Brevet FR2481432A1 — publié le 19811030

L'invention concerne un procédé pour la récupération de chaleur avec simultanément réduction de consomma- tion d'eau de refroidissement dans les processus d'abaorption de produits gazeux dans des produits liquides avec libération de chaleur d'absorption. Dans le cas d'installation deabsorption à froid, il est connu de désigner par l'expression "retour de solution un procédé de traitement du couple NH3-H2O, basé sur le fait que, lors de l'absorption de gaz déterminés ou de vapeurs dans un moyen d'absorption liquide, se trouve libérée une chaleur d'absorption, auquel cas l'équillbre, avec pression identique et concentration croissante de la solution, nécessite un abatis sement des températures d'absorption, En conséquence, à la dif férence avec des processus de condensation de vapeurs, il est nécessaire, lors d'un processus d'absosrption, de prévoir une circulation forcée à contre courant de la solution et de l'agent de refroidissement0 Cependant, les disposîtiis connus sous le nom de Qsiour d'absorption" ne remplissent pas cette condition0 Le film de ruissellement produit de chaque cdté par la solution et par l'eau de refroidissement, signifie une amenée à courants identiques des deux produits et une différence de température suffisante entre l'entrée et la sortie d'eau de refroidissement (largeur de bande de refroissement). Cest pourquoi ont été mis en oeuvre des absorbeurs en position cou- chée dans lesquels le contre-courant de solution et d'eau de refroidissement est obtenu de manière approchée par superposi- tion de plusiesurs unités, auquel cas 1 eau de refroidissement est dirigée à travers les tuyaux, l'intérieur de ceux-ci étant prévu facilement accessible pour leur nettoyage (voir Hütte II B. 28 pages 249 à 251). Grâce à la circulation à contre-courant des courants de produits liquides, la solution prend, à la fin du processus d'absorption (solution riche), une température suf- fisamment basse pour qu'elle convienne elle-meme, n mison de l'étalement de la température entre début et fin du processus d'absorption, comme moyen de refroidissement, lorsqu'elle a été amenée précédemment à une pression plus élevée, par exemple à la pression de désorption. La solution riche ne peut plus alors absorber que de la chaleur sensible, tandis que, pendant le processus d'absorption, de la chaleur latente est libérée (chaleur de condensation et chaleur d'absorption).De cette manière, seule une fraction de la chaleur libérée peut être récupérée par le "retour de la solution" (Revue de l'industrie du froid allemande, (1913), volume 20, pages 1 à 9, 114 à 119, 150 à 151, et volume 21 (1914) pages 7 à 11 et 21 à 24). Pour la réalisation d'un "retour de solution" en plusieurs étapes de ce genre, on connatt un absorbeur vertical en forme de colonne tubulaire, avec trois registres tubulaires en position superposée. Le registre de tuyaux inférieur est refroidi avec de 11 eau de refroidissement sur la surface enveloppe.Dans un registre de tuyaux médian, la solution riche est chauffée à courant parallèle à la direction d'écoulement du gaz, jusqu'à sa température d'ébullition (étape I du retour de solution) et, dans le registre de refroidissement supérieur, un courant partiel de la solution riche est échauffé, comme fluide de refroidissement, au-delà de sa température d'ébullition, de telle sorte que le fluide de travail (fluide de refroidissement) est déjà dégasé en partie avant d'atteindre le désorbeur (étape 2 du retour de solution) (brevet suisse 276 977). Cette réalisation présente une série dtinconvé- nients graves qui s'opposent à une utilisation pratique de l'invention, à savoir les quatre inconvénients suivants : 1.- Les vitesses d'écoulement du fluide de refroidissement dans le registre médian et le registre supérieur de refroidisse ment sont extremement faibles et, en conséquence, on est en présence de mauvaises conditions de transmission de chaleur. Dans le registre de refroidissement médian, (étape 1 du re tour de solution) la quantité de solution riche qui peut s'écouler comme moyen de refroidissement, est déterminée et ne peut pas être corrigée. Dans le registre inférieur, la quantité de fluide de refroidissement pourrait être augmen tée, mais on se heurte alors à l'inconvénient supplémentaire que la largeur de bande de refroidissement est encore plus étroite qt que la quantité d'eau de refroidissement devient alors énormément élevée, 2.