Brevet FR2317610A1 — publié le 19770204

La présente invention concerne une installation dest4- née à la condensation d'un gaz, comprenant au moins un compresseur pour comprimer le gaz, un premier séparateur d'huile pour séparer en partie l'huile du gaz comprimé, un second séparateur huile pour parachever la séparation de l'huile du gaz qui provient du premier séparateur d'huile, ce secpnd séparateur d'huile comprenant une chambre dans laquelle le gaz est amené en contact avec uncondensat du gaz qui absorbe l'huile contenue dans le gaz, un condenseur pour condenser le gaz sortant du second séparateur d'huile, un premier conduit pour le refoulement du condensat à la sortie du condenseur, un second conduit pour délivrer le condensat sortant du condenseur au second séparateur d'huile, et un troisième conduit pour le refoulement du condensat contaminé par l'huile à la sortie du second séparateur d'huile. Pour comprimer un gaz, deux types de compresseurs peuvent être choisis, à savoir, le type de compresseur à huile séparée, c'est-à-dire le type dans lequel le gaz n'est pas mis en contact avec l'huile dans le compresseur, et le type à injection d'huile, c'est-à-dire le type dans lequel le gaz est mis en contact avec l'huile dans laquelle il est mélangé, cette huile étant dans les deux cas présente dans la chambre de compression pour assurer la lubrification, le refroidissement et l'étanchéité du compresseur. Un compresseur du type à huile sepaIXe présente un grand avantage en ce qu'il ne requiert pas l'utilisation d'un séparateur d'huile, puisqu'aucune trace d'huile n'accompagne le gaz comprimé à la sortie du compresseur. Cependant, les compresseurs de ce type ont aussi un inconvénient qui réside en ce qu'ils sont relativement coûteux à construire et à entretenir. Un compresseur du type à huile injectée, par exemple un compresseur à vis, présente par rapport à un compresseur à huile séparée, une structure nettement plus simple et son côyt est moins élevé, mais un séparateur d'huile spécial doit lui être adjoint pour séparer l'huile contenue dans le gaz comprime à la sortie. Lorsqu'un compresseur du type à huile injectée est utilisé dans un circuit réfrigérant, le séparateur d'huile est habituellenent connecté au conduit de refoulezent du compresseur, et dans ce séparateur, il est bien entendu que 1EX plus grande-partie de l'huile contenue dans le gaz en est séparée pour être ensuite ramenée au compresseur. La quantité d'huile restante que le séparateur n'est pas capable d'éliminer et qui accompagile fatalemert le fluide réfrigérant dans son cheminement tout au lons de son circuit, ne pas pas normalement de problèmes. Dans certaines autres application où un compresseur à huile injectée est également utilisé pour comprimer un gaz celui-ci doit être débarrassé de son huile d'une nanière plus effective et plus complète que celle qui est obtenue avec un seul séparateur d'huile, corme c 'est le cas dans le paragraphe précédent. Vn exemple typique de l'une de ces applications est donné par l'installation destinée à condenser un gaz issu du pétrole, par exemple le propane qui est stocké dans une cuve -â l'état liquide et qui s'échappe sous forme gazeuse par suite de l'ébullition du liquide causée par des rentrées de chaleur dans la cuve.Ce gaz s'échappant de la cuve de stockage peut être recondensé d'abord en le comprimant dans un compresseur, puis en le détendant de façon appropriée et en le ramenant à la cuve. Comme on ne peut accepter d'une part de ramener à la cuve un gaz de pétrole contaminé par de l'huile et comme, d'autre part, pour des raisons économiques, on ne peut admettre de perdre cette huile coûteuse qui reste mélangée au gaz, on est bien obligé de rechercher et de trouver une solution à ce problème posé par la séparation de la totalité de l'huile présente dans le gaz lorsqu'on utilise un compresseur à huileinjectée. Une installation du type cité dans le paragraphe précédent et qui est agencé pour donner une séparation d'huile améliorée dans un gaz comprimé, est décrite dans le brevet allemand 2 308 481. Dans cette installation, le gaz comprimé, après avoir été traité dans un premier séparateur d'huile, est acheminé dans un second séparateur d'huile dans lequel il est mis en contact avec un condensat de ce gaz provenant d'un cocpresseur de l'installation, condensat qui débarrasse par dissolution le gaz de toute l'huile qu'il contenait encore. Le condensat ainsi contaminé par l'huile produit dans ce second séparateur d'huile est acheminé directement au conduit de refouler1ent du compresseur ou bien à son conduit d'entrée. Un inconvonient de cette inttallation conventionnelle réside en ce que le débit de condensat dans le second