Brevet FR3093170A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention : Matrice intégrant au moins une fonction d'échange thermique et une fonction de distillation [0001] La présente invention concerne une matrice destinée à former au moins une partie d'une unité de séparation par distillation, par exemple un appareil de séparation des gaz de l'air par voie cryogénique. La matrice, de préférence brasée en aluminium, intègre au moins une fonction (l'échange thermique et une fonction de distillation. [0002] Dans l'art antérieur, une unité de séparation d'air par cryogénie comprend géné- ralement des échangeurs de chaleur à plaques brasées qui forment en particulier la ligne d'échange thermique principale de l'unité de séparation d'air par cryogénie et le vaporiscur-condenseur mettant en relation d'échange thermique la colonne moyenne pression et la colonne basse pression. Ces deux colonnes de distillation dans lesquelles on réalise du transfert de matière ne sont pas intégrées dans les matrices brasées qui constituent ces échangeurs de chaleur à plaques brasées. [0003] EP0767352 propose d'intégrer un fonction déflegmation dans ces matrices brasées c'est-à-dire une zone dans laquelle on réalise simultanément de l'échange thermique et du transfert de matière. [0004] US6295839 propose d'intégrer dans une matrice brasée des fonctions d'échange de chaleur et de distillation mais il ne décrit comment concevoir une telle matrice brasée (aussi appelée en anglais « core ») de manière à avoir une solution qui soit brasable et qui ait la résistance mécanique nécessaire qui permette de résister à la pression de fonctionnement. [0005] Une matrice brasée comporte un empilement de plaques parallèles délimitant des passages de fluides, ainsi que des entretoises ou ondes d'échange thermique définissant des canaux pour ces fluides. Des barres de fermeture périphériques assurent l'étanchéité des passages de fluides. [0006] La publication scientifique « The structurcd hcat integratcd distillation column ». Bruinsma O.S.L. et al., Chem Eng Res Des (2012) compare les performances d'ondes classiques d'échangeurs en aluminium brasé telles que décrites dans le document de l'ALPEMA « The standards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturers association » avec du garnissage ondulé croisé brasé dans une matrice. Dans le cas du garnissage ondulé-croisé, pour assurer la résistance mécanique, une tôle séparatrice perforée de 1 mm est insérée avant brasage entre les deux tôles ondulées de manière à braser l'ensemble. L'efficacité de l'onde classique est très mauvaise avec une HETP (hauteur équivalente d'un plateau théorique) de l'ordre de 1.4 mètre. L'efficacité du garnissage ondulé-croisé est meilleure avec des HETP comprises entre 2 0.2 et 0.4 mètre. Néanmoins, si l'on voulait augmenter l'efficacité du garnissage, il faudrait augmenter sa densité, typiquement au-delà de 1000 m2/m3 voire 1500 m2/m3 pour avoir des HETP inférieures à 100 mm. Pour cela, la hauteur des ondulations passerait de 8-9 mm à 3-4 mm et nécessiterait de doubler le nombre de tôles séparatrices. [0007] La présente invention vise à proposer un appareil de transfert de matière qui soit efficace (par exemple en permettant d'avoir des HETP inférieures à 100 mm), qui puisse résister à la pression, qui soit facile à fabriquer à moindre coût et dans lequel on puisse intégrer l'échange thermique indirect. [0008] De manière connue en soi, un telle matrice brasée a globalement la forme d'un paral- lélépipède rectangle. Sa longueur est typiquement de 4 à 8 m, sa largeur de 1 à 1,5 ni et sa hauteur de 1 à 2 ni. Par convention, la longueur d'une matrice brasée est la plus grande dimension des plaques parallèles délimitant des passages de fluides. La largeur d'un échangeur de chaleur est mesurée perpendiculairement à la longueur. La hauteur d'un échangeur de chaleur est mesurée suivant la direction d'empilement de ses plaques. Dans ce brevet, la hauteur de la matrice sera aussi appelée épaisseur de la matrice ou empilage de la matrice. [0009] La présente invention vise notamment à résoudre les problèmes du brasage et de la résistance mécanique de la matrice brasée tout en assurant les fonctions procédés d'une telle matrice. [0010] À cet effet, l'invention a pour objet une matrice destinée à former au moins une partie d'une unité de séparation par transfert de matière par exemple pour séparer par distillation de l'air en une fraction enrichie en azote et une fraction enrichie en oxygène combinée à une unité de transfert de chaleur indirect entre un fluide primaire et un fluide secondaire, par exemple pour condenser la fraction enrichie en azote comme fluide primaire contre la vaporisation de la fraction enrichie en oxygène ou d'un fluide riche en oxygène dérivé de la fraction enrichie en oxygène comme fluide secondaire, [0011] - ladite matrice comprenant un empilement de plusieurs plaques disposées pa- rallèlement les unes aux autres suivant une direction dite