FR3106989A1 - Enrichissement d’un flux d’air en dioxygène par séparation membranaire extractive - Google Patents

Abstract

Dispositif (1) d’enrichissement d’un flux d’air (F1) en dioxygène, ledit dispositif (1) comprenant un caisson (10) et une pompe à vide (20), ledit caisson (10) comprenant une entrée d’air (110) apte à prélever un flux d’air (F1) ambiant à la pression atmosphérique, au moins une membrane (130), disposée dans ledit caisson (10) et comprenant au moins une paroi de filtration moléculaire (131), ladite au moins une paroi (131) étant apte à recevoir ledit flux d’air (F1) prélevé et délimitant un espace interne (133), ladite membrane (130) étant apte à séparer le flux d’air (F1) prélevé en un flux de perméats (F2), enrichi en dioxygène et évacué au niveau dudit espace interne (133) via un collecteur (135), et en un flux de rétentats (F3), enrichi en azote et évacué à travers l’au moins une paroi, une sortie (120) apte à évacuer ledit flux de rétentats (F3) vers l’extérieur du caisson (10), la pompe à vide (20) étant connectée fluidiquement au collecteur (135) afin d’aspirer le flux de perméats (F2) enrichi en dioxygène depuis l’espace interne (133). Figure 1

Description

Enrichissement d’un flux d’air en dioxygène par séparation membranaire extractive

L’invention concerne le domaine du traitement de l’air et plus particulièrement un système et un procédé d’enrichissement d’un flux d’air en dioxygène par séparation membranaire extractive.

L’invention vise notamment à permettre l’enrichissement d’un flux d’air pour obtenir un flux d’air enrichi contenant entre 21 et 100 % de dioxygène.

Etat de la technique

Le dioxygène peut être utilisé dans une variété d'applications. Par exemple, l'oxygène propre, sec et pur est utilisé dans l'approvisionnement en oxygène médical pour les patients. De même, l'élevage des poissons dans les aquacultures est généralement soutenu par un apport en dioxygène pur produit artificiellement qui favorise la santé et la croissance des animaux. L'oxygène peut également être utilisé pour divers procédés de récupération des métaux. Par exemple, le carbone, le soufre et le phosphore peuvent être éliminés de la fonte brute fondue par l'ajout d'oxygène lors du raffinage afin de la transformer en acier. Par ailleurs, la production de produits pharmaceutiques, de médicaments, d'antibiotiques ou de biopolymères est souvent soutenue par l'approvisionnement en oxygène pur dans des réacteurs de fermentation. L'enrichissement en dioxygène permet une prolifération plus rapide des organismes aérobies sous atmosphère contrôlée qui améliore la qualité et la productivité des processus biotechnologiques. Par ailleurs encore, dans le domaine de la production d’électricité ou de chaleur par combustion dans une moteur de cogénération, il est connu de fournir un flux d’air contenant du dioxygène audit moteur en tant que comburant afin de permettre la combustion.

Selon l’application qui en est faite, soit le dioxygène est pur, soit il constitue une fraction volumique d’un flux d’air enrichi en dioxygène. Dans les deux cas, le flux de gaz est obtenu par enrichissement d’un flux d’air atmosphérique en dioxygène jusqu’à obtenir la fraction volumique de dioxygène souhaitée. Il existe plusieurs procédés permettant d’enrichir en dioxygène un flux d’air ambiant, qui est constitué d’environ 20,9 % de dioxygène, pour en augmenter la proportion en dioxygène à une valeur comprise entre 21 et 100 %.

Un premier procédé d’enrichissement est connu sous le nom de PSA pour «Pressure Swing Adsorption» ou «adsorption par inversion de pression». Le procédé PSA consiste par exemple à faire passer de l'air comprimé préalablement filtré au travers d'une colonne contenant un tamis moléculaire appelé zéolite. La structure de ce tamis lui permet de capter l'azote pour obtenir en sortie de l'air enrichi en oxygène à 93% et au-delà.

Un deuxième procédé d’enrichissement est basé sur la séparation membranaire de l’azote et du dioxygène. La séparation membranaire est un procédé de séparation utilisant comme agent séparant une ou plusieurs membranes synthétiques, chaque membrane étant une couche mince de matière, par exemple comprise entre 100 nm à un peu plus de 1 cm. Elle permet l’arrêt ou le passage sélectif de certaines substances dissoutes ou non dans un mélange, entre les deux milieux qu’elle sépare. La partie du mélange retenue par la membrane est appelée rétentat (ou concentrat) alors que celle qui traverse cette dernière est appelée perméat. La séparation de l’azote et du dioxygène contenus dans un flux d’air ambiant se fait sous l’action d’une force motrice de transfert obtenue en comprimant ledit flux d’air ambiant.

