Brevet FR2443640A1 — publié le 19800704

Domaine technique. 'invention concerne un procédé pour produire un gaz à partir de sa phase liquide et pour le réchauffer à sa température d'utilisation. L'invention concerne aussi le dispositif permettant de mettre en oeuvre ledit procédé. Problème posé. Des installations industrielles disposent, pour fournir un gaz donné, de gaz liquide qu'il faut évaporer. L'inconvénient est que le gaz liquide est à basse température et que l'évaporation produit un refroidissement des installations existantes avec production de givre. Etat de la technique antérieure et inconvénients. Plus précisément, on connait les installations où l'on doit produire du froid, par exemple pour des réactions chimiques ou pour une surgélation, ce froid étant produit à partir d'un réservoir de gaz liquéfié, de l'azote par exemple. I1 faut nécessairement des tuyauteries, des vannes et des pompes pour faire circuler le gaz liquéfié dans des échangeurs à tuyaux avec parfois un fluide frigoporteur intermédiaire et une condensation importante avec formation de couche de glace se forme sur toutes les surfaces de conduites relatives à cela avec le risque d'obturation des circuits. I1 existe aussi des installations où l'on veut obtenir du gaz à partir de ce même gaz liquéfié. I1 faut donc échauffer ce gaz dans des échangeurs dans lesquels se produisent inaBan- quablement des givrages qui les mettent hors service ou, tout au moins, en diminuent considérablement le rendement. Pratiquement, les échangeurs à surface actuels, par échange direct ont un faible débit qui sont inférieurs à 10 m3 par heure, par exemple. Si on veut obtenir des débits plus importants, il faut multiplier le nombre d'installations, ce qui augmente le prix de revient et ne permet pas d'éliminer tous les inconvénients du givrage. La présente invention est destinée à remédier à es inconvénients. Exposé de l'invention. L'invention est caractérisée principalement par le fait que la chaleur nécessaire, d'une part, à l'évaporation de la phase liquide, d'autre part, à l'échauffement du gaz évaporé, à la température d'utilisation, est apportée par amenée et mélange d'une partie de ce même gaz prélevé à la sortie de l'appareillage le produisant et préalablement surchauffé, le débit de ce gaz réchauffeur étant régulé et dosé pour obtenir les températures et débits appropriés. Le plus souvent le procédé sera utilisé pour les gaz liquéfiés qui sont normalement à très basse température, mais cela n'est pas obligatoire, car on peut utiliser le procédé pour des liquides à température ambiante. Lorsqu'on part de gaz à température cryogénique qui se vaporise (cas de l'azote, l'oxygène, l'air liquide (par exemple)), le gaz produit à cette température est ensuite réchauffé à une température supérieure à 0e par mélange avec ce même gaz prélevé et surchauffé qui est aussi partiellement envoyé dans la phase liquide pour y apporter la chaleur nécessaire à l'évaporation. L'invention concerne aussi le dispositif permettant d'appliquer le procédé, dispositif qui est caractérisé par le fait que l'on combine a) un évaporateur contenant le liquide à évaporer dans lequel, au sein dudit liquide, est prévue une rampe de barbotage de gaz surchauffé, b) un mélangeur réchauffeur recevant d'une part, le gaz évaporé et, d'autre part, le gaz surchauffé et évacuant un gaz à température d'utilisation dont une partie est prélevée pour le surchauffeur, c) un surchauffeur élevant fortement la température du gaz prélevé à la sortie du mélangeur réchauffeur et l'envoyant d'une part, dans la rampe de barbotage de l'évaporateur, d'autre part, dans le mélangeur réchauffeur, d) des régulateurs de débit à l'entrée de chaque appareil, des régulateurs de température et de pression ainsi qu'un régulateur de niveau du liquide dans l'évaporateur > e) des compresseurs ou surpresseurs à l'entrée du surchauffeur et à la sortie de l'installation, f) des contrôleurs centraux de régulation. Le dispositif peut fonctionner aussi bien à pression atmosphérique qu'à pression élevée. Toutefois il est évident que l'appareillage correspondant aux pressions élevées (40 b par exemple) sera plus onéreuxgque l'appareillage devant fonctionner à pression atmosphérique et qui sera généralement