Brevet FR2963417A1 — publié le 20120203

La présente invention est relative à un vaporiseur. En particulier elle concerne un vaporiseur constitué par un échangeur de chaleur dans lequel un fluide calorigène cède de la chaleur à un liquide à vaporiser, le liquide circulant dans au moins un tube en forme de U raccordé à une plaque. Ce vaporiseur peut par exemple être un vaporiseur de secours qui vaporise du liquide cryogénique vers un réseau afin de compenser le débit venant d'une unité cryogénique. Ce système est généralement alimenté par une pompe cryogénique et le liquide vaporisé dans l'épingle est envoyé vers le client quand l'unité de séparation d'air s'arrête. Ainsi dans la Figure 1, on voit un vaporiseur 4 constitué par une enceinte cylindrique 7 et un dôme hémisphérique, les deux étant séparés par une plaque verticale 13 percée d'ouvertures. Ces ouvertures sont reliées à des tuyaux en forme de U de sorte qu'une extrémité du tuyau est rattachée à une ouverture dans la partie inférieure de la plaque verticale 13 et l'autre extrémité est rattachée à une ouverture dans la partie supérieure de cette plaque. Le dôme est divisé de manière étanche en une partie supérieure 5 et une partie inférieure 3 par une plaque horizontale formant une cloison 6. Un liquide à vaporiser est introduit dans la partie inférieure 3 qui forme une chambre d'alimentation et circule dans des tubes en forme de U 17. Certaines ouvertures de tubes dans la plaque 13 sont plus élevées que d'autres, de sorte que le liquide rentre dans les tubes à des niveaux différents. Le liquide arrive vers la partie supérieure 5 du dôme 2 qui constitue une chambre d'évacuation. Là il se trouve entièrement vaporisé grâce à l'échange de chaleur avec de la vapeur d'eau 9 ou autre gaz calorigène envoyé dans l'enceinte 7 et qui circule autour du ou des tubes 17. Le gaz formé 15 en vaporisant le liquide est soutiré de la partie supérieure 5 du dôme 2. La vapeur d'eau refroidie 11 sort à l'atmosphère en tête de l'enceinte 7. Ce système de vaporisation a un temps de mise en marche relativement long même quand la pompe cryogénique envoie le plein débit vers ce système de secours, il faut attendre entre 30 secondes et une minute avant de constater le plein débit de vaporisation. Ce délai ne présente pas d'inconvénient dans des procédés où une capacité tampon contenant du gaz assure le débit transitoire entre l'arrêt de l'unité et la pleine production du système de vaporisation. Par contre ce type de capacité tampon est chère spécialement quand les pressions de fonctionnement sont élevées. Une analyse plus fine de ce temps de réponse montre une réponse linéaire du débit de production en fonction du temps à la montée de la production mais également à la descente de la production. De cette courbe nous pouvons en déduire que la réponse du système est très fortement corrélée à l'inertie liquide de la calandre d'alimentation 3. En effet la production du vaporiseur sera maximale quand tous les tubes 17 seront alimentés donc quand la calandre d'alimentation 3 sera remplie de liquide. Un but de l'invention est de réduire le temps de mise en service d'un vaporiseur et de réduire le coût global de l'appareil incorporant le vaporiseur en éliminant ou en réduisant la taille des capacités tampon. Selon un objet de l'invention, il est prévu un vaporiseur comprenant plusieurs tubes en forme de U contenus dans une enceinte, chaque tube ayant deux extrémités, les tubes étant disposés dans au moins un plan, l'enceinte étant fermée sur un côté par une plaque ayant autant d'ouvertures qu'il y a d'extrémités de tube, les ouvertures comprenant des ouvertures hautes et des ouvertures basse, chaque tube étant relié par une extrémité haute à une ouverture haute de la plaque et par une extrémité basse à une ouverture basse de la plaque, un dôme recouvrant la plaque du côté opposé à celui des tubes, le dôme étant délimité par une cloison parallèle au plan des tubes pour former une chambre d'admission et une chambre d'évacuation caractérisé en ce que la chambre d'admission est divisée en deux parties par une partition perpendiculaire au plan des tubes pour former une chambre d'entrée de liquide entre la plaque et la partition et une chambre auxiliaire de l'autre côté de la partition, l'entrée de liquide débouchant dans la chambre d'entrée : - la partition comprend une ouverture vers son bord bas pour permettre une petite circulation de liquide entre la partition et le dôme. - une espace est formée entre l'extrémité de la partition et la cloison. - le volume de la chambre d'entrée est plus petit que celui de la chambre auxiliaire. - le volume de la chambre d'entrée est au moins deux fois plus petit que celui de la chambre auxiliaire. - les ouvertures basses sont disposées à des distances différentes de la cloison. - les branches des tubes sont disposées dans des plans horizontaux. - le vaporiseur comprend une arrivée de fluide calorigène débouchant dans l'enceinte. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un appareil de séparation par distillation cryogénique comprenant un vaporiseur tel que décrit ci-dessus et des moyens pour l'alimenter en liquide cryogénique. