Brevet FR2313581A1 — publié le 19761231

La présente invention concerne un procédé de refroidissement d'un gaz soumis à une compression dans un compresseur entraîné par une turbine de detente d'une vapeur. Elle s'étend également a un dispositif de sise en oeuvre de ce procède. Dans beaucoup de traitesents chimiques, physiques ou physico-chimiques de gaz, l'on est amené à comprimer ceur-ci, et l'on évacue la chaleur de compression soit en cours de compression, entre les étages du compresseur, soit par prérefroidissement avant compression, soit en fin de compression, dans des réfrigérants qui sont la plupart du temps des réfrigérants à eau. lorsque l'entraînaient du ou des compresseurs s'effectue å l'aide de turbines a vapeur, l'eau de condensation a la sortie de la ou des turbines est recomprimee puis réchauffée avant d'être recyclée à la chaudière de vaporisation, le plus souvent par échange de chaleur avec de la vapeur soutirée sur la turbine. Ces soutirages de vapeur représentent cependant une perte d'énergie. La pésente invention a pour but d'assurer un veilleur rendement des installations d'entraînaient des compresseurs et de récupérer la chaleur sensible du gaz nouais à la compression, qui était auparavant perdue dans l'eau de refroidissement évacnée à l'extérieur. Le procede de l'invantion est caractérisé on ce que le gaz nouais à la compression est refroidi par échange de chaleur avec au moins un fluide issu de la turbine de détente. Il comporte en outre de préférence eu moins l'une des caractéristiques suivantes : - La vapeur échappéc de la turbins de détante étant condensée dans un réfrigérant à liquide, le liquide resultant de cette condensation est porté a une pression plus élevée, puis réchauffé par échange de chaleur avec au moins une partie du gaz. - Au Poins une partie du liquide réchauffé par échange de chaleur avec au moins une partie du gaz est au soins partiellement vaporisés par change de chaleur avec un gaz à un niveau de température plus élevé que celui assurant le réchauffage dudit liquide, puis réintroduits dans la turbine de détente. - La liquide déjà réchauffé est réchauffé à nouveau par échange de chaleur avec le gaz à un niveau de température plus élevé, puis soumis à au -oins une détente entrainant sa vaporisation partielle, et a une séparation, la vapeur formée étant réintroduite dans la turbine de détente et le liquide subsistant étant recyclé à l'entrée de l'échange de chaleur avec le gaz à un niveau de température plus élevé. - Une partie de la vapeur, ou d'un mélange de vapeur et de liquide, circulant dans la turbine, est soutirée de celle-ci a un niveau de pression intermédiaire surchauffée, ou revaporisée et surchauffée, par échange de chaleur avec au -oins une partie du gaz, puis réintroduite dans la turbine de détente en aval du sou- tirage - Le gaz refroidi par échange de chaleur avec la vapeur, ou avec le mélangé de vapeur et de liquide, soutirés de la turbine de détente, est envoyé en échange de chaleur avec le liquide déjà réchauffé pour assurer son réchauffage final avant son renvoi dans la turbine de détente. - Le gaz soumis à la compression assure le réchauffage d'un fluide t'échange de chaleur parcourant un cycle fermé, qui assure lui-même le réchauffage et éventuellement la vaporisation du fluide issu de la turbine dc détente. Il est décrit ci-apres, à titre d'exemples et en référence aux figures du dessin annexe-, des installations de mise en oeuvre du procéde de l'invention. La figure 1 représente une installation de compression de gaz, å compresseur entrainé par une turbine de détente de vapeur à condensation, avec refroidis sezent de gaz comprime par échange de chaleur, avec d'une part l'eau de recyclage de la turbine, d'autre part un soutirage de vapeur sur la turbine. La figure 2 représente un dispositif t'échange de chaleur analogue à celui de la figure 1, mais faisant appel à un fluide intermédiaire d'échange de chaleur entre le gaz comprine- et la vapeur. La figure 3 représente un dispositif t'échange de chaleur dans lequel l'eau réchauffés est sot-ise à une détente étagée, avec recyclage la turbine de la vapeur résultant de ces détentes. Dans l'installation de la figure 1 le compresseur 1 est entraîné par la turbine de détente de vapeur 2 disposée sur l'arbre commun 3. L'échappement de la turbine ast condensé dans le condenseur 4. Le gaz introduit dans le pour presseur par le conduit 5, et en sortant par le conduit 6, traverse un pressier échangeur de chaleur 7, parcouru par de la vapeur, ou un mélange de vapeur et de liquide, soutiré de la turbine par le conduit 21 et parcourant le faisceau tubulaire 22. Bien que l'échangeur soit représenté å courants croisés, il peut rellesent être aussi a contre-courant. La vapeur, éventuellement surchauffée, sortent de l'échangeur 7, est recyclée a la turbine en aval du soutirage par le conduit 23. Le gaz comprimé partiellement refroidi passe ensuite par le conduit 8 9 l'échangeur 9, en échange de chaleur avec de l'eau recyclée, préalablement déjà réchauffée, et arrivant par le conduit 18, se revaporisant dans le faisceau tubulaire 19, puis recyclée par le conduit 20 à la turbine 2. Le gaz comprimé passe enfin par le conduit 10 à l'échangeur de chaleur 11, parcouru par l'eau de condensation de la turbine, envoyée