d'empilement, la matrice ayant une longueur, une largeur et une hauteur, la longueur d'une matrice étant la plus grande dimension des plaques parallèles, la largeur de la matrice étant mesurée perpendiculairement à la longueur et la hauteur de la matrice étant mesurée suivant la direction d'empilement de ses plaques, chaque plaque ayant la même longueur et la même largeur que la matrice, la matrice comprenant au moins deux zones dont une première zone dite zone de transfert de chaleur indirect définie par une première fraction de la longueur de la matrice, au moins la moitié de la largeur totale de la matrice et au moins la moitié de l'épaisseur totale de la matrice et une deuxième zone 3 dite zone de séparation par distillation définie par une deuxième fraction de la longeur de la matrice, au moins la moitié de la largeur totale de la matrice et au moins la moitié de l'épaisseur totale de la matrice, la première zone et la deuxième zone étant connexes et la matrice étant construite pour permettre la communication de fluide venant de seulement une partie des passages de la première zone vers les passages de la deuxième zone et pour permettre la communication de fluide venant des passages de la deuxième zone vers seulement une partie des passages de la première zone sur toute la section, les passages de la première zone ayant une dimension qui est la première fraction de la longueur dc la matrice, une dimension qui est au moins au moins la moitié de la largeur totale de la matrice et une dimension qui est au moins au moins la moitié de l'épaisseur de la matrice, les passages de la première zone contenant des moyens pour favoriser le transfert de chaleur indirect et éventuellement le transfert de matière et les passages de la deuxième zone contenant des moyens pour favoriser le transfert de matière entre une phase liquide et une phase gazeuse, les passages de la première zone étant constitués par une première série de passages pour canaliser au moins un fluide frigorigène ou calorigène et une deuxième série de passages pour canaliser un fluide produit par la distillation dans la deuxième zone, les passages étant fermés pour empêcher le fluide produit par le transfert de matière de rentrer dans la première série et pour empêcher le fluide frigorigène ou calmigène de rentrer dans la deuxième série, les passages de la deuxième zone ayant une dimension qui est la deuxième fraction de la longueur de la matrice, une dimension qui est au moins la moitié de la largeur totale de la matrice et une dimension qui est au moins la moitié de l'épaisseur de la matrice, chaque passage étant défini entre deux plaques successives et s'étendant parallèlement à un axe longitudinal, le nombre de passages dans la première zone étant strictement supérieur au nombre de passages dans la deuxième zone par distillation et de préférence un multiple du nombre de passages dans la deuxième zone. [0012] Selon d'autres aspects facultatifs : [0013] - le nombre de passages dans la première zone est au moins deux fois, voire au moins trois fois, ou même au moins huit fois le nombre de passages dans la deuxième zone, les passages de la première zone contiennent des moyens pour favoriser le transfert de chaleur indirect choisis dans le groupe : ondes droites, ondes perforées, ondes à décalage partiel, ondes persiennes, ondes en arête de hareng, les passages de la deuxième zone contiennent des moyens pour favoriser le transfert de matière entre une phase liquide et une phase gazeuse choisis dans le groupe : garnissages structurés composés de lamelles superposées ondulées, éventuellement contenus dans une rangée de colonnes à section polygonale, garnissages en vrac, éventuellement contenus dans une rangée de colonnes à section polygonale, la matrice comprend au moins une troisième zone dite zone de transfert de matière juxtaposant la première zone, la matrice étant construite pour permettre la communication de fluide des passages de la première zone vers les passages la troisième zone et des passages de la troisième zone vers les passages de la première zone sur toute la section, la troisième zone dite deuxième zone de transfert de matière définie par une troisième fraction de la longeur de la matrice, au moins la moitié de la largeur totale de la matrice et au moins la moitié de l'épaisseur totale de la matrice, les passages de la troisième zone ayant une dimension qui est une troisième fraction de la longueur de la matrice, une dimension qui est au moins la moitié de la largeur totale de la matrice et une dimension qui est au moins la moitié de l'épaisseur de la matrice, les passages de la troisième zone contenant des moyens pour favoriser le transfert de matière le nombre de passages dans la première zone est strictement supérieur au nombre de passages dans la troisième zone par distillation et de préférence un multiple du nombre de passages dans la troisième zone, la matrice comprend au moins une troisième zone dite zone de transfert de chaleur indirect