séparateur d'huile ne peut avoir l'iLportance désirable pour mener à bien le "lavage" parfait du gaz comprimé. A une augmentation du débit de condensat au-dessus d'une certaine valeur, corres- pond, en effet, une chute de température dans le conduit ce refoulement du compresseur et du premier séparateur d'huile, chute si importante que le gaz comprimé, s'il est soluble dans l'huile,(et les gaz issus du pétrole sont solubles dans les huiles minérale. actuelles) va se dissoudre dans l'huile, d'une manière telle que l'huile du compresseur qui vent du premier séparateur d'huile va présenter une haute teneur en gaz condensé. Cette condition dégrade évidemment les propriétés lubrifiantes de l'huile à un point tel qu'elle devient impropre à la lubrification du compresseur. L'objet de l'invention est donc de perfectionner cette installation conventionnelle de manière que le débit de corre- sat dans le second séparateur d'huile puisse être porté à une valeur qui crée les conditiorm optimales de "lavage" du gaz comprimé sans pour cela que la température dans le premier séparateur d'huile soit en mena temps abaissée au point que la teneur du condensa-t en huile soit tellement élevée que 1: huile devienne impropre à la lubrification. Cet objet de l'invention est atteint grace à ure soupape de détente inserce dans le troisième conduit ci-dessus mentionné pour détendre le condensat contaminé par l'huile à une pression plus basse que la pression régnant dans le second séparateur d'huile, un dispositif pour chauffer le condensat contaminé par l'huile ainsi détendu et un quatrième conduit pour délivrer le condensat contaminé par l'huile ainsi détendu et chauffé, au compresseur a ladite pression plus basse. Grâce à un chauffage approprié du condensat contamine par l'huile et détendu, l'influence de l'abaissement de température dudit condensat contaminé par l'huile et détendu sur l'huile dans le premier séparateur d'huile peut être complètement éliminée Selon un autre perfectionnement de l'invention, le dispositif de chauffage du condensat contaminé par l'huile et détendu cor.rend un échangeur de chaleur dans lequel le conden- sat qui est refoulé dans le premier conduit est utilisé comme milieu de chauffage pour le condensat contaminé par l'huile et détendu. Fa@ ce moyen, la nécessité de disposer d'une source de chal@ur extérieure à l'in@eallation disparait tout comme d'ailleurs, dans une autre partie de l'installation, le con- densat sera refroidi d'une manière qui implique une bonne récupération de S énergie. Selon un nouveau perfectionnement de l'invention, le dispositif de chauffage du condensat contaminé par lthuile et détendu comprend un second condenseur daixa lequel les compo sants volatils qui quittent le premier condenseur sans y être condensés, sot utilisés comme milieu de chauffage pour le condensat contaminé par l'huile et détendu, par quoi, ces composants volatils du gaz sont amenés à se condenser, tout au moins en partie. Une réalisation de l'invention va maintenant être décrite en détail en faisant référence aux dessins ci-annexes, dans lesquels La figure 1 est un schéma synoptique montrant une installation équipée de deux compresseurs du type à injection ou mélange d'huile, un séparateur d'huile de dégrossissement, un séparateur d'huile de finition ayant la forme d'une colonne d'absorption et d'un condenseur. La figure 2 montre une modification apportée au condenseur pour assurer l'entrée en fonction de la colonne d'absorption dès la mise en route de l'installation. La figure 3 montre cornent uni compresseur comportant une entrée de pression intermédiaire peut être branché sur une installation selon l'invention. La figure 4 est un schéma synoptique analogue à celui de la figure 1, mais comportant un agencement supplémentaire pour condenser également les composants volatils d'un gaz comprimé. Dans la figure 1, le numéro de référence 1 désigne un conduit qui, par exemple, communique avec la cale d'un bateau contenant du propane liquide et dans lequel circule du propane en phase gazeuse par suite de l'ébullition provoquée par des entrées de chaleur dans la cale, et qui est admis en tant que gaz dans un cofllpresseur 2 du type à vis.La pression dans le conduit 1 est égale à la pression atmosphérique et la température est d'environ -42 C. Le gaz qui est comprimé dans le compresseur 2 est refoulé dans un conduit 3jusqu'à un autre compresseur 4 également du type t. vis, dans lequel le gaz est comprimé à la pression de conder.sation. Le gaz quitte le com- presseur 4 par un conduit 5 qui l'amène à un séparateur d'huile 6, dans lequel a lieu ure phase de séparation grossière de l'huile et du gaz. 