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FR3059087A3 - Appareil de separation a temperature subambiante - Google Patents

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FR3059087A3
FR3059087A3 FR1661220A FR1661220A FR3059087A3 FR 3059087 A3 FR3059087 A3 FR 3059087A3 FR 1661220 A FR1661220 A FR 1661220A FR 1661220 A FR1661220 A FR 1661220A FR 3059087 A3 FR3059087 A3 FR 3059087A3
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FR
France
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heat
equipment
fluid
module
modules
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FR1661220A
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English (en)
Inventor
Benoit Davidian
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Abstract

Un appareil de séparation d'un mélange gazeux à température subambiante comprenant un équipement de séparation (F, G, H, I) du mélange gazeux et n moyens constitués par une pluralité de pompes à chaleur comprenant au moins n pompes à chaleur, où n≥2, voire n≥3, chaque pompe à chaleur étant disposée à l'intérieur d'un module parallélépipédique (K), des moyens pour envoyer n débits de fluide provenant de l' équipement, chaque débit ayant la même composition et la même pression, chacun à une pompe à chaleur différente comprise dans la pluralité des pompes à chaleur et des moyens pour envoyer les n débits traités dans les n pompes à chaleur à l' équipement, les n pompes à chaleur étant reliées à l'équipement de séparation pour y apporter chacune du froid et/ou de la chaleur.

Description

La présente invention est relative à un appareil de séparation à température subambiante, voire cryogénique, en particulier à un appareil de distillation cryogénique, par exemple d’air.
Il est connu de WO-A-2015/036700 d’utiliser plusieurs pompes à chaleur dans un appareil de séparation à température subambiante, chaque pompe à chaleur traitant un fluide différent.
Il est connu de Fu et al. « Recuperative vapor compression heat pumps in cryogénie air séparation processes», Energy 59 (2013) 708-718 d’utiliser au moins deux pompes à chaleur reliées en parallèle pour fournir du liquide de reflux et de la chaleur de vaporisation à une colonne de distillation d’air.
Il est connu qu’un appareil de séparation à température subambiante puisse être constitué au moins partiellement par une pluralité de modules superposés.
Une température subambiante est au moins 10°C inférieure à la température ambiante, par exemple inférieure à 0°C.
Une température cryogénique est inférieure à -50°C.
Actuellement un appareil de séparation d’air peut être composé d’une pluralité de paquets, chacun contenant un équipement entier de l’appareil, par exemple la totalité d’une colonne, la totalité d’un échangeur de chaleur, la totalité d’une unité d’adsorption pour épuration en tête de l’air. Les dimensions de chaque paquet sont déterminées par l’équipement qu’il doit contenir et donc les paquets ont tous des dimensions différentes. La plupart des paquets sont posés directement sur le sol.
Il a été proposé de disposer des équipements de l’appareil de séparation d’air dans des paquets, par exemple des conteneurs, chacun contenant un équipement entier. L’assemblage de paquets hétérogènes contenant chacun un équipement nécessite un effort humain important pour le montage (soudure, câblage, ...), mais aussi pour le démarrage (vérification, test).
Il est connu de US-A-4872955 et de US-A-3281334 de fabriquer une colonne de distillation en plusieurs morceaux à empiler.
Dans le cas d’une distillation n’opérant pas à la température ambiante, par exemple une distillation cryogénique, une fois la colonne assemblée, il est nécessaire de construire une enceinte autour de la colonne et de la remplir de matériau isolant.
Il est également connu de EP-A-913653 de placer une première colonne de distillation opérant à une pression dans l’enceinte isolante et de disposer une autre colonne de distillation opérant à une autre pression dans une autre enceinte isolante au-dessus de la première colonne. Cette construction nécessite l’usage d’une grue et l’assemblage des deux enceintes est compliqué.
Il est connu de FR1655113 déposée en 2016 un module modulaire empilable de construction d’un appareil d’échange de masse et/ou de chaleur comprenant un caisson parallélépipédique ayant une longueur, une largeur et une hauteur, le caisson ayant une face supérieure et une face inférieure opposées horizontales, deux faces frontales opposées verticales ainsi que deux faces latérales opposées verticales, les faces supérieure et inférieure du caisson étant définies par la longueur et la largeur du caisson, les deux faces frontales du caisson par la longueur et la hauteur du caisson et les deux faces latérales du caisson par la largeur et la hauteur du caisson , le caisson contenant au moins une couche d’isolant thermique d’épaisseur inférieure à un tiers de largeur du caisson, la couche d’isolant revêtant au moins les faces latérales et frontales du caisson et éventuellement les faces supérieure et inférieure et entourant au moins une chambre à volume parallélépipédique à l’intérieur du caisson, la au moins une chambre ayant une longueur, une largeur et une hauteur, la chambre ayant une face supérieure et une face inférieure opposées horizontales, la face supérieure et/ou la face inférieure de la chambre étant au moins partiellement ouvertes, deux faces frontales opposées verticales ainsi que deux faces latérales opposées verticales, les faces supérieure et inférieure de la chambre étant définies par la longueur et la largeur de la chambre, les deux faces frontales de la chambre par la longueur et la hauteur de la chambre et les deux faces latérales de la chambre par la largeur et la hauteur de la chambre, la chambre contenant au moins un corps de matière permettant l’échange de masse et/ou de chaleur, le corps étant de forme parallélépipédique et remplissant au moins une partie de la chambre , la chambre présentant une ouverture sur la face supérieure et/ou une ouverture sur la face inférieure et communicant avec une ouverture dans la face supérieure du caisson et/ou une ouverture dans la face inférieure du caisson respectivement pour permettre le transfert de fluide vers le corps depuis l’extérieur de l’élément et/ou du corps vers l’extérieur de l’élément.
