Brevet FR2293580A1 — publié le 19760702

Compte tenu de la nécessité de limiter les importations de produits pétroliers et/ou du coût de ces produits, les économies d'energie et surtout d'énergie obtenue par la combustion de produits pétro@@@@ rèpresentent un objectif majeur pour l'industrie. Un peu plus de la moit@é de l'énergie consommée par les installations industrielles autres que celles de production d'6lectricité l'est sous forme de vapeur d'eau. L'utilisation de la vapeur d'eau presente de @ombreux avantages. La distribution de vapeur par l'intermediatre d'un réseau de vapeur permet de chauffer toutes les installations pour lesquelles une temperature élevée n'est pas necessaire et d'éviter la multiplication d'installations de chauffage couteuses telles que les fours. Cette va@eur peut être également utilisée comme vapeur de procéde et permet de réaliser des separations : par exemple, en raffinage et pétrochimie, la vapeur sert à stabiliser les coupe@ pétrolieres en eliminant par l'opération connue sous le nom de stripping les produits légers restant en mélange. D'autre part, et c'est là un point particulierement important, l'utilisation de la vapeur dans les installations modernes permet de produire de l'énergie mécanique qui peut être conventie en énergie électrique dans des conditions particulièrement avantageuses. En effet, la @@peur est produite dans des chaudières qui permettent de l'obtenir à une pression beaucoup plus élevée qu'on ne souhaite en général l'utilisen sur le réseau vapeur de l'installation industrielle. L'énergie de déte@te de la vapeur de la pression a laquelle elle est produite jusqu'à la pression à laquelle elle est utilisée peut être récupérée dans des turbines dites turbines à contre pression.C'est en particulier ce que l'on réalise dans de nombreuses raffineries dans lesquelles on détend successivement la vapeur dans deux groupes de turbines de façon à obtenir de la vapeur moyenne pression et de la vapeur basse pression, l'énergie mécanique récupérée servant à actionner, par exemple, un alternateur électrique. Il a été découvert et c'est la l'objet de l'invention que malgré tous les avantages que présente déjà un te@ système, il est possible de produire la vapeur dans des conditions nettement plus avantageuses, en particulier sur le plan de l'économie d'énergie l'@nvention est illustrée par des exemples tirés de l'industrie du raffinage mais pourrait être aisément étendue par l'homme de l'art à toutes les installations industrielles présentant des conditions similaires. Dans les raffineries comme dans de nombreuses autres usines une grande quantité de chaleur est perdue dans l'eau et l'air de refroidissement, représentant environ 2/3 à 3/4 de l'apport total de chaleur à l'usine. Cette évacuation de chaleur pose des problèmes de pollution thermique. En particulier pour éviter l'échauffement de grands débits d'eau on introduit des aéroréfrigérants ce qui nécessite des ventilateurs de 'grande taille et entraine une consommation d'énergie. Le niveau thermique.auquel cette chaleur est perdue est considéré comme trop faible pour que cette chaleur puisse être récuperée. I1 a été découvert et c'est la un des objets de l'inYention que cette chaleur peut être avantageusement récupéree à condition d'implanter parallèle- ment au réseau vapeur de chauffage un réseau dit reseau de refroidissement dans lequel on fait circuler un fluide dit fluide d'échange à une pression qui peut être voisine de la pression atmosphérique, drou coût de construction réduit. Les aéroréfrigérants et les systèmes de refroidissement par eau sont alors remplacés au moins en partie par des échangeurs dans lesquels le refroidissement est abtenu par contact indirect avec ledit fluide d'échange qui se vaporise en prenant de la chaleur. D'autre part et c'est là l'objet principal de l'invention, il a été decouvert qu'un tel système permet la production de vapeur dans des conditions nouvelles beaucoup plus avantageuses que les conditions connues. L'invention a pour objet un procéde de production de vapeur d'eau à au moins deux niveaux de pression dits-respectivement niveau moyenné pression et niveau basse pression, dans lequel au moins une partie de la vapeur dite moyenne pression est obtenue par détente partielle, dans une turbine, d'une vapeur d'eau dite vapeur haute pression, caractérisé en ce que au moins une partie de la vapeur dite basse pression est obtenue par vaporisation d'eau dans un premier échangeur de chaleur au contact