CA1060336A - Procede de production de chaleur par absorption - Google Patents
Procede de production de chaleur par absorptionInfo
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Abstract
PRECIS DE LA DIVULGATION:
Procédé de production de chaleur à une température A à partir d'une source de chaleur disponible à une température B, la température A se situant au-dessus de la température B.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que (a) l'on met une fraction gazeuse (G) d'un fluide de travail défini à
l'étape (d), en contact avec une phase liquide de solvant défini à l'étape (e), dans une zone d'absorption, pour absorber une partie au moins de la fraction gazeuse dans la phase liquide de solvant, de manière à obtenir une solution du fluide de travail dans le solvant et à dégager de la chaleur, et on transfère au moins une partie de la chaleur dégagée à la température A à un milieu extérieur récepteur de chaleur; (b) on met la solution obtenue à
l'étape (a) en contact avec un gaz d'entraînement (H) défini à
l'étape (d), dans une zone d'entraînement, de manière à désorber au moins en partie ladite fraction gazeuse de fluide de travail et à obtenir (i) un mélange gazeux de ladite fraction gazeuse de fluide de travail et dudit gaz d'entraînement, et (ii) une solution désorbée, et on compense la chaleur endothermique de désorption en transférant indirectement à la zone d'entraînement ladite chaleur disponible à la température B; (c) on soumet le mélange gazeux résultant de l'étape (b) à : (i) une liquéfaction au moins partielle par échange indirect de chaleur avec un milieu de refroidissement externe, (ii) une séparation de phase et (iii) une vaporisation du liquide résultant pour obtenir au moins deux fractions gazeuses distinctes, une fraction gazeuse (G) du fluide de travail et un gaz d'entraînement (H), ladite vaporisation étant effectuée par échange indirect de chaleur avec ladite source de chaleur disponible à la température B; (d) on renvoie la fraction gazeuse (G) à l'étape (a) à titre de fraction gazeuse de fluide de travail et la fraction (H) à l'étape (b) à titre de gaz d'entraîne-ment; et (e) on recycle la solution désorbée de l'étape (b) à
l'étape (a) pour reconstituer au moins une partie de la phase liquide de solvant. L'invention rend possible l'utilisation d'un système à absorption pour réaliser un thermotransformateur permettant de relever le niveau de température d'une chaleur à bas niveau en opérant suivant un cycle sensiblement isobare.
Procédé de production de chaleur à une température A à partir d'une source de chaleur disponible à une température B, la température A se situant au-dessus de la température B.
Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que (a) l'on met une fraction gazeuse (G) d'un fluide de travail défini à
l'étape (d), en contact avec une phase liquide de solvant défini à l'étape (e), dans une zone d'absorption, pour absorber une partie au moins de la fraction gazeuse dans la phase liquide de solvant, de manière à obtenir une solution du fluide de travail dans le solvant et à dégager de la chaleur, et on transfère au moins une partie de la chaleur dégagée à la température A à un milieu extérieur récepteur de chaleur; (b) on met la solution obtenue à
l'étape (a) en contact avec un gaz d'entraînement (H) défini à
l'étape (d), dans une zone d'entraînement, de manière à désorber au moins en partie ladite fraction gazeuse de fluide de travail et à obtenir (i) un mélange gazeux de ladite fraction gazeuse de fluide de travail et dudit gaz d'entraînement, et (ii) une solution désorbée, et on compense la chaleur endothermique de désorption en transférant indirectement à la zone d'entraînement ladite chaleur disponible à la température B; (c) on soumet le mélange gazeux résultant de l'étape (b) à : (i) une liquéfaction au moins partielle par échange indirect de chaleur avec un milieu de refroidissement externe, (ii) une séparation de phase et (iii) une vaporisation du liquide résultant pour obtenir au moins deux fractions gazeuses distinctes, une fraction gazeuse (G) du fluide de travail et un gaz d'entraînement (H), ladite vaporisation étant effectuée par échange indirect de chaleur avec ladite source de chaleur disponible à la température B; (d) on renvoie la fraction gazeuse (G) à l'étape (a) à titre de fraction gazeuse de fluide de travail et la fraction (H) à l'étape (b) à titre de gaz d'entraîne-ment; et (e) on recycle la solution désorbée de l'étape (b) à
l'étape (a) pour reconstituer au moins une partie de la phase liquide de solvant. L'invention rend possible l'utilisation d'un système à absorption pour réaliser un thermotransformateur permettant de relever le niveau de température d'une chaleur à bas niveau en opérant suivant un cycle sensiblement isobare.