'la pression dans le conduit 5 est d'environ 1,4 MPa (14 bars) et la température est voisine de 720C. Le gaz quitte le séparateur d'huile 6 par un conduit 7 et il est ensuite amené dans une colonne d'absorption 8 dans laquelle a lieu la phase de séparation de finition de l'huile et du gaz. Le gaz sort ensuite de la colonne 8 par le conduit 9 pour être admis dar,s un condenseur 10 refroidi par l'eau de mer, dans lequel le gaz est condensé. 'le condensat ain@si obtenu est refoulé à la sortie du condenseur 10 dans un conduit il à une température de 400C. Ensuite, le condensat est amené dans un échangeur de chaleur 12 où il est refroidi à -20C, puis il est conduit par un conduit 13 jusqu'à une soupape de détente 14 où la détente et la chûte de température à -42 C ont lieu. De la soupape de détente 14, le propane est ramené à la cale du bateau sous forne liquide. Les compresseurs à vis sont du type dans lequel l'huile est injectée dans le compresseur aux fins de refroidissement, d'étanchéité et de graissage. Cette huile est injectée dans le compresseur 2 par les conduits 15. Elle s'incorpore au gaz et accompagne ce aernier au compresseur 4 par le conduit 3. Ce compresseur 4 est également pourvu en huile par un conduit 16. Du compresseur 4, l'huile et le gaz sont amenés ensemble au séparateur d'huile 6 dans lequel la plus grande partie de l'huile présente dans le gas est séparée de ce dernier puis pompée par une pompe 18 pour être ramenée aux compresseurs après avoir été refroidie dans un échangeur de chaleur 17. Dans le conduit 19, entre le séparateur d'huile 6 et l'échangeur de chaleur 17, 'la température est de 720C. Dans l'échangeur de chaleur 17, la température est abaissée à 480C. Le volume d'huile traversant la pompe à huile 18 déprend des dimensions et de la structure descompresseurs et il est compris pratiquement entre 0,5 et lÉ du volu du gaz aspire dans le compresseur. En dépit de l'action du séparateur d'huile 6, il existe encore de l'huile dans le gaz qui circule dans le conduit 7. Cette teneur du gaz en huile est ae l'ordre de 20 ppm. Lorsque le gaz est introduit dens la colonne 8, il traverse une première couche de particules de charge dans laquelle il est nis en contact avec un courant descendant de condensat qui est introduit dans la colonne 8 par un conduit 22, condensat qui absorbe une partie de l'huile contenue dans le gaz. Après cela, le gaz traverse une seconde couche 23 de particules de charge dans laquelle il est mis en contact avec un courant descenilant de condensat propre qui est dérivé du condenseur 10 et admis à la partie supérieure de la colonne 8 par un conduit 24 pour y être pulvérisé dans une pluralité de jets. Dans la seconde couche de particules de charge, le condensat propre absorbe complètement le reste de l'huile, de sorte qu'un gaz pratiquement exempt de toute trace d'huile est refoulé dans le condenseur 10. A la partie inférieure de la colonne 8, le condensat contaminé par l'huile est recueilli et refoulé dans un conduit 25.La température du condensat dans le conduit 25 est de 40 C. Une partie de ce condensat est refoulée par un conduit 26 à l'échangeur de chaleur 17 dans lequel il refroidit l'huileamenée par le conduit 19. Be condensat qui a été partiellement vaporisé par l'huile continue ensuite son trajet par un conduit 22 pour être admis dans la colonne 8. Ainsi, une première phase de "lavage" du gaz a lieu dans la couche 20 de la colonne 8 en utilisant le condensat déjà contaminé par l'huile acheminée dans le conduit 22.La circulation du condensat dans le conduit 26 dans l'échangeur de chaleur 17 et dans le conduit 22, se fait par autocirculation, l'huile chaude du conduit 19 abandonnant sa chaleur au condensat dans l'échangeur de chaleur 17, condensat qui s'élève jusqu a la colonne 8 par action de thermosiphon. Une autre partie du condensat contaminé par l'huile continue à progresser dans le conduit 25 jusqu'à la soupape de détente réglable 27 où le condensat, tout en subissant une baisse de température, se détend à la pression qui prévaut dans le conduit 3 dans lequel le propane du présent exemple est introduit sou forme gazeuse par un conduit 28. Le propane contaminé par l'huile qui est détendu au moyen de la soupape de détente 27, traverse un échangeur de chaleur 12 et il est donc réchauffé par le condensat propre refoulé dans le conduit 11. La température dans le conduit entre la soupape 27 et l'échan- geur de chaleur 12 est, dans cet exemple, d'environ -70C alors qu'elle est de -20C environ dans le conduit 28. Dans le conduit 24 cui alimente en condensat propre la colonne 8, se trouve insérée une soupape de détente qui con trole le débit du condensat dans le conduit 24 en fonction du niveau du condensat dans la partie