Brevet FR2476240A1 — publié le 19810821

L'invention concerne des installations de compresseur de gaz du type qui comporte un refroidisseur intermédiaire, un refroidisseur d'aval ou les deux à la fois, généralement pour l'utilisation dans les usines chimiques. De façon bien connue, il y a beaucoup d'installations de fabrication et de transformation telles que les usines chimiques qui nécessitent une installation servant à fournir du gaz sous pression dont les figures 1 à 3 des dessins annexés illustrent des modes de réalisation selon la techni- que usuelle. Sur la figure 1, un entraînement tel qu'un mo- teur 1 est accouplé de manière à entraîner un compresseur à turbine à gaz 2. L'admission d'air du compresseur 2 reçoit du gaz venant d'une source appropriée (non représentée) et la sortie de gaz à haute pression est reliée à un refroi- disseur de gaz ou échangeur thermique 3. Comme le montre la figure 1, le refroidisseur de gaz 3 est prévu à la sortie du compresseur de gaz dans beaucoup d'usines chimiques de manière à abaisser la température du gaz comprimé. La tem- pérature du gaz est élevée à cause de la chaleur de com- pression et alors que la pression est nécessaire, l'éléva- tion de température est habituellement indésirable. Pour cette raison, on refroidit habituellement le gaz comprimé avant de l'utiliser et à cet effet est prévu le refroidis- seur 3. Un agent de refroidissement tel que de l'eau rela- tivement froide passe par un parcours d'agent de refroi- dissement de manière à dissiper une partie de la chaleur du gaz comprimé. La figure 2 montre un compresseur à deux étages séparé en un étage de compresseur à basse pression 2-1 et un étage de compresseur à haute pression 2-2 de manière à réduire la force d'entraînement nécessaire au compresseur. La sor- tie de l'étage à basse pression 2-1 est généralement équi- pée de ce qu'on appelle un refroidisseur intermédiaire 3 qui refroidit le gaz comprimé et l'amène à l'étage à haute pression 2-2, réduisant ainsi la force d'entraînement de celui-ci. Certains compresseurs à plusieurs étages (figure 3) sont équipés à la fois d'un'refroidisseur intermédiaire 3-1 2476240, -2 - et d'un refroidisseur d'aval 3-2. En pareil cas, une haute température du gaz comprimé n'est pas nécessaire dans les usines chimiques utilisant un étage de compresseur à haute pression et un refroidisseur intermédiaire. On refroidit donc l'air comprimé de. la façon décrite plus haut. Dans de telles installations classiques, ces refroi- disseurs utilisent habituellement l'eau de mer ou l'eau industrielle ou bien elles peuvent utiliser Vlair lorsque l'eau est insuffisante pour refroidir le gaz comprimé. Autrement dit, l'énergie thermique du gaz comprimé est évacuée hors du système sous forme d'eau chaude résiduaire ou de gaz résiduaire afin que la température du gaz com- primé puisse être au niveau désiré pour l'usine utilisant le gaz comprimé. Sous l'angle récent de t'économie d'éner- gie, il est à peine nécessaire de dire qu'en outre il est très désirable de diminuer la puissance nécessaire à l'en- traînement d'un tel compresseur. Dans l'équipement classi- que de compresseur représenté par les figures 1 à 3, on a fait antérieurement tous les efforts possibles pour amé- liorer le rendement interne du compresseur. Dans ces com- presseurs munis d'un refroidisseur intermédiaire comme celui que représentent la figure 2 ou la figure 3, on a fait beaucoup d'efforts non seulement pour améliorer le rendement interne du compresseur mais aussi pour abaisser la température du gaz comprimé à la sortie du refroidis- seur intermédiaire ou à l'entrée de l'étage de compresseur à haute pression afin de diminuer la force d'entraînement nécessaire. Toutefois, en pratique, il est impossible d'abaisser la température du gaz à la sortie du refroidis- seur intermédiaire en dessous de celle de l'agent de re- froidissement tel que l'eau. En outre, on ne peut pas amé- liorer davantage le rendement interne du compresseur. En conséquence, dans les systèmes antérieurs, la force d'en- traînement nécessaire au compresseur ne peut pas être di- nintée efficacement en dessous d'une limite donnée. Comme expliqué plus haut, l'invention a été conçue pour surmonter la limitation de la réduction de la force d'entraînement -3- nécessaire au compresseur. La quantité de chaleur qui s'échappe par le refroidis- seur intermédiaire ou le refroidisseur d'aval est grande, comme on l'expliquera plus loin. Toutefois, on utilise une grande quantité d'eau de refroidissement ou d'air de re- froidissement pour tenter d'abaisser la température du gaz comprimé. Donc, la température de l'eau de refroidissement ou de l'air de refroidissement amenés à travers le refroi- disseur est relativement basse. Par exemple, si la tempé- rature de l'eau de refroidissement à fournir au refroi- disseur est de 250C, la température de l'eau de refroidis- sement qui sort du refroidisseur est d'environ 350C au maximum. Comme indiqué, il n'y a pas de grande différence entre la température de l'eau ou de l'air de refroidisse- ment à la sortie du refroidisseur intermédiaire ou du refroidisseur d'aval des compresseurs classiques et celle de l'air ambiant. Dans les compresseurs classiques équipés d'un refroi- disseur intermédiaire ou d'un refroidisseur d'aval, on peut conclure qu'il est difficile de recueillir cette cha- leur perdue présentant une différence minimale de tempé- rature et la chaleur était évacuée hors du système et per- due du point de vue du bilan thermique. Le but de l'invention est d'améliorer cette situation. Autrement dit, on peut réaliser l'invention en incorporant un circuit fermé de réfrigérant dans lequel on fait cir- culer un réfrigérant sans évacuer celui-ci hors du système et en appliquant au réfrigérant des cycles de changement de phase, par exemple d'évaporation, de détente et de condensation. L'invention a pour but de transférer au réfrigérant la quantité de chaleur contenue dans le gaz comprimé et de changer cycliquement la phase du réfrigérant dans le cir- cuit fermé, ou de recueillir la chaleur au moyen du ré- frigérant pour l'utiliser comme force d'entraînement dans le processus. Dans certains modes d'éxécution, une turbine actionnée par la détente du réfrigérant peut être incorporée -4_ au circuit fermé de réfrigérant pour récupérer de l'éner- gie par le réfrigérant. On peut aussi installer dans le circuit fermé de réfrigérant un condenseur qui liquéfie le réfrigérant de manière à accroître la puissance de sortie de la turbine ou l'énergie récupérée. L'énergie thermique contenue dans le gaz comprimé peut être facilement transférée comme suit: a.