Brevet FR2531418A1 — publié le 19840210

Procédé et appareil de distillation de saumure pour l'obten- tion d'eau douce. L'invention concerne un procédé et un appareil de distillation de saumure pour l'obtention d'eau douce. Un procédé de-distillation de saumure, telle que l'eau de mer, pour obtenir de l'eau douce avec une faible consommation d'énergie1 consiste à comprimer directement une vapeur engendrée par la saumure. Dans ce procédé de distillation, un moyen de diminuer davantage la consommation d'énergie consiste à améliorer le fonctionnement de l'évaporateur de saumure en maintenant l'équilibre thermique meme quand on fait fonctionner le compresseur de vapeur à un petit rapport de compression.Un autre moyen, qui fait l'objet de l'invention, est de réduire la quantité d'énergie nécessaire pour maintenir l'évaporateur à la température de fonctionnement (qui est supérieure à la température ambiante) Lorsqu'on économise de l'énergie en faisant fonctionner un compresseur de vapeur à un petit rapport de -com- pression, la quantité de chaleur résultant de la conversion de l'énergie motrice est par conséquent petite et donc, elle contribue peu à maintenir à une température supérieure prédéterminée (environ 720C dans l'invention) l'évaporateur auquel est amenée la saumure froide. Par conséquent, il faut une quantité supplémentaire d'énergie extérieure simplement pour maintenir l'évaporateur à une haute température.En conséquence, la consommation globale d'énergie devient grande si l'on ne réduit pas la quantité supplémentaire d'énergie. Dans le procédé classique de compression de vapeur, on tient compte du rendement thermique en utilisant un échangeur thermique pour transférer à l'eau brute ou à la saumure la chaleur de l'eau obtenue comme produit et/ou de la saumure concentrée épuisée. Toutefois, cela n'est pas suffisant en soi pour maintenir la saumure à une température d'évaporation assez élevée pour obtenir une évaporation efficace. Pour compenser ce manque de chaleur, on a essayé d'autres procédés dont l'un consiste à fournir de la vapeur d'eau engendrée extérieurement et un autre à utiliser la chaleur du gaz d'échappement mais le procédé le plus avantageux est d'utiliser un appareil de chauffage électrique. Toutefois, l'électricité peut engendrer seulement 3595 kJ/kWh de chaleur lorsqu'on l'utilise comme moyen de chauffage et c'est l'une des sources d'énergie les plus coûteuses. Un but général de l'invention est de fournir un procédé et une pompe de chaleur pour éliminer la chaleur retenue dans l'eau qui est le produit de sortie et/ou dans la saumure concentrée, puis de fournir la chaleur à un évaporateur ou à un appareil à distiller à compression de vapeur, de sorte que l'évaporation normale s'accomplit efficacement à une haute température avec-une consommation réduite d'énergie électrique en comparaison avec le cas du chauffage électrique direct. A titre d'exemple numérique, un évaporateur nécessite 50 327 kJ/h de chaleur pour effectuer l'évaporation à environ 700C. Si la chaleur était fournie par un appareil de chauffage électrique, la consommation équivalente d'énergie serait d'environ 14 kwh. Par contre, si la température est élevée de 140C à 730C par une pompe de chaleur de 5,5 kW, la quantité de chaleur sera d'environ 32 311 kJ/h selon les caractéristiques des pompes de chaleur que l'on trouve dans le commerce. Etant donné que l'équivalent en chaleur de 5,5 kW est de 19 771 kJ/h, la quantité de chaleur efficace pour le chauffage est de 32 311 + 19 771 = 52 082 kJ/h, ce qui approche de la quantité de chaleur disponible dans le cas de l'appareil de chauffage électrique ci-dessus.Il en résulte une consommation d'énergie nécessaire de 5,5 kWh au lieu de 14 kWh, de sorte que l'on obtient le même effet de chauffage avec environ 1/2,5 de l'énergie. Un mode d'exécution préférentiel de l'invention est représenté par la figure unique du dessin qui est un organigramme d'un système de distillation. Un appareil de distillation de saumure 1 du type à compression de vapeur comprend un évaporateur 2, un compresseur de vapeur 3 entraîné par moteur, un échangeur thermique 4 et une pompe de chaleur 5 servant à pomper de la chaleur de la saumure concentrée évacuée à l'eau d'alimentation entrante. La pompe de chaleur 5 comprend un compresseur 11 entraîné par moteur, un condenseur de fréon 10, une valve de détente 12 et un évaporateur de fréon 13, tous branchés dans un circuit fermé dans lequel on fait circuler un agent thermique tel que le fréon. De la saumure brute, qui peut être de l'eau souterraine, de l'eau-usée industrielle ou de l'eau de mer, a' une température d'environ 150C, est reçue par un tuyau 6 et se ramifie dans des faisceaux de tubes 7 et 8 de l'échangeur thermique-4 ou elle échange sa chaleur avec le condensat d'eau formé comme produit et avec la saumure concentrée. L'eau formée comme produit et l'eau concentrée se séparent dans l'échangeur 4 et la saumure brute est chauffée à environ 680C. Les branches 7 et 8 se rejoignent après l'échangeur thermique et la saumure brute arrive par un tuyau 9 au condenseur de fréon 10 de la pompe de chaleur 5. Dans l'évaporateur de fréon 13 de la pompe de chaleur, le fréon emprunte de la chaleur à la saumure concentrée qui est à une température d'environ 190C et arrive de l'échangeur