La façon d’apporter l’énergie à des appareils de séparation constitués par une pluralité d’éléments superposés y compris les appareils selon cette nouvelle disposition n’a pas été abordée. En effet, l’appareil a besoin d’un apport de frigories (« énergie de réfrigération») et éventuellement d’un apport de liquide de reflux et de chaleur de rebouillage (« énergie de séparation »).
Selon la présente invention, il est prévu de traiter un même fluide provenant de l’équipement dans plusieurs pompes à chaleur en parallèle, en divisant le fluide en autant de parties qu’il y a de pompes à chaleur, ceci dans le but de réduire la taille des pompes à chaleur, les permettant d’être disposées dans des enceintes à taille réduite. L’invention peut permettre au moins une des améliorations ci-dessous : • simplifier la mise en œuvre des équipements qui apportent l’énergie nécessaire à la séparation (distillation) et/ou l’énergie pour le maintien du bilan frigorifique. • augmenter la souplesse de l’appareil en termes de plage de fonctionnement, tout en ayant des équipements élémentaires avec une faible souplesse et donc plus simples et plus efficaces. • ajuster au mieux la capacité nominale de l’appareil de séparation • augmenter la fiabilité et/ou disponibilité de l’appareil de séparation. L’invention est décrite pour le cas d’un appareil de séparation d’air par distillation cryogénique, mais est extrapolable à d’autres séparations à température subambiante voire cryogénique, notamment par distillation ou par absorption ou par lavage. L’invention propose d’utiliser plusieurs modules élémentaires « moteurs » unitaires complètes, chaque module élémentaire permettant d’apporter une partie de l’énergie nécessaire à la séparation (distillation) et/ou une partie de l’énergie pour le maintien du bilan frigorifique de l’appareil. Chaque module élémentaire « moteur » est de forme parallélépipédique qui comporte de préférence au moins 8 coins ISO de type conteneur fixés sur une structure.
Les coins ISO sont certifiés par un organisme reconnu internationalement pour permettre leur utilisation « multimodale » en transport maritime, routier, ferroviaire voire aérien.
Des coins ISO en acier, en aluminium ou acier inoxydable sont disponibles.
De préférence, chaque module contient une pompe à chaleur. Une pompe à chaleur est un dispositif thermodynamique permettant de transférer une quantité de chaleur d'un milieu considéré comme « émetteur » dit « source froide » d'où l'on extrait la chaleur vers un milieu considéré comme « récepteur » dit « source chaude » où l’on fournit la chaleur, la source froide étant à une température plus froide que la source chaude. L’invention permet d’avoir des modules élémentaires « moteurs » facilement transportables, qui ont été complètement testés en atelier, et qui donc nécessitent peu d’intervention lors de leur montage/démarrage sur le site d’installation de l’appareil.
Il est facile d’augmenter la fiabilité/disponibilité de l’appareil est ajoutant une ou deux modules élémentaires « moteurs » supplémentaires
Pour assurer la flexibilité de l’appareil, il suffit de démarrer ou arrêter un (des) modules(s) élémentaire(s) « moteur(s) » pour suivre la demande du client en termes de production. De même, dans le temps, il est facile de suivre l’évolution à la hausse (ou à la baisse) en installant (en retirant) de nouveaux modules : l’investissement de la partie « moteur » de l’installation peut ainsi être différé (ou être réutilisé sur un autre appareil).
Chaque module élémentaire « moteur » fonctionne préférentiellement à un point nominal fixe. Cela permet de simplifier son architecture, sa régulation et aussi d’accéder à une meilleur efficacité énergétique. De façon alternative, une partie de modules élémentaires « moteurs » fonctionnent à un point nominal fixe et l’autre partie dispose d’une plage de fonctionnement élargie.
Dans un appareil de séparation d’air par distillation classique, l’énergie de séparation et de maintien en froid est apportée par l’air sous pression qui va être séparé. Il est bien connu d’avoir plusieurs compresseurs en parallèle pour soit réduire le coût de la fonction de compression, soit augmenter sa flexibilité ou encore sa fiabilité et sa disponibilité. Néanmoins, le reste des équipements nécessaires à l’apport d’énergie pour la distillation et au maintien en froid sont communs (échangeurs, turbine, tuyauteries...).
Selon un objet de l’invention, il est prévu un appareil de séparation d’un mélange gazeux à température subambiante comprenant un équipement de séparation du mélange gazeux, des moyens pour envoyer le mélange gazeux comprenant au moins deux composants à l’équipement, une conduite pour sortir un fluide enrichi en un composant du mélange gazeux de l’équipement et une conduite pour sortir un fluide enrichi en un autre composant du mélange gazeux de l’équipement, l’appareil comprenant également n moyens constitués par une pluralité de pompes à chaleur comprenant au moins n pompes à chaleur, où n >2, voire n>3, chaque pompe à chaleur étant disposée à l’intérieur d’un module parallélépipédique, des moyens pour envoyer n débits de fluide provenant de l’équipement, chaque débit ayant la même composition et la même pression, chacun à une pompe à chaleur différente comprise dans la pluralité des pompes à chaleur et des moyens pour envoyer les n débits traités dans les n pompes à chaleur à l’équipement, les n pompes à chaleur étant reliées à l’équipement de séparation pour y apporter chacune du froid et/ou chacune de la chaleur et/ou chacune au moins un liquide de reflux à température subambiante et/ou de l’énergie de rebouillage.