Ces deux procédés ont en commun la nécessité de comprimer un flux d’air en amont des membranes ou des colonnes de PSA. Or, l’utilisation d’un compresseur complexifie le dispositif et en augmente surtout la consommation en énergie électrique, ce qui le rend onéreux à la fabrication et à l’utilisation.

Il existe donc le besoin d’une solution simple, efficace et fiable permettant de remédier au moins en partie à ces inconvénients.

L’un des buts de l’invention est donc de proposer un système et un procédé de production d’un flux d’air enrichi en dioxygène qui soit à la fois simple, fiable, efficace et optimisé, notamment dans le cadre d’une utilisation dans la combustion de gaz contenant du méthane.

A cette fin, l’invention concerne tout d’abord un dispositif d’enrichissement d’un flux d’air en dioxygène, ledit dispositif comprenantun caisson et une pompe à vide, ledit caisson comprenant:
- au moins une entrée d’air apte à prélever un flux d’air ambiant à la pression atmosphérique,
-au moins une membrane, disposée dans ledit caisson et comprenant au moins une paroi de filtration moléculaire, ladite au moins une paroi étant apte à recevoir ledit flux d’air prélevé et délimitant un espace interne, ladite membrane étant apte à séparer, à la pression atmosphérique, le flux d’air prélevé en un flux de perméats, enrichi en dioxygène (en % par rapport à flux d’air) et évacué au niveau dudit espace interne via un collecteur, et en un flux de rétentats, enrichi en azote,
- une sortie apte à évacuer ledit flux de rétentats vers l’extérieur du caisson,
la pompe à vide étant connectée fluidiquement au collecteur afin d’aspirer le flux de perméats enrichi en dioxygène depuis l’espace interne, vers l’extérieur du dispositif.

L’invention permet de réaliser une séparation membranaire extractive. L’action de la pompe à vide permet de générer une différence de pression à travers l’au moins une paroi de la membrane, c’est-à-dire entre l’extérieur de l’au moins une paroi et l’espace interne afin d’attirer le gaz rapide qu’est le dioxygène vers la pompe à vide, via le collecteur. L’aspiration de l’air à travers la paroi de la membrane sous l’action de la pompe à vide permet d’extraire du dioxygène du flux d’air prélevé, qui est à pression atmosphérique, afin de créer un flux de perméats enrichi en dioxygène, en proportion par rapport au flux d’air prélevé, sans avoir besoin de comprimer le flux d’air prélevé, ce qui évite l’utilisation d’un compresseur énergivore et onéreux. Avec le dispositif selon l’invention, la proportion de dioxygène dans le flux de perméats peut atteindre une valeur supérieure à 45 %. Le flux de perméats peut alors être avantageusement utilisé par exemple pour améliorer la combustion de gaz dans un moteur, par exemple dans un moteur de cogénération qui permet de brûler du biogaz ou des gaz résiduels issus d’une épuration du biogaz en biométhane. Notamment, l’application des solutions antérieures de type PSA pour enrichir un flux d’air afin de l’utiliser comme comburant dans un moteur de cogénération pour réaliser une combustion autoconsommerait une part importante (supérieure à 80%) de l'énergie électrique produite par ledit moteur de cogénération lors de ladite combustion alors qu'avec l'invention, l'énergie nécessaire pour faire fonctionner le dispositif, dont la pompe à vide, et enrichir le flux d'air afin de l'utiliser comme comburant dans un moteur de cogénération pour réaliser une combustion n'autoconsommerait qu’une faible part (inférieure à 30%) de l'énergie électrique produite par ledit moteur de cogénération, soit une économie très importante d'énergie électrique.

De préférence, la pompe à vide est apte à générer une différence de pression à travers l’au moins une paroi de l’au moins une membrane, entre l’extérieur de l’au moins une paroi et l’espace interne de la membrane (130), comprise entre 10 et 500 mbars absolus.

Selon un aspect de l’invention, la sélectivité dioxygène/azote de l’au moins une membrane est supérieure à 5 afin de séparer efficacement le flux de perméats du flux de rétentats.