- L'utilisation du volume d'enveloppe d'appareils à faisceau de tuyaux pour un refroidissement au moyen d'eau (registre de tuyaux inférieur) est pratiquement exclueen raison de l'encrassement inévitable et des difficultés de nettoyage en pratique. 3.- L'échauffement de la solution riche jusqu'à son point d'é ébullition dans la première étape de retour de solution (re gistre médian de tuyaux) suppose des températures initiales d'absorption très élevées. Mais il en résulte, d'autre part, des largeurs de dégazage très étroites (différence de con- centration entre solution riche et solution pauvre)0 Cela implique en pratique le renonvement à un échange de chaleur entre solution pauvre et solution riche0 4.- Par dégazage préalable du fluide de travail (fluide de re- froidissement) dans la deuxième étape de retour de solution, la concentration de la solution riche se trouve réduite ain- si que celle de la vapeur de fluide de travail qui est en équiligbre avec elle.Ainsi, le besoin en fluide de refroi dissement nécessaire pour la réalisation du retour de solu tion dans la colonne d'amplification du désorgbeur est aug menté et la pureté du fluide de travail est abaissée. Mais, du point de vue de la pureté du fluide de travail, il faut tendre vers un écoulement liquide sous-refroidi de la solu tion riche vers le désorbeur et vers une concentration maxi male de la solution riche assurant une grande largesur de dé gazage.Mais ces facteurs se trouvent contrariés avec l'ine tallation connus, avec des absorbeurs horizontaux qui, de la manière décrite, se composent de plusieurs éléments dis posés l'un au-dessus de l'autre, il serait naturellement possible, dans le domaine de hautes températures d'absorp tion (faible concentration de solution) c'est-à-dire dans l'absorbeur le plus haut, d'utiliser la solution riche comme fluide de refroidissement et d'appliquer ainsi le procédé de retour de solution (brevet DE 364 592, revue VDI volume 84 (1940) n0 3 pages 41 à Mais le fait de non réalisation pratique de cette possibilité se situe dans la diminution de la largeur de bande de refroidissement de l'eau de refroidissement, car Si en réalité une partie de la chaleur d9 absorption peut être récupérée par contre le niveau de température pour la partie d'absorbesur refroidie à l'eau est simultanément abaisse etS en conséquence, on ne peut pas obtenir une réduction de la consommation d'eau, La présente invention a pour but de permettre une récupération aussi grande que possible de la partie utilisa ble de la chaleur d'absorption libérée lors d'une absorption de produits gazeux ou en vapeur, dans des produits d'absorption liquides et d'abaisser, en mEme temps, le besoin en eau de refroidissement en rendant possible de grandes largeurs de bande de refroidissement de 11 eau de refroidissement. L'invention doit permettre ainsi d'éviter les inconvénients de l'état actuel de la technique, tels que la limitation de largeur du domaine de dégazage et une utilisation trop faible de la chaleur disponible. L'invention pose le problème technique de mise au point d'un procédé par lequel le principe connu de "retour de solution" pour la récupération de la chaleur d'absorption per etre appliqué sans limitation de la largeur de bande de refroidissement de leeau de refroidissement et sans influence défavorable sur la largeur de dégazage de la solution par déga- zage préalable du fluide de travail absorbé, extérieurement au désorbeur, avec une consommation minimale d'eau de refroidisse- ment. Dans ce but, le procédé de l'invention est caractérisé en ce que, en conservant le principe de refroidissement par ruissellement la solution pauvre, à enrichir avec un fluide de travail, est partagée en deux courants partiels qui traversent, parallèlement entre -eux, comme courant principal, un absorbeur, et, comme courant partit un absorbeur à courant partiel. La solution pauvre est alors enrichie dans les deux absorbeurs, d'une manière connue, avec le fluide de travail. Le courant partiel de solution riche qui sort de l'absorbeur partiel est mélangé à nouveau avec le courant principal avant le dernier absorbeur. La description ci-après se rapporte à un exemple de réalisation avec référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure I est une vue de l'installation pour l'application du procédé conforme à l'invention avec un absorbeur horizontal et un absorbeur partiel horizontal, - la figure 2 est une vue analogue à celle de la figure i, mais avec un absorbeur partiel vertical. D'après les figures 1 et 2, une solution pauvre 1, provenant d'un désorbeur non représenté, est tout