juxtaposant la deuxième zone, la matrice étant construite pour permettre la communication de fluide des passages de la deuxième zone vers les passages de la troisième zone et/ou des passages de la troisième zone vers les passages de la deuxième zone sur toute la section, la troisième zone dite deuxième zone de transfert de chaleur indirect définie par une troisième fraction de la longeur de la matrice, au moins la moitié de la largeur totale de la matrice et au moins la moitié de l'épaisseur totale de la matrice, les passages de la troisième zone ayant une dimension qui est une troisième fi-action de la longueur de la matrice, une dimension qui est au moins la moitié de la largeur totale de la matrice et une dimension qui est au moins la moitié de l'épaisseur de la matrice, les passages de la troisième zone contenant des moyens pour favoriser le transfert de chaleur indirect et éventuellement le transfert de matière, le nombre de passages dans la troisième zone est strictement supérieur au nombre de passages dans la deuxième zone de transfert de matière et de préférence un multiple du nombre de passages dans la deuxième zone, la première zone est définie par au moins les trois quarts de la largeur totale de la matrice, voire toute la largeur, la première zone est définie par au moins les trois quarts de l'épaisseur totale de la matrice, voire toute l'épaisseur, la deuxième zone est définie par au moins les trois quarts de la largeur totale de la matrice, voire toute la largeur, la deuxième zone est définie par au moins les trois quarts de l'épaisseur totale de la matrice, voire toute l'épaisseur, le nombre de passages dans la troisième zone est égal au nombre de passages dans la deuxième zone, le nombre de passages dans la troisième zone est égal au nombre de passages dans la première zone, les passages de la première ou la deuxième zone sont reliés à une colonne de distillation comprenant une virole cylindrique et à l'intérieur de la virole, des modules de garnissages ondulés croisés, les passages de la deuxième zone étant reliés à un échangeur de chaleur, éventuellement constitué par une zone de la matrice, les plaques sont en aluminium, les moyens pour favoriser le transfert de matière entre une phase liquide et une phase gazeuse dans les passages de la deuxième zone ne sont pas reliés par brasage aux plaques de chaque passage, les moyens pour favoriser l'échange de chaleur dans les passages de la première zone sont reliés par brasage aux plaques de chaque passage. les passages de la deuxième zone sont définis chacun entre deux plaques adjacentes de la matrice, au moins un élément plane est disposé entre chaque paire de plaques adjacentes, l'élément plane étant parallèle aux plaques et divisant l'espace entre deux plaques dans la première zone pour définir les passages de la première zone, les passages de la première série et de la deuxième série de la première zone ont une plus petite dimension qui est au moins deux fois plus petite que la plus petite dimension des passages de la deuxième zone, les passages de la première zone sont entre au moins une paroi plane parallèle aux plaques et 0 une des plaques ou une autre paroi plane parallèles aux 6 plaques, une partie de la première, deuxième ou troisième zone peut avoir une fonction différente de celle d'une autre partie de la même zone, dans la première zone, au moins une paroi plane est disposée parallèlement entre une paire de plaques adjacentes [0014] Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'un mélange gazeux ayant au moins deux composants utilisant une matrice selon l'une des revendications précédentes, les passages de la première zone ayant chacun une première extrémité et une deuxième extrémité, les passages de la deuxième zone ayant chacun une première extrémité et une deuxième extrémité, les deuxièmes extrémités des passages de la première zone juxtaposant les premières extrémités des passages de la deuxième zone, l'appareil comprenant des moyens pour envoyer le mélange gazeux refroidi et épuré dans les deuxièmes extrémités d'au moins la plupart des passages, de préférence de tous les passages de la deuxième zone, des moyens pour sortir un liquide enrichi en un composant du mélange gazeux des deuxièmes extrémités de passages, de préférence de tous les passages, ainsi que : [0015] i) des moyens pour envoyer un fluide frigorigène dans la première série des passages de la première zone et des moyens pour envoyer un gaz à condenser dans la deuxième série des passages de la première zone, et/ou [0016] ii) des moyens pour envoyer un fluide calorigène dans la première série des passages de la première zone et des moyens pour envoyer un liquide à vaporiser dans la deuxième série des passages de la première zone. [0017] Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation (l'un mélange gazeux par distillation cryogénique dans lequel la distillation s'effectue au moyen d'une matrice telle que décrite ci-dessus ou un appareil tel que décrit ci-dessus