indirect d'un fluide condensable, dit fluide d'échange, circulant suivant un cycle ferme, ledit fluide étant condensé dans le premier echangeur, détendu, vaporisé dans un second échangeur de chaleur au contact indirect d'une source de chaleur à un niveau thermique inferieur à la température de la vapeur d'eau saturée à ladite basse pression, comprimé dans un compresseur relié mécaniquement à la turbine et utilisant l'énergie mécanique produite par cette derniere et renvoyé au premier échangeur. La temperature de la source de chaleur est comprise, par exemple, entre 50 et 150 OC. La basse pression est, par exemple, de 2 à 6 bars absolus, la moyenne pression, -par exemple, de 8 20 bars absolus et la haute pression, par exemple, de 25 à 200 bars, ces valeurs pouvant être différentes d'une installation industrielle à une autre. La seule condition est qu'il y ait de la vapeur d'eau à trois pressions différentes les unes des autres. Le fluide d'échange est, par exemple, un composé organique ouun me- lange de composes organiques, de préférence un hydrocarbure de 3à 7 atomes de carbone ou un hydrocarbure fluoré ou chloré. Tout composé stable et non corrosif pourrait être utilisé à condition de pouvoir être converti de l'état liquide à. à l'état vapeur et inversement par simple modification de la pression à l'intrieur du domaine de température utilisé, par exemple entre 30 et 200 C. De préférence le second échangeur est constitué par les unités industrielles à refroidir, telles que condenseurs ou échangeurs de refroidissement. L'invention est illustrée par l'exemple 1 montrant comment 's'effectue, selon l'invention, le chauffage et le refroidissement d'une unité particulière d'une raffinerie de petrole et par l'exemple 2 montrant comment s'effectue se- lon l'invention Ta production de vapeur d'eau dans l'ensemble d'une raffinerie. EXEMPLE 1 L'exemple est illustre par la figure en annexe. Une colonne de distillation D reçoit par la conduite 1 une charge formée par une essence légère dont la composition en fractions poids est la suivante. Isopentane 0,315 Pentane normal 0,132 2,2-Diméthylbutane 0,183 2,3-Diméthylbutane....... 0,065 2-Methyl pentane 0,193 3-Mêthyl pentane 0,112 Le débit de charge est de 9,43 tonnes par heure. La colonne fonctionne avec une pression de 5,6 bars en tête, 6,2 bars en fond. La vapeur de tête sortant par la conduite 4 est envoyée a l'échangeur E 1 d'où elle sort à 95 C. .Elle est envoyee -au ballon de reflux B, d'ou l'on sort par la conduite 2 undistillat gazeux essentiellement formé par le pentane normal et llisopentane initialement-presents dans la charge et un reflux liquide qui est renvoyé par la conduite 5 à la colonne. Le liquide de fond sortant par la conduite 6 est en partie recueilli par la conduite 3. Ce produit de fond est essentiellement. formé par les isomères d'hexane initialement presents dans la charge. La fraction restante est envoyee par la ligne 7 dans l'échangeur E 3,d'où elle sort vaporisée à la température de 112 C ; elle est renvoyée dans la colonne D par la ligne 8. Le refroidissement dans l'échangéur E 1 est assure par la vaporisation d'un courant de benzène qui arrive liquide par la conduite 9 avec un débit de 27,2 T/h et repart gazeux par la conduite 10 a une pression de 1,2 bars et à une température de 85 C. Ce benzène gazeux est envoye au compresseur K d'où il sort par la conduite 11 à une pression de 5,9 bars. Le courant de benzène gazeux sous pression est alors envoyé à l'échangeur E 2 d'où il sort liquide par la conduite 12 à la temperature de 153 C. Ce benzene est détendu à travers la vanne V 1 puis est recyclé à l'échangeur E 1. La chaleur cédée par la condensation du benzene dans l'échangeur E 2 permet de vaporiser 4,1 T/h dteau arrivant dans l'échangeur E 2 par la conduite 13 et repartant par la conduite 14 sous forme de vapeur basse pression à 4 bars. Cette vapeur d'eau basse pression est envoyée dans l'échangeur E 3, d'où elle ressort condensée par la conduite 15, la chaleur cédée par la condensation de l'eau dans l'échangeur E 3 permettant d'obtenir le reflux gazeux qui est renvoyé au fond de la colonne D. Le compresseur K est actionné par une turbine TC dans laquelle on réalise la détente de 6 T/h de vapeur d'eau haute pression à 60 bars en obtenant la même quantité de vapeur moyenne pression à 12 bars, évacuée par la conduite 17. La vapeur haute pression est produite, par exemple, dans la chaudière CH, reliee à la turbine TC par la conduite 16. Une vanne V 2 