Description
~060;33~
Il arrive frequernMent que d'importantes quantites de chaleur soient perdues du fait que le niveau de temperature auquel elles sont disponibles est trop bas. Ainsi une raffinerie rejette une grande partie de la chaleur qu'elle produit à un niveau de temperature gui peut être compris par exemple entre 50 et 150 C et qui est considere comme trop bas pour que c~tt~ chaleur ~it r~
- De même en geother~ie peut se poser le probleme de l'utilisation d'eau chaude issue de nappes souterraines et dont la temperature est inferieure à la tempera-ture souhaitee à l'utilisation.
L'imperatif d'economies d'energie fait qu'il est souhaitable dans tous ces cas de disposer d'un moyen de releYer la temperature à laquelle ces caloriessont disponibles. Pour celà il est possible d'operer au moyen d'une pompe de cha-leur. La pompe de chaleur permet d'utiliser des calories à une temperature plus élevée que la temperature à laquelle elles sont initialement disponibles mais à
condition de dépenser un travail W = Q/~, Q etant la quantité de chaleur fournieet ~ le coefficient de performance de la pompe de chaleur. Or le trav~il W est lui même obtenu dans la plupart des cas a partir d'une chaleur de combustion avec un rendement qui est nettement inférieur à 1, par exemple de l'ordre de 0,3. Dans ces conditions, un système fonctionnant en pompe de chaleur ne represente une so-lution intéressante du point de vue des economies d'energie que s'il fonctionne avec un coefficient de performance eleve.
Une au~re solution consiste à operer selon un cycle tritherme en rea-lisant un thermotransformateur. La possibilite de realiser un thermotransforma-teur est evoquee sur le plan theorique par R. Vichnievsky (Thermodynamique appli-quee aux machines - Masson et Cie 1967).
Un tel s~stème echangeant de la chaleur avec une source froide à une temp~rature absolue To et fonctionnant dans des conditions reversibles permet detransformer une quantit~ de chaleur Q à la temperature absolue T en une quantitede chaleur Q' a la temperature T' suivant la relation Q (1 - r) = Q' (1 ~ T)~
En particulier, il est donc possible de transformer une quantite de chaleur Q à la temperature T en une quantité de chaleur moindre Q' à une tempe-rature T' sup~rieure ~ T, le rapport ~ etant nécessairement inferieur au rapport I ~ th~orique (1 - To/T)/(1 - To/T').
Les possibilites o~ertes par de tels systèmes n'ont pas ete encore ple~nement exploitees en pratique.
Il a ate decouvert qu'il est possible d'util~ser un système à absorp-tion pour r~aliser un thermotrans~ormateur permettant de relever le niveau de temp~rature d'une chaleur à bas niveau en operant suivant un cycle sensiblement ~sobare, ce qu~ n'est possible par aucune des techniques connues jusqu'à presentet ce qui permet de n'avoir à depenser qu'une très faible quantite d'energie ~0 mecanique.
7~
-10~i~33~;
L'invention concerne un procédé de production de chaleur à une température A a partir d'une source de chaleur disponible à une température B, la température A se situant au-dessus de la température B. Le procédé selon l'invention est :
caractérisé en ce que:
a) l'on met une fraction gazeuse (G) d'un fluide de :
travail défini à l'étape (d), en contact avec une phase liquide de solvant défini à l'étape (e), dans une zone d'absorption, :
pour absorber une partie au moins de la fraction gazeuse dans la phase liquide de solvant, de manière à obtenir une solution du fluide de travail dans le solvant et à dégager de la chaleur, : -~
et on transf~re au moins une partie de la chaleur degagée à
la température A à un milieu extérieur récepteur de chaleur;
b) on met la solution obtenue à l'étape (a) en contact avec un gaz d'entraînement (H) défini à l'étape (d), dans une zone d'entrafnement, de manière à desorber au moins en partie la fraction gazeuse de fluide de travail et à obtenir (i) un mélange gazeux de la fraction gazeuse de fluide de travail et du gaz d'entrainement, et (ii) une solution désorbée, et on compense la chaleur endothermique de desorption en transferant indirectement à la zone d'entrainement la chaleur disponible à la temperature B;
c) on soumet le melange gazeux résultant de l'étape (b) ~ : ~i) une li~uefaction au moins partielle par ~change indirect de chaleur avec un milieu de refroidissement externe, :
~ii) une s~paration de phase et tiii) une vaporisation du liquide r~sultant pour obtenir au moins deux fractions gazeuses distinctes, un~ fxaction gazeuse ~G) du fluide de travail et un gaz d'entrainement ~H), la vaporisation etant effectuée par ~change indirect de chaleur avec la source de chaleur disponible :~
~ la temperature B;
d) on renvoie la fraction gazeuse ~G) à l'etape ~a) : -à titre de fraction gazeuse de fluide de travail et la ~
~raction ~H) ~ l'etape ~b) à titre de gaz d'entraînement; et ~:
,~
--`- 106~336 e) on recycle la solution desorbee de l'etape (b) à lletape (a) pour reconstituer au moins une partie de la phase liquide de solvant.