par le conduit 13 i la pompe 14 de aise en pression, puis introduite par le conduit 15 dans le faisceau tubulaire 16. De l'eau sortant réchauffée de l'échangeur, une partie est envoyée par le conduit 17 à la chaudière, l'autre par le conduit 18 à l'échangeur 9 déjà décrit. Le gaz comprimé refroidi est de son côté envoyé par le conduit 12 à l'installation de traitement chimique, physique ou physico-chisique 24. Le dispositif d'échange de chaleur de la figure 2 comprend une zone 30 d'érhange de chaleur entre le gaz comprise- arrivant en 6 et évacue en 12, et un fluide intermédiaire de transfert de chaleur arrivant par le conduit 31 et évacue par le conduit 32. Le fluide intermédiaire transmet la chaleur à de l'eau, pouvait être à des niveaux de pression différents, par exemple dans un échangeur 9A à de l'eau introduite en 18A et évacuée vaporisée vers la turbine par le conduit 20A, et dans un échangeur 9B à de l'eau nous pression plus elevee introduite en 18B et évacuée vaporisée vers la turbine par le conduit 20B. Dans le dispositif d'échange de chaleur représenté en figure 3, l'eau réchauffée dans un échangeur 9 analogue à celui de la figure 1, lais sous une pression suffisante pour qu'elle ne se vaporise pas, est envoyée i un premier ballon de détente 32, où elle se vaporise partiellement, la vapeur formée étant recyclée par le conduit 36 à la turbine 2. Après un recyclage éventuel d'une partie de l'eau restante au réchauffeur par le conduit 35, l'autre partie de l'eau est soumise à une nouvelle détente dans le ballon 33.La vapeur formée est recyclée à la turbine par le conduit 37, en aval du premier recyclage. L'eau résiduaire est renvoyée au réchauffage dans l'échangeur 9 par le conduit 34, qui rejoint le conduit 18 d'alimentation de cet échangeur. On comprendra que diverses modifications peuvent être apportées aux procédés de refroidissement du gaz nouais å la compression qui viennent d'être décrits sans sortir du cadre de l'invention, certaines de leurs opérations pouvant être remplacées par d'autres qui joueraient un rôle technique analogue. En particulier, le gaz soumis à la compression peut être refroidi suant sa compression ou cours de celle-ci, lorsque le compresseur est 9 plusieurs etages, ou bien à la fois à l'aspiration et au refoulement du compresseur. La compresseur peut recevoir du gaz à plusieurs niveaux de pression ct en refouler à plusieurs niveau. Les échangeurs de chaleur peuvent être disposes comoe représente on série ou au contraire en parallèle, ou à la fois en parallèle et en série. Une partie de l'eau de condensation de la turbine peut Itre réchauffée par le gaz comprimé jusqu'au voisinage de sa tempéature de refoulement du compresseur, l'autre partie étant vaporisée. REVENDICATIONS 1/ Procédé de refroidissement d'un gaz soumis i une compression dans un compresseur (1) entraîné par une turbine de détente d'une vapeur (2), caractérisé en ce que le gaz est refroidi par échange de chaleur (7, 9, 11) avec au soins un fluide issu de la turbine de détente. 2/ Procédé selon la revendication 1, dans lequel la vapeur échappée de la turbine de détente est condensée dans un réfrigérant liquide (4), caractérise en ce que le liquide résultant de la condensation dans le refrigerant est porte une pression plus élevée (14), puis rechauffé par échange de chaleur (11) avec au moins une partie du gaz. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé an ce qu'au groins une partie du liquide réchauffé par échange de chaleur avec au moins une partie du gaz est au moins partiellement vaporisée par échange de chaleur (9) avec du gaz un niveau de température plus élevé que celui assurant le rechauffage dudit liquide, puis réintroduite (20) dans la turbine de détente. 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé an ce que le liquide déjà réchauffé est réchauffe à nouveau par échange de chaleur (9, fig. 3) avec le gaz à un niveau de tempe-rature plus élevé, puis soumis à au moins une détente (32, 33) entraînant sa vaporisation partielle et à une séparation, la vapeur formée étant réintroduite (36, 37) dans la turbine de détente et le liquide subsistant étant recyclé (35, 34) a l'entrée de l'échange de chaleur avec le gaz à un niveau de température plus élevé. 5/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une partie de la vapeur, ou d'un mélange de vapeur et de liquide, circulant dans la turbine, est soutirée (21) de celle-ci i un niveau de pression intermédiaire, surchauffée, ou revaporisée et surchauffée, par change de chaleur (7) avec au moins une partie du gaz, puis réintroduite (23) dans la turbine de détente en aval du sou tirage. 6/ Procédé selon la revendication 5, caractérise an ce que le gaz refroidi par échange de chaleur (7) avec la vapeur, ou avec le élange de vapeur et de liquide, soutirés de la turbine de détente, est envoyé en échange de chaleur (9) avec le liquide déjà réchauffe pour assurer son rech uffage final avant son renvoi vers la turbine de détente. 7/ Procédé selon l'une des revendications 1 6, caractérisé on ce que le gaz soumis à la compression assure le réchauffage (30) d'un fluide d'échange de chaleur parcourant un cycle ferme, qui assure lui-même le réchauffage (9B, 9A) et éventuellement la vaporisation du fluide issu de la turbine de détente.