- On condense le réfrigérant fourni par le conden- seur et on abaisse de façon satisfaisante la température du réfrigérant. b.- On amène le réfrigérant, reçu du condenseur, à l'échangeur thermique (ou refroidisseur, vu sous l'angle du gaz comprimé) qui transfère la chaleur du gaz comprimé au réfrigérant. c.- On évapore le réfrigérant dans l'échangeur ther- mique. En fait, il faut que le réfrigérant engendre au condenseur une température supérieure à celle de l'eau de refroidissement, à la pression que présente le réfri- gérant à l'intérieur du condenseur, et il faut aussi que le réfrigérant engendre une température d'évaporation inférieure à la température du gaz comprimé, à la pression que présente le réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur thermique. On peut modifier la température d'évaporation et la. température de condensation des réfrigérants équivalents, respectivement en ajustant la pression à l'intérieur du condenseur ou la pression à l'intérieur de l'échangeur thermique, pour le réfrigérant. Il est plus efficace de minimiser la pression à l'intérieur du condenseur de ré- frigérant et de maximiser la pression àl'intérieur de l'échangeur thermique de manière à mieux transférer la quan- tité de chaleur du gaz comprimé. On prévoit donc une pompe pour ramener le réfrigérant du condenseur à l'échangeur thermique. Comme il est dit clairement plus haut, il est possible d'élever non seulement la température mais aussi la pression du réfrigérant à l'intérieur de l'échangeur thermique voisin du compresseur. On voit donc que l'on 2476240. peut facilement recueillir ou récupérer l'énergie en dé- tendant le réfrigérant. Par conséquent, il est possible de recueillir facilement l'énergie thermique contenue dans le gaz comprimé. Si l'on applique l'énergie obtenue par ce procédé pour constituer une partie de l'énergie d'entratnement du compresseur, il devient possible de diminuer fortement la capacité du groupe d'entra nement principal 1 (figure 1) du compresseur 2. Comme expliqué plus haut, le but de l'in- vention est de recueillir efficacement une partie de l'éner- gie thermique du gaz comprimé chauffé qui était gaspillée et en outre d'utiliser efficacement l'énergie thermique comme énergie mécanique. L'invention aide aussi à diminuer la quantité de chaleur qui sTéchappe du système et d'amé- liorer ainsi les conditions d'environnement. L'énergie thermique récupérée peut servir à actionner une turbine et l'addition de la puissance mécanique de sortie de la turbine à celle de l'entra nement principal du compresseur aide non seulement à réduire la capacité nécessaire de l'entraînement principal mais aussi à sta- biliser le fonctionnement de l'entraînement du compresseur grâce au fait que le débit de la turbine varie avec la charge du compresseur. On comprendra mieux l'invention à l'étude des dessins annexés sur lesquels.: Les figures 1, 2 et 3 sont des schémas de systèmes de compresseur de types classiques; Les figures 4 à il sont des schémas d'exemples con- crets de l'invention; Les figures 12a à 12d montrent des dispositions de machines rotatives principales selon des exemples concrets de l'invention; La figure 13, qui diffère des figures 4 à 12, illustre un mode d'exécution dans lequel la puissance mécanique de sortie d'une turbine selon l'invention est fournie pour entraîner un groupe entraîné; La figure 14 est une représentation simplifiée de -2476240 -6_ parties principales, montrant une disposition structurale de machine d'un exemple concret de l'invention; La figure 15 est le schéma d'un groupe compresseur à plusieurs étages comportant un nombre n de refroidis- seurs intermédiaires; La figure 16 montre des graphiques de résultats cal- culés exprimant la puissance du groupe d'entraînement en fonction du nombre de refroidisseurs intermédiaires ins- tallés dans un compresseur selon l'invention et La figure 17 est une coupe d'un compresseur du type axial comprenant un étage de compresseur à basse pression et un étage de compresseur à haute pression. Comme précédemment mentionné la figure 4 montre un exemple concret de l'invention. Sur la figure 4, Tl, T2 et T3 représentent des températures du gaz comprimé aux points respectifs tandis que T4, T5, T6 et T7, représentent les températures d'un réfrigérant en circulation aux points respectifs. Un échangeur thermique 3 transfère une partie de la chaleur du gaz comprimé par le compresseur 2 à un réfrigérant qui s'écoule dans un circuit fermé comprenant l'échangeur 3. Le réfrigérant reçoit de la chaleur du gaz comprimé sans se mélanger à celui-ci et la chaleur transférée évapore le réfrigérant en donnant un gaz à haute température qui entre dans une turbine 4. Le. réfrigérant gazeux se détend dans la turbine et ltentraIne puis il afflue à un condenseur 5 qui liquéfie le réfri- gérant en le refroidissant. Ce condenseur 5 est refroidi par exemple par de l'eau de refroidissement amenée de l'extérieur du système (température d'entrée de l'eau-T8, température de sortie de l'eau T9). Le réfrigérant liquéfié est pompé par une pompe 6 puis ramené à l'échangeur thermique 3. De cette manière, le réfrigérant circule à travers l'échangeur thermique, la turbine et le condenseur et engendre ainsi de l'énergie mécanique à la sortie de la turbine 4. L'arbre de sortie de la turbine 4 est accouplé mé- caniquement à l'arbre de l'entraînement principal 1 du 2406240. -7- compresseur 2, dans cet exemplepar llarbre du compresseur 2. Le gaz comprimé par le compresseur 2 est amené à tra- verser l'échangeur thermique 3, refroidi à la température T3 puis amené par un tuyau d'alimentation 7 à l'usine (non représentée) qui l'utilise. Pour simplifier la des- cription, l'usine recevant le gaz comprimé est