permet de produire une quantité compl-ementaire de vapeur basse pression, au cas où celle produite dans ltechangeur E 2 serait insuffisante. EXEMPLE 2 Cet exemple concerne une raffinerie traitant 4 millions de tonnes par an de pétrole brut. Cette raffinerie utilise 55 T/h de vapeur basse pression à 4 bars et 55 T/h de vapeur moyenne pression a 12 bars. Cette vapeur est produite selon le principe de l'invention de la manière suivante. La vapeur moyenne pression est produite par détente, dans une turbine à contre-pression, de vapeur haute pression à 60 bars obtenue dans une chaudiBre qui consomme 5Q 000 thermies par heure. Cette détente s'effectue avec la recupération sur l'arbre de la turbine d'une puissance mecanique de 6400 KW. La raffinerie comprend un reseau de refroidissement dans lequel circule du pentane normal à la pression de 2,2 bars. Le pentane arrive à l'état liquide, est détendu, se vaporise à 60 C en refroidissant les unités de la jraffinerie et repart à l'état vapeur. Il est alors -recollecté et achemine vers un compresseur qui fait monter sa pression à 18 bars. Après compression le pentane est condense dans un échangeur et la- chaleur de condensation permet de vaporiser 55 T/h de vapeur basse pression. Le compresseur est monté sur l'arbre de la turbine à contre-pression dans laquelle s'effectue la detente de la vapeur haute pression et un complement-de puissance de 3500 KW est assuré par un apport de puissance électrique fournie par un reseau extérieur. Après utilisation de la vapeur basse pression dans la-raffinerie l'eau de condensation est recyclée et de cette façon l'eau de la vapeur basse pression circule suivant un circuit ferme. Bien qu'on ait décrit ci-dessus l'emploi d'une turbine à vapeur, il est entendu que tout autre dispositif mécanique permettant de récupérer de 1'énergie par détente de la pression d'un fluide pourrait être utilisé, par exemple un ensemble cylindre et piston. REVENDICATIONS 1. - Procédé de production de vapeur d'eau à au moins deux niveaux de pression dits respectivement niveau moyenne pression et niveau basse pression, dans lequel' au moins une partie de la vapeur dite moyenne pression est obtenue par détente partielle, dans une turbine, d'une vapeur d'eau dite vapeur haute pression, caractérisé en ce que au moins une partie de la vapeur dite basse pression est obtenue par vaporisation d'eau dans un premier échangeur de chaleur au contact indirect d'un fluide condensable, dit fluidè d'échange, circulant suivant un cycle fermé, ledit fluide étant condensé dans le premier échangeur, détendu, vaporisé dans un second échan geur de chaleur au contact indirect d'une source de chaleur à un niveau thermique inférieur à la température de la vapeur d'eau saturée à ladite basse pression, comprimé dans un compresseur relié mécaniquement à la tur bine et utilisant l'énergie mecanique produite par cette dernière et ren voue au premier échangeur. 2. - Procedé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fluide d'échange est un fluide organique dont le nombre d'atomes de carbone est compris entre 3 et 7. 3. - Procéde selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fluide d'échange est un fluide organique appartenant à la classe des hydrocarbures. 4. - Procède selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fluide d'échange est un hydrocarbure chloré et/ou fluoré. 5. - Procède selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le fluide d'échange, après détente, est envoyé dans un réseau dit réseau de refroi dissement, constituant le second echangeur de chaleur et dans lequel il se vaporise progressivement en assurant au moins en partie le refroidissement d'unites industrielles comprenant des condenseurs et des-echangeurs de refroidissement des produits sortant des unités avant stockage. 6. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que l'eau liquide obtenue par condensation de la vapeur basse pression, produite dans le premier échangeur, est recyclée audit premier échangeur de façon à re donner de la vapeur basse pression. 7. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 caractérise en ce que la temperature de la source cédant de la chaleur dans le second echangeur est comprise entre 50 C et 150 OC. 8. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la va peur basse pression est à une pression de 2 à 6 bars absolus. 9. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce que la va peur moyenne pression est à une pression de 8 à 20 bars absolus.