Brevet FR2978059A1 — publié le 20130125

L'invention concerne un procédé pour la récupération d'énergie calorifique contenue dans de la vapeur, ainsi qu'une installation pour la récupération d'énergie calorifique, en tant que telle. Le domaine de l'invention est celui des installations industrielles mettant en oeuvre un ou plusieurs dispositif(s) évaporateur, émettant des vapeurs d'exhaure. Dans ce type d'installation, il est connu de récupérer l'énergie de la vapeur d'exhaure lorsque cette vapeur présente un potentiel énergétique suffisamment élevé. Bien souvent lorsque la température de la vapeur d'exhaure est trop basse, cette vapeur n'est pas valorisée et est rejetée sans récupération d'énergie, dans l'atmosphère, le cas échéant après filtration. L'art antérieur connaît par exemple les dispositifs évaporateurs multiple effets, tels que par exemple les dispositifs évaporateurs triple effets, destinés notamment au traitement d'effluents, par concentration desdits effluents. Un dispositif évaporateur multiple effets comprend en pratique plusieurs évaporateurs. Dans un évaporateur multiple effets, la vapeur engendrée par le chauffage d'un liquide, tel que notamment des effluents liquides, générée par l'un des évaporateurs, est utilisée comme vapeur de chauffage dans ledit évaporateur suivant pour chauffer un liquide, tel que notamment des effluents liquides, dans ledit évaporateur suivant. Par exemple, un dispositif évaporateur triple effets comprend trois évaporateurs. Le premier évaporateur est alimenté en vapeur vive afin de chauffer les effluents dans ledit premier évaporateur. La vapeur générée par le premier évaporateur (du premier effet), produite par l'évaporation desdits effluents est utilisée comme vapeur de chauffage dans le deuxième évaporateur pour chauffer les effluents dans ledit deuxième évaporateur. De même, la vapeur générée par ledit deuxième évaporateur (du deuxième effet), produite par l'évaporation desdits effluents, est utilisée comme vapeur de chauffage dans le troisième évaporateur (du troisième effet ou « dernier effet ») pour chauffer les effluents dans le troisième évaporateur. Dans le troisième évaporateur sous l'effet du chauffage, les effluents engendrent de la vapeur s'échappant dudit troisième évaporateur. Un tel dispositif évaporateur multiple effets permet de nécessiter une moindre consommation en vapeur vive pour une même quantité de vapeur produite, par comparaison avec un évaporateur simple effet. A la connaissance de l'inventeur, en raison de la faible valeur énergétique de la vapeur d'exhaure du dernier effet, dans les évaporateurs multiple effets de l'état de l'art, la vapeur engendrée par le dernier évaporateur (dernier effet) est rejetée sans récupération d'énergie et est donc perdue. Le but de la présente est de pallier les inconvénients précités en proposant un procédé pour la récupération d'énergie calorifique permettant la valorisation de vapeur d'exhaure à faible température. Un autre but de la présente invention est de proposer une installation de récupération d'énergie, convenant pour la mise en oeuvre du procédé. D'autres buts et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Aussi l'invention concerne un procédé pour la récupération d'énergie calorifique contenue dans de la vapeur dans lequel : - on prélève de la vapeur, dite vapeur fatale, émise par l'exhaure d'un dispositif évaporateur mettant en oeuvre un premier procédé industriel, - on comprime la vapeur fatale afin de relever la température de condensation de la vapeur, - on utilise au moins en partie l'énergie de la vapeur comprimée, dite énergie récupérée, dans un deuxième procédé industriel. Selon des caractéristiques optionnelles du procédé conforme à l'invention, prises seules ou en combinaison : - ledit dispositif évaporateur est un évaporateur multiple effets, tel que par exemple un évaporateur triple effets, et dans lequel ladite vapeur fatale est la vapeur d'exhaure émise par l'un des effets dudit évaporateur ; - la vapeur fatale est la vapeur d'exhaure du dernier effet dudit évaporateur multiple effets ; - la vapeur fatale est à une température comprise entre 50°C et 100°C, de préférence entre 55°C et 80°C, encore de préférence entre 60°C et 70°C, telle que par exemple 65°C ; - la vapeur fatale est de la vapeur saturée en humidité ; - la vapeur comprimée présente une température comprise entre 70°C et 140°C, de préférence entre 70°C et 100°C, encore de préférence entre 75° et 85 °C, telle que par exemple 80°C ; - on échange l'énergie de la vapeur comprimée et on la transmet à un liquide caloporteur, avant d'utiliser l'énergie dudit liquide caloporteur pour ledit deuxième procédé industriel ; - ledit deuxième procédé est un procédé de séchage de matières, par soufflage d'air chaud, et dans lequel on utilise