omise sur la figure 4. Dans le système de la figure 4, le bilan thermique peut être décrit en détail comme suit: La puissance (Le) nécessaire au compresseur 2 pour comprimer le gaz peut s'exprimer, en unités thermiques, comme suit: Lc/unité de débit massique de gaz comprimé =Cp(T2-Tl), (Cp étant la chaleur spécifique à pression constante du gaz à comprimer). D'autre part, la quantité de chaleur (Q) échangée dans l'échangeur thermique 3 se calcule comme suit: Quantité de chaleur (Q) par unité de débit de gaz com- primé: Q = Cp(T2-T3). Daus le cas usuel, la température (T3) nécessaire à une usine alimentée par le gaz comprimé est égale à Tl (température d'entrée du gaz à comprimer par le compresseur 2). Toutefois, si T3 est égale à Tl, Lc est égal à Q. Cela signifie que la température du gaz comprimé n'atteint pas la température (T3) nécessaire à l'usine, à moins qu'on ne soustraie au gaz comprimé une quantité de chaleur égale à l'énergie qui entraîne le compresseur 2. Même si T3 n'est pas égal à Tl, la même théorie est applicable. Dans les compresseurs classiques représentés par les figures 1 à 3, la quantité de chaleur correspond à celle que l'on gaspille en tant que chaleur perdue. Cependant, la quantité de chaleur Q, presque égale à l'énergie fournie par lten- traînement principal 1, aide à élever la température du ré- frigérant, dans l'échangeur thermique, de T7 à T4. Dans ce cas, le réfrigérant, liquide à la température T7, change de phase et devient gazeux à la température T4. Autrement dit, on peut facilement évaporer le réfrigé- rant dans l'échangeur thermique 3, ce qui permet facilement -8 - un échange de chaleur. Le réfrigérant gazéifié par l'échangeur 3 est fourni à la turbine pour fournir le tra- vail de détente LT comme on l'a décrit précédemment. LT est l'énergie mécanique de sortie de la turbine 4 et aide à recueillir efficacement la quantité de chaleur du ré- frigérant. Le réfrigérant n'est pas seulement refroidi de T5 à T6, mais il est aussi liquéfié dans le condenseur 5. Le réfrigérant liquéfié à la température T4 est ramené à l'échangeur thermique 3 par la pompe 6. Si la quantité de chaleur nécessaire pour refroidir le réfrigérant de T5 à T6 est Qc et si l'énergie nécessaire pour entraîner la pompe 6 est Lp, on a: Q = LT + Qc - Lp, expression dans laquelle (LT - Lp) est l'énergie mécanique recueillie efficacement dans l'exemple de la figure 4. Il est donc possible de choisir le réfrigérant approprié et en outre de déterminer la température et la pression en chaque point du système du moment que l'on augmente (LT - Lp). Bien que cela dépende de la température T8 de l'eau de refroi- dissement, il est à conseiller de choisir un "Fréon" ga- zeux ou l'ammoniac gazeux comme réfrigérant, selon la température T8 de l'eau de refroidissement. D'autre part,, on peut réarranger l'équation cidessus sous la forme: Qc = Q - (LT - Lp) qui montre que la quantité de chaleur (Qc) évacuée hors du système ou gaspillée diminue lorsqu'.on augmente l'énergie (LT -Lp) recueillie effectivement. La diminution de Qc, à évacuer comme eau résiduaire, est satisfaisante aussi au point de vue de l'environnement. En même temps, la diminution de Qc nécessite moins d'eau de refroidissement. En ce sens, l'invention contribue. fortement à la construction de l'équipementen des endroits o l'eau de refroidissement n'est pas abondante. Comme on l'à dit, la figure!I4 montre un échangeur thermique qui transfère directement la chaleur du gaz comprimé au ré- frigérant en circulation et le transfert de chaleur s'effectue ici sans mélange entre le gaz comprimé et le réfrigérant. La figure 5 montre un autre exemple concret de l'in- vention, appliqué à un système de compresseur à un seul _ 9- étage comme sur la figure 4. Un premier échangeur thermique 3-1, à travers lequel s'écoule le gaz comprimé chauffé, a une structure telle qu'il transfère la chaleur de compres- sion à un premier réfrigérant et transfère en outre une partie de la chaleur provenant du premier réfrigérant à un deuxième réfrigérant, au moyen d'un deuxième échangeur thermique 3-2. Le premier réfrigérant circule en un circuit fermé indiqué par la référence 3-3, qui comprend les deux échangeurs thermiques 3-1 et 3-2. Si le circuit 3-3, com- prenant les échangeurs 3-1 et 3-2, est considéré comme un seul échangeur thermique, il correspond à l'échangeur 3 de la figure 4. Le deuxième réfrigérant correspond aussi à celui qui traverse la turbine 4 de la figure 4. Une pompe 3-4 fait circuler le premier réfrigérant par le cir- cuit fermé comprenant les échangeurs 3-1 et 3-2 et une deuxième pompe 6 fait circuler le deuxième réfrigérant à travers l'échangeur 3-2, une turbine 4 et un condenseur 5. Dans l'exemple représenté figure 4, la turbine 4 est accouplée mécaniquement de manière à entraîner le compres- seur à turbine 2 et assiste ainsi l'entraînement princi- pal 1. Dans l'exemple concret de la figure 5, étant donné que le réfrigérant utilisé est séparé en premier réfri- gérant et deuxième réfrigérant, on peut choisir chaque réfrigérant de façon optimale et par suite, l'énergie recueillie ou récupérée dans la turbine 4 peut être beau- coup plus grande que sur la figure 4. La figure 6 montre un autre exemple concret de l'in- vention. Ainsi qu'il est évident lorsqu'on compare cet exemple à celui de la figure 4, sur la figure 6,le réfri- gérant est emmagasiné aussi bien à l'état gazeux qu'à l'état liquide qui n'est pas prévu sur la figure 4. Au- trement dit, un tambour ou récipient à gaz et à liquide 8 est inclus dans le circuit fermé o l'on fait circuler le réfrigérant sur la figure 6. Sur la figure 6, on a prévu deux circuits ou boucles de réfrigérant 12 et 13 comprenant tous deux le tambour 8. Le premier circuit 12 2476240. - 10 - comprend un serpentin 14 dans l'échangeur 3, une pompe 15 et.le tambour 8 tandis que le deuxième circuit 13 comprend un autre serpentin 16 dans l'échangeur 3, le tambour 8, la turbine 4, un condenseur 5 et la pompe 6. La partie inférieure du tambour.8 est remplie de réfrigérant liquide et la partie supérieure est remplie de réfrigérant gazeux. Les sorties des deux serpentins 14 et 16 sont branchées de manière à amener le