La chaleur d'absorption produite à l'etape (a) nlest pas necessairement recuperee directement dans la zone dlabsorption.
Elle peut egalement servir à vaporiser un des constituants liquides presents dont la condensation ulterieure permet de produire de la chaleur à niveau eleve (voir exemple 3). De même au cours de l'etape (b) la chaleur de desorption n'est pas necessairement fournie directement par la source de chaleur exterieure, dans la zone de desorption.
La temperature A peut être comprise par exemple entre .` ~ ' , ~
~ - 3a - ~
.
106(~336 80C et 250C. La temperature B peut être par exemPle entre 20 C
et 150C.
Lorsque les echanges de chaleur sont realises dans un domaine de temperature et non à une température fixe, il est bien . .
entendu que l'intervalle de température A est au moins en partie situe au-dessus de l'intervalle de temperature B.
Le solvant sera genéralement un solvant polaire tel que par exemple l'eau, la diméthylformamide, le diméthylsulfoxyde, la n-méthylpyrrolidone, le tributylphosphate, l'ethylène glycol, le diethylène glycol, l'alcool benzylique ou l'aniline. Il est également possible dans certains cas d'utiliser comme sol-vant un hydrocarbure choisi par exemple parmi les paraffines.
La fraction (G) absorbee que l'on appelera solute ou fluide de travail peut être formee par exemple par de l'ammoniac, un alcool tel que le méthanol, une cétone telle que l'acétone ou par un hydrocarbure paraffinique tel que par exemple le butane ou le propane ou aromatique tel que par exemple le benzène ou encore par une vapeur d'hydrocarbure chloré et/ou fluoré de la gamme des fréons, tel que par exemple le fluorotrichlorométhane ou le difluorodichloromethane. De manière genérale tout gaz qui est stable chimiquement dans les conditions de température et de pression auxquelles on opare peut convenir à condition de pouvoir se dissoudre dans le solvant avec un degagement de cha-leur, par exemple sup~rieur à 50 cal/g de solut~ absorbe et de pr~erence aussi ~le~e que possible.
La desorption est operee en introduisant un courant gaz~ux de balayage (H). Ce courant de balayage (H) peut être forme par un gaz non con~ensable ~ la temperature à laquelle ~ :
on effectue la desorption, tel que par exemple l'azote ou l'hydrogène. On obtient dans ce cas, un mélange gazeux formé
par le courant de balayage (H) et le soluté désorbé (G) et on separe le solut8 (G) en passant le melange dans un condenseur i ~Il~' ..
' 10~()336 refroidi par exemple par le milieu extérieur de refroidissement tel que eau ou air. On obtient ainsi à la sortie du condenseur une fraction liquide de soluté (G) qui est ensuite vaporisée en prenant de la chaleur a la température B.
Le courant de balayage (H) peut être également formé
par une vapeur d'un constituant condensable a la pression du systeme et à la température de refroidissement du condenseur, qui peut être par exemple un hydrocarbure tel que le butane lorsque l'on désorbe un gaz leger tel que l'ammoniac. Le mélange gazeux formé par le courant de balayage et le soluté
désorbé est séparé dans ce cas par passage dans un condenseur refroidi par exemple par le milieu extérieur de refroidisse-ment. On obtient ainsi à la sortie du condenseur soit une fraction liquide (H) qui est ensuite vaporisee en prenant de la chaleur à la temperature B et redonne le courant gazeux de balayage et une fraction gazeuse (G), soit deux fractions liquides (G) et (H) qui sont ensuite vaporisees séparément en prenant de la chaleur ~ la température B.
Le fractionnement du m~lange gazeux peut être egale-ment realise par toute autre methode connue telle que par exem-ple la distillation.
