circulating fluid. 23. Other numbers of tubes may be considered. The tubes 111 of the same gas space 103 are connected to each end forming a part 110 of the exchanger 17. The three ends at one end are connected to the pipes 115 and at the other end to the pipes 116. The pipes 115 and 116 correspond to the inlet / outlet of the fluid 23. The parallel tubes of the central gas space 3032890 traverse diametrically the section of the column 19 and the other parallel tubes are arranged on a chord of this section. FIG. 5 shows the case where the heat exchanger 17 forms a single block comprising at least: a plurality of plates, the plates being arranged parallel to each other, the plates defining conformal passages for the flow of circulating fluid or refrigerant; and heat exchange fins which extend between the plates so as to define passages 121,122, each passage being adapted to channel a portion of the circulating fluid (the gas rising in the column) or a portion of the refrigerant (the fluid 23). The heat exchanger 10 is disposed over the entire section of the column 19, with operation as a dual-entry dephlegmator: the liquid of the upper section 131 of the column 19 flows through the heat exchanger 17 downwards through the passages 122; the gas of the lower section 132 of the column 19 passes through the heat exchanger 17, through the passages 122, a portion of the gas is condensed and flows countercurrently to the bottom of the passages 122, then in rain on the section lower 132 of column 19, the rest of the steam leaving the passages 122 from above to reach the upper section 131 of the column 19. This configuration is favored with a column 19 to rectangular or square section. The presence of liquid dispenser and / or gas inlet and / or outlet of the heat exchanger 17 is optional. Preferably, the heat exchanger 17 rests directly on the lower section 132, and the upper section 131 rests directly on the heat exchanger 17. The fluid 23 passes inside the passages 121 where he's getting cold. The fins of the passages 121 are oriented so that the direction of flow of the fluid 23 is in the direction of the length of the gas space.

25 L'invention est décrite ici dans l'application de séparation de l'air à température 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. 30The invention is described herein in the air separation application at cryogenic temperature. It is obvious that the invention also applies to other separations at subambient temperatures for example at the separation of a mixture containing carbon monoxide and / or hydrogen and / or nitrogen and / or methane. 30

Claims (12)