De manière avantageuse, le dispositif comprend une pluralité de membranes afin d’améliorer la séparation du dioxygène et de l’azote, par exemple entre deux et plusieurs centaines de membranes.

Les membranes peuvent être disposées côte à côte parallèlement dans un but d’organisation ou bien dans n’importe quelle position les unes par rapport aux autres, par exemple de manière aléatoire.

Avantageusement encore, le dispositif comprend un filtre positionné au niveau de l’entrée d’air du caisson et qui est apte à filtrer les particules solides, notamment les poussières, contenues dans le flux d’air entrant dans le caisson afin d’éviter l’encrassement de la ou des membranes.

De préférence, le caisson comprend une chambre de séchage positionnée entre l’entrée d’air et l’au moins une membrane et qui est apte à sécher le flux d’air prélevé afin d’éviter la condensation de l’humidité contenue dans le flux d’air entrant sur la ou les membranes, ce qui pourrait réduire l’efficacité du dispositif.

Dans une forme de réalisation, la chambre de séchage est adaptée pour réaliser le séchage par refroidissement et condensation d’eau, ce qui est à la fois un moyen simple et peu onéreux pour sécher l’air. Dans ce cas, la chambre de séchage comprend avantageusement un canal d’extraction des condensats de séchage vers l’extérieur du caisson.

De manière avantageuse, la chambre de séchage par refroidissement et condensation d'eau peut être munie d'un échangeur croisé de récupération de frigorie (appelé communément «économiseur») placé en amont de l'échangeur principal afin de pré-refroidir le flux d'air entrant dans la chambre de séchage au moyen du flux d'air froid et sec sortant de la chambre de séchage. Cet échangeur croisé permet de réduire notablement la consommaton énergétique de l'opération de séchage.

Dans une autre forme de réalisation, la chambre de séchage est adaptée pour réaliser le séchage par l’utilisation d’agents de dessiccation, tel que par exemple un agent de type «gel de silice».

Selon une caractéristique de l’invention, le caisson comprend un organe de circulation d’air apte à diriger le flux d’air prélevé, éventuellement filtré et séché, vers l’au moins une membrane.

De préférence, l’organe de circulation d’air se présente sous la forme d’un ventilateur, qui est un moyen simple, efficace et peu onéreux pour mettre un flux d’air en circulation.

En variante ou en complément, la circulation de l’air peut se faire par ventilation naturel d’un courant d’air produit par le vent ou par le déplacement du caisson, par exemple lorsque ledit caisson est fixé sur un véhicule qui se déplace.

L’invention concerne également un procédé d’enrichissement d’un flux d’air atmosphérique (ou ambiant) en dioxygène, ledit procédé, mis en œuvre par un dispositif tel que présenté précédemment, comprenant les étapesde :
- prélèvement d’un flux d’air atmosphérique par l’au moins une entrée d’air du caisson,
- séparation, sous l’action de la pompe à vide, du flux d’air prélevé par l’au moins une paroi de l’au moins une membrane en un flux de perméats enrichi en dioxygène dans l’espace interne de ladite au moins une membrane et en un flux de rétentats enrichi en azote à l’extérieur de ladite au moins une membrane, les particules de ce gaz lent qu’est l’azote n’étant majoritairement pas aspirées sous l’action de la pompe à vide.

L’évacuation du flux de rétentats est réalisée par la sortie du caisson tandis que le flux de perméats est évacué via un conduit relié aux collecteurs des membranes.

De préférence, le procédé comprend, antérieurement à l’étape de passage à travers l’au moins une paroi de l’au moins une membrane, une étape de filtration des particules solides du flux d’air prélevé pour éviter l’encrassement des membranes, notamment par de la poussière.

De préférence, encore, le procédé comprend antérieurement à l’étape de passage à travers l’au moins une paroi de l’au moins une membrane, une étape de séchage du flux d’air prélevé afin d’éviter à l’humidité ou aux moisissures de se fixer sur la ou les membranes au risque de les endommager.

De préférence encore, le procédé comprend antérieurement à l’étape de passage à travers l’au moins une paroi de l’au moins une membrane, une étape d’accélération du flux d’air prélevé en direction de l’au moins une membrane afin d’améliorer la séparation du dioxygène et de l’azote par l’au moins une membrane.