Le contact entre la phase li~uide et la phase gazeuse au cours de la d~sorption du solut~ est opere de pr~ference ~
contre-courant de fa~on ~ obtenir la desorption la plus complète pos~ible. Le~ ~tapes d'absorption et de d~sorption sont menees `
dc px~f~r~nce dans des colonnes du type de celles qui sont le plu9 ~r~quemment utilis~es en g~nie chimique pour mener ce ~anre d'op~ration mais d`autres dispositifs, en particulier des dispositifs comportant une agitation mecanique peuvent être uti-lises.
L'invention est illustrée par les exemples suivants qui montrent comment un tel système peut être realise, en réfe-~ ~ - 5 -106033t;
rence aux dessins annexés dans lesquels les figures l, 2 et 3 représentent schématiquement trois installations de mise en oeuvre de procédés selon l'invention.
EXEMPLE
L'exemple est illustré par la figure 1. On envoie par le conduit l 23 m3/h d'un mélange gazeux a la pression de 4 atm et a la température de 35C ayant la composition suivante en fractions molaires:
n-butane : 0,906 ammoniac : 0,077 eau : 0,017 Ce mélange est refroidi jusqu'a une température de 25C dans le condenseur Cl refroidi a eau. On obtient ainsi une liquéfaction partielle du butane et le mélange est envoyé
par le conduit 2 dans le ballon de décantation Bl. De ce bal-lon sort par le conduit 3 un debit de 1698 kg/h de butane liquide et par le conduit 4 un melange gazeux ayant la composition sui-vante en fractions molaires:
n-butane : 0,575 ammoniac : 0,348 eau : 0,077 Ce melange gazeux passe dans l'~changeur E3 d'o~
sort par le conduit 5 à une temperature de 54C pour être envoye dans une colonne à plateaux T2. La colonne à plateaux T2 a 10 cm de diamatre et comprend 15 plateaux perfor~s. Dans cette aolonne, le m~lange gazeux est contacte ~ contre-courant avec un~ phase aqueu~e qui arrive par le conduit ~. Le d~bit de pha~c aqueuse est de 241 l/h. L'ammoniac contenu dans le me-lan~e gazeux est absorbe par l'eau et, par le conduit 8, ressort de la colonne un m~lange gazeux ayant la composition suivante en fractions molaires:
n-butane : 0,882 - 5a -10f~033~
eau : 0,118 Ce mélange passe dans l'échangeur E3 d'oa il sort par le conduit 12 puis passe dans le condenseur C2 dans lequel il est condense en cédant de la chaleur a contact indirect a l'eau de refroidissement du condenseur. On obtient ainsi deux frac-tions liquides que l'on sépare dans le ballon s2.
Par le conduit 16 on recueille un débit de 9 l/h d'eau qui est reprise par la pompe P4 et mélangee en ligne avec la solution aqueuse provenant de la ~1~60336 , .
colonne Tl et arrivant par le conduit 21. Par le conduit 15 on recueille un de-bit de 382 l/h de butane qui est repris par la pompe P3 qui l'envoie par le con-duit 17 pour etre melange en ligne avec le butane arrivant par le conduit 14.
La colonne à plateaux T2 fonc~ionne a une pression de tete de 3 8 atm et les plateaux sont a une temperature sensiblement constante de 80 C. La cha-leur de dissolution est evacuee par un echange a contact indirect avec un courant de n-pentane qui entre par le conduit 6 et sort par le conduit 7 en se vaporisant tout au cours de l'echange. On fournit ainsi 4 5 kcal/s a 80 C.
La solution aqueuse d'ammoniac est evacuee par le conduit 10 reprise par la pompe Pl passe ensuite dans l'echangeur E2 d'o~ elle ressort a la tempe-rature de 51 C puis est envoyee par le conduit 11 a la colonne a plateaux T1.
La colonne a plateaux T1 a 10 cm de diametre et comprend 15 plateaux perfores.
