Brevet FR2489944A1 — publié le 19820312

La présente invention concerne un procédé de récupération de la chaleur inutilisée qui est particulièrement efficace pour récupérer la perte calorifique dans l'eau de condenseur, le condensat et la vapeur instantanée des échangeurs de chaleur d'un procédé de distillation ou autre procédé de fabrication. Tout condensat provenant de rebouilleurs chauffés à la vapeur et toute eau chaude provenant des condenseurs refroidis par eau, qui seraient normalement déchargés dans des égouts, peuvent être recyclés au moyen du procédé de la présente invention pour récupérer la chaleur perdue qu'ils contiennent. Bien que l'on connaisse des systèmes de recyclage de la vapeur, comme par exemple, dans des moteurs à vapeur et autres procédés de récupération de la chaleur perdue, la présente invention fournit un procédé de récupération de la chaleur perdue à l'échelle industrielle qui offre une efficacité remarquable et une réduction des coûts et dans lequel on peut récupérer de façon économique de grandes quantités de la chaleur perdue ordinairement inutilisée et la transmettre à travers un site industriel pour retraitement. Les procédés chimiques utilisent-souvent de la vapeur sous pression pour aider à la mise en oeuvre de réactions, procédés et distillations. Souvent cette vapeur est produite dans une unité de production de vapeur qui est située loin du site du traitement chimique car elle peut avoir à répondre aux besoins d'une usine de fabrication entière. On peut pomper la vapeur sous pression ou l'eau chaude vers le site de traitement et l'y utiliser, mais généralement la vapeur détendue est déchargée en tant que déchet du procédé. Avec le système de récupération du condensat de la présente invention, les condensats provenant de rebouilleurs de distillation chimique et de condenseurs à eau chaude peuvent être recueillis alors qu'ils sont encore chauds et recyclés vers une unité de production de vapeur où ils peuvent devenir la source principale d'eau de chaudière en fonction des exigences de l'unité de production de vapeur. Si dans un procédé chimique, on fait passer de la vapeur sous pression dans un mélange réactionnel pour le mélanger intimement, l'agiter, le chauffer et le mettre sous pres sion, il est nécessaire de purifier l'eau d'alimentation de chaudière dans l'unité de production de vapeur avant de la convertir en vapeur. Par exemple, si la source d'eau d'ali mentation de chaudière est une rivière, son eau peut, pour un procédé chimique donné, contenir des quantités inaccepta bles d'air, de dioxyde de carbone ou de matière organique vivante ou morte.Puisque le procédé de la présente invention recycle une quantité notable du condensat chaud de la vapeur sous pression utilisée dans le procédé chimique, non seulement il y a une économie importante d'énergie, mais en plus on réduit fortement la nécessité d'une purification de grandes quantités d'eau d'alimentation de chaudière et les coûts as sociés. La mise en oeuvre de la présente invention offre des avantages importants en ce qui concerne les économies d'énergie. Le recyclage de la vapeur de la manière décrite par la présente invention réduit la consommation de carburant de l'unité de production de vapeur. De plus, non seulement on réduit la pollution thermique en termes de kg de vapeur relâ chiés par heure, mais également-on élimine l'endommagement des égouts où ordinairement on déchargerait cette vapeur. Enfin, on diminue notablement la charge de l'égout et d'alimentation en eau secondaire. La présente invention concerne donc un procédé de récupération de la chaleur perdue et plus particulièrement le recyclage du condensat chaud de la vapeur sous pression dans un procédé de distillation chimique (par exemple la distillation d'un méthylchlorosilane). Le condensat chaud de la vapeur sous pression provenant des échangeurs de chaleur ou des rebouilleurs d'un système de distillation est envoyé vers une cuve de vapo risation instantanée maintenue à une pression inférieure à celle du condensat. Ordinairement, on