Brevet FR2441135A1 — publié le 19800606

Il existe de nombreuses situations dans l'industrie où l'on dispose de sources de chaleur à moyen niveau de température dont ltelevation du niveau de température pourrait permettre d'importantes économies de combustible. Ainsi usine une/chimique rejette une grande partie de la chaleur produite entre 50 et 1500C à un niveau de température considéré comme trop bas pour que cette chaleur puisse être bien réutilisée. De meme se pose le probleme de l'utilisation économique des nappes géothermiques dont la température est inférieure aux tempé- rateurs habituelles d'utilisation. Pour économiser de l'énergie, il est souhaitable de relever les niveaux de température. Pour cela il est possible d'opérer avec une pompe à chaleur en consommant du travail ou avec un cycle tritherme ou quadritherme. Un tel cycle permet par exemple de transformer une quantité de chaleur Q à la température T en une quantité de chaleur Q' moindre que Q à une température T' supérieure à T, en rejetant une quantité de chaleur Qo à la température To, le rapport Q' étant nécessairement inférieur au rapport théorique (I - To /T)/(1 - To/T'). La possibilité de réaliser un thermostransformateur est évoquée sur le plan théorique par R. Vichnie# (thermadynamnque appliquée arx machines-, Massez et Cie Paris 1967). Une invention permettant de réaliser cette thermotransfor mation selon un cycle tritherme est indiquée dans le brevet n0 75 252590 (N de publication 2 321 098). Il a été découvert qu'il est possible d'utiliser une pompe de chaleur à absorption pour réaliser un cycle tritherme ou quadritherme permettant de relever le niveau de température d'une chaleur à bas niveau en opérant avec la par tie évaporateur plus absorbeur à une pression supérieure à la partie séparateur gaz-liquide. L'invention concerne un procédé de production de chaleur à une température A à partir de chaleur disponible à des températures B, éventuellement B',et C, la température A se situant au dessus des températures B, B' et C caractérisé en ce que : a) une fraction gazeuse d'un fluide de travail est absorbée à la pression P au moins en partie dans une phase liquide jouant le rôle de solvant en cédant de la chaleur à la température A ; b) le fluide de travail issu de l'étapa précédente est séparé en deux fractions liquides de composition différente par apport de chaleur dans un bouilleur a la température B et condensation de la fraction la plus volatile dans un condenseur à la température C, une section d'échange de matiere pouvant avantageusement être interposée entre bouilleur et condenseur avec un reflux provenant du condenseur de façon à fonctionner comme une colonne de distillation , le tout étant réalisé sous une pression P' inférieure à P ; c) le liquide recueilli au condenseur, déduction faite du reflux de la cotonne de distillation s'il y a lieu,est porté à une pression P" légerement supérieure à P au moyen d'une pompe puis évaporé partiel lement ou totalement par apport de chaleur à la température B' éventuellement égale à B pour constituer la fraction gazeuse évoquée en a) ; d) le liquide moins volatil retiré du bouilleur dans l'étape b) est porté à une pression P", légèrement supérieure à P au moyen d'une pompe et constitue la phase liquide jouant le rôle de solvant dans l'étape a). La chaleur d'absorption produite à l'étape a) n'est pas nécessairement ré cupérée dans la zone d'absorption, elle peut également servir à vaporiser un fluide par exemple de l'eau pour produire de la vapeur. La température A peut être comprise entre 20 et 2000C, la température D être au-dessous de la température ambiante auquel cas le procédé peut aussi servir à produire du froid, ou au-dessus mais en restant inférieure aux températures B et B'. La fraction gazeuse absorbée peut être formée par exemple d'ammoniac, d'une vapeur d'hydrocarbure, tel que le pentane ou d'eau ou d'alcool ou de solvant chloré ou fluoré de la gamme des fréons.Le solvant sera un autre corps de point d'ébullition supérieur au corps utilisé dans la fraction gazeuse et miscible avec lui au moins partiellement ou un mélange de corps ayant tous ; nt d'ebttllition supérieur auccrp.sutt#ise# utili d s La fraction gazeuse par exemple un autre hydrocarbure tel que l'heptane si le premier corps est le pentane. L'invention est illustrée par l'exemple suivant qui montre comment un tel système peut être réalisé. Exemple : L'exemple est illustré par la figure 1. On envoie par le conduit 1 un mélange ayant globalement la composition suivante en fractions molaires n-pentane 0,5, n-heptane 0,5 avec un débit de 8,62 kg/heure dont une fraction 0,18 est sous forme vaporisée sous la pression de 1 atmosphère. La colonne de distillation D1 a plus de dix plateaux réels dont les températures varient entre 35 et 100 C. Au rebouilleur R1 on fournit 634 Kcal/heure à 100 C. Au condenseur C1 on retire au moyen d'un fluide de refroidissement 680 Kcal/heure à 350c à la vapeur sortant par le conduit 3 de la colonne de distillation.Le liquide produit s'écoule par le conduit 4 vers le ballon Bl, une fraction égale à 0,545 du débit en 4 est recyclée comme reflux par le conduit 2 vers la colonne de distillation, le reste soit 3,6 kg/heure va vers la pompe Pl. Par le conduit 5, la pompe Pl permet d'élever la pression de ce liquide constitué principalement de pentane à 5,65 atm. Dans l'échangeur El, la température du liquide passe à environ 1000C. Le conduit 7 l'amène ensuite à l'évaporateur EV où il passe à l'état vapeur grâce à l'apport de 261 Kcal/heure à 1000C. La vapeur produite passe par le conduit 8, l'échangeur E2 puis le conduit 9 l'amène à