réfrigérant chauffé au tambour 8 et l'admission de la turbine 4 est reliée à la partie supé- rieure du tambour 8 de manière à recevoir le réfrigérateur -à l'état gazeux. Dans cet exemple, le transfert de chaleur entre le gaz comprimé par le compresseur et le réfrigérant peut s'effectuer plus efficacement que dans l'exemple de la figure 4. Sur la figure 6, il est possiblenon seulement, de choisir le parcours de tuyauterie pour permettre un transfert de chaleur efficace au réfrigérant quand la tem- pérature du gaz comprimé s'abaisse de T2 à T3, mais un fonctionnement stabilisé est aussi assuré dans tout le système étant donné que les fluctuations de charge (causant une fluctuation de la température T2) n'influencent pas directement le fonctionnement de la turbine 4. L'exemple concret représenté par la figure 7 est conçu de telle sorte que le réfrigérant liquide accumulé dans le tambour gaz/ liquide 8 est fourni aux différents étages d'entrée d'une turbine à plusieurs étages 4. Etant donné que la pression du réfrigérant aux étages de turbine est celle qui règne pendant son processus de détente, elle est inférieure à la pression du tambour 8. Le réfrigérant amené aux diffé- rents étages se détend facilement successivement en di- rection de la sortie de la turbine,.ce qui fait que le débit d'énergie de la turbine est accru. Quand le système est constitué comme le montre la figure 7, il est inutile de dire qu'il faut choisir le réfrigérant approprié. Le système de la figure 7 comprend les composants de la figure 6, si ce n'est que la turbine de la figure 7 comporte plusieurs égages d'entrée et que le système com- prend aussi un autre circuit de réfrigérant 17. Le circuit 17 comprend le serpentin 16, le tambour 8, deux petits tambours 9 et 18 et une pompe 19. Des étrangleurs de régulation d'écoulement 10 et 20 sont branchés respec- tivement entre les tambours 8 et 9 et entre les tambours 9 et 18. Le tambour 8 est branché de manière à fournir du réfrigérant au tambour 9 et le tambour 9 fournit du réfrigérant au tambour 18. Les deux petits tambours com- portent des sorties de gaz reliées à des entrées intermé- diaire 21 et 22 de la turbine 4. Le tambour 18 comporte aussi une sortie reliée à la pompe 19 et au serpentin 16. Si la turbine 4 ne comporte qu'un seul étage intermédiai- re ou étage d'entrée central 21, il suffit de prévoir le tambour 9,et les deux tambours 8 et 18 sont prévus lors- qu'il y a plusieurs entrées centrales. Lorsque le réfrigérant doit être amené seulement à l'étage central 21 de la turbine, le petit tambour 9 est annexé et le réfrigérant lui est amené du tambour gaz/ liquide 8 par une tuyauterie appropriée. Si l'étrangleur approprié 10 est prévu dans la tuyauterie pour régler la pression, le réfrigérant bout dans le tambour 9 par suite de la pression réduite, ce qui fait que le réfrigérant est facilement gazéifié avant d'entrer dans l'étage central de la turbine 4. Si la turbine comprend les deux entrées cen- trales 21 et 22, les deux petits tambours 9 et 18 sont prévus. On a décrit ci-dessus plusieurs exemples concrets. Il est évident qu'en combinant ceux-ci, on peut réaliser divers autres exemples. Comme le montrent les figures 4 à 7, une particularité commune de l'invention est que le transfert de chaleur s'effectue entre le gaz comprimé et le réfrigérant sans que ceux-ci se mélangent et que le réfrigérant circule dans un circuit fermé. Uie autre particularité est que le transfert de chaleur entre le gaz comprimé et le réfrigérant s'effectue de ma- nière à évaporer le réfrigérant soit partiellement soit totalenoent. Si les parties du système qui sont délimitées par les traits mixtes sur les figures 4 à 7 peuvent être considérées comme un seul système d'échange thermique sur - 12 _ chaque figure, le réfrigérant qui traverse la turbine 4 et le condenseur 5 circule en un même circuit fermé. Tou- tefois, il reste que le réfrigérant reçoit la chaleur du gaz comprimé par le compresseur. L'exemple concret de la figure 8 est un cas o le compresseur de gaz est séparé en un étage de compresseur à basse pression 2-1 et un étage de compresseur à haute pression 2-2. Les arbres des deux étages 2-1 et 2-2 sont accouplés entre eux ainsi qu'à l'entratnement principal 1 et à la turbine de récupération 4. Cet exemple concret est muni d'un premier échangeur thermique 3-1 qui trans- fère une quantité de chaleur provenant du gaz comprimé par le compresseur à basse pression 2-1 (Iltéchangeur 3-1 correspondant à un refroidisseur intermédiaire du point de vue du compresseur de gaz) et d'un deuxième échangeur. thermique 3-2 qui transfère une quantité de chaleur pro- venant-du gaz comprimé par le compresseur à haute pression 3-2 (l'échangeur 3-2 correspondant à un refroidisseur d'aval). Le réfrigérant est déplacé par la pompe 6 à travers les deux échangeurs 3-1 et 3-2, branchés en parallèle entre la pompe et la turbine 4. Cette disposition correspond à une extension du sys- tème de la figure 4. L'exemple concret de la figure 9 cor- respond aussi à une extension du système de la figure 8. Sur la figure 9, qui montre aussi un compresseur de gaz à plusieurs égages, la pompe 6 déplace le réfrigérant à travers un seul échangeur 3-3. Le gaz comprimé chauffé passe par deux échangeurs 3-1 et 3-2. Ces derniers sont- branchés en parallèle au point de vue du réfrigérant-et ils amènent tous deux du réfrigérant à l'échangeur 3-3. Ainsi, il y a deux circuits séparés de réfrigérant. Dans un autre exemple possible, représenté par la figuré 10, un cylindre ou tambour 8 comme celui de la figure 6 est combiné à un refroidisseur intermédiaire 3-1 et à un refroidisseur d'aval 3-2 branchés comme le montrent les figures 8 et 9. De même, dans un autre exemple concret, - 13 - un petit tambour 9, comme celui de la figure 7, est prévu pour amener le réfrigérant gazeux à un étage d'entrée central de la turbine 4, en un système comme celui de la figure 7. L'exemple suivant l'invention est illustré par la fi- gure 11 o une quantité de chaleur du gaz comprimé est transférée à un premier réfrigérant,par exemple de l'eau, dans un échangeur thermique 3-1. Le premier réfrigérant, recevant la quantité de chaleur, agit de