et dans lequel : [0018] i) Un gaz produit par la distillation du mélange gazeux dans la deuxième zone se condense dans la première zone par échange de chaleur avec un fluide frigorigène, et/ ou [0019] ii) Un liquide produit par la distillation du mélange gazeux se vaporise dans la deuxième zone par échange de chaleur avec un fluide calmigène. [0020] Les modes de réalisation de l'invention et les variantes de l'invention mentionnés ci- avant peuvent être pris isolément ou selon toute combinaison techniquement possible. [0021] La présente invention sera bien comprise et ses avantages ressortiront aussi à la lumière de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : [0022] la [Fig. 11 est composée des [Fig. 1A1,[Fig. 113] et [fig. 1(111 ; la [Fig. 1A1 est une vue schématique en perspective d'une matrice en aluminium brasé 7 conforme à un premier mode de réalisation de l'invention ; les [Fig. 1B] et [fig. 1C] illustrent des variantes d'un détail de la [Fig. 1A] ; la [Fig. 2] est une vue schématique où l'on associe une matrice selon l'invention à une colonne à distiller classique ; les [Fig. 3] et [Fig. 4] sont des vues schématiques en perspective d'autres modes de réalisation de l'invention où l'on réalise de multiples zone de transfert de matière et/ou de transfert de chaleur indirect éventuellement associé à du transfert de matière ; la [Fig. 5] composée des [Fig. 5A], [Fig. 5B], [Fig. 5C] et [Fig. 5D] représente des plans de passage et une vue de côté d'une variante de l'invention ; la [Fig. 6] composée des [Fig. 6A], [Fig. 6B], [ Fig. 6C] et la [Fig. 7] composée des [Fig. 7A], [Fig. 7B], [Fig. 7C] représente deux autres variantes. [0023] Dans la suite de la description, le terme « transfert de matière » caractérisera des zones dans lesquelles il y a un contact direct entre au moins deux fluides. Ces deux fluides sont, de préférence un gaz et un liquide mais pourraient être deux liquides ou deux gaz. La distillation fait partie des procédés mettant en oeuvre le transfert de matière. A noter qu'il peut aussi y avoir un « transfert de chaleur direct » c'est-à-dire avec contact associé au transfert de matière. [0024] Le terme « transfert de chaleur indirect » caractérisera des zones où il y a un échange de chaleur sans contact direct entre deux fluides, un fluide primaire et un fluide secondaire. S'il n'y a pas de changement de la composition des fluides primaires et secondaires entre l'entrée et la sortie, il s'agit d'un échange de chaleur stricto sensu. Dans le cas où la composition du fluide primaire et/ou du fluide secondaire change entre l'entrée et la sortie, on parle alors de déflegmation. Par exemple, dans le cas de la séparation des gaz de l'air, la fraction enrichie en azote dans la colonne moyenne pression peut continuer à s'ern-ichir en azote dans un condenseur-détlegmateur duquel le fluide sortira en bas sous forme d'une fraction liquide non enrichie en azote et en haut d'un gaz enrichi en azote. [0025] La Figure lA illustre une matrice 1, destinée à former au moins une partie une unité de séparation par distillation, voire à former par elle-même une unité de séparation par distillation. Elle pourrait servir pour séparer de l'air en une fraction enrichie en azote et une fraction enrichie en oxygène. [0026] Ainsi l'air serait séparé dans une partie de la matrice et une autre partie de la matrice servirait à permettre le transfert de chaleur indirect entre un fluide primaire et un fluide secondaire, par exemple pour condenser la fraction enrichie en azote comme fluide primaire contre la vaporisation de la fraction enrichie en oxygène ou d'un fluide riche en oxygène dérivé de la fraction enrichie en oxygène comme fluide secondaire. [0027] Le fluide primaire et/ou le fluide secondaire pourrait être produit par la distillation 8 d'un mélange dans la partie transfert de matière de la matrice. [0028] La matrice 1 comprend un empilement de plusieurs plaques rectangulaires 4 disposées parallèlement les unes aux autres suivant une direction dite d'empilement, la matrice ayant une longueur, une largeur et une hauteur, la longueur d'une matrice étant la plus grande dimension des plaques parallèles, la largeur de la matrice étant mesurée perpendiculairement à la longueur et la hauteur de la matrice étant mesurée suivant la direction d'empilement de ses plaques. Chaque plaque 4 a la même longueur et la même largeur que la matrice 1 et peut être en aluminium. Ce sont ces plaques 4 qui assurent l'ossature de tenue mécanique de la matrice brasée. [0029] La matrice comprend au moins deux zones dont une première zone 2 dite zone de transfert de chaleur indirect définie par une première fraction de la longeur de la matrice, la largeur totale de la matrice et l'épaisseur totale de la matrice et une deuxième zone 3 dite zone de transfert de matière définie par une deuxième fraction de la longeur de la matrice, la largeur totale de la matrice et l'épaisseur totale de la matrice. [0030] La ligne 6 illustre la division