Brevet FR2926227A1 — publié le 20090717

-1 ù L'invention est relative à un procédé de séparation par stripage (évaporation d'un mélange liquide ou séchage d'un solide) pouvant être développé à des fins domestiques et pour l'industrie. Elle propose de réaliser l'opération de séparation de manière économique d'un point de vue énergétique et avec une consommation de gaz de stripage réduite. Ce procédé peut être appliqué dans le domaine pétrolier, chimique ou pharmaceutique à la séparation (ou concentration) de mélanges liquides ou encore dans le domaine agro-alimentaire au séchage d'aliments, du bois, du textile... Le stripage est une opération de séparation qui fait appel à un Gaz pour baisser la pression partielle du composé que l'on souhaite séparer du mélange (liquide ou solide). Le Gaz est introduit dans une chambre dans laquelle se trouve le mélange à séparer ou à sécher, il est mis en contact avec le mélange, sa présence réduit la pression partielle du composé à séparer lequel passe alors partiellement dans la phase gazeuse de façon à ce que sa pression partielle remonte jusqu'à sa tension de vapeur (équilibre thermodynamique). Le composé a ainsi été séparé du mélange, la phase gazeuse constituée du Gaz et du (ou des) composé(s) évaporé(s) est ensuite extrait de la chambre. L'opération répétée permet d'atteinte le niveau de séparation désiré. Ce procédé est en général utilisé à défaut de pouvoir séparer par apport calorique (produit thermosensible) ou parce que la quantité de composé à extraire est trop faible pour justifier le chauffage du mélange. Dans certaines applications mettant en oeuvre des quantités importantes de composés à séparer, ce procédé présente l'inconvénient d'être onéreux car consommateur dudit Gaz et/ou d'énergie. Un compromis est recherché entre la consommation d'énergie et celle du Gaz de stripage. Une récupération énergétique est fréquemment effectuée sur le Gaz (chargé en composé) à la sortie de la chambre, en particulier lorsque le Gaz est de la vapeur d'eau. Compte tenu du renchérissement du coût de l'énergie et des matières premières, les procédés de 25 stripage présentent des enjeux d'économies. L'objet de l'invention est donc de suggérer un procédé qui permette une consommation de Gaz très réduite par rapport à l'art actuel tout en étant économe en énergie. 30 La Figure 1 représente le principe de mise en oeuvre du procédé de l'invention à partir de laquelle un Homme de l'Art est capable de concevoir des réalisations. Le procédé consiste à recycler le Gaz de façon à pouvoir l'utiliser sans limitation économique et créer une atmosphère dans l'enceinte de séparation qui soit à la fois favorable à l'évaporation des 35 composés que l'on souhaite séparer et à la récupération de l'énergie contenue dans le Gaz + les vapeurs des composés. -2 ù Ainsi le procédé selon l'invention comporte une chambre dans laquelle est réalisée la séparation (par évaporation, stripage) d'un mélange liquide ou la séparation d'un mélange liquide/solide. Un Gaz (de l'air, de l'azote par exemple) pénètre dans la chambre et se charge du ou des composés à séparer. Ce mélange vapeur (Gaz + composés) est comprimé puis condensé. Un séparateur liquide/vapeur récupère la phase (condensée) liquide alors que la phase vapeur est renvoyée dans la chambre (parfois appelée colonne en raffinage) et constitue ledit Gaz. La chaleur récupérée lors de la condensation est réutilisée par la chambre pour provoquer l'évaporation du ou des composés. Cette chaleur peut être reçue directement par le mélange à séparer (par la phase liquide de la chambre, par exemple), ou bien véhiculée par un fluide extérieur selon les commodités (en une boucle fermée, le fluide récupère la chaleur de condensation et la cède à la chambre). Dans une autre version, cette énergie est utilisée pour préchauffer la charge (mélange liquide entrant dans la chambre, appelée parfois alimentation) ou bien pour un tout autre usage (créer par exemple de la vapeur qui pourrait être utilisée par la turbine du compresseur), dans ce cas pour compenser, une source extérieure d'énergie (échangeur de chaleur, repère 7, en pointillé sur la figure) est à prévoir. La condensation du Gaz+composés sortant de la chambre peut être réalisée avant la compression. Dans ce cas le compresseur ne comprimera que la partie non condensée. Au préalable, une séparation liquide/vapeur permet au compresseur de n'aspirer que la vapeur. Ensuite la vapeur comprimée (qui contient la chaleur de compression) peut soit être renvoyée directement dans la chambre soit être à nouveau condensée par refroidissement puis renvoyée dans la chambre comme décrit précédemment. Lorsque la vapeur (gaz+composé) est comprimée et renvoyée dans la chambre sans refroidissement, compte tenu de la chaleur de compression, le précédé peut être excédentaire en énergie, un retrait de chaleur par un moyen externe peut être nécessaire. Un apport extérieur et/ou un retrait de chaleur peut être rajouté (aéroréfrigérant, échangeur de chaleur..., repère 13) positionné librement dans le procédé de telles manière qu'in fine la chaleur respectivement se retrouve dans la chambre pour la chauffer ou retirée du procédé pour assurer l'équilibre énergétique du système. Les pressions dans la chambre et au refoulement du compresseur sont maintenues à un niveau choisi en provoquant des pertes de charge à l'aide d'organes déprimogènes (repères 6, orifices, détendeurs, vannes de régulation...) qui maintiennent les circuits (repère 9) et les équipements à une pression choisie en provoquant des pertes de charge. La régulation des pressions et du niveau (dans le séparateur liquide/vapeur) est classiquement assurée par des vannes (organes -3 ù déprimogènes) et un circuit extérieur dudit Gaz, d'azote, d'air ou de gaz combustible (en raffinerie de pétrole) pressurisé et un réseau de torche non représentés sur la figure. Un appoint de Gaz frais depuis l'extérieur et/ou une purge dudit Gaz peut être réalisé quelque part 5 dans le circuit du procédé. Les paramètres de réglage température/pression sont fixés de façon à réaliser l'opération de séparation dans des conditions économiques favorables en fonction de la nature des composés à séparer et dudit Gaz choisi mais aussi quant à leurs impacts sur les dimensions des équipements. 