Brevet FR2935472A1 — publié le 20100305

La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séparation d'un mélange gazeux, en particulier l'air, par distillation cryogénique. Dans un procédé de séparation d'air, il est commun de vaporiser un liquide à l'intérieur d'une colonne par transfert de chaleur avec un gaz à travers un vaporiseurcondenseur. Le bain de liquide autour de et au-dessus du vaporiseur-condenseur génère une pression hydrostatique. La présente invention vise à réduire cette surpression grâce à la compensation magnétique, de sorte que le vaporiseur-condenseur soit plus efficace. A l'aide d'un champ magnétique, il est prévu de générer un champ de force magnétique dans le liquide autour du vaporiseur-condenseur, opposé au champ gravitationnel. Le poids du liquide sera ainsi diminué, de sorte que la pression hydrostatique diminue. Comme la pression du liquide au fond du bain est réduite, il devient possible de vaporiser le liquide à plus basse pression donc à plus basse température. Le gaz chauffant le vaporiseur-condenseur peut donc avoir une pression plus réduite, de sorte que la colonne dont il provient peut fonctionner à une pression moins élevée. Pour le cas d'une double colonne avec colonne moyenne pression et colonne basse pression reliée thermiquement par un vaporiseur-condenseur à bain, ceci veut dire que l'azote de tête de la colonne moyenne pression aura une pression réduite, d'où une économie d'air sur le travail du compresseur d'air principal. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'un mélange gazeux par distillation cryogénique dans au moins une colonne comprenant au moins un vaporiseur-25 condenseur dans lequel : i) on envoie un gaz de rebouillage au vaporiseur-condenseur ii) on vaporise un liquide en chauffant un bain du liquide avec le vaporiseurcondenseur caractérisé en ce que iii) l'on génère un champ magnétique permettant de compenser au moins 30 partiellement la pression hydrostatique du bain de liquide. Optionnellement : -le mélange gazeux est de l'air, la distillation s' effectue dans une double colonne comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression reliées thermiquement entre elles par le vaporiseur-condenseur. - on génère le champ magnétique au moins d'au moins un aimant permanent. - on génère le champ magnétique au moins d'au moins un électro-aimant. - le champ magnétique est établi dans le sens substantiellement contraire au champ gravitationnel. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'un mélange gazeux par distillation cryogénique dans au moins une colonne comprenant au moins un vaporiseur-condenseur comprenant : a) Des moyens pour envoyer un gaz de rebouillage au vaporiseur-condenseur b) Des moyens pour vaporiser un liquide en chauffant un bain du liquide avec le vaporiseur-condenseur caractérisé en ce qu'il comprend c) Des moyens pour générer un champ magnétique permettant de compenser au moins partiellement la pression hydrostatique du bain de liquide. Optionnellement, l'appareil comprend une double colonne de séparation d'air comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression, reliées thermiquement entre elles par le vaporiseur-condenseur. Les moyens de génération du champ magnétique peuvent comprendre au moins d'au moins un aimant permanent et/ou au moins d'au moins un électro-aimant. Les moyens de génération du champ magnétique sont éventuellement capables de produire un champ magnétique dans le sens contraire au champ gravitationnel. La Figure 1 illustre un appareil selon l'invention. La colonne 1 est la colonne basse pression d'une double colonne de séparation d'air contenant des garnissages de distillation 3. L'air se sépare dans la colonne moyenne pression (non-illustrée) pour former de l'azote gazeux (GAN) en tête de colonne. Des liquides enrichis en oxygène et en azote sont envoyés de la colonne moyenne pression à la colonne basse pression 1 pour l'alimenter et de l'oxygène liquide (LOX) est produit en cuve de la colonne. Afin d'assurer le rebouillage de la colonne basse pression 1, il est prévu un vaporiseur-condenseur à bain 13 , plongé dans le bain d'oxygène liquide de cuve de la colonne basse pression et chauffé par l'azote gazeux (GAN) de la colonne moyenne pression. L'azote se condense dans le vaporiseur-condenseur 13 et est renvoyé au moins en partie comme liquide de reflux (LIN) à la