entre les deux zones 2,3 mais ne correspond pas à une moyen de séparation entre elles. [0031] Dans cet exemple la zone 2 est disposée en dessus de la zone 3 mais le contraire est possible. [0032] La première zone 2 et la deuxième zone 3 sont connexes et la matrice est construite pour permettre la communication de fluide venant de seulement une partie des passages de la première zone vers les passages de la deuxième zone et pour permettre la communication de fluide venant des passages de la deuxième zone vers seulement une partie des passages de la première zone sur toute la section. [0033] Les passages 24 de la première zone 2 ont une dimension qui est la première fraction de la longueur de la matrice, une dimension qui est la largeur totale de la matrice et une dimension qui est une fraction de la hauteur de la matrice. [0034] Les passages 24 de la première zone 2 contiennent des moyens pour favoriser l'échange de chaleur indirect et éventuellement le transfert de matière, des moyens pour favoriser l'échange de chaleur choisis dans le groupe : ondes droites, ondes perforées, ondes à décalage partiel, ondes persiennes, ondes en arête de hareng, garnissages structurés, garnissages en vrac. [0035] Les passages 22 de la deuxième zone 3 contenant des moyens pour favoriser le transfert de matière entre une phase liquide et une phase gazeuse, choisis dans le groupe : garnissages structurés composés de lamelles superposées ondulées, garnissages en vrac, éventuellement contenus dans une rangée de colonnes à section polygonale. [0036] Les passages 24 de la première zone 2 sont constitués par une première série de 9 passages pour canaliser au moins un fluide frigorigène ou calorigène et une deuxième série de passages pour canaliser un fluide produit par la distillation dans la deuxième zone, les passages étant fermés pour empêcher le fluide produit par la distillation de rentrer dans la première série et pour empêcher le fluide frigorigène ou calorigène de rentrer dans la deuxième série. [0037] Les passages 22 de la deuxième zone 3 ont une dimension qui est la deuxième fraction de la longueur de la matrice, une dimension qui est la largeur totale de la matrice et une dimension qui est une fraction de la hauteur de la matrice, chaque passage étant défini entre deux plaques successives et s'étendant parallèlement à un axe longitudinal. [0038] Le nombre de passages dans la première zone 2 est strictement supérieur au nombre de passages dans la deuxième zone 3 et de préférence un multiple du nombre de passages dans la deuxième zone. [0039] Dans l'exemple de l'air est envoyé à la plupart des passages 22 de la deuxième zone, voire tous les passages. L'air y est séparé formant un gaz riche en azote en haut des passages 22 et un liquide enrichi en oxygène descend vers le bas des passages 22. Le gaz riche en azote pénètre dans un passage 24 sur deux des passages de la première zone 2. [0040] Il y a échange de la chaleur avec un fluide frigorigène envoyé à un passage 24 sur des passages de la première zone 2, de sorte que l'azote est réchauffé à travers les parois planes constituées par des plaques 5 de la première zone. [0041] Les plaques 5 (élément planaire) ont la hauteur de la première zone et la largeur de la matrice. Elles sont disposées en parallèle avec les plaques 4 dans l'espace entre deux plaques 4 pour subdiviser les passages entre deux plaques 4 en une pluralité de passages 24. [0042] En disposant une seule plaque 5, on obtient deux passages 24 ayant la moitié de la largeur d'un passage 22. [0043] En disposant une trois plaques 5, on obtient quatre passages 24 ayant le quart de la largeur d'un passage 22. [0044] Par exemple, le nombre de passage dans la zone de transfert de chaleur indirect est au moins deux fois, voire trois fois, ou même quatre ou huit fois le nombre de passages dans la zone de séparation par transfert de matière. [0045] De préférence, le nombre de passages 22 dans la deuxième zone 3 est multiplié par un nombre pair pour obtenir le nombre de passages 24 dans la première zone 2 par exemple pour avoir une alternance d'un passage frigorigène avec un passage calorigène. [0046] Un autre mode préférentielle de réalisation de l'invention est de choisir un nombre de passages 22 dans la zone 3 multiplié par un nombre multiple de 3 (préférentiellement 10 3, 6 ou 9) de manière à avoir 2 passages calorigènes encadrant 1 passage frigorigène (ou éventuellement l'inverse). Dans cc cas, un passage calorigène peut fonctionner en condenseur-dephlegrnateur pour assurer le reflux de la zone 3 (sans dispositif de distribution de liquide spécifique. Le gaz sortant en haut dc ce passage alimente le second passage calorigène qui est un condenseur classique de manière à produire le liquide qui va assurer le reflux d'une colonne basse pression. Dans le cas précédent d'un nombre de passages pair condenseur-dephlegmateur et condenseur classique peuvent être supperposés avec une sortie latérale du gaz. [0047] Sinon, il est possible