Brevet FR2526005A1 — publié le 19831104

L'invention se rapporte à une unité de récupération d'ammoniac et de chaleur à haut rendement dans les installations de traitement utilisant l'ammoniac comme agent actif. Le traitement en continu par l'ammoniac sur divers produits dès leur fabrication se pratique fréquemment. Outre ses propriétés de nettoyant, il permet de conférer au produit traité une meilleure présentation, notamment en tenue, et une plus grande résistance. Une application particulière concerne le domaine du textile. Pour améliorer leur qualité, les tissus, cotons et autres articles textiles subissent dès leur fabrication un traitement à l'ammoniac en continu. La consommation moyenne d'une installation de traitement à l'ammoniac varie selon le type et la vitesse de défilement entre 1 et 2 kg d'ammoniac par kilo de produit traité qu'il faut transformer ou éliminer. En effet, les réglementations actuelles ne permettent pas de rejeter à l'atmosphère les résidus de traitement à forte teneur en ammoniac gazeux. Pour cette raison, on a cherché à éliminer ou à utiliser l'ammoniac sous sa forme liquide ou gazeuse. Le plus commode et le moins coûteux des procédés consiste à éliminer la phase gazeuse par combustion. Par les autres procédés antérieurs on transforme l'ammoniaque en un produit utilisable dans un autre domaine, par exemple en engrais pour des besoins agricoles. Ainsi, une technique couramment utilisée consiste à neutraliser l'ammoniac à l'acide, mais celle-ci conduit à des installations complexes de coût important en matériel et en produits utilisés. En raison du coût de l'ammoniac et de son aspect polluant, il est apparu intéressant de le récupérer en vue de sa réutilisation en boucle fermée. Il n'existe actuellement que des installations fort complexes comprenant de nombreux échangeurs, des boucles de recyclage où le gaz est entraîné en recyclages multiples pour son lavage et sa désurchauffe. Ce type d'installation permet de récupérer une quantité suffisante d'ammoniac pour justifier sa rentaibi- lité à long terme. Toutefois, le coût important de l'installation et la forte consommation énergétique augmentent de façon Importante le prix du produit truité et constituent un handicap financier pour les entreprises. L'invention, tout en gardant un rendement de récupération excellerlt, ctest-à-dire un fonctionnement en simple apport destiné à compenser les pertes, permet de réduire notablement la consommation énergétique, le coût et la taille des installations et appareils. Les premières prévisions de coût d'exploitation laissent espérer une économie de 50 % en énergie consommée. La réduction corrélative en dimensions des installations diminue l'investissement et, par conséquent, les charges financières de l'entreprise. A cet effet, l'invention se rapporte à une unité de récupération à haut rendement remarquable en ce qu'elle comprend d'une part une ligne de récupération primaire formée d'une batterie de première condensation, d'un refroidisseur, d'un groupe de compression à refroidisseur intermédiaire, d'un ensemble de récupération thermique, d'un absorbeur désaérateur, ligne aboutissant à l'étage supérieur d'une colonne de distillation dont la sortie est reliée au ballon basse pression du circuit de réinject ion primaire, unité caractérisée d'autre part par une boucle de récupération secondaire reliée à l'étage intermédiaire de la colonne de distillation en vue du recyclage par le ballon basse pression et par un échangeur terminal constituant la sortie secondaire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur le schéma de base et une variante simplifiée de I ' i nvent i on, en référence au dessin accompagnant dans lequel La figure 1 est le schéma général de l'unité de récupération selon l'invention. La figure 2 est le schéma général d'une variante simplifiée de l'unité de récupération selon l'invention. Le but général de l'invention consiste à séparer l'ammoniac gazeux des autres composantes contenues dans le mélange récupéré et à pouvoir recycler l'ammoniac liquide et la vapeur d'eau à la température d'utilisation. Le mélange est collecté après traitement à deux niveaux correspondant aux deux entrées de l'unité de récupération. Il présente, de façon générale, trois composantes en phase liquide ou gazeuse selon des proportions constantes dans le temps. Ces proportions diffèrent selon les niveaux. Une première collecte est effectuée à un niveau 1 correspondant à l'entrée 1 où l'ammoniac se trouve en fortes proportions dans le mélange alors que les quantités de vapeur d'eau et d'air sont faibles. Une collecte complémentaire à un niveau 2 correspondant à l'entrée 2 véhicule jusqu'à l'unité de récupération un mélange des trois composantes ci-dessus où l'ammoniac et la vapeur d'eau sont proches de leur équilibre de phase vapeur en quantités à peu près égales. L'unité de récupération selon l'invention se compose d'une ligne de récupération primaire 3 comprenant à partir de l'entrée du niveau 1 une batterie 4 de première condensation, un refroidisseur-condenseur 5, un groupe compresseur 6 à refroidisseur