Description des figures

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore à la lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels:

La figure 1 illustre schématiquement une forme de réalisation du dispositif selon l’invention.

La figure 2 illustre schématiquement une forme de réalisation d’une membrane du dispositif selon l’invention.

La figure 3 illustre schématiquement un mode de réalisation du procédé selon l’invention.
Description détaillée d’au moins un mode de réalisation

On a représenté à la figure 1 une forme de réalisation du dispositif selon l’invention. Le dispositif 1 selon l’invention est un dispositif de séparation membranaire permettant de séparer un flux d’air ambiant en un flux de perméats, enrichi en dioxygène, et un flux de rétentats, enrichi en azote. Par le terme enrichi, on entend que la proportion (en %) du composant concerné dans le flux est plus élevée que dans un flux d’air ambiant à pression atmosphérique.

Comme illustré à la figure 1, le dispositif 1 comprend un caisson 10 et une pompe à vide 20.

Caisson 10

Le caisson 10 comprend une ou plusieurs parois et est par exemple de forme parallélépipédique ou cylindrique. Le caisson 10 comprend une entrée d’air 110, une sortie 120 de gaz et une pluralité de membranes 130, montées à l’intérieur du caisson 10 dans une chambre principale 11.

Dans cet exemple préféré, le dispositif 1 comprend en outre avantageusement un filtre 111 placé dans l’entrée d’air 110, une chambre de séchage 112 placée entre le filtre 111 et la chambre principale 11 et un organe de circulation d’air se présentant sous la forme d’un ventilateur 113 placé dans la chambre principale 11 entre la chambre de séchage 112 et les membranes 130. La présence du filtre 111, de la chambre de séchage 112 et du ventilateur 113, bien que particulièrement avantageuse, notamment dans leur combinaison, reste optionnelle et non limitative de la portée de la présente invention.

Entrée d’air 110

L’entrée d’air 110 est adaptée pour prélever un flux d’air F1 ambiant (i.e. d’air à pression atmosphérique), c’est-à-dire pour permettre à un flux d’air F1 ambiant de pénétrer dans le caisson 10.

Filtre 11 1

Le filtre 111 est positionné au niveau de l’entrée d’air 110 du caisson 10 et permet de filtrer les poussières contenues dans le flux d’air F1 entrant dans le caisson 10 afin d’éviter l’encrassement des membranes 130.

Chambre de séchage 112

La chambre de séchage 112 est positionnée entre l’entrée d’air 110 et la chambre principale 11.

La chambre de séchage 112 permet de sécher le flux d’air F1 prélevé afin d’éviter la condensation d’humidité ou la fixation de moisissures sur les membranes 130, ce qui pourrait les endommager.

Dans la forme de réalisation illustrée sur la figure 1, la chambre de séchage 112 est adaptée pour réaliser le séchage par refroidissement et condensation d’eau à l’aide d’un échangeur principal (non représenté pour des raisons de clarté car connu en soi), ce qui est à la fois un moyen simple et peu onéreux pour assécher le flux d’air F1. Dans ce cas, la chambre de séchage 112 comprend avantageusement un canal d’extraction 112A des condensats de séchage vers l’extérieur du caisson 10.

De manière avantageuse, la chambre de séchage 112 par refroidissement et condensation d'eau peut être munie d'un échangeur croisé de récupération de frigorie (appelé communément «économiseur»), non représenté, placé en amont de l'échangeur principal afin de pré-refroidir le flux d'air entrant dans la chambre de séchage au moyen du flux d'air froid et sec sortant de la chambre de séchage. Cet échangeur croisé permet de réduire notablement la consommaton énergétique de l'opération de séchage.

Dans une autre forme de réalisation, la chambre de séchage 112 peut être adaptée pour réaliser le séchage par l’utilisation d’agents de dessiccation, tel que par exemple un agent de type gel de silice.

Ventilateur 113

Le ventilateur 113 est apte à diriger le flux d’air F1 prélevé, éventuellement filtré et séché, en l’accélérant vers l’ensemble de membranes 130 afin d’améliorer la circulation des flux à travers le caisson 10 et d’augmenter l’efficacité de la séparation du dioxygène et de l’azote.