manière à vaporiser un deuxième réfrigérant, par exemple de l'ammoniaque dissous dans le premier. La température du deuxième réfrigérant, gazeux ou à l'état de vapeur, peut être abaissée par de l'eau de refroidissement amenée de l'extérieur dans un échangeur thermique 10. Alors, le deuxième réfrigérant gazeux est amené à la turbine 4 o il se détend. Ainsi, non seulement la turbine fournit de l'énergie mécanique, mais la température du deuxième réfrigérant est abaissée notablement par suite de la détente dans la turbine. Le deuxième réfrigérant quitte la turbine et est relié à un échangeur 3-2 pour refroidir davantage le gaz comprimé amené de l'échangeur thermique 31, jusqu'à la température T10. Le deuxième réfrigérant quittant l'échangeur thermique 3-2 est amené au condenseur 5. Le condenseur 5 est conçu de telle sorte qu'une fois que le deuxième réfrigérant a été vaporisé ou évaporé dans l'échangeur thermique 3-1, le premier réfrigérant, avec une solution diluée du deuxième réfrigérant, est amené au condenseur 5. Le condenseur 5 est refroidi par l'eau de refroidissement extérieure. Le premier réfrigérant, dont la température est abaissée dans le condenseur 5, peut facilement absorber le deuxième réfrigérant gazéifié qui quitte le deuxième échangeur thermique 3-2. (Il est à con- seiller de choisir un deuxième réfrigérant qui ait des propriétés de dissolution très différentes dans le premier réfrigérant). Donc, le deuxième réfrigérant est absorbé par le premier réfrigérant dans le condenseur 5 et est main- tenu dans cet état ou.il est dissous dans le premier réfri- gérant. Autrement dit, le côndenseur 5 agit de manière - 14 - à transformer le deuxième réfrigérant vaporisé en une phase liquide dans le premier réfrigérant. Le premier réfrigérant, contenant le deuxième réfrigérant dissous * à une plus forte concentration, est ramené à l'autre échan- geur thermique 3-1 par la pompe 6. De cette manière, le deuxième réfrigérant subit à nouveau les processus de va- porisation et d'absorption à mesure qu'il circule dans le circuit fermé comprenant l'échangeur 3-1. La turbine 4 est ainsi entraînée de sorte que l'on récupère une quanti- té de chaleur du gaz comprimé par le compresseur 2. Dans -l'exemple concret de la figure 11, il est possible non seulement de faire varier le degré de dissolution du pre- mier réfrigérant selon la température, mais encore de choi- sir une température de liquéfaction très inférieure à celle de l'eau de refroidissement extérieure selon les conditions à la sortie de la turbine 4. Pour cette raison, il est- possible d'abaisser la température T10 du gaz à un niveau inférieur à la température T8 de l'eau de refroidissement extérieure. Dans ce cas, en fait, le volume d'eau de refroidissement extérieure amenée au condenseur 5 et au refroidisseur 10 à l'entrée de la turbine est supérieur à celui qui est nécessaire dans l'exemple de la figure 4. Le principe de l'exemple de la figure 11 est spécia- lement efficace lorsqu'il est appliqué à une installation du type représenté par la figure 2. Autrement dit, si le tuyau d'alimentation 7 de la figure 11 est suivi d'un com- presseur de deuxième étage à haute pression comme le mon- tre la figure 2, on peut abaisser la température T10 à un niveau inférieur à la température T8 de l'eau de refroi- dissement extérieure et cela signifie que la force d'en- trainement nécessaire au compresseur à haute pression sera inférieure à celle que nécessite le système représenté par la figure 2. (La force d'entrainement nécessaire à un com- presseur est proportionnelle à la température absolue du gaz à comprimer, à l'entrée du compresseur. C'est la rai- son pour laquelle on installe un refroidisseur intermé- diaire dans un compresseur à plusieurs étages). - 15 - Comme on l'a dit clairement plus haut, si le principe de l'invention représentée par la figure 11 est appliqué à un système comportant un refroidisseur intermédiaire comme le montre la figure 2, il est possible, non seulement de recueillir ou de récupérer l'énergie dans la turbine imais encore de diminuer la force d'entraînement néces- saire à l'étage de compresseur à haute pression, ce qui fait que la capacité de l'entraînement principal 1 peut être fortement réduite. L'échangeur thermique 10 de la figure 11 est prévu pour abaisser la température de sortie T5 de la turbine en abaissant la température d'entrée T4 du gaz entrant dans la turbine. Autrement dit, l'échangeur 10 est prévu pour abaisser la température T10 du gaz dans le tuyau d'alimentation 7. S'il n'est pas nécessaire d'abais- ser davantage la température T10, on peut supprimer le re- froidisseur 10 et il se peut que l'échangeur thermique 3-2 ne soit pas nécessaire non plus. Il est désirable d'ins- taller un étrangleur de régulation d'écoulement 11 dans la tuyauterie qui véhicule le premier réfrigérant de l'échangeur thermique 3-1 au condenseur 5 comme le montre la figure 11 de manière à régler le niveau de pression. Il est évident que le principe de l'exemple de la fi- gure 11, o le réfrigérant utilisé est un mélange du pre- mier et du deuxième réfrigérants, peut aussi s'appliquer aux exemples représentés par les figures 9 et 10. Dans un cas comme dans l'autre, on peut construire le système en combinant le circuit de tuyauterie de façon telle qu'une quantité de la chaleur du gaz comprimé par le compresseur soit transférée au réfrigérant. On explique ci-après des exemples détaillés indiquant comment on utilise l'énergie mécanique de sortie récupérée dans la turbine. Les figures 4 à il montrent des exemples dans lesquels un entraînement principal 1, un ou des com- presseurs et une turbine 4 sont directement accouplés mécaniquement. Autrement dit,dans les exemples précédents, la sortie mécanique (la force mécanique de rotation) est reliée directement à l'arbre tournant du compresseur de gaz. - 16 - En pareil cas, il n'est pas nécessaire que le système com- prenne, dans l'ordre, un groupe d'entraînement 1, un com- presseur 2 et une turbine 4 comme le montre la figure 12(a). Il est possible aussi de prévoir, dans l'ordre, une turbi- ne 4, un groupe d'entraînement 1 et un compresseur 2 comme le montre la figure 12(b). Les