maintiendra la cuve à la pression atmosphérique. Lorsque le condensat de la vapeur sous pression pénètre dans la cuve de vaporisation instantanée non pressurisée, une partie du condensat a tendance à se convertir en vapeur.On peut condenser cette vapeur dans un condenseur instantané et on peut récupérer la chaleur qu'elle renferme en faisant passer de l'eau résiduaire dans le condenseur où elle sera intimement mélangée avec la vapeur de condensation et ainsi en conserver la valeur calorifique dans le mélange. On renvoie alors le mélange condensat-eau vers la cuve d'évaporation instantanée. Pour une plus grande efficacité, on peut utiliser l'eau chaude perdue obtenue des échangeurs de chaleur associés au procédé de fabrication ou de distillation. On peut utiliser des moyens de commande de niveau automatiques ou programmables pour maintenir le niveau dans la cuve d'évaporation instantanée afin de mieux satisfaire aux exigences du système de purification de l'eau de chaudière ou autre source d'alimentation en eau de chaudière. Bien que l'on puisse envoyer le mélange condensat-eau de la cuve d'évaporation instantanée dans la cuve de mélange au moyen d'un agencement à caisson sous pression ou caisson de purge, il est plus avantageux d'utiliser un système à pompe dans lequel le contenu de la cuve d'évaporation instantanée est soutiré et refoulé sous pression dans la cuve de mélange, qui peut se trouver loin de la cuve d'évaporation instantanée. Puisqu'un système d'alimentation en eau de chaudière est maintenu sous pression, l'utilisation d'un système à pompe dans la présente invention supprime le besoin de repressuriser le mélange condensat-eau lorsqu'il arrive à la cuve de mélange. Pour une plus grande efficacité, on peut recycler une partie du mélange condensat-eau résiduaire dans le condenseur instantané pour assurer un contact plus important et un meilleur mélange entre le condensat et 11 eau résiduaire. Si la quantité du mélange condensat-eau résiduaire dépasse les exigences du système de purification de l'eau de chaudière, on peut en décharger tout excès par une vanne de purge. D'un autre côté, si le système de recyclage du mélange condensat-eau résiduaire ne suffit pas pour répondre aux exigences du système de purification de l'eau de chaudière, on peut ajouter automatiquement grâce à des commandes sous pression programmables de l'eau d'appoint provenant d'une source secondaire telle qu'une rivière. La suite de la description se réfère au dessin annexé qui représente un diagramme d'un procédé de récupération de la chaleur perdue dans un système de recyclage de mélange condensat-eau résiduaire. Sur le dessin le rectangle 11 représente une source de condensat chaud de vapeur sous pression 12. Le condensat de la vapeur est envoyé par la conduite 13 à une cuve d'évaporation instantanée 14, située près de la source de condensat chaud de la vapeur sous pression et loin d'une unité à chaudière où ce condensat de vapeur sous pression sera recyclé. La cuve d'évaporation instantanée est maintenue à une pression inférieure à la pression du condensat de vapeur dans la conduite 13 et sera ordinairement maintenue à la pression atmosphérique et à la température ambiante. Lorsque le condensat chaud de la vapeur sous pression pénètre dans la cuve d'évaporation instantanée qui n'est pas sous pression, une partie du condensat a tendance à se convertir en vapeur. La vitesse de conversion est déterminée par la température d'équilibre du condensat et de la cuve ainsi que la pression du condensat. Cette vapeur est évacuée par la conduite 21 vers un condenseur instantané 22 qui recondense la vapeur évacuée. Ordinairement, environ O à 15 % du condensat chaud de la vapeur sous pression seront évacués vers le condenseur instantané. On peut récupérer la chaleur contenue dans la vapeur évacuée recondensée en faisant passer de l'eau résiduaire 24 dans le condenseur instantané où elle se mélangera intimement avec la vapeur recondensée et retombera dans la cuve d'évaporation instantanée 14. Le rectangle 23 du dessin