Selon d’autres aspects facultatifs : l’équipement comprend un empilement d’une pluralité de modules de séparation, chaque module de séparation étant constitué par un corps de moyens d’échange de masse et de chaleur situé à l’intérieur d’une enceinte isolée parallélépipédique, les modules et l’empilement étant conçus pour permettre le passage d’au moins un fluide d’un corps d’un module de l’empilement à un autre corps du module de l’empilement, tout en restant à l’intérieur des enceintes des corps. un empilement est constitué au moins partiellement par au moins deux, trois, voire au moins quatre modules de séparation, les modules étant reliés afin de former un moyen de séparation capable d’opérer à une seule pression. tous les modules de séparation de l’empilement sont conçus pour opérer à la même pression le mélange à séparer est l’air le débit soutiré de l’équipement et envoyé aux n pompes à chaleur est de l’azote. dans chacune des pompes à chaleur, un fluide, par exemple un débit de l’azote soutiré de l’équipement est réchauffé, comprimé et refroidi, au moins en partie par détente du fluide dans une turbine. l’appareil comprend des moyens pour relier chacune des pompes à chaleur avec au moins une source froide et au moins deux sources chaudes de sorte que chaque pompe à chaleur puisse échanger de la chaleur directement ou indirectement entre l’au moins une source froide et les au moins deux sources chaudes afin d’apporter au moins en partie l’énergie de séparation et au moins une partie du froid nécessaire au maintien du bilan frigorifique de l’appareil. au moins une, de préférence chaque pompe à chaleur utilise l’effet magnétocalorique. au moins une source chaude ou froide est composée de n sous-éléments ayant chacun la fonction de source chaude ou froide respectivement, chaque sous-élément étant relié à une pompe à chaleur différente. le sous-élément est un échangeur de chaleur. au moins une pompe à chaleur est disposée à l’intérieur d’une enceinte au moins partiellement isolée. plusieurs pompes à chaleur, chacune contenue dans une enceinte, sont empilées les unes sur les autres pour former un empilement. l’appareil comprend des moyens pour envoyer un fluide d’une pompe à chaleur à l’autre en passant directement d’une enceinte à une autre. la séparation s’effectue par distillation, par absorption ou par lavage, les n débits de fluide provenant de l’équipement sont des fluides dérivés du mélange gazeux par la séparation effectuée par l’équipement. les n débits de fluide provenant de l’équipement sont des fluides dérivés d’une source autre que le mélange gazeux. on sort un seul débit de fluide de l’équipement et on le divise en n parties pour envoyer chaque partie à une pompe à chaleur. on sort un seul débit de fluide de chaque pompe à chaleur et on les mélange pour renvoyer un seul débit vers l’équipement. le mélange gazeux est de l’air et le fluide est un débit enrichi en azote par rapport à l’air. le fluide provenant de l’équipement est un fluide produit par séparation du séparation du mélange gazeux envoyé à l’équipement. le fluide provenant de l’équipement est un fluide qui permet de transférer de la chaleur vers l’équipement ou depuis l’équipement mais n’est pas un fluide produit par séparation du mélange gazeux envoyé à l’équipement. le fluide provenant de l’équipement est de l’azote gazeux, le même débit de fluide est envoyé à chacun des n pompes à chaleur, chaque pompe à chaleur apporte à l’équipement au moins deux des éléments suivants : le froid, la chaleur, le liquide de reflux. au moins une pompe à chaleur apporte du liquide de reflux et/ou du froid et/ou de la chaleur à un équipement autre que celui dont il reçoit un fluide. les n pompes à chaleur apportent à l’équipement d’où provient le fluide ou à un autre équipement du froid et éventuellement du liquide de reflux et/ou de la chaleur. dans chacune des pompes à chaleur, le fluide provenant de l’équipement est comprimé jusqu’à la même pression. les n pompes à chaleur sont reliées à l’équipement de séparation pour y apporter chacune au moins deux apports choisis dans la liste suivante : le froid, de la chaleur, au moins un liquide de reflux à température subambiante et de l’énergie de rebouillage.
Un caisson parallélépipédique a une longueur, une largeur et une hauteur, le caisson ayant une face supérieure et une face inférieure opposées horizontales, deux faces frontales opposées verticales ainsi que deux faces latérales opposées verticales, les faces supérieure et inférieure du caisson étant définies par la longueur et la largeur du caisson, les deux faces frontales du caisson par la longueur et la hauteur du caisson et les deux faces latérales du caisson par la largeur et la hauteur du caisson . Le caisson contient au moins une couche d’isolant thermique d’épaisseur inférieure à un tiers de largeur du caisson, la couche d’isolant revêtant au moins les faces latérales et frontales du caisson et éventuellement les faces supérieure et inférieure entourant au moins une chambre à volume parallélépipédique à l’intérieur du caisson, la au moins une chambre ayant une longueur, une largeur et une hauteur, la chambre ayant une face supérieure et une face inférieure opposées horizontales, la face supérieure et/ou la face inférieure de la chambre étant au moins partiellement ouvertes, deux faces frontales opposées verticales ainsi que deux faces latérales opposées verticales, les faces supérieure et inférieure de la chambre étant définies par la longueur et la largeur de la chambre, les deux faces frontales de la chambre par la longueur et la hauteur de la chambre et les deux faces latérales de la chambre par la largeur et la hauteur de la chambre. La chambre contiennt au moins un corps de matière permettant l’échange de masse et/ou de chaleur, le corps étant de forme parallélépipédique et remplissant au moins une partie de la chambre , le premier et deuxième modules ayant chacun la chambre présentant une ouverture sur la face supérieure communicant avec une ouverture dans la face supérieure du caisson et une ouverture sur la face inférieure communiquant avec une ouverture dans la face inférieure du caisson respectivement pour permettre le transfert de fluide vers le corps depuis l’extérieur de l’élément et/ou du corps vers l’extérieur de l’élément.