Le butane liquide provenant du ballon Bl est envoye par le conduit 3 à l'echangeur E1 d'où il ressort par le conduit 13 à une temperature de 35c et est repris par la pompe P2 qui l'envoie dans le conduit 14. Le butane arrivant par le conduit 14 et le butane arrivant par le conduit 17 sont melanges en ligneet sont envoyes par le conduit 18 au bouilleur Rl dans lequel le butane se vapo-rise sous.une pression de 4 2 atm en prenant 39 9 kcal/s à une temperature de 43 C a la source de chaleur du bouilleur. Le butane vapeur est envoye par le conduit 19 à la colonne à plateaux T1. Dans la colonne T1 l'ammoniac contenu dans la solution aqueuse arrivant par le conduit 11 est desorbe par le courant de butane. La colonne à plateaux Tl fonctionne avec une pression de fond de 4 2 atm et les plateaux sont à une température sensiblement constante de 40 C. La chaleur de desorption soit 4 6 kcal/s est fournie par un courant d'isopentane qui entre par le conduit 24 et sort par le conduit23 en se condensant tout au ! cours de l'~change.
Ce syst~me a donc ~ourni de la chaleur ~ 8G C à partir de chaleur prise ! entre 40 et 43 C.
L'exemple 2 est illustr~ par la figure 2. On envoie par le conduit 1 12 m3/h d'un melange gazeux à la pression de 10 atm et à la temperature de 2~ Cayant la composition suivante en fractions molaires :
azote : 0 73 n-butane : 0 27 Ce melange est refroidi jusqu'à une temperature de 15 C dans le con-denseur Cl. On obtient ainsi une fraction liquide de butane et le melange est envoy~ par le conduit 2 dans le ballon de decantation B1. De ce ballon sort par le condu~t 3 un debit de 33 1 kg/h de butane liquide et par le conduit 4 un me-lange gaæeu~ ayant la composition suivante en fractions molaires.
azote : 0 83 ~ . .. .
~060336 n-butane : 0,17 Le butane liquide provenant du ballon Bl passe dans l'echangeur El d'ou il sort par le conduit 14 à une température de 75 C puis est repris par la pompe P2 et envoyé dans le bouilleur R1 dans lequel il se vaporise sous une pression de 9,8 atm en prenant 638 cal/s a une température de 79,5 C a la source de chaleurdu bouilleur et le butane vapeur est envoyé par le conduit 5 a la colonne T2. Lacolonne T2 est une colonne a garnissage de 10 cm de diametre remplie d'anneaux Raschig de 0,6 cm de diametre. La colonne T2 fonctionne a une pression de 9,9 atm a sa base et a une temperature sensiblement constante de 120 C. Le butane se dissout dans un courant de n-décane circulant a contre courant et arrivant par le conduit 9 dans la colonne T2. Le débit de n-décane est de 414 kg/h. La chaleur de dissolution du butane est évacuée par un courant d'eau qui entre par le conduit 6 et sort par le conduit 7 en se vaporisant tout au cours de l'echange. On fournit ainsi 187 cal/s a 120 C. Par le conduit 10 est évacuee la solution de butane dans le n-d6cane qui est reprise par la pompe Pl, ~asse dans l'~changeur E2 puis est envoy~e par le conduit 11 à la colonne Tl. La colonne T1 est une colonne à gar-nissage de 10 cm de diametre remplie d'anneaux Raschig de 0,6 cm de diametre.
L~ melange gazeux d'azote et de butane sortant du ballon Bl par le conduit ~ passe dans l'echangeur E1 d'ou il sort a une pression de 9,7 atm puis est recomprime par le surpresseur Kl jusqu'a une pression de 10,5 atm et envoye par le con~uit 19 dans la colonne T1. Dans la colonne Tl le b!ltane contenu dans le n-decane est d~sorb~ en partie par le courant gazeux. La colonne Tl fonctionne à une tempera-ture sensiblement constante se situant a 80 C et la chaleur de desorption soit 37~ cal/s est fournle par ~In courant d'heptane qui entre à l'etat vapeur par lecondult 22 et sort par le conduit 23 en se conden~nt tout au cours de l'ecllan~e.
Le systeme a donc fourni de la chaleur ~ 1~0 C en prenant de la cha-leur ~ ~0 C.