REVENDICATIONS1. Procédé de séparation d'un mélange, par exemple de gaz de l'air, par séparation à température subambiante, voire cryogénique par distillation et/ou par déflegmation et/ou par absorption 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 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 du mélange 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 une seule colonne, pouvant être la colonne unique ou une colonne de l'ensemble et la deuxième pompe à chaleur (21), dite de bilan frigorifique condensant directement ou indirectement un fluide (23) issu de la colonne unique (19) ou de la colonne de l'ensemble.REVENDICATIONS1. Process for separating a mixture, for example from air gas, by separation at subambient temperature or even cryogenically by distillation and / or dephlegmation and / or absorption in which: a) at least one first heat pump ( 31), using the magnetocaloric effect, called the separation heat pump, heat exchange directly or indirectly between a first cold source (39) at subambient or even cryogenic temperature and a first hot source (37) at subambient temperature, or even cryogenic thus providing at least part of the separation energy, and b) at least one second heat pump (21), using the magnetocaloric effect, referred to as the heat balance heat pump, exchanging heat directly or indirectly between a heat pump second cold source at a first subambient or even cryogenic temperature and a second hot source (51) at a temperature above the first temperature, pa for example at room temperature, thereby providing at least a portion of the cold necessary to maintain the refrigeration balance of the process, characterized in that the separation of the mixture is carried out in a single column (19) or a set of columns, the first cold source and the first heat source being thermally connected, directly or indirectly, to a single column, which may be the single column or a column of the assembly and the second heat pump (21), said cold balance condensing directly or indirectly a fluid (23) from the single column (19) or the column of the assembly. 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 de la colonne de l'ensemble, préférentiellement par condensation de gaz de la colonne ou de la colonne de l'ensemble, vers la cuve de la 3032890 12 colonne ou de la colonne de l'ensemble, préférentiellement par vaporisation de liquide de la colonne unique ou de la colonne de l'ensemble ; un échange thermique est au moins en partie réalisé entre un fluide issu de la séparation de la colonne (19) ou de la colonne de l'ensemble et un fluide caloporteur ayant été en contact avec un matériau 5 magnétocalorique de la deuxième pompe à chaleur (21), à travers un échangeur de chaleur (17), intégré à la colonne (19) ou à la colonne de l'ensemble.2. Method according to claim 1 wherein the first heat pump (31), said separation transfers heat directly or indirectly from the head of the single column (19) or the column of the assembly, preferably by condensation gas from the column or column of the assembly to the column or column of the assembly, preferably by vaporization of liquid from the single column or column of the assembly; a heat exchange is at least partly made between a fluid resulting from the separation of the column (19) or the column of the assembly and a heat transfer fluid having been in contact with a magnetocaloric material of the second heat pump ( 21), through a heat exchanger (17) integrated in the column (19) or the column of the assembly. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel la colonne unique ou la colonne de l'ensemble contient des moyens d'échange de matière et de chaleur et un 10 distributeur pour répartir du liquide au dessus des moyens d'échange de matière et de chaleur, l'échangeur de chaleur (17) étant disposé dans le distributeur de la colonne (19) ou de la colonne de l'ensemble.3. A process according to claim 2 wherein the single column or column of the assembly contains material and heat exchange means and a distributor for distributing liquid above the material and heat exchange means. the heat exchanger (17) being disposed in the distributor of the column (19) or column of the assembly. 4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel le distributeur comprend une 15 série de parois dressées parallèles adjacentes définissant des espaces alternes de gaz (103) et de liquide (101), des parois dressées étant séparées par des parois inferieures horizontales munies d'une rangée de trous (102), au moins une portion de chaque paroi dressée (11) étant munie d'une rangée d'ouvertures (104)., chaque paire de parois dressées adjacentes définissant un espace gaz, l'échangeur de chaleur (17) étant 20 disposé au moins partiellement dans au moins un des espaces gaz.4. The method of claim 3 wherein the dispenser comprises a series of adjacent parallel upstanding walls defining alternate spaces of gas (103) and liquid (101), erect walls being separated by horizontal bottom walls provided with row of holes (102), at least a portion of each upright wall (11) being provided with a row of openings (104)., each pair of adjacent upright walls defining a gas space, the heat exchanger (17). ) being at least partially disposed in at least one of the gas spaces. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'échangeur de chaleur (17) comporte des tubes (111) dans lesquels coule le fluide (23). 255. Method according to one of the preceding claims wherein the heat exchanger (17) comprises tubes (111) in which flows the fluid (23). 25 6. Procédé selon les revendications 4 et 5 dans lequel au moins une partie de certains tubes (111) est disposé dans un espace gaz (103).6. Method according to claims 4 and 5 wherein at least a portion of some tubes (111) is disposed in a gas space (103). 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6 dans lequel au moins un tube de l'échangeur de chaleur (17) traverse, de préférence diamétralement, toute la section de 30 la colonne (19) ou de la colonne de l'ensemble. 3032890 137. The method of claim 5 or 6 wherein at least one heat exchanger tube (17) passes through, preferably diametrically, the entire section of the column (19) or column of the assembly. 3032890 13 8. Procédé selon les revendications 1 à 4 dans lequel l'échangeur de chaleur (17) est un échangeur à plaques et ailettes brasées en aluminium, l'échangeur de chaleur comportant, ou étant divisé en plusieurs parties (120) comportant chacune, au moins: une pluralité de plaques, les plaques étant disposées parallèlement les unes aux 5 autres, les plaques délimitant des passages (121, 122) conformes pour l'écoulement de fluide calorigène ou de fluide frigorigène; et des ailettes d'échange thermique qui s'étendent entre les plaques de façon à définir des passages, chaque passage étant adapté pour canaliser une partie du gaz montant dans la colonne(19) ou de la colonne de l'ensemble ou une partie du fluide (23). 108. The method of claims 1 to 4 wherein the heat exchanger (17) is an aluminum brazed plate and fin exchanger, the heat exchanger comprising, or being divided into several parts (120) each comprising, at minus: a plurality of plates, the plates being arranged parallel to each other, the plates defining passages (121, 122) conforming for the flow of circulating fluid or refrigerant; and heat exchange fins which extend between the plates so as to define passages, each passage being adapted to channel a portion of the ascending gas into the column (19) or the column of all or part of the fluid (23). 10 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'échangeur de chaleur (17) est placé quelques plateaux théoriques d'échange de masse et de chaleur au dessus de l'introduction du mélange (14) dans la colonne (19) ou d'une colonne de l'ensemble. 159. Method according to one of the preceding claims wherein the heat exchanger (17) is placed a few theoretical plates of mass exchange and heat above the introduction of the mixture (14) in the column (19) or a column of the set. 15 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la pression de la colonne unique ou des colonnes de l'ensemble est 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 20 reliant la ou les colonnes avec l'atmosphère.10. Method according to one of the preceding claims wherein the pressure of the single column or columns of the assembly is less than 2 bara, preferably less than 1.5 bara, preferably at least one pressure which differs from the atmospheric pressure only by the losses of the elements 20 connecting the column or columns with the atmosphere. 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le mélange est de l'air. 2511. Method according to one of the preceding claims wherein the mixture is air. 25 12. Appareil de séparation d'un mélange de gaz de l'air par un procédé de séparation à température subambiante, voire cryogénique par distillation et/ou par déflegmation et/ou par absorption 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, 30 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), utilisant l'effet 3032890 14 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 5 pompe à chaleur (21), utilisant l'effet magnétocalorique, dite pompe à chaleur de bilan frigorifique, pour échanger de la chaleur directement ou indirectement entre une source froide à une première température subambiante, voire cryogénique et 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 10 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 ou à la colonne de l'ensemble, la deuxième pompe à chaleur (21), dite de bilan frigorifique, condensant directement ou indirectement un fluide issu de la colonne unique (19) ou de la colonne de l'ensemble à travers un échangeur de chaleur (17) 15 intégré à la colonne unique (19) ou de la colonne de l'ensemble.Apparatus for separating an air gas mixture by a subambient or even cryogenic separation process by distillation and / or dephlegmation and / or absorption comprising a single column (19) or a set of columns where the subambient or even cryogenic separation is carried out, means for sending a mixture of gases from the air to the column or a set column, means for withdrawing at least one fluid enriched in a component of the mixture of the column at least a first heat pump (31), using the magnetocaloric effect, called the separation heat pump, for exchanging heat directly or indirectly between a cold source at subambient temperature or even a cryogenic source and a hot source at subambient or even cryogenic temperature thus providing at least partly the separation energy and at least a second heat pump (21), using the magnetocaloric effect, d ite cold balance heat pump, for exchanging heat directly or indirectly between a cold source at a first subambient temperature or cryogenic and a hot source at a temperature above the first temperature, for example at room temperature, thus providing at least a part of the cold necessary to maintain the cold balance of the process, the first heat sink and the first heat source being thermally connected, directly or indirectly, to the single column or the column of the assembly, the second heat pump (21), said cooling balance, directly or indirectly condensing a fluid from the single column (19) or the column of the assembly through a heat exchanger (17) 15 integrated in the single column (19) or of the column of the set.
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