Brevet FR2878294A1 — publié le 20060526

La présente invention est relative à un compresseur et à un appareil de séparation d'un mélange gazeux comprenant un tel compresseur. Certains marchés actuels, en particulier pour la conversion du gaz naturel, nécessitent de gros besoins en oxygène et ont pour caractéristique de disposer d'une énergie abondante et bon marché. Les économies de ces projets poussent donc vers des tailles d'unités de séparation d'air croissantes. Le système de compression d'air des appareils de séparation d'air va donc également à la hausse et on se heurte aux problèmes de taille de compresseurs d'air. Le mode de compression classique utilise une réfrigération du gaz avec au moins un réfrigérant inter étage. Pour les grosses tailles d'appareils, le réfrigérant intermédiaire devient très encombrant et coûteux. Selon un objet de l'invention, il est prévu un compresseur comprenant: au moins deux étages de compression, - au moins un appareil de refroidissement par contact direct avec de l'eau, - des moyens pour envoyer de l'eau à l'appareil de refroidissement, - des moyens pour amener un débit de gaz comprimé de la sortie d'un premier étage de compression à l'appareil de refroidissement pour produire du gaz refroidi et - des moyens pour envoyer le gaz refroidi mélangé avec de l'eau vaporisée à l'entrée d'un étage de compression en aval du premier étage de compression. Selon d'autres aspects facultatifs, le compresseur comprend: - des moyens pour varier le débit d'eau envoyé à l'appareil de refroidissement; - des moyens pour refroidir l'eau destinée à l'appareil de refroidissement; - au moins trois étages et au moins deux appareils de refroidissement par contact direct avec l'eau comprenant des moyens pour envoyer de l'eau non-vaporisée dans le premier appareil de refroidissement au deuxième appareil de refroidissement, le deuxième appareil étant connecté en aval du premier appareil de refroidissement; - un appareil de refroidissement à contact direct avec l'eau en amont du premier étage de compression, des moyens pour envoyer de l'air à l'appareil de refroidissement et ensuite, mélangé avec de l'eau vaporisée, au premier étage de compression et des moyens pour envoyer de l'eau à l'appareil de refroidissement. - l'appareil de refroidissement comprend un jeu de buses pour diriger l'eau sur l'air à refroidir; - l'appareil de refroidissement comprend des moyens pour créer un film d'eau en contact avec le gaz à refroidir. - l'appareil de refroidissement est connecté pour refroidir le mélange d'air comprimé et d'eau vaporisée comprimé dans un dernier étage de compression de sorte que l'eau vaporisée s'y condense et des moyens pour séparer l'eau condensée de l'air. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'un mélange gazeux comprend un compresseur, des moyens pour refroidir et épurer le mélange gazeux, un système de colonnes et des moyens pour soutirer des fluides enrichis en un composant du mélange gazeux du système de colonnes. En particulier cet appareil est un appareil de séparation d'air ou un appareil de séparation d'un mélange gazeux ayant comme composants principaux le méthane et/ou l'hydrogène et/ou le monoxyde de carbone. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures 1 et 2 qui montrent deux variantes de compresseurs selon l'invention. La Figure 1 illustre un compresseur d'air qui alimente une unité de séparation d'air (non-illustré). Ce compresseur comprime l'air en au moins deux étages 1, 2. Une chambre de vaporisation d'eau 3 est disposée entre au moins deux des étages de compression. L'eau 4 est injectée sous pression par un jeu de buses dans la chambre 3dans laquelle circule le flot d'air comprimé 5. L'eau se vaporise par contact direct avec l'air chaud 5 et la température du mélange résultant 7 est très inférieure à la température de l'air 5 sortant du premier étage de compression. Ce système remplace le réfrigérant tubulaire classiquement utilisé entre les étages de compression. Le deuxième étage de compression 2 comprime le mélange 7 d'eau vaporisée et d'air comprimé dans le premier étage 1 pour produire un débit final 8. L'eau injectée contenue dans le débit final 8 comprimé dans l'étage 2 est condensée en aval du compresseur à la sortie