d'abord refroidie dans un transmetteur de chaleur 10 et est ensuite partagée en deux courants partiels par une installation de séparation 7. Le courant principal de la solution pauvre est alors dirigé vers un absorbeur 3 tandis qu'un courant partiel de la solution pauvre 1 est amené dans un absorbeur à courant partiel 2 après abandon de chaleur absorbée par la solution riche 5. L'absorbeur 3 est constitué par exemple par quatre éléments ab sorbeurs horizontaux 3/1 à 3/4 (faisceau dabsorbeurs), tandis que l'absorbeur à courant partiel 2 se zen compose de trois éléments absorbeurs horizontaux 2/9 à 2/3 (faisceau d'absorbeurs par tiels), comme représenté dans la figure 1. OU bien par une unité d'abaorbaur verticale comme représenté dans la figure 20 Les courants partiels de solution pauvre qui sont smenés dans l'abssorbeur 3 et dans l'absorbeur partiel 2, ruissellent alors parallèlement l'un à l'autre dans les deux appareils, en s'incorporant un fluide de travail 6 qui est amené dans un écoulement par film du haut vers le bas0 La solution pauvre 1 a'enrichit alors de plus en plus d'étage en étage avec le fluide de travail introduit 6 is courant partiel de solution riche 5 qui sort du dernier élément d'absorbeur à courant partiel 2/3 ainsi que de l'absorbeur à courant partiel vertical 2, est réuni à nouveaux avant le dernier élément absorbeur 3/4 de labsorbeur 3, avec le courant principal de la solution enrichie0 Cette réunion des deux courants partiels de solution enrichie, avant l'élément absorbeur 3849 est effectuée en vue d'atteindre une concentra tion maximale possible de la solution riche 5 dans la partie inférieure (la plus froide) de l'absorbeur 3. Le courant total de solution riche 4 sort de l'abssorbeur 3, après l'élément absorbeur 3/4.Le refroidissement de l'abssorbeur 3 est réalisé par l'amenée d'eau de refroidissement froide à l'entrée d'eau de refroidissement 8, à contre-courant à travers les éléments absor- beurs 3/42 3/3, 3/2 et 3/1, avec écoulement de l'eau chauffée à la sortie d'eau de refroidissement 90 La solution riche 5 est amenée, par l'intermé- diaire d'un collecteur de solution 4 d'une pompe à solution 11, à une pression plus élevée et est introduite, comme fluide de refroidissement, dans l'absorbeur à courant partiel 2.Comme fluide de refroidissement, la solution riche 5 traverse alors à contre courant, les éléments d'absorbeur de courant partiel 2/3, 2/2 et 2/1, ou l'absorbeur à courant partiel vertical 2 de la figure 2, en s'incorporant la chaleur d'absorption, Après la sortie de l'abssorbeur à courant partiel 2 de la solution ri che 5 ayant servi de fluide de refroidissement, et de sa prise de chaleur supplémentaire dans le transmetteur de chaleur 10 la solution riche 5 peut être ramenée dans un désorbeur pour recommancer le cycle. L'absorbeur à courant partiel 2 peut, conformément à la figure 2, être constitué, comme appareil vertical, avec ruissellement de la solution pauvre à enrichir I dans ses tuyaux, parce que la solution circule en circuit fermé sans risque de pénétration de saleté, provenant de l'espace d'enveloppe, dans la solution riche 5 utilisée comme fluide de refroidissement dans cet absorbeur à courant partiel. R E V E N D I C A T I O N S 1- Procédé pour la récupération de chaleur et l'économie d'eau de refroidissement, lors de l'absorption de gaz ou de vapeurs facilement absorbables par un liquids, avec libération de chaleur d'absorption, avec utilisation régénéra trice d1'ine fraction aussi grande que possible de la chaleur d'absorption libérée, avec utilisation d'absorbeurs à ruissel lement, prodédé caractérisé en ce que la solution pauvre (1), enrichie avec un fluide de de travel (6), est partagée en deux courants partiels, qui traversent en parallèle un absorbeur (3) et un absorbeur à courant partiel (2), en s'enrichissant, de ma nière connue, avec le fluide de traqvail (6), le courant partiel de solution qui sort de l'absorbeur à courant partiel (2) étant méolangé à nouveau avec le courant principal avec une concentration plus élevée, et le courant total de la solution riche (5) étant amené ensuite à l'absorbeur à courant partiel (2) comme fluide de refroidissement, et trafversant celui-ci, les deux absorbeurs (3 et 2) fonctionnant à contre courant. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caracté risé en ce que le courant partiel de solution riche qui sort de l'absorbeur à courant partiel est mélangé avec le courant rincipal dans l'absorbeur (3) avant le dernier élément (3/4) de cet absorbeur.