M embranes 130

Les membranes 130 permettent de séparer, à la pression atmosphérique,au moins en partie le dioxygène et l’azote contenus dans le flux d’air F1 prélevé. Plus précisément, les membranes 130 permettent de générer un flux de perméats F2, enrichi en dioxygène, et un flux de rétentats F3, enrichi en azote. Par le terme «enrichi» en un composant, on entend que le composant est présent en proportion plus importante dans le flux enrichi que dans le flux d’air prélevé. Ainsi, le flux de perméats F2 enrichi en dioxygène présente une proportion (i.e. une fraction volumique) de dioxygène supérieure à la proportion de dioxygène contenu dans le flux d’air F1 ambiant prélevé dans l’atmosphère, qui est de l’ordre de 20,9 % de manière connue. De même, le flux de rétentats F3 enrichi en azote présente une proportion (fraction volumique) d’azote supérieure à la proportion d’azote contenu dans le flux d’air F1 ambiant prélevé dans l’atmosphère, qui est de l’ordre de 79 % de manière connue.

Dans l’exemple de la figure 1, les membranes 130 sont au nombre de huit. Ce nombre n’est pas limitatif de la portée de l’invention de sorte que, dans une autre forme de réalisation,le nombre de membranes 130 pourrait être inférieur ou supérieur à huit, entre une et plusieurs centaines de membranes 130. Notamment, le nombre de membranes 130 peut être choisi pour obtenir une proportion de dioxygène donnée en sortie 120 du caisson 10, cette proportion pouvant également être modifiée en fonction de la puissance de la pompe à vide 20 comme expliqué ci-après. Le choix du nombre de membranes 130 peut être réalisé en fonction de l’efficacité et de la taille des membranes 130. Par exemple, le dispositif 1 pourrait comprend une unique membrane 130 de dimensions importantes ou bien des centaines de membranes 130 de petites tailles selon la technologie des membranes 130 utilisées, la technologie des membranes évoluant très rapidement de nos jours.

Comme illustré sur la figure 1, les membranes 130 sont disposées dans la partie centrale de la chambre principale 11 du caisson 10. Dans cet exemple, les membranes 130 sont disposées côte à côte et parallèlement sensiblement perpendiculairement au flux d’air F1 prélevé afin de pouvoir réaliser la séparation moléculaire dans le sens du flux d’air F1. Cependant, toute disposition des membranes 130 relativement les unes par rapport aux autres est possible, notamment un placement de manière aléatoire.

On a représenté à la figure 2 un exemple de membrane 130. La membrane 130 est apte à séparer le flux d’air F1 pour constituer le flux de perméats F2 enrichi en dioxygène et le flux de rétentats F3 enrichi en azote.

A cette fin, la membrane 130 comprend au moins une paroi 131 de filtration moléculaire, apte à recevoir le flux d’air F1 prélevé, filtré et séché, et délimitant un espace interne 133, fermé par une paroi supérieure 134A et une paroi inférieure 134B, à travers laquelle est montée un collecteur 135 permettant d’évacuer l’air filtré enrichi en dioxygène pour constituer le flux de perméats F2, le flux de rétentats F3 étant évacué vers l’extérieur de la membrane 130. Dans cet exemple, la membrane 130 est de forme tubulaire et comprend une seule paroi 131. Cependant, en variante la membrane 130 pourrait par exemple comprendre deux parois reliées entre elles au niveau de leur bord en formant un espace interne.

En référence aux figures 1 et 2, le dispositif 1 comprend un conduit d’évacuation 25 reliant fluidiquement les collecteurs 135 à la pompe à vide 20 pour évacuer le flux de perméats F2 vers l’extérieur du dispositif 1.

La paroi 131 de la membrane 130 permet une filtration moléculaire par perméation sélective du flux d’air F1 afin qu’une partie des molécules de dioxygène soient aspirées depuis l’espace interne 133 de chaque membrane 130, via les collecteurs 135, dans le conduit d’évacuation 25 sous l’action de la pompe à vide 20.

A cette fin, par exemple, la paroi de la membrane 130 contient des milliers de fibres creuses asymétriques qui agissent comme un filtre moléculaire. Lorsque l’air traverse la paroi 131 de la membrane 130, notamment en étant poussé par le ventilateur 113, les composants du gaz se divisent selon le principe de la perméation sélective, les gaz rapides tels que le dioxygène pénètrent facilement la paroi 131 de la membrane 130 et sortent en étant aspiré depuis l’espace interne 133 sous l’action de la pompe à vide 20 au niveau du collecteur 135. Les gaz lents tels que l'azote pénètrent difficilement la paroi 131 de la membrane 130, contournant pour la majorité la membrane 130 afin de former le flux de rétentats F3. Seule une petite fraction de molécules d’azote se retrouve dans l’espace interne 133. La succession de membranes 130 permet de capter d’avantage de dioxygène et augmenter ainsi l’enrichissement du flux de perméats F2 en dioxygène. Le flux de rétentats F3 se constitue au fur et à mesure de la traversée des membranes 130 de manière à obtenir un flux de rétentats F3 final à la sortie 120 du caisson 10.