intermédiaire 7, un ensemble de récupération 8 et un condenseur-désaérateur 9 comportant en partie supérieure une purge d'air 10 et en partie inférieure une sortie d'ammoniac pur par une liaison 11 vers le refroidisseur intermédiaire 7 pour une détente partielle d'où il est repris par un circuit 12 pour être utilisé comme fluide de refroidissement dans le condenseur 5 et dirigé vers l'étage supérieur 12 d'une colonne de distillation 14.La sortie en tête de colonne de cette dernière est reliée au ballon basse pression 15 constituant le réservoir à ammoniac liquide de l'unité de récupération avant sa réutilisation par 16 à travers une pompe de circulation 17. L'unité de récupération selon l'invention comprend également un étage de récupération secondaire 18 à partir du deuxième niveau ou entrée 2 de récupération. Cette chaîne est constituée d'un absorbeurdésaérateur 19 refroidi par un circuit d'eau 20 mais aussi par une rampe supérieure de ruissellement 21 par recyclage à travers une pompe 22 des condensats binaires accumulés en partie basse 23. La zone inférieure est alimentée également en condensats b I binaires d partir des sorties basses des deux condensateurs 4 et 3 par la liaison 24. L'absorbeur désaérateus 19 possède une vanne Je détente 'n et une extraction mécanique 26 en partie supérieure avec rejet de l'air à Itdtmosphère. Le mélange sortant de l'absorbeur-désaérateur 19 passe par l'échangeur 27 de l'ensemble récupérateur où il est réchauffé pour être pulvérisé par une rampe 28 en étage intermédiaire de la colonne de distillation 14. Cette colonne est maintenue en température en phase transitoire de démarrage par un circuit 29 de chauf fagne à la vapeur régulé par une vanne thermostatique 30, pilotée par la température de sortie des condensats binaires. Ceux-c i traversent l'ensemble de récupération thermique 8 pour y subir un début de vaporisation dans l-'échan- geur 31 et une vaporisation complète dans l'échangeur terminal 32 régulé par une vanne thermostatique 33 avant leur réutilisation sous la forme vapeur par la sortie secondaire. On examinera ci-après plus précisément la ligne 3 de récupération primaire. A partir du niveau 1, le mélange riche en ammoniac traverse la batterie de première condensation 4. Cette première opération permet simplement de désurchauffer les gaz arrivant du niveau 1. Les condensats binaires sont collectés par le circuit 24 pour alimenter la partie basse de l'absorbeur-désaérateur 19. Le mélange traverse ensuite le condenseur 5. Le refroidissement est provoqué par pulvérisation d'ammoniac en provenance du refroidisseur intermédiaire 7 à l'aide de la rampe 34 dont le débit est régulé par la vanne thermostatique 35. Les condensats comprenant un faible pourcentage d'ammoniac liquide s'accumulent en partie basse et sont évacués par le circuit 24 vers l'absorbeur-désaérateur 19. Le mélange gazeux s'échappe en partie supérieure et est véhiculé par la liaison 37 jusqu'au groupe de compression 6 où il subit une première compression dans le premier étage 38, traverse le refroidisseur intermédiaire 7 pour subir une deuxième compression dans le second étage 39. Le groupe de compression 6 comporte dans cette forme de réalisation un compresseur à pistons secs ou lubrifiés, qui permet de monter plus haut la température du fluide au refoulement. Un circuit de dérivation 40 commandé par une vanne thermostatique 41, elle-même pilotée à partir de la température de sortie des gaz, permet de régler la température des gaz comprimés afin d'assurer une récupération énergétique intéressante de la surchauffe des gaz après décompression. Le refroidisseur intermédiaire 7 est relié classiquement en partie basse au ballon 15, au circuit de production d'ammoniac liquide pur provenant du condenseur 9. Il alimente d'une part le condenseur 5 par la liaison 12 et l'étage supérieur 13 de la colonne de distillation 14 par la liaison 42 régulée par la vanne 43. La sortie haute communique avec le ballon basse pression par la liaison 44 équipée d'un régulateur automatique 45 de pression. Les gaz comprimés sortant du groupe de compression 6 traversent l'ensemble récupérateur 8 formé des deux échangeurs 27 et 31 dans lesquels leur température chute notablement pour arriver à une valeur égale à environ le tiers de la température d'entrée. La récupération thermique de la désurchauffe des gaz après compression est utilisée d'une part pour chauffer les condensats binaires sortant de l'absorbeurdésaérateur 19 avant leur entrée en étage intermédiaire dans la colonne de distillation 14 et, d'autre part, pour réaliser avant utilisation un début de vaporisation complétée dans l'échangeur 32. Les gaz comprimés traversent le condenseur désaérateur 9 où ils perdent en totalité la quantité d'air qu'ils transportent. Celle-ci est évacuée à l'atmosphère par la purge 10 à travers l'absorbeur désaérateur 19. Une variante simplifiée de l'unité de récupération selon l'invention est représentée en figure 2. Cette variante ne comporte pas simultanément les deux échangeurs 27 et 31. Elle s'utilise dans le cas où le compresseur 6 ne serait