inférieure de la colonne. Le condenseur 10 est Installé à un niveau plus élevé que celui de la colonne 8 de sorte que le condensat provenant du condenseur s'introduit dans la colonne par gravité. Bes débits de propane peuvent etre répartis ae la manière suivante dans les différents conduits du système. Si on suppose que le débit dans le conduit I est égal à m kg/h, il sera de 0,4 m kg/h dans le conduit 28, de 1,4 m kg/h dans le conduit 5, de 1,4 mkgXh dans le conduit 7, de 2,5 m kg/h dans le conduit 9, de 1,5 m kg/h dans le conduit 24, de 0,8 m kg/h dans le conduit 26 et de 1,0 m kg/h dans le conduit 11. En figure 2, on voit une modification du montage de la figure 1, destinée à s'assurer que la colonne 8 entra rapidement en action après mise en route des compresseurs. Une poche 30 est prévue à la partie inférieure du condenseur 10, poche dans laquelle le premier condensat formé va s'accumuler pour être refoulé de suite par le conduit 24 dans la colonne 8 pour er trer en contact avec le gaz montrant dans la direction du condenseur. Au lieu des compresseurs 2 et 4 accouplés en série dans la figure 2, il est également possible, comme on le voit en figure 3, d'utiliser un seul compresseur comme celui qui est décrit, par exemple dans le brevet US 3 568 466 et qui est pourvu d'une admission de gaz à pression intermédiaire , le conduit 27 étant connecte à cette entrée. Dans le cas où le gaz traité contient des quantités relativement importantes de produits volatils, par exemple les composants qui présentent des difficultés particulières à se condenser, il peut être économiquement justifié de les condenser au plus haut degré possible -dans un condenseur séparé à une température inférieure à celle qui prévaut dans le condenseur 10. Pour obtenir cette condensation (fig.4) les composants volatils, par exemple l'éthane, qui sont mélangés au propane, sont acheminés à partir du condenseur 10, par un conduit 32 à un condenseur 12A où ils sont traités pour y être condnses tout au moins ex partie au moyen d'un condensat contamine par l'huile délivrée au condenseur 12A par un conduit 25, un conduit 25A et une soupape de détente réglable 27A. A ce stade, le con densat contaminé par l'huile et détendu va être chauffé par les composants volatils de condensation. Après avoir été chauffé dans le condenseur 12A, le condensat contaminé par 1' huile détendu est ramene au compresseur par un conduit 28A. Le condensat en provenance du condenseur 12A peut par exemple être retourné à la cale du bateau par un conduit 33 branché sur le conduit de retour 13. -:- REVENDICATIONS -: 1 - Installationde condensation d'un gaz, comprenant au moins un compresseur (2,4) pour comprimer le gaz, un premier séparateur d'huile (6) pour séparer l'huile du gaz comprime, un second séparateur d'huile (8) pour parachever l'action de séparation du premier séparateur d'huile (6), le second séparateur d'huile (8) comportant une enceinte dans laquelle le gaz est amené en contact avec un condensat de ce gaz, ledit condensat absorbant l'huile contenue dans le gaz, un condenseur (10) pour condenser le gaz sortant du second séparateur d'huile (6), un premier conduit (11) pour refouler le condensat provenant du condenseur (10), un second conduit (24) pour alimenter en condensat sortant du condenseur (10) le second séparateur d'huile (8), et un troisième conduit (25, 25A) pour refouler le condensat contaminé par l'huile sortant du second séparateur d'huile (8), caractérisé par une soupape de détente (27, 27) Insérée dans le troisième conduit (25, 25A) pour détendre le condensat contaminé par l'huile à une pression inférieure à la pression régnant dans le second sépara- teur d'huile (8), un dispositif (12, 12A) pour réchauffer le condensat détendu contaminé par l'huile, et un quatrième conduit (28, 28A) pour alimenter le compresseur en condensat détendu contaminé par l'huile à ladite pression intérieure. 2 - Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait cue le dispositif destine à réchauffer le condensat détendu contaminé par l'huile est constitué par un échangeur de chaleur (12) dans lequel le condensat qui est refoulé par le premier conduit (11) est utilisé comme milieu de chauffage du condensat détendu contaminé par l'huile. 3 - Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que le dispositif destiné à chauffer le condensat détendu contaminé par l'huile comprend un second condenseur (12A) dans lequel les composants volatils du gaz qui sort au premier condenseur (10) sans y avoir été condensés, sont utilisés co@@s milieu de chauffage du conde@sat détendu contaminé par l'huile, de sorte que ces composants volatils du gaz sont amenés à se condenser, tout au moins en partie.