l'absorbeur Al. Le liquide qui sort au bas de la colonne de distillation D1 reçoit 634 Kcal/ heure au rebouilleur R1 à une température de IOOOC. La partie vaporisée est amenée par le conduit Il au bas de la colonne de distillation tandis que la par tie liquide constituée principalement d'heptane est amenée par la pompe P2 qui elève-sa pression à 5,65 atm, puis par le conduit 13 à l'échangeur de chaleur E3 qui élève sa température enfin par le conduit 14 au sommet de l'absorbeur AI heure La chaleur d'absorption de 217 cal/,dégagée dans l'absorbeur A1 est évacuée à une température de 1200C au moyen d'un fluide entrant en 22 et sortant en 23. Le liquide résultant sortant par le conduit 15 est partagé en deux fractions, l'une allant par le conduit 16 échanger de la chaleur dans l'échangeur E2 puis allant rejoindre l'autre partie par le conduit 18, cette autre partie (fraction 0,73 du débit dans le conduit 15) est amenée par le conduit 17 à l'échangeur de chaleur E3 d'où elle ressort par le conduit 19. Les deux conduits 18 et 19 se rejoignent dans le conduit 20 qui mène à 1' échangeur E1, le mélange qui pénètre par le conduit 20 dans l'échangeur E1 est liquide, sa température est 1070C, il ressort de E1 à 800C. Une vanne de détente abaisse sa pression à une atmosphère en-vaporisant une fraction égale à 0,18. L'échangeur E2 peut être avantageusement remplacé par une section de l'absorbeur A1 qui recevrait le liquide du conduit 16 et permettrait par un échange direct de chaleur de chauffer la vapeur sortant de itévaporateur EV par le conduit 8, le courant liquide 17 restant soutiré avant le passage dans cette section inférieure de l'absorbeur A1. Le système a donc fourni de la chaleur à 1200C en prenant de la chaleur à 1000C. REVENDICATIONS 1. Procédé de production de chaleur à une température A à partir de chaleur disponible à des températures B, éventuellement B',et C, la température A se situant au dessus de B, B' et C caractérisé en ce que a) une fraction d'un fluide de travail est absorbée à la pression P au moins en partie dans une phase liquide jouant le rôle de solvant en cédant de la chaleur à la température A,b) le fluide de travail issu de l'étape précédente est séparé en deux fractions de compositions différentes par apport de chaleur dans un bouilleur à la température B et condensation de la fraction la plus volatile dans un condenseur à la température C, cette séparation est effectuée à une pression P' inférieure à la pression P ; c) le liquide recueilli au condenseur est pour partie au moins porté à une pression P" légèrement supérieure. à P au moyen d'une pompe puis évaporé partiellement ou totalement par apport de chaleur à la température B' éventuellement égale à B pour constituer la fraction gazeuse évoquée en a) ; d) le liquide moins volatil retiré du bouilleur de l'étape b) est porté à une pression P"-' légèrement supérieure à P pour jouer le rôle du solvant dans 1 'étampe c). 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel une section d'échange de matière gaz-liquide est interposée entre le condenseur et le bouilleur de l'étape b) une partie du liquide condensé jouant le rôle de reflux dans cette opération de séparation par distillation. 3. Procédé selon l'une des revendications T et 2 dans lequel la condensation de l'étape b) est effectuée par refroidissement du fluide en phase gazeuse dans un condenseur au contact indirect du milieu de refroidissement. 4. Procédé selon l'une revendications 1 à 3 dans lequel ltevaporation du fluide dans l'étape c) est effectuée par chauffage en phase liquide dans un évaporateur au contact indirect avec un milieu de chauffage. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel l'absorption de 1' étape c) est effectuée dans un absorbeur où les fluides cèdent de la chaleur par contact indirect avec le milieu auquel la chaleur est fournie. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel l'ébullition de l' étape b) est effectuée par réchauffage du fluide en phase liquide dans un bouilleur au contact indirect avec un milieu de réchauffage. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel l'un au moins des constituants de la phase gazeuse absorbée dans l'étape a) en cédant de la chaleur à la température A est un hydrocarbure. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel l'un au moins des constituants de la phase gazeuse absorbée dans l'étape a) en cédant de la chaleur à la température A est un hydrocarbure fluoré et/ou chloré. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel l'un au moins des constituants de la phase gazeuse dans l'étape c) en cédant de la chaleur à la température A est l'ammoniac. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel l'un au moins des constituants de la phase gazeuse absorbée dans l'étape c) en cédant de la chaleur à la température A est un alcool. 11. Procédé selon l'une des revendications @ à 8 dans lequel l'un au moins des constituants de la phase liquide jouent le rôle de solvant est un hydrocarbure. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10 dans lequel l'un au moins des constituants de la phase liquide jouant le rôle de solvant est un solvant polaire. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10 dans lequel l'un au moins des constituants de la phase liquide jouant le rôle de solvant est l'eau. 14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13 dans lequel les pressions P, P', P", P"' sont comprises entre 1 et 50 bars absolus. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14 dans lequel la température A est comprise entre 80 et 250 C et la température B, B'et C sont comprises entre - 50 C et 150 C.