De préférence, la sélectivité des membranes 130 entre le dioxygène et l’azote est supérieure à 5 pour améliorer l’efficacité de la séparation.

Pompe à vide 20

Le pompe à vide 20 permet d’aspirer les gaz filtrés successivement par les membranes 130 au niveau de leur espace interne 133 afin de séparer les molécules de dioxygène des molécules d’azote par perméation sélective.

De préférence, la pompe à vide 20 est apte à générer une différence de pression dans l’épaisseur de la paroi 131, c’est-à-dire entre l’extérieur de la paroi 131 de la membrane 130 et l’espace interne 133 de ladite membrane 130. Cette différence de pression peut avantageusement être comprise entre 10 et 500 mbars absolus selon la technologie de ladite membrane 130, de préférence entre 100 et 500 mbars absolus.

De préférence, la pompe à vide 20 est apte à être commandée par exemple via une consigne ou une commande pour fonctionner à un régime d’aspiration dans une plage de régimes afin de pouvoir adapter la proportion de dioxygène dans le flux de perméats F2. Par exemple, une table de correspondance donnant le régime à appliquer en fonction de la proportion de dioxygène souhaitée dans le flux de perméats F2 peut être utilisée.

Mise en œuvre

L’invention va maintenant être décrite dans sa mise en œuvre en référence à la figure 3.

Tout d’abord, dans une étape E1, un flux d’air F1 ambiant est prélevé par l’entrée d’air 110, ce prélèvement étant avantageusement accéléré par le ventilateur 113.

Lors de sa traversée de l’entrée d’air, le flux d’air F1 est tout d’abord filtré dans une étape E2 par le filtre 111 afin d’en enlever les éléments solides pouvant encrasser les membranes 130, tels que les poussières.

Le flux d’air F1 filtré traverse ensuite la chambre de séchage 112 dans une étape E3, dans laquelle il est séché. Dans cet exemple, le séchage consiste en une condensation de l’humidité de l’air, qui est évacuée sous forme de condensats via le canal d’extraction 112A.

Le flux d’air F1 séché est ensuite acheminé à travers le ventilateur 113 qui l’accélère dans une étape E4 jusqu’aux membranes 130.

Une partie du flux d’air F1 traverse alors la paroi 131 des membranes 130 qui sépare ledit flux d’air F1 en un flux de perméats F2 et un flux de rétentats F3 sous l’action de la pompe à vide 20 dans une étape E5.

Plus précisément, lors de la traversée de la paroi 131 des membranes 130, une partie des molécules de dioxygène du flux d’air F1 traverse la paroi 131 et pénètre dans l’espace interne 133 sous l’effet de la différence de pression générée par la pompe à vide 20 afin d’être évacuée via chaque collecteur 135 jusqu’au conduit d’évacuation 25, formant ainsi le flux de perméats F2 enrichi en dioxygène (étape E5A). Ce flux de perméats F2 peut contenir des molécules d’azote ayant traversé la paroi 131.

La partie du flux d’air restant n’ayant pas traversé la paroi 131 des membranes 130, c’est-à-dire ayant contourné les membranes 130, qui se retrouve appauvri en dioxygène et donc enrichi en azote en proportion du flux d’air F1 prélevé, forme le flux de rétentats F3 (étape E5B) qui est évacué du caisson 10 via la sortie 120 lors d’une étape E6, par exemple dans l’atmosphère.

Le flux de perméats F2 qui peut contenir par exemple plus de 45 % de dioxygène est évacué du dispositif 1 via le conduit d’évacuation 25. Ce flux de perméats F2 peut être utilisé dans une variété d’applications, notamment pour la combustion des flux de gaz contenant du méthane, à des fins médicales, dans les élevages de poisson, dans le nettoyage de la fonte brute fondue ou dans la production de produits pharmaceutiques, de médicaments, d'antibiotiques ou de biopolymères.