De préférence : la pompe à chaleur utilisant l’effet magnétocalorique transfère, au moins en partie, de la chaleur directement ou indirectement de la tête de la colonne unique 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 colonne ou de la colonne de l’ensemble, préférentiellement par vaporisation de liquide de la colonne unique ou de la colonne de l’ensemble, apportant ainsi au moins en partie l’énergie de séparation. la pompe à chaleur utilisant l’effet magnétocalorique échange de la chaleur directement ou indirectement avec au moins une seconde source froide. la pompe à chaleur utilisant l’effet magnétocalorique refroidit ou condense au moins partiellement, directement ou indirectement, au moins une partie du mélange à séparer avant son introduction dans la colonne unique ou de la colonne de l’ensemble. la pompe à chaleur utilisant l’effet magnétocalorique refroidit ou condense, directement ou indirectement, un fluide issu de la colonne unique ou de la colonne de l’ensemble. la pompe à chaleur utilisant l’effet magnétocalorique échange de la chaleur directement ou indirectement avec au moins une troisième source chaude. la pompe à chaleur utilisant l’effet magnétocalorique réchauffe ou vaporise, directement ou indirectement, un fluide issu de la colonne unique ou d’une colonne de l’ensemble. un unique fluide caloporteur est utilisé dans la pompe à chaleur utilisant l’effet magnétocalorique, l’unique fluide caloporteur étant en contact avec au moins un matériau magnétocalorique. L’invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures, dont les Figures 1, 2 et 4 représentent un appareil selon l’invention et les Figures 3 et 5 représentent un module du moyen de production de l’énergie de séparation et/ou de réfrigération de l’appareil selon l’invention.
La Figure 1 et 2 illustrent la construction de l’appareil avec quatre empilements de modules, la Figure 1 étant une version simplifiée de la Figure 2 montrant un seul module K des quatre modules réellement présents, afin de montrer tout le détail des connexions reliées à chaque module K.
Le module A, B, C, D, E, F, G, H, I, J est un module permettant un échange de matière et/ou de chaleur. Il est composé d’un caisson de forme parallélépipédique, formée de poutres par exemple métalliques. L’élément comporte huit coins ISO de type « conteneur » fixés sur le caisson et a une largeur orientée horizontalement par rapport au sol, une longueur orientée horizontalement par rapport au sol et une hauteur orientée verticalement par rapport au sol, quand il est installé pour faire partie d’un appareil.
Les conteneurs ISO sont soumis à des normes de constructions et à des tests de performances spécifiques. Il en est de même pour les coins ISO.
Les coins ISO sont certifiés par un organisme reconnu internationalement pour permettre leur utilisation « multimodale » en transport maritime, routier, ferroviaire voire aérien.
Des coins ISO en acier, en aluminium ou acier inoxydable sont disponibles dans le commerce selon leur usage spécifié. L’élément comprend un caisson ayant une face supérieure et une face inférieure opposées horizontales, deux faces frontales opposées verticales ainsi que deux faces latérales opposées verticales, les faces supérieure et inférieure du caisson étant définies par la longueur et la largeur du caisson, les deux faces frontales du caisson par la longueur et la hauteur de l’module et les deux faces latérales du caisson par la largeur et la hauteur du caisson. Les parois latérales et frontales sont par exemple en tôle métallique. Les faces formées par la largeur et la longueur de l’élément sont ouvertes pour permettre le passage de fluides. Alternativement, l’ouverture peut être plus petite que la surface de la face inférieure et/ou supérieure, recouvrant au moins une partie de l’isolant et éventuellement une partie de la zone.
Il est évident que la hauteur et la largeur de chaque module ne sont pas forcément identiques, de sorte que les parois latérales peuvent tous être rectangulaires sans être carrés. Les parois peuvent aussi être plus petites que les dimensions du caisson de l’élément. Les parois sont de préférence fixées à l’intérieur du caisson, mais peuvent être fixées à l’extérieur de celui-ci. Un isolant habille le caisson du coté intérieur, au moins sur les cotés verticaux du parallélépipède. La face supérieure et/ou inférieure peut aussi comprendre une paroi, et être isolée. L’isolant peut être plaqué sur une tôle qui s’appuie sur le caisson pour assurer une étanchéité « fluide » entre l’intérieur et l’ambiante. L’isolant peut aussi directement assurer cette fonction d’étanchéité, ainsi que la fonction de paroi structurante. A défaut, une paroi étanche, par exemple une tôle métallique, peut être appliquée coté intérieur sur l’isolant. Le caisson et l’isolant délimitent une zone interne. Le caisson, la paroi et/ou l’isolation peuvent être dimensionnées pour contenir l’éventuelle surpression à l’intérieur de la zone interne.