préféré. Solution au problème industriel et avantages. Le dispositif de l'invention ne comporte aucun échangeur avec surface d'échange dans la zone où existe un risque de givrage ou phénomène analogue, puisque l'échange se fait directement par mélange et l'on peut obtenir des débits élevés, de l'ordre de 40 m3/heure ou plus. La source chaude utilisée dans le surchauffeur peut être à température relativement basse par exemple la chaleur récupérée par l'échappement de turbine à gaz ou à vapeur ou encore de l'eau de refroidissement de compresseur ou enfin tout autre effluent chaud. I1 s'agit d'une chaleur pratiquement gratuite voire même de récupération. Brève description des figures. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la descrip tion ci-après qui en donne trois exemples pratiques et non limitatifs de réalisation et qui est illustrée par les dessins Joints dans lesquels la figure 1 est un schéma d'installation fonctionnant à pression atmosphérique ou peu différente de celle-ci ; la figure 2 est un schéma d'une variante de l'installation de la figure 1 ; la figure 3 est un schéma d'une installation fonctionnant à haute pression. Description de quelques modes de réalisation. En se reportant à la figure 1, le gaz liquide est ameré par la conduite 12 au vaporiseur 1 dans lequel le niveau est contrôlé par le régulateur de niveau LC qui agit sur'une vanne modulante V1. Le gaz vaporisé est recueilli dans le dôme 13 d'où la conduite 14 le mène au mélangeur réchauffeur 2. A la sortie de ce mélangeur 2, qui est une simple enceinte sans appareillage particulier autre que ceux devant canaliser et mélanger les gaz, il existe une conduite 15 qui amène le gaz notamment au surpresseur 5 pour l'envoyer vers l'utilisation 7. Sur la conduite 15 est piquée une autre conduite 16 reliée au surpresseur 4 qui alimente le surchauffeur 3 où le gaz réchauffé sort par la conduite 17 qui possède un embranchement 18 amenant le gaz surchauffé à la rampe 19, à l'intérieur du vapo riseur 1, et un embranchement 20 amenant le gaz surchauffé au mélangeur réchauffeur 2. Le débit de gaz dans la rampe 19 est contrôlé par la vanne modulante V2 qui reçoit des informations du régulateur de pression P1C. Le débit de gaz surchauffé dans le mélangeur 2 est contrôlé par la température du gaz à la sortie de celui-ci par le régulateur de température T2C qui pilote la vanne modulante V3. Le débit dans le surchauffeur 3 est contrôlé par le régulateur de pression P3C qui pilote la vanne modulante V5 qui recycle alors une partie du gaz surpressé par le surpresseur 4 et le renvoie dans la conduite 15. La température du surchauffeur 3 est contrôlée par le régulateur de température TgC qui pilote la vanne modulante V4 placée sur l'arrivée du fluide chauffant 6. La régulation de pression dans le vaporiseur 1 peut être aussi réalisée par un régulateur de température qui remplace alors le régulateur de pression P1C. Dans la réalisation de la figure 2, les organes sont sensiblement les mêmes que ceux qui viennent d'être décrits et ils ont été indiqués par les mêmes repères. Toutefois on a représenté un stockage en charge 8 et on a supprimé le surpresseur 4. I1 existe toujours le surpresseur 5 mais, en aval de celui-ci, on a prévu une conduite 21 qui alimente le surchauffeur 3 en passant par un poste de détente 9. Le régulateur P3C agit sur ledit poste de détente 9 pour assurer la régulation du débit de gaz surchauffé. Dans la réalisation de la figure 3, on a toujours prévu une alimentation b pression atmosphérique à partir d'un stockage en charge 8. Toutefois, après la pompe 10 l'installation est sous pression, par exemple une pression de 40 b. I1 faut donc qu'elle soit prévue pour résister mécaniquement. L'utilisation 7 est sous pression et il existe un surpresseur 11 qui peut être simplement un circulateur assurant le débit du gaz surchauffé. Le régulateur de pression P3C agit sur le surpresseur 11 ou tout autre organe qui assure la modulation appropriée du débit de gaz à surchauffer. Fonctionnement. Le dispositif représenté à la figure 1 fonctionne comme il va maintenant être explique. Le vaporiseur 1 est maintenu à niveau constant, à partir du stockage de gaz liquide, au moyen du régulateur de niveau LC qui pilote la vanne modulante