de n'avoir qu'un condenseur classique alimenté en gaz par le haut. Là, il faudra avec en bas de la zone 2 un dispositif d'extraction de liquide pour alimenter la colonne basse pression et un dispositif dc distribution du liquide dans la zone 3. [0048] D'autres façons de subdiviser l'espace entre les deux plaques 4 peuvent être en- visagées. Plutôt que de rajouter au moins une plaques 5 ou en plus de rajouter au moins une plaque 5, on pourrait rajouter des colonnes. [0049] Les zones 2,3 sont reliés de sorte que l'azote ne puisse pas pénètrer dans les passages destinés au fluide frigorigène et de sorte que le fluide frigorigène ne peut passer dans la deuxième zone. [0050] Ainsi l'azote se condense dans une partie des passages 24 et redescend vers la deuxième zone 3 sous forme liquide. Le fluide frigorigène est au moins chauffé et s'il s'agit d'un liquide, il est de préférence vaporisé au moins partiellement dans les passages 24. [0051] La matrice 1 comprend éventuellement des moyens (non illustrés) pour sortir de l'azote gazeux en haut des passages 22 de la deuxième zone 3. [0052] 11 sera compris que le détail des plaques n'est illustré que sur la droite de la Figure lA mais que toute la matrice est constituée comme on le voit sur la droite. [0053] Dans la Figure 1B, une seule plaque 5 est disposée entre chaque paire de plaques 4 pour former deux passages 24. Une cloison bloque le fond d'un passage 24 sur deux. [0054] Dans la Figure 1C, trois plaques 5 sont disposées entre chaque paire de plaques 4 pour former quatre passages 24. Une cloison bloque le fond d'un passage 24 sur deux. [0055] La Figure 2 montre le cas où la matrice est associée à une colonne de distillation à virole cylindrique 11. Le fluide frigorigène vaporisé dans les passages 24 de la première zone 3 résulte d'un liquide tombant de la colonne 11 qui est le fluide frigorigène. [0056] Cette colonne peut par exemple séparer le liquide enrichi en oxygène provenant des passages 22 de la deuxième zone 3. Un liquide riche en oxygène formé en bas de la colonne alimente une partie des passages de la matrice 1 dans la première zone 2. [0057] La Figure 3 illustre une matrice comprenant un empilement de plusieurs plaques 11 disposées parallèlement les unes aux autres suivant une direction dite d'empilement, la matrice ayant une longueur, une largeur et une hauteur, la longueur d'une matrice étant la plus grande dimension des plaques parallèles, la largeur de la matrice étant mesurée perpendiculairement à la longueur et la hauteur de la matrice étant mesurée suivant la direction d'empilement de ses plaques, chaque plaque ayant la même longueur et la même largeur que la matrice, comme celle de la Figure 1A. [0058] La matrice comprend cinq zones dont une première zone 2, disposée entre les quatre autres zones, deux au-dessus de la première zone 2 et deux en dessous de la première zone 2. La zone 2 dite zone d'échange de chaleur indirect est définie par une première fraction de la longeur de la matrice, la largeur totale de la matrice et l'épaisseur totale de la matrice. [0059] Elle se trouve juste au-dessus d'une deuxième zone 3 dite zone de séparation par dis- tillation définie par une deuxième fraction de la longcur de la matrice, la largeur totale de la matrice et l'épaisseur totale de la matrice. [0060] La première zone 2 et la deuxième zone 3 sont connexes et la matrice étant construite pour permettre la communication de fluide venant de seulement une partie des passages de la première zone vers les passages de la deuxième zone et pour permettre la communication de fluide venant des passages de la deuxième zone vers seulement une partie des passages de la première zone sur toute la section. [0061] Les zones 2 et 3 ont déjà été décrites pour la Figure lA et ne seront pas redécritcs. [0062] En dessous de la deuxième zone 3 on trouve une zone 7 qui est une zone d'échange de chaleur indirect. [0063] Au-dessus de la première zone 2, on trouve deux zones 8,9 qui sont des zones de dis- tillation. [0064] Dans la zone?, différents passages sont affectés à différents fluides de sorte qu'il n'y a pas de transfert de matière entre les passages ou à l'intérieur des passages de la zone. [0065] Cette zone 7 sert, par exemple à refroidir de l'air à séparer jusqu'à une température cryogénique par échange de chaleur indirect avec au moins un produit de la distillation qui se réchauffe dans d'autres passages de la zone 7 jusqu'à une température proche de l'ambiante. [0066] Le nombre de passages dans la zone 7 est strictement supérieur au nombre de passages dans la deuxième zone 3 et de préférence un multiple du nombre de passages dans la deuxième zone. Le nombre de passages dans la zone 7 peut être égal ou inférieur ou supérieur au nombre de passages dans la première zone 2. Le nombre de passages dans la zone 7 est au moins deux fois, voire au moins trois fois, ou même au moins huit fois le nombre de passages dans la deuxième zone 3. [0067] L'augmentation du nombre de passages