La zone interne entoure une autre zone. Cette autre zone contient un corps qui permet de transférer de la masse et/ou de la chaleur, par exemple du garnissage structuré pour effectuer de la distillation, une matrice d’échangeur à plaques et ailettes pour faire de l’échange de chaleur, de l’adsorbant sous forme de billes ou structuré pour faire de l’adsorption . Cette autre zone peut aussi contenir une zone du support, par exemple en partie basse, des zones de distributions de fluide, par exemple en partie basse et/ou en partie haute. Elle peut aussi être partitionnée en plusieurs parties, par exemple verticalement, avec des parois qui peuvent être étanches, et/ou structurantes (par exemple, résister à une différentielle de pression) et/ou isolantes thermiques. De préférence le corps remplit toute la section de l’autre zone.
Au moins un fluide circule de façon ascendante ou descendante à travers l’autre zone. Dans certains cas, par exemple celui de la distillation, un fluide, par exemple un gaz, circule de façon ascendante et un autre, par exemple un liquide, de façon descendante à travers l’autre zone.
La zone interne peut être entièrement constituée par l’autre zone. Mais, elle peut également aussi contenir au moins une zone supplémentaire, par exemple une zone de circulation de fluide, délimitée par une paroi étanche et éventuellement isolante, dans une sorte de gaine. La partie en contact avec l’isolant peut être délimitée par une paroi étanche, par exemple métallique, si l’isolant n’assure pas cette fonction.
De même, les au moins deux zones pourraient chacune avoir une fonction différente ou des dimensions différentes, l’une contenant des garnissages structurés et l’autre une matrice d’échangeur à plaques et à ailettes.
Le fluide envoyé dans la zone supplémentaire peut être directement en contact avec les parois de la zone, qui séparent la zone de l’isolant. Sinon le fluide peut être contenu dans une conduite qui transite par la zone.
Les différents modules A, B, C, D, E, F, G, H, I, J et K sont de deux tailles différentes. Les modules ont tous la même hauteur et la même largeur. Par contre les modules C et E sont sensiblement deux fois plus longs que les autres. De façon optionnelle, A et K peuvent aussi être sensiblement deux fois plus longs que les autres
Les modules sont superposés en quatre piles verticales. Chaque pile est composée uniquement d’éléments d’une des deux tailles. Les modules proviennent d’un centre de fabrication et/ou d’une plateforme logistique où sont stockés plusieurs modules de chacun des deux tailles. On y stocke plusieurs exemplaires de chaque module et chaque type de corps, afin de pouvoir remplacer tout module défaillant. Ainsi un seul centre de fabrication et/ plateforme logistique peut desservir plusieurs appareils dans des endroits très éloignés, stockant des modules de remplacement. Un processus de contrôle de qualité permet de s’assurer que chaque module est fonctionnel.
Les différents modules sont assemblés sur site en les empilant pour constituer au moins une partie de l’appareil.
La première pile comprend un module A, surmonté de trois modules B et une partie du module C.
Dans le cas d’un appareil de séparation de gaz de l’air par voie cryogénique, le module A peut contenir une soufflante d’air et un pré-refroidissement, les modules B de l’adsorbant pour épurer l’air provenant de la soufflante dans A et le module C des gaines de transfert de fluide de la premier pile vers la deuxième pile et/ou de la deuxième pile vers la premier pile.
Les modules sont conçus de sorte que l’air monte dumodule B le plus bas, vers le module B du milieu et ensuite vers le module B du haut en s’épurant en eau et en dioxyde de carbone et une partie des impuretés secondaires de l’air. Ensuite l’air épuré du module B du haut est transféré vers les gaines du module C pour passer dans la deuxième pile. L’azote de régénération est transféré par le module C de la deuxième pile vers les modules B.
La deuxième pile est placée à côté de la première pile de sorte que les parois de côté des modules des deux piles se touchent, éventuellement avec un petit jour entre les deux.
La deuxième pile comprend une partie dumodule C contenant les gaines décrites ci-dessus, les trois modules D contenant chacun un tronçon d’échange de chaleur, et une partie dumodule E contenant des gaines pour transférer au moins un fluide de la deuxième pile vers la troisième pile et/ou au moins un fluide de la troisième pile vers la deuxième pile. L’air épuré passe dans les modules D pour être refroidi à une température cryogénique et des fluides de la distillation passent dumodule E vers les modules D pour être réchauffés.
La troisième pile est placée à côté de la deuxième pile de sorte que les parois de côté des modules des deux piles se touchent, éventuellement avec un petit jour entre les deux. L’appareil selon l’invention peut ne comprendre que la troisième pile.
La troisième pile, plus haute que les deux autres, comprend en bas une partie du module E avec ses gaines de transfert de fluide. Au-dessus de E est le module F qui est un vaporiseur. Au-dessus de F se trouvent superposés les trois modules G contenant chacun un tronçon de distillation, communiquant les uns avec les autres. Le module H contient un condenseur intermédiaire et éventuellement un tronçon de distillation et se trouve au-dessus du plus haut des modules G. Ensuite viennent les trois modules 1 contenant chacun un tronçon de distillation. Au-dessus du plus haut tronçon du module I est J un condenseur de tête.
Disposés à côté des autres tronçons dans la Figure 2 sont les quatre modules K qui contiennent chacun une pompe à chaleur, de préférence magnétocalorique, pour faire fonctionner la distillation (énergie de séparation) et pour le bilan frigorifique de l’appareil (énergie frigorifique). Les quatre modules K ont tous les mêmes dimensions et peuvent être empilés les uns sur les autres ou disposés au moins en partie sur le sol. De préférence les modules K sont tous identiques et contiennent une pompe à chaleur identique. Plusieurs modules identiques K font fonctionner la séparation. On peut prévoir un module K en redondance ou arrêter un module K si on veut fonctionner à marche réduite (gain d’énergie).