thermique 4 au moyen d'une pompe 14 et d'un tuyau 15. La saumure concentrée se refroidit davantage dans l'évaporateur 13 et est évacuée par un tuyau 16. La vapeur de fréon à une température d'environ 140C est comprimée adiabatiquement par le compresseur 11 et ainsi chauffée à environ 730C. Le fréon afflue alors au condenseur de fréon 10 où il est en relation d'échange thermique avec la saumure. Le fréon se condense et cède la chaleur de condensation à la saumure qui est chauffée d'environ 680C à environ 7 1 o C o Ainsi, la saumure d'alimentation est préchauffée une première fois par récupération de chaleur perdue de l'eau qui quitte l'appareil à distiller, dans l'échangeur thermique 4, puis elle est chauffée une deuxième fois par la chaleur de condensation du fréon dans le condenseur 10. La saumure arrive alors par un tuyau 17 à un plateau 18 à l'intérieur de l'évaporateur 2 et du plateau 18, elle est pulvérisée uniformément sur les tubes horizontaux de transfert de chaleur 19. La vapeur d'eau venant de l'espace situé au-dessus des tubes 19 est à une température d'environ 73,5 C et elle est comprimée par le compresseur de vapeur 3 puis introduite dans les tubes 19. La vapeur d'eau est engendrée sur les surfaces extérieures des tubes 19 et la vapeur afflue par un tuyau 20 au compresseur 3. La saumure non vaporisée ou concentrée se rassemble au fond 21 de l'évaporateur 2 et arrive par un tuyau 22, à une température d1 environ 720C, aux tubes 8 de l'échangeur thermique 4 où elle chauffe la saumure brute. Dans les tubes de transfert de chaleur 19, la vapeur d'eau comprimée se condense. Le condensat s'écoule des tubes 19 dans une cuvette à condensat 23, passe par un tuyau 24 et est introduit à une température d'environ 73,5 C dans les tubes 7 de l'échangeur thermique 4 où il chauffe la saumure brute. Là, il se refroidit à environ 190C avant d'être évacué par une pompe 25 et un tuyau 26. Une partie supérieure de la cuvette à condensat 23 communique avec un extracteur de gaz 27 qui laisse échapper le gaz non condensable dans l'atmosphère. Il est entendu que la chaleur de condensation du milieu thermique du condenseur 10, qui constitue en fait un apport supplémentaire de chaleur à l'évaporateur 2, pourrait aussi etre ajoutée à la saumure concentrée ou au condensat, à un endroit approprié de l'évaporateur 2, au lieu d'être ajoutée à la saumure brute dans le condenseur 10. Dans chacun de ces cas, il y a addition de chaleur à l'évaporateur 2. La récupération de chaleur par lÇévaporateur 13 pourrait aussi être tirée du condensat du tuyau 26 au lieu d'être tirée de la saumure concentrée, comme l'indiquent les tiretés 28. Selon l'invention, on combine un appareil de distillation de saumure du type à compression de vapeur et une pompe de chaleur, de sorte que la chaleur de condensation du milieu thermique comprimé est ajoutée à l'appareil à distiller pour élever la température d'évaporation de la saumure. Cela assure le chauffage voulu avec une consommation d'énergie électrique environ 2,5 fois moindre que celle qui est nécessaire dans un système classique comprenant un appareil de chauffage électrique à cet effet. Ainsi, dans un système de distillation selon l'invention, on peut effectuer l'évaporation efficacement en fournissant seulement une petite quantité d'énergie électrique. Le système convient à l'obtention d'eau douce et/ou d'eau concentrée sans nécessiter de chaudière, etc. REVENDICATIONS 1. Procédé de-distillation de saumure pour l'obtention d'eau avec utilisation d'un appareil à distiller qui reçoit de la saumure d'alimentation, engendre de la vapeur en partant de la saumure, comprime la vapeur, condense la vapeur et évacue de la saumure concentrée et de l'eau constituant le produit, caractérisé par le fait que l'on utilise une pompe de chaleur (5) pour emprunter de la chaleur à la sortie de l'appareil et que l'on fournit cette chaleur à l'appareil (1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on ajoute la chaleur à la saumure d'alimentation entrant dans l'appareil. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on emprunte la chaleur à la saumure concentrée évacuée. 4. Appareil pour la distillation d'une saumure pour l'obtention d'eau#douce, utilisant un appareil à distiller (1) qui engendre de la vapeur en partant de la saumure et un compresseur de vapeur (3), la vapeur étant comprimée puis condensée dans l'appareil à distiller (1) par échange de chaleur avec la saumure d'alimentation, l'appareil à distiller recevant de la saumure d'alimentation et évacuant de l'eau formée comme produit et de la saumure concentrée, appareil caractérisé par le fait qu'il comprend une pompe de chaleur (5) comprenant un évaporateur (13) et un condenseur (10), l'évaporateur étant conçu pour être relié à l'appareil à distiller (1) de manière à emprunter de la chaleur aux liquides évacués et le condenseur étant relié à l'appareil à distiller pour ajouter à celui-ci cette chaleur empruntée. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un échangeur thermique (4) conçu pour être branché entre l'appareil à distiller (1) et l'évaporateur (13) et recevoir les liquides évacués et transférer de la chaleur à 11 évaporateur, l'échangeur thermique (4) étant aussi relié au condenseur (10) et préchauffant la saumure d'alimentation.