représente les nombreuses sources d'eau résiduaire que l'on peut utiliser dans le présent procédé y compris l'eau chaude perdue d'un échangeur de chaleur d'un procédé de fabrication ou de distillation chimique. On peut utiliser n'importe quelle source d'eau 23, telle qu'une rivière ou de l'eau prépurifiée de chaudière, cependant, l'utilisation d'eau chaude résiduaire procure l'avantage d'accroître l'économie d'énergie de lten- semble du procédé. Après retour du mélange eau chaude résiduairecondensat dans la cuve d'évaporation instantanée 14, le contenu 15 de cette cuve sera un liquide chaud qui n'est pas sous pression. On envoie ce liquide chaud, non sous pression, dans la cuve 14 vers un système de purification d'eau de chaudière à partir d'un site lointain en aspirant le liquide dans une conduite 32 au moyen d'une pompe 33 qui refoule ce liquide dans une conduite 35 pour l'amener dans un système d'alimentation en eau de chaudière sous pression. On peut recycler une partie du mélange condensat chaud-eau dans la conduite 35 vers le condenseur instantané 22 par la conduite 34 pour améliorer le rendement du procédé en assurant un meilleur contact du liquide avec la vapeur évacuée recondensée. Le rectangle 41 dans le dessin représente un moyen pour régler le niveau maintenu dans la cuve d'évaporation instantanée. Une sonde ou tout autre indicateur de niveau approprié détectera le niveau maintenu dans la cuve d'évaporation instantanée et cette information sera acheminée par la ligne 37 au dispositif de commande 41, qui est efficace pour régler le débit de la vanne 36. L'écoulement réglé se poursuit dans la conduite 42 vers la conduite 43 et enfin dans la cuve de mélange 44. Le contenu 45 de la cuve de mélange 44 sert à satisfaire aux exigences 63 d'un système d'alimentation en eau de chaudière 62. En fonctionnement normal, 100 % des exigences du système sont satisfaits par le fonctionnement du système de recyclage du mélange condensat de vapeur-eau de la présente invention.Lorsqu'une quantité insuffisante de mélange condensat de vapeur-eau est recyclée dans la cuve de mélange 44 pour satisfaire aux exigences du système de chaudière, on peut ajouter par la conduite 54 puis la conduite 43 qui mène à la cuve de mélange 44, de l'eau d'appoint 56 provenant d'une source secondaire 55. On peut prévoir un moyen de réglage de la pression S1 qui détectera la quantité de liquide dans la cuve de mélange 44 et réglera automatiquement les différents débits. Par exemple, si le débit du mélange condensat-eau dans la conduite 42 excède la capacité de la cuve de mélange 44, on peut utiliser le moyen de réglage 51 pour décharger l'excès par la vanne 53.D'un autre côté, si le débit du mélange condensat-eau est insuffisant pour satisfaire aux exigences du système d'alimentation en eau de chaudière, la vanne 52 sera automatiquement ouverte pour permettre à une quantité supplémentaire d'eau provenant de la source d'eau secondaire d'etre dirigée vers la cuve de mélange 44. Le moyen de réglage de pression 51 est efficace pour contrôler le mélange condensat-eau résiduaire sous pression pour le traitement ultérieur dans un système de purification d'eau de chaudière lorsque de la vapeur purifiée est nécessaire au procédé de fabrication envisagé. Dans une réalisation de la présente invention la cuve d'évaporation instantanée avait 4,9 m de long, un dia 2 mètre de 1,67 m et une pression de calcul de 0,54 N/mm2 avec un vide complet à 135 C. Cette cuve a une capacité d'environ 12.000 litres. Le condenseur instantané était du type à contact direct et avait 5,5 m de haut, un diamètre intérieur de 1,2 m et une pression de calcul de 0,74 N/mm2 avec un vide complet à 135 C. Ce condenseur était équipé de six plateaux-tamis, dans lesquels les trois plateaux inférieurs avaient 772 trous, 2 chaque trou ayant 12,7 mm et un total représentant 0,26 m par plateau, et les trois plateaux supérieurs avaient 114 trous de 2 12,7 mm chaque et un total représentant 0,148 m chacun. La profondeur de liquide calculée du condenseur est de 127 