est obtenue en disposant des plaques 5 pa- rallèles aux plaques 4, les plaques 5 étant plus courtes que les plaques 4 et ayant une 12 longueur correspondant à la longueur de la zone 7. [0068] Les passages de la zone 7 contiennent des moyens pour favoriser l'échange de chaleur choisis dans le groupe : ondes droites, ondes perforées, ondes à décalage partiel, ondes persiennes, ondes en arête de hareng. [0069] Les zones 8 et 9 ont de préférence un nombre de passages similaire à ceux de la deuxième zone, ces zones étant également dédiées à la distillation. [0070] Pour décrire rapidement le fonctionnement de la matrice pour effectuer un refroi- dissement et une distillation correspondant à ceux d'un appareil de séparation d'air à double colonne, les étapes sont les suivantes : [0071] L'air se refroidit jusqu'à une température cryogénique dans des passages dédiés de la zone 7 et au moins une partie de l'air refroidi est ensuite distribué sur la totalité ou au moins une grande majorité des passages de la zone 3 où il est séparé en un gaz enrichi en azote et un liquide enrichi en oxygène. Le gaz enrichi en azote pénètre dans certains passages de la zone 2, s'y condense et retombe vers tous les passages de la zone 3. [0072] Le liquide enrichi en oxygène de la zone 3 et une partie de l'azote condensé dans la zone 2 sont envoyés aux zones 8 et 9 respectivement où ils se séparent à une pression plus basse que celle de la zone 3. [0073] Un liquide riche en oxygène tombe vers le base de la zone 8 et pénètre dans des passages de la zone 2 non-alimentés par l'azote de la zone 3. [0074] Un échange de chaleur entre les passages de la zone 2 alimentées en azote et les passages de la zone 2 alimentés en oxygène produit l'azote condensé déjà mentionné et de l'oxygène vaporisé qui remonte dans la zone 8 et est pris comme produit pour se réchauffer dans la zone 7 contre l'air. S'y réchauffe également au moins un gaz enrichi en azote pris dans la zone 9. [0075] La Figure 4 illustre une matrice comprenant un empilement de plusieurs plaques disposées parallèlement les unes aux autres suivant une direction dite d'empilement, la matrice ayant une longueur, une largeur et une hauteur, la longueur d'une matrice étant la plus grande dimension des plaques parallèles, la largeur de la matrice étant mesurée perpendiculairement à la longueur et la hauteur de la matrice étant mesurée suivant la direction d'empilement de ses plaques, chaque plaque ayant la même longueur et la même largeur que la matrice, comme celle de la Figure 1A. [0076] La matrice comprend sept zones dont une première zone 2, disposée entre les quatre autres zones, deux au-dessus de la première zone 2 et deux en dessous de la première zone 2. La zone 2 dite zone d'échange de chaleur indirect est définie par une première fraction de la longeur de la matrice, la largeur totale de la matrice et au moins la moitié de l'épaisseur totale de la matrice. Les zones 7, 3, 8 et 9 corespondent aux mêmes fonctions que celles décrites pour la figure 3. Les zones 7,8 et 9 occupent la largeur totale de la matrice et l'épaisseur totale. La zone 3 comme la zone 2 n'occupe qu'au 13 moins la moitié de l'empilage et occupent la largeur totale de la matrice. Le reste de l'empilage en vis-à-vis des zones 2 et 3 est utilisé pour pour des zones 21 et 20 d'échange de chaleur indirect. Dans le cas de la séparation des gaz de l'air, il peut s'agir du sous-refroidisseur de liquide riche pour la zone 21 et du sous-refroidisseur de liquide pauvre pour la zone 20. [0077] Il est aussi enviscageable de réaliser ces zone d'échange indirect destinées au sous- refroidissement des liquides riche et pauvre en utilisant une faible fraction de la largeur de la matrice. [0078] D'une manière générale, de faibles fractions de l'empilage et/ou de la largeur peuvent être utilisés pour les fonctions suivantes dans le cas de la séparation de gaz de l'air : colonne de mélange, colonne Etienne, sous-refroisseur, vaporiseur auxiliaire, tuyaux (par exemple carré ou rectangulaires) pour assurer la circulation d'un fluide en deux zones de la matrice, colonne de mixture argon avec son condenseur, colonne de déazotation de l'argon avec son condenseur et son rebouilleur,... [0079] Les figures SA, 5B, SC et 3D représentent un autre mode préférentiel de réalisation de l'invention dans lequel on choisit un nombre de passages dans la zone 2 multiplié par un nombre multiple de 3 (préférentiellement 3, 6 ou 9) de manière à avoir 2 passages calorigènes encadrant 1 passage frigorigène (ou éventuellement l'inverse). La figure SA représente un plan de passage frigorigène pour la zone 2. La figure SB représente un plan de passage d'un premier calorigène qui fonctionne en condenseurdéphlegmateur c'est-à-dire que le gaz provenant de la zone 3 va se condenser à contre-courant du liquide condensé. Dans ce cas, il y a transfert de chaleur indirect avec le passage frigorigène adjacent et transfert de matière entre le gaz ascendant et le liquide descendant