Il est connu de simplifier la mise en œuvre et de réduire la consommation énergétique de la séparation, en combinant la pompe à chaleur magnétocalorique dite « de séparation » avec la pompe à chaleur magnétocalorique dite « de bilan frigorifique » et en utilisant un unique circuit de fluide caloporteur, associé à une seule pompe (ou à un ensemble de pompes), placée du coté de la source chaude dite « ambiante ».
Il peut y avoir au moins deux module K, au moins trois modules K ou plus.
Il est évident que le schéma pourrait être simplifié en éliminant le module J qui contient un condenseur, par exemple dans le cas d’une séparation par lavage. Le nombre de modules B, D, G et I peut être modifié pour produire les produits requis ou en modifiant les hauteurs des modules.
La mise en place de l’appareil se limite à disposer Les modules les uns sur les autres et s’assurer qu’ils sont bien attachés et étanchés les uns aux autres et que la pile est bien fixée au sol. Ceci peut être réalisé par de la main d’œuvre peu qualifiée.
Les modules K sont soit empilés, soit disposés au sol. L’exemple de la Figure 1 monte un seul module K disposé au sol. D’autres modules peuvent être disposés au sol de la même manière.
Chaque module K, comme illustré à la Figure 1, reçoit un fluide 13 du condenseur contenu dans le module J et y renvoie un fluide 11 qui y apporte des frigories pour assurer le reflux. Il reçoit un fluide 15 du condenseur contenu dans le module H et renvoie un fluide 17 vers ce même condenseur qui y apporte des frigories pour le bilan frigorifique. Il reçoit un fluide 19 du rebouilleur de cuve contenu dans le module F et y renvoie un fluide 21 qui y apporte de la chaleur pour le rebouillage.
Pour simplifier la Figure 2, au lieu de montrer deux conduites chacune envoyant un fluide dans un sens pour chaque module K, le dessin est simplifié en illustrant une conduite avec deux flèches une dans chaque sens. Evidemment ceci ne veut pas dire qu’il y a un flux alterné mais sert simplement à réduire le nombre de lignes de l’illustration.
Les condenseurs contenus dans Les modules H, J et/ou le rebouilleur contenu dans le module F peuvent être composés chacun d’une pluralité d’échangeurs de chaleur. Ainsi s’il y a n modules K, le condenseur ou le rebouilleur peut comprendre n échangeurs de chaleur, chaque module K reçoit un fluide d’un échangeur du condenseur H ou K ou du rebouilleur F et renvoie un fluide vers ce même échangeur de chaleur.
La Figure 2 montre le retour des fluides depuis les modules comme si les fluides étaient mélangés en amont de J, H et F. L’envoi des fluides vers K montre également que tous les fluides sont mélangés. Même si ceci reste une possibilité, il semble préférable que chaque module K a une conduite dédiée pour y amener chaque fluide et une conduite dédiée pour en enlever chaque fluide.
Un exemple d’un module K sera décrit en se référant à la Figure 3. Une pompe à chaleur utilisant l’effet magnétocalorique 60 est disposé à l’intérieur d’une enceinte éventuellement au moins partiellement isolée 70 qui renferme également une pompe 27 et un échangeur de chaleur 51. La pompe à chaleur utilisée et est constituée de plusieurs régénérateurs à matériaux magnétocaloriques 61, 62, 63, 64, 65 et 66 mis en série (et/ou parallèle), à travers desquels circule un fluide caloporteur 23 mis en mouvement par la seule pompe de circulation 27 (ou un seul ensemble de pompes de circulation). La pompe 27 (ou l’ensemble) est disposée à l’extérieur de l’enceinte éventuellement au moins partiellement isolée, tout comme la source de chaleur 51. La pompe à chaleur utilisant l’effet magnétocalorique 60 est reliée thermiquement, directement ou indirectement, à deux sources froides et à deux sources chaudes. Le fluide caloporteur 23 se refroidit dans l’échangeur 51 par échange thermique direct ou indirect avec la seconde source chaude, typiquement de l’air ambiant ou de l’eau de refroidissement. Il est ensuite de nouveau refroidi dans les régénérateurs à matériaux magnétocaloriques 66, 65, 64, 63 et 62. Il est réchauffé dans le condenseur intermédiaire 34 contenu dans le module H par échange thermique direct ou indirect avec la seconde source froide, en condensant en partie du gaz montant dans une colonne (non illustrée). Il est ensuite encore de nouveau refroidi dans les régénérateurs à matériaux magnétocaloriques 61 et 62. Il est réchauffé dans le condenseur de tête 35 contenu dans le module J par échange thermique direct ou indirect avec la première source froide, en condensant en partie du gaz en tête de la colonne. Il est ensuite de nouveau réchauffé dans le régénérateur à matériaux magnétocaloriques 62, puis dans le rebouilleur de cuve 33 contenu dans le module F par échange thermique direct ou indirect avec la première source chaude, en vaporisant une partie du liquide en cuve de la colonne. Il est ensuite encore de nouveau réchauffé dans les régénérateurs à matériaux magnétocaloriques 63, 64, 65 et 66.