pas du type à pistons secs ou lubrifiés, mais à vis. En effet, on sait que dans ce type de compresseur la température des gaz comprimés au refoulement est limitée vers le haut. Dans ce cas, la récupération dans l'échangeur 31 n'apporterait rien. Par contre, celle réalisée dans l'échangeur 27 peut être envisagée. De ce fait, cet échangeur est représenté en pointillés comme une réalisation possible. On examinera ci-après à titre d'information complémentaire le trajet des mélanges à partir des entrées 1 et 2 jusqu'aux sorties d'utilisation en ammoniac liquide pur et en mélange vapeur d'eau avec faible pourcentage d'ammoniac. Le but de l'invention consiste à séparer, dans le mélange admis, l'ammoniac des impuretés, essentiellement la vapeur d'eau et l'air, et à pouvoir recycler l'ammoniac liquide pur et de la vapeur d'eau à la température d'utilisation. On débarrasse le mélange admis en 1 de sa vapeur d'eau en procédant successivement à deux condensations, tout d'abord dans la batterie de première condensation 4 et ensuite dans le condenseur 5. Les condensats binaires recueillis en partie inférieure comprennent en équilibre liquide de l'ammoniac et de l'eau. Ils sont dirigés vers l'absorbeur-désaérateur par la liaison 24. Le mélange gazeux d'ammoniac et d'air est transporté jusqu'au groupe de compression où il subit avec la fraction gazeuse prélevée dans le ballon 15 une compression en deux étages avec passage, si nécessaire, dans le refroidisseur intermédiaire. Les gaz comprimés à haute température traversent les échangeurs 31 et 27 et ressortent à une température notablement plus basse, de l'ordre d'un tiers de leur température d'entrée. Ils sont admis ensuite dans le condenseur-désaérateur 9 d'où ils ressortent sous forme d'ammoniac pur en phase liquide et alimentent le collecteur inférieur du refroidisseur intermédiaire 7. Le trajet de l'ammoniac se poursuit ensuite vers la colonne de distillation 14 pour alimenter le ballon basse pression 15. Dans l'étage de récupération secondaire, le mélange vapeur et air est désaéré dans l'absorbeur - désaérateur 19 où il se débarrasse de l'air. Les condensats binai res recueillis en partie basse sont acheminés vers la colonne de distillation 14 après vaporisation dans l'échangeur 27. Les condensats accumulés en base de colonne sont vaporisés en deux étages dans les échangeurs 31 et 32 avant leur utilisation sur le produit en poste de traitement. Dans la variante simplifiée, l'énergie de désurchauffe des gaz comprimés est insuffisante pour vaporiser les condensats de la colonne de distillation. On peut envisager, néanmoins, l'utilisation du deuxième échangeur. L'invention telle que décrite ci-dessus est susceptible de midificat ions simples, variantes directes, substitutions par des moyens, matières et éléments équivalents et autres changements sans apport inventif, tout en restant dans le cadre de la présente protection. REVENDICATIONS 1. Unité de récupération d'ammoniac à haut r#ndem#nt de récupération et à faible consommation énergétique caractér i sée en ce qu'elle comprend d'une part une ligne de récupération primaire (3) formée en série d'une batterie ae ptemi ère condensation (4), d'un condenseur (5), d'un groupe de compression (6) à refroidissement intermédiaire t7), d'un ensemble de récupération thermique (8) et d'un condenseur-désaérateur (9), ligne aboutissant à travers le refroidisseur intermédiaire (7) à l'étage supérieur d'une colonne de distillation (14) dont la sortie est reliée au ballon basse pression (15) du circuit de réinjection, unité caractérisée d'autre part par un étage de récupération secondaire relié à l'étage intermédiaire de la colonne de distillation (14)en vue du recyclage de l'ammoniac liquide par le ballon basse pression (15) et d'un mélange vapeur, eau et ammoniac par un échangeur terminal (32). 2. Unité selon la revendication t caractérisée en ce que l'étage de récupération secondaire comprend tout d'abord un absorbeur-désaérateur (19) à refroidissement par l'eau (20) et à extraction mécanique (26) de l'air en partie supérieure et à recyclage des condensats par boucle extérieure, ensuite un échangeur (27) de l'ensemble de récupération thermique (8) aboutissant à l'étage intermédiaire de la colonne de distillation (14) dont les condensats sont vaporisés en deux étages. 3. Unité selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que les condensats de la colonne de distillation traversent le deuxième échangeur (31) de l'ensemble de récupération thermique où ils subissent un début de vaporisation pour subir une vaporisation complète dans l'échangeur terminal (32). 4. Unité selon les revendications l et 2 caractérisée en ce que les condensats de la batterie de première condensation (4) et du condenseur (5) sont amemés à la partie inférieure de l'absorbeur-désaérateur (19). 5. Unité selon la revendication 1 caractérisée en ce que la sortie du condenseur-désaérateur (9) est reliée à la partie inférieure du refroidisseur intermédiaire (7) qui alimente en ammoniac réfrigéré le condenseur (5) et la partie supérieure de la colonne de distillation (14).