10 Il peut aussi être intéressant de prévoir une pompe à vide sur le circuit du procédé pour opérer à de faibles pressions et faciliter l'évaporation des composés à séparer. Noter que lors de la condensation de la vapeur comprimée, les composés ne se condensent pas en totalité, ledit Gaz renvoyé (recyclé) dans la chambre contient donc les composés non condensés, en général en faible quantité. Cependant pour éviter des confusions, on continue à le nommer Gaz. 15 Il est également possible avec ce système d'opérer à une pression plus faible que celle de l'atmosphère dans la chambre, pour cela il faut faire un purge vers l'extérieur du procédé au refoulement du compresseur (préférentiellement après condensation) pour compenser les entrées d'air de l'extérieur. On peut également utiliser une pompe à vide ou tout autre système de mise 20 sous vide (éjecteurs...) pour maintenir la chambre sous vide. Une partie des condensats liquides de la ou des condensations peut être renvoyée dans la chambre jouant ainsi le rôle de reflux pour modifier la qualité de la séparation. 25 La nature du mélange à séparer, la durée de l'opération ou encore l'application domestique ou industrielle conditionnent la réalisation pratique par l'utilisation d'accessoires et d'équipements appropriés. D'une manière générale, la réalisation conceptuelle du système (ou de l'appareil) de séparation (stripage, séchage, concentrateur de mélanges...) auquel peut s'appliquer ce nouveau procédé reprend les éléments connus d'un tel système. 30 Revendications 1 û Un procédé de séparation caractérisé par le fait qu'il procède au moins aux opérations suivantes: - à une séparation dans une chambre (repère 1) conduisant à l'évaporation d'un ou de plusieurs composés, - à la traversée de ladite chambre par un Gaz qui se charge du ou des composés, - à la compression (repère 2) de la phase vapeur provenant de la chambre et constituée par le mélange Gaz + composé(s), - à la condensation (repère 3) par refroidissement de cette vapeur comprimée, - à la séparation liquide/vapeur (repère 4) des produits de ladite condensation, - à la récupération et au renvoi dans la chambre en partie ou en totalité dudit Gaz. 2 û Un procédé de séparation caractérisé par le fait qu'il procède au moins aux opérations 15 suivantes: - à une séparation dans une chambre (repère 1) conduisant à l'évaporation d'un ou de plusieurs composés, - à la traversée de ladite chambre par un Gaz qui se charge du ou des composés, à la condensation (repère 3) par refroidissement de cette vapeur, 20 - à la séparation liquide/vapeur (repère 4) des produits de ladite condensation, - à la compression (repère 2) de la phase vapeur non condensée issue de la séparation liquide/vapeur provenant de la chambre et constituée par ledit Gaz + composé(s), au renvoi dans la chambre en partie ou en totalité dudit Gaz + composés comprimé. 25 3 û Un procédé de séparation caractérisé par le fait qu'il procède au moins aux opérations suivantes: - à une séparation dans une chambre (repère 1) conduisant à l'évaporation d'un ou de plusieurs composés, à la traversée de ladite chambre par un Gaz qui se charge du ou des composés, 30 à la condensation (repère 3) par refroidissement de cette vapeur, à la séparation liquide/vapeur (repère 4) des produits de ladite condensation, à la compression (repère 2) de la phase vapeur non condensée issue de la séparation liquide/vapeur provenant de la chambre et constituée par ledit Gaz + composé(s), - à la condensation (repère 3) par refroidissement de cette vapeur comprimé, 35 -à la séparation liquide/vapeur (repère 4) des produits de ladite condensation, - au renvoi dans la chambre en partie ou en totalité dudit Gaz + composés comprimé. -5 - 4 ù Un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la chaleur de condensation de la vapeur est renvoyée en partie ou en totalité directement (récupérée par la phase liquide de la chambre par exemple) ou indirectement (par l'intermédiaire d'une fluide) dans la chambre. 5 ù Un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la chaleur issue de la (ou les) condensations est récupérée pour un usage externe au procédé. 6 ù Un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il met en oeuvre un moyen externe de chauffage (repère 7) capable d'apporter directement ou indirectement de la chaleur à la chambre. 7 ù Un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il met en oeuvre un moyen externe de refroidissement (repère 13) capable d'ôter directement ou indirectement de la chaleur au procédé. 8 ù Un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il met en oeuvre une purge et/ou appoint de Gaz vers et/ou depuis une source externe au procédé. L'appoint de gaz pouvant être préchauffé ou pas. 9 ù Un procédé selon l'une quelconque des revendication précédentes, caractérisé par le fait qu'il met en oeuvre un moyen de création de vide permettant de maintenir la chambre sous vide. 10 ù Un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il met en oeuvre des organes déprimogènes (repère 6), équivalents à des orifices, des vannes ou des soupapes, capables de tenir les équipements du procédé et le circuit de refoulement du compresseur aux pressions souhaitées.30