Le nombre de régénérateurs à matériaux magnétocaloriques (six) est ici illustratif. Il peut être ajusté en fonction des gradients thermiques à générer dans chaque partie de la pompe à chaleur utilisant l’effet magnétocalorique 60, notamment en jouant sur leur longueur. Un générateur peut aussi disposer d’un soutirage intermédiaire pour envoyer le fluide caloporteur faire un échange thermique direct ou indirect avec la première source chaude et/ou la seconde source froide. Chaque (ou ensemble de) régénérateur(s) à matériaux magnétocaloriques peut avoir une fréquence propre de fonctionnement du cycle magnétocalorique, pour permettre une meilleure adaptation de la chaleur transmise, notamment lors d’une baisse de charge du procédé. L’appareil de la Figure 4 est, comme l’appareil de la Figure 1 et 2, constituée par quatre empilements de modules. Les modules A, B, C, D et E et les deux premiers empilements en partant de la gauche sont identiques à ceux de la Figure 3. Par contre, le troisième empilement est constitué d’une partie du module E disposé au sol pour transférer les fluides depuis et vers le bas du deuxième empilement. Sur le module E dans le troisième empilement, on trouve un module L comprenant un sous-refroidisseur et une vanne de détente. Ce module L est surmonté d’un module contenant un vaporiseur F, lui-même surmonté de trois modules identiques G, correspondant aux modules G de la Figure 1 et 2. A la place du module H de la Figure 1 et 2, on trouve trois modules identiques I, correspondant aux modules I de la Figure 1 et 2 ; en tête du troisième empilement est un module M qui est un module de soutirage de gaz et d’alimentation des modules de séparation en liquide en reflux. A côté du troisième empilement se trouve un quatrième empilement de quatre modules N, qui sont des modules permettant de faire fonctionner la distillation (énergie de séparation) et d’assurer le bilan thermique (énergie frigorifique), basé sur un cycle de compression-détente d’azote dans le cas où le mélange gazeux est de l’air. Dans ce cas, le fluide utilisé dans les pompes à chaleur est dérivé de l’air par distillation cryogénique. Evidemment d’autres mélanges gazeux peuvent être séparés de cette manière.
Un gaz 21 est soutiré en tête du troisième empilement du module de tête M et est divisé en quatre parties, de préférence égales. Chacune des quatre parties du gaz 21 est envoyée à un module N où elle est refroidie pour former un gaz comprimé et refroidi 27 qui est renvoyé au vaporiseur contenu dans le module F. Le module F peut être composé de plusieurs échangeurs de chaleur ayant chacun le rôle de vaporiseur, chacun recevant un fluide 27 provenant d’un seul des modules N. Les fluides 27 ne sont pas nécessairement mélangés en amont de F.
La Figure 5 représente un exemple d’un module N de la Figure 4, qui comprend un échangeur de chaleur W, un compresseur V, un réfrigérant R et une turbine T, le tout étant disposé à l’intérieur d’une enceinte parallélépipédique 70 dont les coins sont des coins ISO 71. Elle peut optionnellement contenir un sous-refroidisseur et une vanne de détente. Dans ce cas le module L peut être éliminé. L’enceinte 70 peut être au moins partiellement isolée. L’azote en tête de colonne 21 est divisé en quatre parties (ou on prélève directement quatre parties de la tête de colonne dans le module M), chacune desquelles est envoyée à un des modules N pour être traitée de la même manière. Chaque partie est réchauffée dans l’échangeur de chaleur W, puis comprimé par un compresseur V et refroidi dans un réfrigérant R, puis refroidi à contre-courant dans l’échangeur de chaleur W. Une partie est détendue dans une turbine T à partir d’une température intermédiaire de l’échangeur W puis mélangée avec le débit entrant pour être de nouveau réchauffée et comprimée. La partie détendue apporte les frigories pour le bilan thermique de l’appareil. L’azote refroidi et comprimé rejoint les débits refroidis et comprimés des autres modules N puis le débit ainsi formé (ou on envoie chaque débit individuel refroidi et comprimé vers un corps de vaporiseur) se condense dans le vaporiseur contenu dans le module F, puis le fluide condensé est sous-refroidi dans le sous-refroidisseur contenu dans le module L contre tout ou partie de l’azote provenant de la tête de colonne. Il est ensuite détendu, et envoyé comme liquide de reflux en tête de colonne à travers le module M.
Les modules N sont soit empilés pour réduire la prise au sol, soit disposés chacun au sol.
Le procédé selon l’invention peut être décliné selon deux types de mises en œuvre selon la technologie retenue.
Les modules N peuvent être reliés entre eux pour permettre le passage d’un fluide d’un module à un autre module. Ceci peut permettre par exemple d’avoir un circuit de refroidissement R commun à au moins deux modules. Il est également possible de connecter les modules de sorte qu’un fluide envoyé à un module est traité, par exemple par compression ou détente dans un autre module, en cas de défaillance d’une machine.

Claims (13)

  1. Revendications
    1. Appareil de séparation d’un mélange gazeux à température subambiante comprenant un équipement de séparation (F, G, H, I, L, M) du mélange gazeux, des moyens (A, B, C, D, E) pour envoyer le mélange gazeux comprenant au moins deux composants à l’équipement, une conduite pour sortir un fluide enrichi en un composant du mélange gazeux de l’équipement et une conduite pour sortir un fluide enrichi en un autre composant du mélange gazeux de l’équipement, l’appareil comprenant également n moyens constitués par une pluralité de pompes à chaleur comprenant au moins n pompes à chaleur, où n >2, voire n>3, chaque pompe à chaleur étant disposée à l’intérieur d’un module parallélépipédique(K, N), des moyens pour envoyer n débits de fluide provenant de l’équipement, chaque débit ayant la même composition et la même pression, chacun à une pompe à chaleur différente comprise dans la pluralité des pompes à chaleur et des moyens pour envoyer les n débits traités dans les n pompes à chaleur à l’équipement, les n pompes à chaleur étant reliées à l’équipement de séparation pour y apporter chacune du froid et/ou chacune de la chaleur et/ou chacune au moins un liquide de reflux à température subambiante et/ou de l’énergie de rebouillage.