mm pour un liquide de densité 1,0. La cuve de mélange avait 4,6 m de long, un diamètre extérieur de 1,83 m et une pression de calcul de 0,103 N/mm2 avec un vide complet à 135 C. La cuve de mélange avait une capacité de 17.200 litres environ. Le tuyau de transfert principal, qui est conçu pour acheminer le condensat à partir de la cuve d'évaporation instantanée, située loin de la cuve en mélange, est marqué et isolé et dans la présente réalisation avait environ 610 m de long. Le marquage sert à protég~r-contre le gel dans le cas d'un arrêt de maintenance pendant l'hiver. Un dispositif de commande de niveau maintient le niveau du liquide dans la cuve d'évaporation instantanée en faisant fonctionner une vanne de commande qui autorise le pompage sous pression du condensat depuis la cuve d'évaporation instantanée vers la cuve de mélange qui se trouve dans la zone de la chaudière.Au fur et à mesure que plus de condensat et d'eau s'accumulent dans la cuve d'évaporation instantanée, la commande de niveau 41 ouvrira la vanne pour accroître le débit et maintenir le niveau de liquide. Si l'accumulation dans la cuve s'abaisse, la commande de niveau 41 fermera la vanne 36 pour réduire le débit. Le svstème est conçu de sorte que toute l'eau allant vers le système de filtres de chaudière traverse la cuve de mélange et ainsi ordinairement 100 % des exigences du système de purification d'eau de chaudière peuvent être satisfaits par le condensat recyclé. Si l'on arrête le système de récupération du condensat, toute l'eau envoyée à la chaudière traverse encore la cuve de mélange et le régulateur de débit ajustable 52, comme le montre le dessin, peut être utilisé pour fournir suffisamment d'eau provenant d'une source secondaire, telle une rivière proche. Lorsque le système de récupération de condensat est arrêté pour maintenance,le condensat du rebouilleur peut être détourné vers un système de refroidissement pour égout. Un refroidisseur pour égout mélange le condensat avec de l'eau lorsqu'il est déchargé vers l'égout pour empêcher un endommagement des conduites d'égout et la vaporisation à cet endroit. Le tableau ci-dessous donne les gammes types pour des variables critiques du procédé ainsi que des valeurs types observées pour ces paramètres. Dans les notes faisant suite au tableau, les numéros font référence au dessin. Tableau 1 Variables Parties/heure I Température ( C) Pression (N/mm2) du procédé Type Gamme Type Gamme Type Gamme I 27 0-10O 200,5 100-296 (c) 0,92 0-1,03(c) I 27 O-lOt 2DO,5 100-296(c) 0,92 0-1,03(c) Il 56 0-100 49 0-100(c) 0,275 0 (c) III 4 0-15 102 100-185 0,103 0 (c) IV 8 0-100 92,5 0-176,5(b) 0,82 0 (c) V 83 0-100 92,5 0-176,5(b) 0,82 0 (c) VI 0 0-100 - - - - VII 17 0-100 10,0 Ambiante 0,52 plus grand que VIII VIII 100 0-100 L 92,5 0-157(b) 0,48 (a) Notes (a) limitée par les exigences en eau de la chaudière. (b) limitée par la pression à ce point. (c) pas de limite supérieure dans les possibilités de l'équi- pement. I. Condensat chaud de vapeur sous pression tel que mesuré à partir de la conduite 13. Il. Eau résiduaire chaude provenant d'un échangeur de cha leur telle que mesurée à partir de la source 23. III. Vapeur évacuée de la cuve d'évaporation instantanée telle que mesurée dans la conduite 21. IV. Mélange condensat-eau recyclé pour une plus grande effi cacité tel que mesuré dans la conduite 34. V. Mélange condensat-eau envoyé de la cuve d'évaporation instantanée à la cuve de mélange tel que mesuré dans la conduite 42. VI. Trop-plein de mélange condensat-eau dépassant la capa cité du système tel que mesuré à la vanne de commande 53. VII. Source secondaire d'eau telle que mesurée dans la conduite 54. VIII. Exigences du système de purification d'eau de chaudière. On notera qu'en fonctionnement normal, non seulement le procédé de la présente invention satisfait à 100 % aux exigences d'un système de purification d'eau de chaudière, mais également, le condensat recyclé a été déjà pré-purifié et seule l'eau résiduaire ajoutée doit être traitée. De plus, puisqu'à la fois le condensat de