ladite énergie récupérée pour le préchauffage ou le chauffage d'air, afin d'engendrer ledit air chaud ; - on comprime ladite vapeur fatale par compression mécanique de la vapeur, ou alternativement ; - on comprime ladite vapeur fatale par compression thermique de la vapeur ; - ledit premier procédé est un procédé de traitement d'effluents/liqueurs dans lequel on utilise ledit dispositif évaporateur pour concentrer lesdits effluents/liqueurs. L'invention concerne également une installation pour la récupération d'énergie calorifique contenue dans de la vapeur, présentant un dispositif évaporateur et un dispositif consommateur, en énergie thermique, dit dispositif consommateur, distinct dudit dispositif évaporateur, ladite installation comprenant : - des moyens pour prélever de la vapeur, dite vapeur fatale, émise par l'exhaure dudit dispositif évaporateur, - des moyens de compression de la vapeur fatale afin de relever la température de condensation de la vapeur, - des moyens de transport de l'énergie de la vapeur comprimée, dite énergie récupérée, vers ledit dispositif consommateur. Selon des caractéristiques optionnelles de l'installation, conforme à l'invention, prises seules ou en combinaison : - ledit dispositif évaporateur est un évaporateur multiple effets et dans lequel ladite vapeur fatale est la vapeur d'exhaure émise par l'un des effets dudit évaporateur multiple effets, et notamment par le dernier effet dudit évaporateur ; - lesdits moyens de compression sont des moyens de compression mécaniques de la vapeur, ou alternativement, lesdits moyens de compression sont des moyens de thermo-compression de la vapeur ; - lesdits moyens de transport de l'énergie de la vapeur comprimée comprennent une boucle de liquide caloporteur, ainsi qu'un échangeur thermique pour le transfert de la chaleur contenue dans la dite vapeur compressée vers le liquide caloporteur ; - ledit dispositif évaporateur est un dispositif de traitement d'effluents ou de concentration de liqueur destiné à concentrer ladite liqueur ou lesdits effluents, présentant au moins une entrée pour un effluent/liqueur à traiter ; - le dispositif consommateur est un dispositif sécheur, par soufflage d'air chaud, l'installation présentant des moyens pour chauffer l'air en entrée du dispositif sécheur grâce à l'énergie récupérée afin d'obtenir ledit air chaud. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels : - la figure 1 est un schéma illustrant un premier mode de réalisation de l'invention pour lequel on compresse ladite vapeur fatale par thermocompression, - la figure 2 est un schéma illustrant un second mode de réalisation de l'invention pour lequel on compresse ladite vapeur fatale par compression mécanique. Aussi l'invention concerne un procédé pour la récupération d'énergie calorifique contenue dans de la vapeur dans lequel : - on prélève de la vapeur, dite vapeur fatale Vf, émise par l'exhaure d'un dispositif évaporateur 10, mettant en oeuvre un premier procédé industriel, - on comprime la vapeur fatale Vf afin de relever la température de condensation de la vapeur, - on utilise au moins en partie l'énergie de la vapeur comprimée Vc, dite énergie récupérée, dans un deuxième procédé industriel. La vapeur fatale Vf peut être à une température comprise entre 50°C et 100°C, de préférence entre 55°C et 80°C, voire entre 60°C et 70°, telle que par exemple 65°C. La vapeur fatale peut être de la vapeur saturée en humidité. La vapeur comprimée Vc peut être à une température comprise entre 70°C et 140°C, de préférence entre 70°C et 100°C, voire entre 75°C et 85°C telle que par exemple 80°C. Selon un mode de réalisation, ledit dispositif évaporateur est un évaporateur multiple effets et dans lequel ladite vapeur fatale Vf est la vapeur d'exhaure émise par l'un des effets dudit évaporateur. De préférence, selon les exemples des figures, la vapeur fatale est la vapeur d'exhaure émise par le dernier effet. Par exemple, le dispositif évaporateur 10 est un évaporateur triple effets comprenant trois évaporateurs 30, 40, 50. Le premier évaporateur 30 est alimenté en vapeur vive via une conduite 21, afin de chauffer un liquide tel qu'un effluent, dans ledit premier évaporateur 30. La vapeur générée par le premier évaporateur (du premier effet), produite par l'évaporation dudit liquide est acheminée par une conduite 22 au deuxième évaporateur 40 pour être utilisée comme vapeur de chauffage dans le deuxième évaporateur 40. Cette vapeur permet de chauffer un liquide tel qu'un effluent dans ledit deuxième évaporateur 40. De même, la vapeur générée par ledit deuxième évaporateur 40 (du deuxième effet), produite par l'évaporation dudit liquide, est acheminée par une conduite 32 pour être utilisée comme vapeur de chauffage dans le troisième évaporateur 50 (du troisième effet