  2. 2. Appareil selon la revendication 1 dans lequel l’équipement (F, G, H, I, L, M) comprend un empilement d’une pluralité de modules de séparation, chaque module de séparation étant constitué par un corps de moyens d’échange de masse et de chaleur situé à l’intérieur d’une enceinte isolée parallélépipédique, les modules et l’empilement étant conçus pour permettre le passage d’au moins un fluide d’un corps d’un module de l’empilement à un autre corps du module de l’empilement, tout en restant à l’intérieur des enceintes des corps.
  3. 3. Appareil selon la revendication 2 dans lequel un empilement (A, B, C, D, E , F, G, H, I, J, L, M) est constitué au moins partiellement par au moins deux, trois, voire au moins quatre modules de séparation, les modules étant reliés afin de former un moyen de séparation capable d’opérer à une seule pression.
  4. 4. Appareil selon la revendication 3 dans lequel tous les modules de séparation de l’empilement (A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, L, M) sont conçus pour opérer à la même pression
  5. 5. Appareil selon l’une des revendications précédentes où le mélange à séparer est l’air.
  6. 6. Appareil selon la revendication 5 dans lequel le débit soutiré de l’équipement (F, G, H, I, L, M) et envoyé aux n pompes à chaleur est de l’azote.
  7. 7. Appareil selon l’une des revendications précédentes dans lequel, dans chacune des pompes à chaleur, un fluide, par exemple un débit de l’azote soutiré de l’équipement est réchauffé, comprimé et refroidi, au moins en partie par détente du fluide dans une turbine (T).
  8. 8. Appareil selon une des revendications précédentes comprenant des moyens pour relier chacune des pompes à chaleur avec au moins une source froide (W, 11 ) et au moins deux sources chaudes (51, F, R) de sorte que chaque pompe à chaleur puisse échanger de la chaleur directement ou indirectement entre l’au moins une source froide et les au moins deux sources chaudes afin d’apporter au moins en partie l’énergie de séparation et au moins une partie du froid nécessaire au maintien du bilan frigorifique de l’appareil.
  9. 9. Appareil selon l’une des revendications précédentes dans lequel au moins une, de préférence chaque pompe à chaleur utilise l’effet magnétocalorique.
  10. 10. Appareil selon l’une des revendications précédentes dans lequel au moins une source chaude ou froide (W, 11, 51, F, R) est composée de n sous-éléments ayant chacun la fonction de source chaude ou froide respectivement, chaque sous-élément étant relié à une pompe à chaleur différente.
  11. 11. Appareil selon la revendication 10 dans lequel le sous-élément est un échangeur de chaleur (W, R).
  12. 12. Appareil selon l’une des revendications précédentes dans lequel au moins une pompe à chaleur est disposée à l’intérieur d’une enceinte (70) au moins partiellement isolée.
  13. 13. Appareil selon l’une des revendications précédentes dans lequel les n pompes à chaleur sont reliées à l’équipement de séparation pour y apporter chacune au moins deux apports choisis dans la liste suivante : le froid, de la chaleur, au moins un liquide de reflux à température subambiante et de l’énergie de rebouillage.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB964441A (en) * 1961-10-02 1964-07-22 Marston Excelsior Ltd Improvements in or relating to fractionating apparatus
DE2822774A1 (de) * 1978-05-24 1979-11-29 Linde Ag Containeranlagen
US20050138960A1 (en) * 2003-12-24 2005-06-30 Prosser Neil M. Cryogenic air separation system for producing elevated pressure nitrogen
US20090232663A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 Saul Mirsky Compressor-Expander Set Critical Speed Avoidance
US20130091869A1 (en) * 2010-01-15 2013-04-18 Samsung Techwin Co., Ltd. Integral compressor-expander
WO2015036697A2 (fr) * 2013-09-10 2015-03-19 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé et appareil de séparation à température subambiante
US20150153100A1 (en) * 2013-12-04 2015-06-04 General Electric Company System and method for hybrid refrigeration gas liquefaction

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB964441A (en) * 1961-10-02 1964-07-22 Marston Excelsior Ltd Improvements in or relating to fractionating apparatus
DE2822774A1 (de) * 1978-05-24 1979-11-29 Linde Ag Containeranlagen
US20050138960A1 (en) * 2003-12-24 2005-06-30 Prosser Neil M. Cryogenic air separation system for producing elevated pressure nitrogen
US20090232663A1 (en) * 2008-03-13 2009-09-17 Saul Mirsky Compressor-Expander Set Critical Speed Avoidance
US20130091869A1 (en) * 2010-01-15 2013-04-18 Samsung Techwin Co., Ltd. Integral compressor-expander
WO2015036697A2 (fr) * 2013-09-10 2015-03-19 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé et appareil de séparation à température subambiante
US20150153100A1 (en) * 2013-12-04 2015-06-04 General Electric Company System and method for hybrid refrigeration gas liquefaction

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019106250A1 (fr) 2017-11-29 2019-06-06 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé et appareil de séparation d'air par distillation cryogénique
US11435139B2 (en) 2017-11-29 2022-09-06 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Method and apparatus for separating air by cryogenic distillation
FR3116892A1 (fr) 2020-12-02 2022-06-03 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Appareil de séparation d’air par distillation cryogénique
WO2022117741A1 (fr) 2020-12-02 2022-06-09 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Appareil de séparation d'air par distillation cryogénique

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