figures 12(c) et 12(d) mon- trent différentes dispositions d'un-compresseur de gaz à plusieurs étages. Sur la figure 12, l'échangeur thermique, le condenseur et le circuit fermé de réfrigérant sont omis pour simplifier les dessins mais bien entendu, ils seraient -prévus selon l'un des exemples décrits précédemment. Il est possible aussi de prévoir un accouplement par engrenages, par exemple un train multiplicateur ou démultiplicateur, entre le groupe d'entrainement 1, le compresseur et la turbine 4, selon ce qui est nécessaire pour répondre à des besoins spécifiques. Si un accouplement pouvant être engagé et dégagé (par exemple un embrayage) - est prévu entre des composants, par exemple, et si le système est conçu de telle sorte que l'on peut séparer la turbine 4 des au- tres composants, l'entretien et l'inspection du système peuvent s'effectuer facilement. En outre, si un tuyau de dérivation (non représenté) est prévu dans les exemples représentés par les figures 4 à 11 de façon que le réfrigérant amené à la turbine 4 puis- se éviter celle-ci quand on le désire, on peut faire fonc- tionner le compresseur alors que la turbine 4 est séparée. En pareil cas, même si la turbine 4 est inefficace pour l'une ou l'autre raison, l'usine peut encore être alimentée en gaz comprimé à la température abaissée qui est spécifiée, ce qui donne un système plus sûr. - On décrit ci-après un exemple concret dans lequel la turbine 4 n'est pas reliée directement au compresseur ni au groupe d'entraînement principal 1. Le système de réfri- gérant de la figure 13 est similaire à celui de la figure 4. Comme le montre la figure 13, la turbine de récupéra- tion 4 correspondant à la turbine 4 de la figure 4 est accouplée à un autre groupe entraîné 24 tel qu'un généxataur - 17 - ou une pompe et ils ne sont pas reliés mécaniquement à l'entraînement principal 1 ni au compresseur de gaz 2. Dans le cas présent, la capacité du groupe d'entraînement 1 du compresseur 2 n'est pas différente de celle d'un compresseur classique mais l'énergie d'entraînement du groupe 24 est fournie par l'énergie récupérée selon l'in- vention et la quantité d'énergie recueillie est notable. Par exemple, le groupe entraîné 24 indiqué ci-dessus peut être un générateur électrique qui fournit de l'énergie à une usine chimique o est installé l'équipement de com- presseur. Cet exemple n'amène pas seulement comme résul- tat direct une économie sur l'énergie nécessitée par l'usi- ne mais permet aussi de recueillir ou de récupérer de l'énergie en quantité proprotionnelle à la quantité d'éner- gie consommée par le compresseur 2, ce qui stabilise la consommation d'énergie au sein de l'installation. La figure 14 montre une disposition structurale de l'exemple de la figure 4. Elle montre en vue latérale un groupe d'entraînement 1, un compresseur 2 et une turbine 4 installés sur une fondation indiquée en hachures. Dans cet exemple, le transfert de chaleur s'effectue du gaz comprimé au réfrigérant et par suite, l'échangeur thermique 3 peut être disposé directement sous la sortie du compres- seur 2 ou très près de celle-ci. Etant donné que la turbine 4 peut être accouplée directement à l'arbre du compresseur 2 comme on l'a dit plus haut, il est possible aussi d'ob- tenir une disposition très ramassée. Cela permet d'obtenir une récupération efficace d'énergie sans aucune restric- tion ni aucun effet nuisible quant à la disposition du com- presseur 2 qui est une fonction essentielle de l'invention. La tuyauterie, la pompe 6 etc. sont représentées sous for- me simplifiée sur la figure 14 mais cet exemple est ca- ractérisé par le fait que l'échangeur thermique 3 est situé à droite en dessous du compresseur 2 (ou tout à côté de celui-ci) et que le condenseur 5 est situé à droite en dessous (ou tout à côté) de la turbine. Cette installation ramassée permet de minimiser la perte de pression du gaz _ 18 _ comprimé et du réfrigérant. En même temps, le système de la figure 14 est conçu dans cette hypothèse que le compres- seur 2 est du type dit axial et que la turbine 4 est aussi du type axial. Le groupe d'entraînement 1 est supposé être un moteur électrique. Dans une telle application, il est très facile d'accoupler directement le groupe d'entrai- nement 1, le compresseur 2 et la turbine 4. Cette appli- cation permet de concevoir une installation qui ne comprend pas de train multiplicateur ou démultiplicateur ce qui assure une disposition efficace. La perte mécanique est encore réduite en comparaison du cas o un mécanisme de changement de vitesse est prévu. En outre, les arbres du système ne causent jamais de vibration etc... La figure 14 montre une disposition structurale illustrant le fait qu'un tel équipement peut avoir une disposition ramassée. L'exemple prouve en outre que l'invention ne s'accompagne pas d'effets nuisibles danssaconstruction. La figure 15 montre un exemple d'un système classique de compresseur à plusieurs étages divisé en n refroidis- seurs intermédiaires, n+1 compresseurs de gaz et un re- froidisseur d'aval prévu à la sortie du dernier étage de compresseur. Le graphique de la figure 16 montre un exem- plb de la puissance nécessaire du groupe d'entraînement, indiqué par le trait plein a lorsque n refroidisseurs intermédiaires et un refroidisseur d'aval sont installés dans un système classique comme le montre la figure 15. La figure 8 montre un exemple concret dans lequel sont prévus un refroidisseur intermédiaire et un refroidisseur d'aval. Un exemple des besoins de puissance du groupe- d'entraînement est représenté sur la figure 16 par le ti- reté b. En comparant la ligne a d'un système classique et la ligne b d'un système appliquant l'invention, on voit qu'en utilisant l'invention, on obtient une économie considérable. Bien que les courbes de la figure 16 p5uissent varier légèrement selon les conditions appliquées au com- presseur, il est habituel que trois refroidisseurs inter- - 19 - médiaires suffisent à minimiser la puissance du groupe d'entraînement 1 dans un système classique. Par contre, dans les exemples concrets utilisant l'invention, il est habituel que l'on puisse minimiser efficacement la puis- sance de sortie du groupe