vapeur et l'eau résiduaire ajoutée ont déjà été chauffés, nettement moins de chaleur est nécessaire à l'unité de production de vapeur pour reconvertir le mélange condensat-eau en vapeur. En outre, on a trouvé qu'un peu plus d'environ O à 5 % de la valeur calorifique du mélange condensateau est perdue en dépit du fait que l'on peut acheminer le mé- lange à travers un site industriel entre la source de vapeur et la source du condensat de vapeur. REVENDICATIONS 1. Procédé de récupération de chaleur perdue, caractérisé en ce qu'il consiste à (a) envoyer du condensat chaud de vapeur sous pression à une cuve d'évaporation instantanée (14) maintenue à une pres sion inférieure à celle du condensat (b) évaporer instantanément ce condensat jusqu'à un point dé terminé par la température d'équilibre de cette cuve d'éva poration instantanée et la pression du condensat (c) évacuer toute vapeur détendue résultante de cette cuve d'évaporation instantanée vers un condenseur (22) ; (d) condenser cette vapeur détendue et mélanger simultanément cette vapeur détendue avec une quantité d'eau résiduaire et renvoyer un mélange condensat-eau à la cuve d'évapora tion instantanée ; et (e) pomper le contenu de cette cuve d'évaporation instantanée en excès par rapport à un niveau prédéterminé à partir d'un endroit éloigné vers une cuve de mélange (44) d'un système d'alimentation en eau de chaudière 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste également à régler le niveau de la cuve d'évaporation instantanée à un niveau prédéterminé. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste également à régler la pression de la cuve de mélange du système d'alimentation en eau de chaudière. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste aussi à ajouter à la cuve de mélange une quantité d'eau d'appoint efficace pour maintenir un niveau prédéterminé dans cette cuve et satisfaire aux exigences en eaux d'alimentation de chaudière du système d'alimentation en eau de chaudière. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le condensat chaud de vapeur sous pression est un produit perdu prépurifié d'un procédé de fabrication. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le procédé de fabrication est un procédé de distillation. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le procédé est un procédé de distillation d'un méthyl chlorosilane. 8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'eau résiduaire est l'eau résiduaire chaude obtenue à partir d'un échangeur de chaleur utilisé dans le procédé de fabrication. 9. Procédé de récupération. de chaleur perdue selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à (a) envoyer de 1 à 100 parties par heure d'un condensat chaud de vapeur sous pression ayant une température d'environ 2 100 à 2960C et une pression d'environ 0,00689N/mm2 à 1,03 N/mm2 à une cuve d'évaporation instantanée maintenue approximativement à la pression atmosphérique (b) évaporer instantanément ce condensat jusqu'à un point dé terminé par la température d'équilibre de cette cuve d'é vaporation instantanée et la pression de ce condensat (c) évacuer de 1 à 15 parties par heure de toute vapeur déten due résultante ayant une température d'environ 100 à 2960C vers un condenseur instantané (d) condenser cette vapeur détendue et mélanger simultanément cette vapeur détendue avec environ O à 100 parties d'eau résiduaire ayant une température d'environ 00C à 1000C et renvoyer un mélange condensat-eau à la cuve d'évaporation instantanée (e) recycler de O à 100 parties par heure de ce mélange condensat-eau ayant une température d'environ O0C à l76,50C vers le condenseur instantané ; et (f) pomper de 1 à 100 parties par heure de ce mélange condensat eau ayant une température d'environ 00C à 176,5 C vers une cuve de mélange d'eau de chaudière éloignée. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à fournir 1 à 100 parties par heure d'un mélange condensat-eau prépurifié et préchauffé ayant une température d'environ 00C à 1570C à un système de purification d'eau de chaudière.