ou dernier effet). Cette vapeur permet de chauffer un liquide tel qu'un effluent dans le troisième évaporateur 50. Dans le troisième évaporateur 50 sous l'effet de la vapeur de chauffage, le liquide engendrent de la vapeur s'échappant dudit troisième évaporateur, à savoir ladite vapeur fatale Vf. Dans chaque évaporateur 30, 40, 50, la vapeur de chauffage et le liquide à chauffer sont séparés par des parois dudit évaporateur, interdisant toute contamination croisée. Le dispositif évaporateur 10, multiple effets, (i.e. triple effets) peut être également utilisé pour concentrer une liqueur. Selon un mode de réalisation, ledit premier procédé industriel est un procédé de traitement d'effluents ou de liqueurs pour lequel on utilise ledit dispositif évaporateur 10 pour concentrer lesdits effluents ou les liqueurs. Par exemple, dans le cas d'un dispositif évaporateur triple effets, selon un mode de réalisation, les effluents peuvent subir une première étape de concentration dans le premier évaporateur. Les concentrats du premier évaporateur 30 peuvent être acheminés jusqu'au deuxième évaporateur 40 où les effluents subissent alors une deuxième étape de concentration. Enfin les concentrats du deuxième évaporateur 40 peuvent être acheminés jusqu'au troisième évaporateur 50 où les effluents subissent une troisième étape de concentration. Selon un mode de réalisation, illustré selon un exemple à la figure 1, on comprime ladite vapeur fatale Vf par compression thermique de la vapeur. Une vapeur haute pression alimente un thermo-compresseur 4 et se mélange à la vapeur fatale Vf afin de la comprimer. Selon un autre mode de réalisation, illustré selon un exemple à la figure 2, on comprime ladite vapeur fatale Vf par compression mécanique de la vapeur au moyen d'un compresseur mécanique 3. Selon un autre mode de réalisation, illustré aux figures 1 et 2, on échange l'énergie de la vapeur comprimée Vc et on la transmet à un liquide caloporteur Lc, avant d'utiliser l'énergie du liquide caloporteur pour la mise oeuvre du deuxième procédé industriel. Par exemple, selon les exemples des figures la vapeur comprimée Vc traverse le primaire d'un échangeur thermique 7, le secondaire dudit échangeur 7 étant traversé par ledit liquide caloporteur Lc. En amont dudit échangeur thermique 7 le liquide caloporteur Lc peut circuler via une conduite aller 61 jusqu'à des échangeurs 23 permettant le chauffage de l'air, ledit liquide caloporteur, en aval des échangeurs 23 étant acheminé par une conduite retour 62 jusqu'au secondaire dudit échangeur thermique 7. La température du liquide caloporteur Lc peut être de l'ordre de 65° en amont de l'échangeur thermique 7 (sur le retour) et de l'ordre de 75° en aval dudit échangeur thermique 7 (sur l'aller). Selon un mode de réalisation, ledit deuxième procédé est un procédé de séchage de matières, par soufflage d'air chaud, et dans lequel on utilise ladite énergie récupérée pour le préchauffage ou le chauffage d'air, afin d'engendrer ledit air chaud. Notamment selon le procédé, on souffle sur le ou les échangeurs 23 de l'air au moyen de ventilateur(s). L'invention concerne également une installation 1 pour la récupération d'énergie calorifique contenue dans de la vapeur, présentant un dispositif évaporateur 10 et un dispositif consommateur 20 en énergie thermique, dit dispositif consommateur, distinct dudit dispositif évaporateur, ladite installation comprenant : - des moyens pour prélever de la vapeur, dite vapeur fatale Vf, émise par l'exhaure dudit dispositif évaporateur 10, - des moyens de compression 3; 4 de la vapeur fatale Vf afin de relever la température de condensation de la vapeur, - des moyens de transport 5 de l'énergie de la vapeur comprimé Vc, dite énergie récupérée, vers ledit dispositif consommateur 20. Selon un mode de réalisation, ledit dispositif évaporateur 10 est un évaporateur multiple effets et dans lequel ladite vapeur fatale Vf est la vapeur d'exhaure émise par l'une des effets dudit évaporateur multiple effets. De préférence, selon les exemples des figures, la vapeur fatale est la vapeur d'exhaure émise par le dernier effet. Par exemple, le dispositif évaporateur 10 est un évaporateur triple effets comprenant trois évaporateurs 30, 40, 50 tel que précédemment décrit. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de compression sont des moyens de compression mécaniques 3 de la vapeur. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de compression sont des moyens de thermo-compression 4 de la vapeur. Selon un mode de réalisation, lesdits moyens de transport 5 comprennent une boucle 6 de liquide caloporteur Lc, ainsi qu'un échangeur thermique 7 pour le transfert de la chaleur contenue dans la dite vapeur compressée Vc vers le liquide caloporteur Lc. Tel que précédemment décrit, cette boucle 6 permet d'alimenter en liquide un ou plusieurs échangeurs 23. Selon un mode de réalisation, ledit dispositif évaporateur 10 est un dispositif de traitement d'effluents destiné pour concentrer lesdits effluents, présentant au moins une entrée 11 pour un effluent à traiter. Selon un mode de réalisation, le dispositif consommateur 20 est un dispositif sécheur par soufflage d'air chaud, l'installation présentant des moyens pour chauffer l'air en entrée du dispositif sécheur grâce à l'énergie récupérée afin d'obtenir ledit air chaud. Naturellement d'autres modes de réalisation auraient pu être envisagés par l'homme du métier sans pour autant sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après. REVENDICATIONS1. Procédé pour la récupération d'énergie calorifique contenue dans de la vapeur dans lequel : - on prélève de la vapeur, dite vapeur fatale (Vf), émise par l'exhaure d'un dispositif évaporateur (10), mettant en oeuvre un premier procédé industriel, - on comprime la vapeur fatale (Vf) afin de relever la température de condensation de la vapeur, - on utilise au moins en partie l'énergie de la vapeur comprimée (Vc), dite énergie récupérée, dans un deuxième procédé industriel. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ledit dispositif évaporateur (10) est un évaporateur multiple effets et dans lequel ladite vapeur fatale (Vf) est la vapeur d'exhaure émise par l'un des effets dudit évaporateur. 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, dans lequel la vapeur fatale (Vf) est à une température comprise entre 50°C et 100°C, telle que par exemple 65°C. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la vapeur fatale (Vf) est de la vapeur saturée en humidité. 20 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel la vapeur comprimée (Vc) présente une température comprise entre 70°C et 140°C, telle que par exemple 80°C. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel on échange l'énergie de la vapeur comprimée (Vc) et on la transmet à un liquide 25 caloporteur (Le), avant d'utiliser l'énergie dudit liquide caloporteur (Lc) pour ledit deuxième procédé industriel. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel ledit deuxième procédé est un procédé de séchage de matières, par soufflage d'air chaud, et dans lequel on utilise ladite énergie récupérée pour le préchauffage ou le 30 chauffage d'air, afm d'engendrer ledit air chaud. 10 15 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel on comprime ladite vapeur fatale (Vf) soit par compression mécanique de la vapeur, soit par compression thermique de la vapeur. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel ledit premier procédé industriel est un procédé de traitement d'effluents/liqueur pour lequel on utilise ledit dispositif évaporateur (10) pour concentrer lesdits effluents/liqueur. 10. Installation (1) pour la récupération d'énergie calorifique contenue dans de la vapeur, présentant un dispositif évaporateur (10) et un dispositif consommateur (20) en énergie thermique, dit dispositif consommateur, distinct dudit dispositif évaporateur, ladite installation comprenant : - des moyens pour prélever de la vapeur, dite vapeur fatale (Vf), émise par l'exhaure dudit dispositif évaporateur (10), - des moyens de compression (3 ; 4) de la vapeur fatale (Vf) afin de relever la température de condensation de la vapeur, - des moyens de transport (5) de l'énergie de la vapeur comprimée (Vc), dite énergie récupérée, vers ledit dispositif consommateur (20). 14. Installation selon la revendication 10, ledit dispositif évaporateur (10) est un évaporateur multiple effets et dans lequel ladite vapeur fatale (Vf) est la vapeur d'exhaure émise par l'un des effets dudit évaporateur multiple effets. 15. Installation selon les revendications 10 ou 1l, dans laquelle lesdits moyens de compression sont des moyens de compression mécaniques (3) de la vapeur ou des moyens de thermo-compression (4) de la vapeur. 13. Installation selon l'une des revendications 10 à 12, dans lequel lesdits moyens de transport (5) comprennent une boucle (6) de liquide caloporteur (Lc), ainsi qu'un échangeur thermique (7) pour le transfert de la chaleur contenue dans ladite vapeur compressée (Vc) vers le liquide caloporteur (Le). 14. Installation selon l'une des revendications 10 à 13, danslequel ledit dispositif évaporateur (10) est un dispositif de traitement d'effluents ou de concentration de liqueurs, présentant au moins une entrée (11) pour un effluent/liqueur à traiter. 15. Installation selon l'une des revendications 10 à 14, dans lequel le dispositif consommateur (20) est un dispositif sécheur par soufflage d'air chaud, l'installation présentant des moyens pour chauffer l'air en entrée du dispositif sécheur grâce à l'énergie récupérée afin d'obtenir ledit air chaud.