d'entraînement en utilisant un seul refroidisseur intermédiaire. Si l'on augmente le nombre de refroidisseurs intermédiaires, la pression de tout le système de compresseur étant maintenue à un niveau constant, il devient soudain difficile de recueillir l'énergie selon l'invention parce que le niveau de tempé- rature du gaz comprimé s'abaisse à la sortie de chaque compresseur. Pour cette raison, l'installation d'un seul refroidisseur intermédiaire est optimale lorsqu'on applique l'exemple de la figure 16. Autrement dit, on divise en quatre parties environ l'enveloppe d'un compresseur de type classique pour permettre l'insertion de trois re- froidisseurs intermédiaires, ce qui est optimal du point de vue de la puissance nécessaire au groupe d'entraînement. Toutefois, on peut encore réduire la puissance du groupe d'entraînement en divisant l'enveloppe du compresseur en deux parties pour équiper une turbine etc... avec insertion d'un refroidisseur intermédiaire. Ainsi, le nombre réduit de divisons du compresseur contribue non seulement à ré- duire la puissance d'entraînement mais aussi à simplifier la structure du compresseur, facilitant ainsi l'entretien et l'inspection et améliorant en outre la fiabilité du compresseur. Spécialement lorsque le compresseur utilisé est du type axial, cela assure un facteur essentiel per- mettant de réduire le nombre de divisions du compresseur. Autrement dit, bien qu'un compresseur de type axial ait une longueur relativement grande en direction axiale, il devient extrêmement long en direction axiale lorsqu'on augmente les parties occupées par les infuseurs ou les diffuseurs en divisant le compresseur en plusieurs parties d'enveloppe. D'autre part, l'invention permet d'utiliser seulement deux enveloppes sans crainte de causer des vi- brations etc... dans le système d'arbres et cela est très _ 20 - désirable dans beaucoup d'applications. La figure 17 est une coupe d'un exemple de compresseur axial comportant deux enveloppes. Sur la figure 17, on n'a fait figurer que les composants principaux pour simplifier la description, l'échangeur thermique et la turbine sont omis. Le compresseur à basse pression 2-1 et le compres- seur à haute pression 2-2 sont munis respectivement d'un inducteur i et d'un diffuseur d. Dans un tel exemple o le système comprend un groupe d'entraînement 1 et un compresseur axial 2-1 et 2-2, le nombre de refroidisseurs intermédiaires 3-1 qu'il est nécessaire d'installer est limité. Ainsi, l'invention, nécessitant au maximum un refroidisseur intermédiaire 3-1, est plus efficace dans un exemple d'application tel que celui précédemment mentionné. La description qui va suivre,fait ressortir d'autres avantages de l'invention. Dans le compresseur présentant la structure de la figure 3 par exemple, on abaisse la température du gaz entrant de l'étage compresseur à haute pression au-moyen du refroidisseur intermédiaire 3-1, afin de réduire la puissance nécessaire du groupe d'entraîne- ment dans le système classique. Cette description comprend le cas o le gaz comprimé par le compresseur est ordinai- rement l'air. En pareil cas, habituellement, la teneur en humidité de l'air comprimé se condense partiellement lorsque l'air se refroidit dans le refroidisseur inter- médiaire. Une partie de la condensation; formée de gout- telettes de liquide, est habituellement amenée au com- presseur à haute pression en même temps que le gaz com- primé, ce qui entraîne une attaque par condensation du rotor du compresseur à haute pression. Dans l'exemple de la figure 8, toutefois, le gaz comprimé amené de l'échangeur thermique 3-1 correspondant à un refroidisseur intermédiaire est refroidi à un niveau de température tel qu'il ne se produise pas de condensa- tion, avant d'être amené au compresseur à haute pression. Bien que la puissance du compresseur à haute pression soit légèrement accrue dans ce cas, la quantité de chaleur tirée - 21 - de l'échangeur thermique correspondant à un refroidisseur d'aval est accrue par suite de l'humidité accrue du gaz comprimé à la sortie du compresseur à haute pression, ce qui augmente la quantité d'énergie que peut recueillir ou récupérer la turbine 4. Cela permet de diminuer la puis- sance du groupe d'entraînement, dans tout le système de compresseur, à une valeur très inférieure à celle du sys- tème classique de la figure 3. Cela permet aussi de choisir un niveau de température qui ne permette pas la formation de condensation à l'entrée du compresseur à haute pression, ce qui a pour effet d'éliminer l'attaque par condensation dans le compresseur à haute pression. Dans un système de compresseur manipulant un consti- tuant gazeux tel que le sulfure d'hydrogène (H2S), qui risque de favoriser les propriétés de corrosion dues à la présence de condensation, on peut dire que l'invention joue un rôle essentiel. Il apparaît donc des exemples précédemment décrits que le système présente une structure telle que la turbine est actionnée par l'énergie due au réfrigérant en circu- lation, une partie de la chaleur du gaz comprimé par le compresseur servant de source de chaleur. Il devient donc possible de recueillir la chaleur perdue qui était gas- pillée antérieurement dans les systèmes classiques. En outre, l'invention permet de tirer parti efficacement de l'énergie recuillie en tant qu'énergie mécanique de sortie qui permet de diminuer fortement la puissance né- cessaire au groupe d'entrainement principal, ou dtappliquer directement l'énergie à l'équipement qui en a besoin. Il est possible aussi de diminuer la quantité d'eau de re- froidissement à refroidir de l'extérieur, dans une mesure correspondant à l'énergie recueillie. Il peut aussi être possible de refroidir le gaz comprimé à une température inférieure à celle de l'eau de refroidissement extérieure. Il est facile de maintenir la température du gaz comprimé au niveau nécessaire à l'usine qui utilise le gaz. Un autre effet important de l'invention est que l'énergie recueillie - 22 _ est accrue en proportion de la charge appliquée au compres- seur, ce qui aide à stabiliser le fonctionnement de tout le système. Comme précédemment mentionné, l'invention permet en outre, d'éliminer l'attaque par condensation. - 23 - REVENDICATIONS 1.