de l'étage 2, dans un système de réfrigération final 9. Ce système de réfrigérant final 9 est un appareil de refroidissement classique utilisant un échange de chaleur indirect avec un débit d'eau. Une partie de cette eau 13 condensée dans le réfrigérant indirect est recyclée pour être injectée, avec ou sans refroidissement supplémentaire, dans la chambre de vaporisation inter étages 3 par la vanne 25. L'air 15 refroidi dans le réfrigérant final et séparé de l'eau condensée est ensuite envoyé un appareil d'épuration pour le sécher et enlever des impuretés, refroidi et envoyé à -des colonnes de distillation cryogénique. Eventuellement l'air destiné au premier étage de compression 1 peut être refroidi dans un appareil de refroidissement 11 par échange de chaleur direct avec l'eau 17 provenant un réfrigérant final 9. Le compresseur illustré peut être un compresseur d'air, un surpresseur d'air, un compresseur d'oxygène ou un compresseur d'azote associé à un appareil de séparation d'air, par exemple par distillation cryogénique. La figure 2 montre une variante du compresseur dans lequel le mélange d'eau et d'air 8 provenant du deuxième et dernier étage 2 du compresseur est refroidi dans une tour de réfrigération 19 par contact direct entre le gaz et un débit d'eau 21. De l'eau 13 provenant de la tour à contact direct 19 est recyclée à la chambre de vaporisation 3 et éventuellement à l'appareil de réfrigération 11. Un débit d'eau 23 est recyclé à la tour de réfrigération 19. Les éléments communs à la figure 1 ont les mêmes références dans les deux figures et n'ont pas été décrits dans le détail. Revendications 1 Compresseur comprenant au moins deux étages de compression (1,2) , au moins un appareil de refroidissement (3) par contact direct avec de l'eau, des moyens pour envoyer de l'eau (4) à l'appareil de refroidissement, des moyens pour amener un débit de gaz comprimé (5) de la sortie d'un premier étage de compression (1) à l'appareil de refroidissement pour produire du gaz refroidi et des moyens pour envoyer le gaz refroidi mélangé avec de l'eau vaporisée (7) à l'entrée d'un étage de compression (2) en aval du premier étage de compression. 2. Compresseur selon la revendication 1 comprenant des moyens (25) pour varier le débit d'eau envoyé à l'appareil de refroidissement. 3. Compresseur selon la revendication 1 ou 2 comprenant des moyens pour refroidir l'eau destinée à l'appareil de refroidissement. 4. Compresseur selon l'une des revendications précédentes comprenant au moins trois étages et au moins deux appareils de refroidissement par contact direct avec l'eau comprenant des moyens pour envoyer de l'eau nonvaporisée dans le premier appareil de refroidissement au deuxième appareil de refroidissement, le deuxième appareil étant connecté en aval du premier appareil de refroidissement. 5. Compresseur selon l'une des revendications précédentes comprenant un appareil de refroidissement (11) à contact direct avec l'eau en amont du premier étage de compression (1), des moyens pôur envoyer de l'air à l'appareil de refroidissement et ensuite, mélangé avec de l'eau vaporisée, au premier étage de compression et des moyens pour envoyer de l'eau (17) à l'appareil de refroidissement. 6. Compresseur selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'appareil de refroidissement (3) comprend un jeu de buses pour diriger l'eau sur l'air à refroidir. 7. Compresseur selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'appareil de refroidissement (3) comprend des moyens pour créer un film d'eau en contact avec le gaz à refroidir. 8. Compresseur selon l'une des revendications précédentes comprenant un appareil de refroidissement (9,19) connecté pour refroidir le mélange (8) d'air comprimé et d'eau vaporisée comprimé dans un dernier étage de compression (2) de sorte que l'eau vaporisée s'y condense et des moyens pour séparer l'eau condensée de l'air. 9. Appareil de séparation d'un mélange gazeux comprenant un compresseur selon l'une des revendications précédentes, des moyens pour refroidir et épurer le mélange gazeux, un système de colonnes et des moyens pour soutirer des fluides enrichis en un composant du mélange gazeux du système de colonnes. 10. Appareil de séparation d'air selon la revendication 9.