à l'intérieur du passage. Le liquide sortant de ces passages assure directement le reflux dans la zone 3. La figure 5C représente un plan de passage d'un deuxième calorigène qui fonctionne en condenseur, le gaz circule vers le bas à cocourant du liquide qui se condense. La figure 5D représente une vue de côté (ou vue en coupe) des trois passages, avec le passage de la figure SA entre les passages des figures 5B et 5C. Les éléments 50 représentent les barres de fermeture des passages. Les éléments 51 (hachures diagonales croisées) représentent comme les passages 22 des Figures 1B et 1C des moyens pour favoriser le transfert de matière entre une phase liquide et une phase gazeuse. Les éléments 52 repésentent des ondes d'échanges ou de distribution, les hachures déterminant le sens des ondes. Pour éviter la fuite entre un passage frigorigène et un passage calorigène, on a disposé un système de double barres 50 en bas du passage frigorigène et en haut des passages calorigènes. La zone entre les deux barres est à une pression inférieure à celle des passages frigorigènes et calorigènes. Une boîte latérale peut collecter la fuite. [0080] La figure 5D montre une paire de plaques 4 séparées par deux plaques 5 pour former 14 les trois passages, le deuxième passage calorigène 55 étant désigné avec un C et une flèche pour indiquer le liquide qui condense et s'école vers le bas. Le premier passage 53, étant un passage de déphlegmation, est indiqué par un D. [0081] Le groupe de plaques de la figure D est disposé entre deux autres groupes de plaques identique de sorte que le deuxième passage 55 côtoie un premier passage 53 d'un groupe adjacent. De même le premier passage 53 est à côté d'un troisième passage 55 d'un groupe adjacent. De cette façon, le gaz d'un premier passage peut passer dans un troisième passage. [0082] Ce transfert de gaz est indiqué par 56 sur les figures 5B, SC. [0083] Le gaz montant de la zone 3 va dans le premier passage calorigène 53 où il se condense partiellement. La partie non-condensée est extraite en haut du passage pour être distribuée dans le deuxième passage calorigène 55 où elle se condensera quasi- totalement. [0084] Les figures 6A, 6B et 6C représentent un autre mode préférentiel de réalisation de l'invention dans lequel on choisit un nombre de passages dans la zone 2 multiplié par un nombre multiple de 4. La figure 6A représente un plan de passage frigorigène 62 pour la zone 2. La figure 6B représente un plan de passage calorigène qui fonctionne en condenseur-déphlegmateur D dans sa partie basse 61 et en condenseur C pour sa partie haute 60. La figure 6C représente une vue de côté (ou vue en coupe) des passages formé entre une paire de plaques 4 séparées par trois plaques 5 pour former quatre passages, dont deux frigorigènes 62 et deux calorigènes. [0085] Le gaz montant de la zone 3 va dans la section basse des passages calorigènes 61 où il se condense partiellement. La partie non-condensée 64 est extraite en haut de cette section 61 pour être distribuée en haut de la section haute des passages calorigènes 60 où elle se condensera quasi- totalement. [0086] Les figures 7A, 7B et 7C représentent un autre mode préférentiel de réalisation de l'invention dans lequel on choisit un nombre de passages dans la zone 2 multiplié par un nombre multiple de 2. Ici une paire de plaques 4 est séparée par une plaque 5. La figure 7A représente un plan de passage frigorigène pour la zone 2. La figure 7B représente un plan de passage calorigène qui fonctionne en condenseur-déphlegmateur D. La figure 7C représente une vue de côté (ou vue en coupe) des deux passages 70,72. [0087] Pour éviter que le gaz montant de la zone 3 ne croise le liquide qui est récolté dans la zone 73, on utilise la section basse 71 des passages frigorigènes 72 pour faire passer le gaz. Une ouverture (ou des ouvertures) dans la tôle séparatrice 5 permet au gaz de rentrer dans la section 70 qui fonctionne en condenseur-déphlegmateur. Pour réaliser cette ouverture, la tôle séparatrice 5 peut par exemple être en deux morceaux avec un espace entre les deux. Le gaz va dans la section basse des passages calorigènes 70 où il se condense partiellement. En haut de la section 70, on peut extraire éventuellement 15 des incondensables ou une partie du gaz par l'ouverture 74. Le liquide tombant de la section 70 est collecté dans la section 73 de manière à : [0088] - pouvoir en extraire une fraction par l'ouverture 75 et assurer par exemple le reflux d'une zone 9 telle que repésentée sur la figure 3. pouvoir distribuer le liquide par des orifices calibrés 76 pour assurer le reflux dans la zone 3. [0089] De tels dispositifs peuvent aussi être appliqués à d'autres procédés que la séparation des gaz de l'air. [0090] La distribution de fluides passant d'une zone à l'autre peut être effectuée comme illustré dans US5144809 en utilisant des boîtes de collection pour sortir les fluides d'une zone et pour les renvoyer dans une autre zone. 16 [Revendication I]