- Installation de compression de gaz comprenant un compresseur de gaz (2) muni d'une admission de gaz et d'une sortie de gaz comprimé et entraîné par un entraine- ment principal (1), caractérisée par le fait qu'elle com- porte un circuit de réfrigérant relié à la sortie de gaz et comprenant un échangeur thermique (3) branché de maniè- re à recevoir le gaz comprimé, une turbine (4), un conden- seur (5) et une pompe (6) pour la circulation du réfrigé- rant à travers le circuit, le réfrigérant étant chauffé et vaporisé dans l'échangeur thermique (3) par une quantité de chaleur provenant du gaz comprimé, le réfrigérant vapo- risé se détendant dans la turbine (4), entraînant celle-ci et se liquéfiant dans le condenseur (5). 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'énergie de sortie de la turbine (4) est appliquée pour entraîner le compresseur de gaz (2). 3.- Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le compresseur de gaz (2) est un compresseur à plusieurs étages (2-1, 2-i et que le cir- cuit de réfrigérant comprend un échangeur thermique (j-1,) (t-i entre étages adjacents du compresseur (2). 4.- Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le système de réfrigérant comprend en outre un refroidisseur d'aval relié au dernier des étages. 5.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la turbine (4) est accouplée de manière à entraîner un appareil (24) séparé du compresseur (2). 6.- Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le circuit de réfrigérant com- prend en outre un tambour (8) et qu'il est divisé en un premier et un deuxième parcours de réfrigérant, le premier parcours comprenant l'échangeur thermique (3), le tambour (8), la turbine (4), la pompe (6) et le condenseur (5) et le deuxième parcours comprenant l'échangeur thermique (3) et le tambour (8), les premier et deuxième parcours se rejoignant dans le tambour (8). _ 24 - 7.- Appareil selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la turbine (4) comporte plusieurs étages d'entrée et que le circuit de réfrigérant comprend en outre un deuxième tambour (9) relié au premier tambour (8) men- tionné, à une entrée intermédiaire (21) de la turbine (4) et à l'échangeur thermique (3). 8.- Appareil selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le réfrigérant s'écoule en parallèle dans les échangeurs thermiques. 9.- Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le circuit de réfrigérant com- prend un premier et un deuxième parcours dans lesquels s'écoulent un premier et un deuxième réfrigérants, l'un des réfrigérants étant dissous dans l'autre, le premier parcours comprenant l'échangeur thermique (3-1) la turbine (4) et le condenseur (5) et le deuxième parcours compre- nant l'échangeur thermique (3) et le condenseur (5), les deux réfrigérants circulant dans l'échangeur thermique (3) et dans le condenseur (5), l'un des réfrigérants étant dissous dans l'autre. 10.- Appareil destiné à servir dans une installation de compression de gaz comprenant un compresseur de gaz muni d'une admission de gaz et d'une sortie de gaz comprimé (2) et entraîné par un entraînement principal (1), appareil- caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit de ré- frigérant conçu pour être relié à la sortie de gaz et com- prenant un échangeur thermique (3) conçu pour être branché de manière à recevoir le gaz comprimé, une turbine (4), un condenseur (5) et une pompe (6) pour la circulation du réfrigérant à travers le circuit, le réfrigérant étant conçu pour être chauffé et vaporisé dans l'échangeur ther- mique (3) par une quantité de chaleur provenant du gaz com- primé, le réfrigérant vaporisé se détendant dans la turbine (4), entraînant celle-ci et se liquéfiant dans le conden- seur (5). 11.- Appareil selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la sortie d'énergie de la turbine (4) est conçue pour être reliée de manière à entraîner le com- presseur de gaz (2). - 25 _ 12.- Appareil selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé par le fait que le compresseur de gaz (2) est un compresseur à plusieurs étages et que le circuit de réfrigérant comprend un échangeur thermique (3) conçu pour être branché entre des étages adjacents du compres- seur (2). 13.- Appareil selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le système de réfrigérant comprend en outre un refroidisseur d'aval conçu pour être relié au dernier des étages. 14.- Appareil selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la turbine (4) est conçue pour être accou- plée de manière à entraîner un appareil (24) séparé du compresseur (1). 15.- Appareil selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé par le fait que le circuit de réfrigérant comprend en outre un tambour (8) et qu'il est divisé en un premier et un deuxième parcours de réfrigérant, le pre- mier parcours comprenant l'échangeur thermique (3), le tambour (8), la turbine (4), la pompe (6) et le condenseur (5) et le deuxième parcours comprenant l'échangeur ther- mique (3) et le tambour (8), les premier et deuxième par- cours se rejoignant dans le tambour (8). 16.- Appareil selon l. revendication 15, caractérisé par le fait que la turbine comporte plusieurs étages d'entrée et que le circuit de réfrigérant comprend en outre un deuxième tambour (9) relié au premier tambour (8) men- tionné, à une entrée intermédiaire de la turbine (4) et à l'échangeur thermique (3). 17.- Appareil selon la revendication 12, caractérisé par le fait que le réfrigérant s'écoule en parallèle dans les échangeurs thermiques (3). 18.- Appareil selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé par le fait que le circuit de réfrigérant comprend un premier et un deuxième parcours dans lesquels s'écoulent un permier et un deuxième réfrigérants, l'un des réfrigérants étant dissous dans l'autre, le premier -26- parcours comprenant l'échangeur thermique (3), la turbine (4), et le condenseur (5) et le deuxième parcours com- prenant l'échangeur (3) et le condenseur (5), les deux réfrigérants circulant dans l'échangeur thermique (3) et dans le condenseur (5), l'un des réfrigérants étant dissous dans l'autre.