colonne moyenne pression. Au-dessus du vaporiseur-condenseur 13 est positionné un plateau magnétique de distribution 9. Ce plateau comprend des perforations 11 pour laisser s'écouler le liquide provenant des garnissages 3 vers le bain d'oxygène liquide. Il comprend également des cheminées 7 pour permettre le passage d'oxygène gazeux vers les garnissages 3. Chaque passage de gaz est séparé d'un passage de liquide par un aimant permanent parallèle 5. Les aimants génèrent un champ magnétique en surface libre de 1,5 T. Sinon l'usage d'électro-aimants supraconducteurs peut être envisagé. Pour un bain de liquide de 2m, l'usage d'un champ magnétique dans un sens contraire au champ gravitationnel permet de réduire la pression du liquide de fond de cuve de 3000 Pa, de réduire la température de condensation de l'azote de 0,19 °C et donc de baisser la pression de condensation d'azote de 8000 Pa. La puissance du compresseur d'air peut être réduite de 2300 kW. L'usage de ces champs magnétiques intenses pose évidemment quelques questions de sécurité et aura des effets sur la distribution de liquide au-dessus des aimants. L'invention s'applique également à tout vaporiseur-condenseur à bain dans un appareil à distillation cryogénique. Le mélange à séparer peut avoir comme composants principaux de l'hydrogène et/ou du monoxyde de carbone et/ou du méthane et/ou de l'azote. Sinon, pour les applications avec séparation d'air, le vaporiseur-condenseur peut être le vaporiseur-condenseur de tête d'une simple colonne, d'une colonne basse pression, d'une colonne de séparation d'argon, d'une colonne de déazotation ou d'une colonne pression intermédiaire d'une triple colonne. Le vaporiseur-condenseur peut également être le vaporiseur-condenseur de cuve 20 d'une simple colonne, d'une colonne de séparation d'argon, d'une colonne de déazotation ou d'une colonne pression intermédiaire d'une triple colonne. Revendications1. Procédé de séparation d'un mélange gazeux par distillation cryogénique dans au moins une colonne (1) comprenant au moins un vaporiseur-condenseur (13) dans lequel : i) on envoie un gaz de rebouillage au vaporiseur-condenseur ii) on vaporise un liquide en chauffant un bain du liquide avec le vaporiseur-condenseur caractérisé en ce que iii) l'on génère un champ magnétique permettant de compenser au moins partiellement la pression hydrostatique du bain de liquide. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le mélange gazeux est de l'air, la distillation s'effectue dans une double colonne comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression (1) reliées thermiquement entre elles par le vaporiseur-condenseur (13). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel on génère le champ magnétique au moins d'au moins un aimant permanent (5). 4. Procédé selon au moins une des revendications précédentes dans lequel on génère le champ magnétique au moins d'au moins un électro-aimant. 5. Procédé selon au moins une des revendications précédentes dans lequel le champ magnétique est établi dans le sens substantiellement contraire au champ gravitationnel. 6. Appareil de séparation d'un mélange gazeux par distillation cryogénique dans au moins une colonne (1) comprenant au moins un vaporiseur-condenseur (13) comprenant : a. Des moyens pour envoyer un gaz de rebouillage au vaporiseur-condenseur b. Des moyens pour vaporiser un liquide en chauffant un bain du liquide avec le vaporiseur-condenseur caractérisé en ce qu'il comprend c. Des moyens pour générer un champ magnétique permettant de compenser au moins partiellement la pression hydrostatique du bain de liquide. 7. Appareil selon la revendication 6 comprenant une double colonne de séparation d'air comprenant une colonne moyenne pression et une colonne basse pression (1), reliées thermiquement entre elles par le vaporiseur-condenseur (13). 8. Appareil selon la revendication 6 ou 7 dans lequel les moyens de génération du champ magnétique comprennent au moins d'au moins un aimant permanent (5). 9. Appareil selon au moins une des revendications 6 à 8 dans lequel les moyens de génération du champ magnétique comprennent au moins d'au moins un électro-aimant. 10. Appareil selon au moins une des revendications 6 à 9 dans lequel les moyens de 5 génération du champ magnétique sont capables de produire un champ magnétique dans le sens contraire au champ gravitationnel.