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un procédé de vaporiser un liquide dans un vaporiseur tel que décrit ci-dessus dans lequel on envoie un gaz calorigène à l'enceinte, on introduit un liquide à vaporiser dans la chambre d'entrée et on évacue le liquide vaporisé par la chambre d'évacuation. Le dispositif d'amélioration selon l'invention est donc un système de déversoir qui alimente préférentiellement les tubes de l'échangeur à la montée en production du système de vaporisation. Ce déversoir se compose d'une plaque pleine ouverte en haut et muni d'un trou de déconcentration pour la sécurité hydrocarbure situé au plus bas de la cuve. Ce faisant en réduisant la distance déversoir et entrée tubes on peut réduire le temps d'alimentation des tubes par un facteur de 10 et donc le temps de démarrage de la vaporisation de secours et donc économiser les capacités tampon. Ce type de dispositif peut être appliqué à tous les liquides, en particulier CO, CO2, 02, N2, Ar,... L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux Figures 2 et 3. La Figure 2 illustre une coupe verticale du vaporiseur et la Figure 3 montre une vue de côté de l'intérieur du vaporiseur de la Figure 2. Le vaporiseur de la Figure 2 diffère de celui de la Figure 1 en ce qu'une plaque pleine 21 forme une partition partielle divisant la partie inférieur 3 du dôme 2 en deux parties inégales. La partie gauche de la Figure 1 est donc que la partie gauche du vaporiseur de la Figure 2. La plaque est disposée substantiellement verticalement, de sorte qu'environ un tiers du volume de la partie inférieur 3 se trouve entre cette partition 21 et la plaque 13. La partition 21 ne s'étend pas jusqu'à la plaque horizontale de la cloison 6 et une ouverture 23 est formée au milieu de la partition 21 à son bord bas. En usage, le liquide pénètre dans l'espace de la partie inférieur 3 par une entrée disposée entre la plaque 13 et la partition 21. Comme l'ouverture 23 est petite, le liquide s'accumule dans cette espace et le niveau de liquide monte de sorte que tous les tuyaux 17 débouchant dans la plaque 13 sont alimentés. Quand le niveau plus haut de la plaque 21 est atteint, le liquide se déverse de l'autre côté de la plaque 21. Pour éviter l'accumulation d'impuretés, telles que des hydrocarbures, le liquide peut également passer dans l'ouverture 23. Dans la Figure 3, on voit la plaque 13, les ouvertures n'étant pas illustrées dans un souci de simplification. La plaque 21 a un bord horizontal et un bord courbe qui épouse l'intérieur de la partie inférieure 3 du dôme 2. L'invention s'applique également à la vaporisation de liquides qui se condensent à des températures au-dessus de températures cryogéniques. REVENDICATIONS1. Vaporiseur comprenant plusieurs tubes (17) en forme de U contenus dans une enceinte (7), chaque tube ayant deux extrémités, les tubes étant disposés dans au moins un plan, l'enceinte étant fermée sur un côté par une plaque (13) ayant autant d'ouvertures qu'il y a d'extrémités de tube, les ouvertures comprenant des ouvertures hautes et des ouvertures basses, chaque tube étant relié par une extrémité haute à une ouverture haute de la plaque et par une extrémité basse à une ouverture basse de la plaque, un dôme (2) recouvrant la plaque du côté opposé à celui des tubes, le dôme étant délimité par une cloison (6) parallèle au plan des tubes pour former une chambre d'admission (3) et une chambre d'évacuation (5) caractérisé en ce que la chambre d'admission est divisée en deux parties par une partition (21) perpendiculaire au plan des tubes pour former une chambre d'entrée de liquide entre la plaque et la partition et une chambre auxiliaire de l'autre côté de la partition, l'entrée de liquide débouchant dans la chambre d'entrée. 2. Vaporiseur selon la revendication 1 dans lequel la partition (21) 20 comprend une ouverture (23) vers son bord bas pour permettre une petite circulation de liquide entre la partition (21) et le dôme (2). 3. Vaporiseur selon la revendication 1 ou 2 dans lequel une espace est formée entre l'extrémité de la partition (21) et la cloison (6). 4. Vaporiseur selon l'une des revendications précédentes dans lequel le volume de la chambre d'entrée est plus petit que celui de la chambre auxiliaire. 30 5. Vaporiseur selon la revendication 4 dans lequel le volume de la chambre d'entrée est au moins deux fois plus petit que celui de la chambre auxiliaire. 25 6. Vaporiseur selon l'une des revendications précédentes dans lequel les ouvertures basses sont disposées à des distances différentes de la cloison (6). 7. Vaporiseur selon l'une des revendications précédentes dans lequel les branches des tubes (17) sont disposés dans des plans horizontaux. 8. Vaporiseur selon l'une des revendications précédentes comprenant une arrivée de fluide calorigène débouchant dans l'enceinte (9). 9. Appareil de séparation par distillation cryogénique comprenant un vaporiseur (4) selon l'une des revendications précédentes et des moyens (1) pour l'alimenter en liquide cryogénique. 15 10. Procédé de vaporiser un liquide dans un vaporiseur (4) selon l'une des revendications 1 à 8 dans lequel on envoie un gaz calorigène à l'enceinte (7), on introduit un liquide à vaporiser dans la chambre d'entrée (3) et on évacue le liquide vaporisé par la chambre d'évacuation (5). 20