V1. La vaporisation est assurée par injection dans la zone liquide de gaz surchauffé dont le débit est contrôlé par le régulateur de pression P1C (ou un régulateur de température) qui pilote la vanne modulante V2. Le gaz est envoyé au mélangeur-réchauffeur 2 qui reçoit également du gaz surchauffé dont le débit est contrôlé par le régulateur de température T2C qui pilote la vanne modulante V3 et dont le point de consigne est fixé à la valeur de température souhaitée au réseau de distribution alimenté par le surpresseur 5. Le surpresseur 4 alimente le surchauffeur 3 dont la température de sortie est contrôlée par le régulateur de température T3C qui pilote la vanne modulante V14 placée sur l'arrivée du fluide chauffant 6 liquide ou gazeux (ou tout autre organe de modulation de débit de fluide chauffant). Le débit de gaz surchauffé nécessaire au vaporiseur i et au mélangeur-réchauffeur 2 est contrôlé par le régulateur de pression P3C qui pilote la vanne modulante de décharge V5. Le fluide chauffant nécessaire'au surchauffeur peut être liquide ou gazeux, par exemple - fluide : - eau de refroidissement des compresseurs - eau chaude produite par une centrale solaire - gazeux : - gaz de haut-fourneau - gaz de combustion de turbine à gaz ce qui donne rait l'avantage supplémentaire de fournir l'éner- gie électrique nécessaire aux surpresseurs 4 et 5 - gaz de récupération de tous ordres - générateur d'air chaud direct. Cette liste n'est nullement exhaustive, toute source de chaleur (en quantité suffisante et valeur compatible, bien entendu) peut être utilisée. Le fonctionnement du dispositif représente à la figure 2 est pratiquement identique. L'avantage ici est que l'on a réalisé la surpression par le surpresseur 4 qui est remplacé par un détendeur 9. Le fonctionnement du dispositif de la figure 3 est identique à celui du dispositif de la figure 2 hormis le fait que l'on a prévu une pompe 10 faisant fonctionner l'installation en haute pression. Ceci nécessite des appareillages plus résistants et plus coûteux mais on fait l'économie des surpresseurs 4 et 5. I1 faut toutefois rajouter un surpresseur 11. REVENDIC AT IONS 1 / Procédé pour produire un gaz à partir de sa phase liquide et pour le réchauffer à sa température d'utilisation c a r a c t é r i s é par le fait que la chaleur nécessaire, d'une part, à l'évaporation de la phase liquide, d'autre part, à l'échauffement du gaz évaporé, à la température d'utilisation, est apportée par amenée et mélange d'une partie de ce même gaz prélevé à la sortie de l'appareillage le produisant et préalablement surchauffé, le débit de ce gaz réchauffeur étant régulé et dosé pour obtenir les températures et débits appropriés. 2 / Procédé, tel que défini dans la revendication 1, c a r a c t é r i s é par le fait qu'on part d'une phase liquide à très basse température (température cryogénique) qui se vaporise (cas de l'azote, l'oxygène, l'air liquide (par exemple)), le gaz produit à cette température étant ensuite réchauffé à une température supérieure à 0 par mélange avec ce même gaz prélevé et surchauffé qui est aussi partiellement envoyé dans la phase liquide pour y apporter la chaleur nécessaire à l'évaporation. 3"/ Dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé tel que défini dans l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, prise isolément, c a r a c t é r i s é par le fait que l'on combine a) un évaporateur contenant le liquide à évaporer dans lequel, au sein dudit liquide, est prévue une rampe de barbotage de gaz surchauffé, b) un mélangeur réchauffeur recevant d'une part, le gaz évaporé et, d'autre part, le gaz surchauffé et évacuant un gaz à température d'utilisation dont une partie est prélevée pour le sur réchauffeur, c) un surchauffeur élevant fortement la température du gaz prélevé d la sortie du mélangeur-réchauffeur et l'envoyant d'une part, dans la rampe de barbotage de l'évaporateur, d'autre part, dans le mélangeur-réchauffeur, d) des régulateurs de débit à l'entrée de chaque appareil, des régulateurs de températures et de pression ainsi qu'un régulateur de niveau du liquide dans l'évaporateur, e) des compresseurs ou surpresseurs à l'entrée du surchauffeur et d la sortie de l'installation, f) des contrôleurs centraux de régulation.