Notamment, le flux de perméats F2 peut permettre la valorisation énergétique par combustion du méthane contenu dans les gaz résiduels issus de l’épuration du biogaz en biométhane, notamment afin de réduire la teneur en méthane des gaz rejetés dans l'atmosphère à une valeur conforme aux normes et seuils en vigueurs.

Une autre application du dispositif 1 selon l’invention peut consister en une utilisation embarquée dans un véhicule, par exemple sur le toit d’un poids lourd afin de créer un flux enrichi en dioxygène pour traiter des gaz lors d’un transport. Dans ce cas, le flux d’air F1 entrant est accéléré lorsque le véhicule roule de sorte qu’il n’est pas nécessaire d’utiliser un organe de ventilation d’air tel qu’un ventilateur pour faire circuler l’air dans le caisson 10.

Toute autre application adaptée du dispositif 1 selon l’invention peut être envisagée. La forme et les dimensions du dispositif 1 et de ses éléments, notamment le caisson 10 et les membranes 130, peuvent varier et être adaptées à l’utilisation qui est faite du dispositif 1 sans que cela ne soit limitatif de la portée de la présente invention.

Claims (10)

1. Dispositif (1) d’enrichissement d’un flux d’air (F1) en dioxygène, ledit dispositif (1) comprenantun caisson (10) et une pompe à vide (20), ledit caisson (10) comprenant:
   - une entrée d’air (110) apte à prélever un flux d’air (F1) ambiant à la pression atmosphérique,
   -au moins une membrane (130), disposée dans ledit caisson (10) et comprenant au moins une paroi (131) de filtration moléculaire, ladite au moins une paroi (131) étant apte à recevoir ledit flux d’air (F1) prélevé et délimitant un espace interne (133), ladite membrane (130) étant apte à séparer, à la pression atmosphérique, le flux d’air (F1) prélevé en un flux de perméats (F2), enrichi en dioxygène et évacué au niveau dudit espace interne (133) via un collecteur (135), et en un flux de rétentats (F3), enrichi en azote,
   - une sortie (120) apte à évacuer ledit flux de rétentats (F3) vers l’extérieur du caisson (10),
   la pompe à vide (20) étant connectée fluidiquement au collecteur (135) afin d’aspirer le flux de perméats (F2) enrichi en dioxygène depuis l’espace interne (133).
2. Dispositif (1) selon la revendication 1, dans lequel la pompe à vide (20) est apte à générer une différence de pression à travers l’au moins une paroi (131) de l’au moins une membrane (130) comprise entre 10 et 500 mbars absolus au niveau du collecteur (135).
3. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, la sélectivité dioxygène/azote de l’au moins une membrane est supérieure à 5.
4. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une pluralité de membranes (130).
5. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un filtre (111) positionné au niveau de l’entrée d’air (110) du caisson et qui est apte à filtrer les particules solides contenues dans le flux d’air (F1) entrant dans le caisson (10).
6. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le caisson (10) comprend une chambre de séchage (112) positionnée entre l’entrée d’air (110) et l’au moins une membrane (130) et qui est apte à sécher le flux d’air prélevé.
7. Dispositif (1) selon la revendication 6, dans lequel la chambre de séchage (112) est adaptée pour réaliser le séchage par refroidissement et condensation d’eau.
8. Dispositif (1) selon la revendication 6, dans lequel la chambre de séchage (112) est adaptée pour réaliser le séchage par l’utilisation d’agents de dessiccation.
9. Dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le caisson (10) comprend un organe de circulation d’air apte à diriger le flux d’air (F1) prélevé, éventuellement filtré et séché, vers l’au moins une membrane (130), se présentant de préférence sous la forme d’un ventilateur (113).
10. Procédé d’enrichissement d’un flux d’air (F1) en dioxygène, ledit procédé, mis en œuvre par un dispositif (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapesde :
    - prélèvement (E1) d’un flux d’air (F1) atmosphérique par l’au moins une entrée d’air (110) du caisson (10),
    - séparation (E5), sous l’action de la pompe à vide (20), du flux d’air (F1) prélevé par l’au moins une paroi (131) de l’au moins une membrane (130) en un flux de perméats (F2) enrichi en dioxygène dans l’espace interne (133) de ladite au moins une membrane (130) et en un flux de rétentats (F3) enrichi en azote à l’extérieur de ladite au moins une membrane (130).