EXEM~E 3 ` `
L'exemple 3 e~t illustr~ par la figure 3. Par le conduit 31 on envoie 1~31 tonno/h de vapeur fnrm~o do7'~ ~ en poid~ d'amr,loniac et de 21 % d'eau dans la colonne d'absorption T 2, ~ une temp~rature de 100 C et 3 une pression de 4~5 k~ ~cm2. En t~te do lo colonne d'ab~orption T 1 arriva par le conduit 32 un d~blt liquido de 10 tonno/h foxm~ par de l'oau contonant 0,2 % en poids ;d'ommoniac ot arrivant ~ une temp~rature de 113 C, La colonne T 1 est adiaba-tlquo ot, par~suito de la chaleur d~gagee par l'absorption d'ammoniac, l'eau Ofit v~porls~o. En t~te de la colonne la temperature est de 140 C, la pression do 4 kg /cm2 ot on sort, par le conduit 33, 1 tonne/h de vapour form~e de 95 %
on poids d'oau ot 5 % en poids d'ammoniac. Cette vapeur se condense entre 140 et - 7 ~ :
. ' I ; ~ ' , .. ' : , . : - ' ~060336 13D C dans l~changeur E ~ en fournissant 525 Kcal/hà un fluide extérieur qui arrive par le conduit 34 et repart par le conduit 35, pUi5 res~ort de l'~ohen-geur E 4 par le conduit 37. Par le Eonduit 36 on soutire de la colonne au moyen de la pompe P 1un d~bit liquide de 7,2 tonne/h à un niveau de la colonne où la température est dP 120 C. Ce d~bit liquide est envoy~ per la pompe P 1 dans 1B
conduit 3~ et mélengé en ligne avec le débit liquide arrivant par le conduit 37,le mélange obtenu étant envoyé par le conduit 39 dans l'échangeur E 5.
En fond de colonne on soutire une solution à 15 % en poids d'ammoniac et la température est de 100 C. Cette solution est évacuée par le conduit 40 et mélangée en ligne avec le débit liquide arrivant par le conduit 41. Le m~lange ainsi obtenu est envoyé en tête de la colonne de stripping T 1 par le conduit ~2.
En fond de la colonne T 1 on envoie par le conduit 43 151 Kmoles/h d'une vapeur d'entrainement dont la composition en fractions molaires est la suivante :
~utane normal : 0,30 Isopentane : 0,45 Hexane normal : 0,25 Cetta vapeur permet d'entrainer l~ammoniac contenu dans la solution.
La chaleur de désorption est compensée par l'apport de 646 Kcal/h fournies par le re~roidissement d'un fluide ext6rieur qui arrive par le condùit 25 et repart par le conduit 26. La temperature dans la colonne est ainsi de 100 C en fond at da ~0 C en t~te. Par le conduit 44 on évacua une vapeur dont lq composition en fractions molaire~ a~t la suivante t Hydrocarbures : 0, 67 Ammonioc s 0,26 EHU ~ 0,07 Cotte vapcur eat mblsngeR avec 1,13 tonne/h da ~olution arrivant par l- conduit 25 da façDn ~ r~maner la rapport en paids ammoniac/(eau ~ ~mmoniac) 30 A 0~45. L~ m~lango ugt anvoy6 por la conduit 66 dans l~echangeur E ~ puis par le oonduit 47 da~s lo condon~eur C 1. A la sortie du condensaur, la tamp6rature astdo 30 C 0t l~ m~lango forma deux phases liquidos~ une ~raction hydrocarbure et uno ~raction aquaus0 ~orme~ par une solution d'ammoniac. Ces deux fractions liquide~ oont envoy~a9 par le conduit 4C dans lo ballon ~ 1. La phase hydrocar-bur~ ressort du ballon ~ 1 par le conduit 49 et elle ast envoy6e par la pompe P 2 A travers le conduit 50 dans l~echangeur E 5 puis ~ travers le conduit 51 106~)336 dans l~éohangeur E 7. Dans llechangeur E 7 elle est chauffée par un fluide ex-t~rieur qui arrive par le conduit 52 et repart per le cDnduit 53 et dont le refroidissement fournit 856 Kcal/h. Elle sort de l'échangeur E 7 par le conduit 43 complètement vaporisée à 1D0 C. La phese aqueuse ressort du ballon ~ 1. pnr le conduit 54 et elle est envoyée par la pompe P 3 à travers le conduit 55 dans l'échangeur E B puis à traverR le conduit 56 dans l~échangeur E 6. Dans l~échan-geur E 6 elle est ohaurfée par un fluide extéxieur qui errive par le conduit 57 et repart par le conduit 58 et dont le refroidissement fournit 158 Kcal/h, puis elle est envoyée par le conduit 59 dans le ballon ~ 2. Dans le ballon ~ 2 la température est de 100 C et on obtient une v~peur qui est envoy~e pa~ le con-duit 31 dans la colonne T 2 et une fraction liquide contenant 16 % en poids d'ammoniac qui est renvoyée par le conduit 60 vers le colonne T 1.
Au fond de la colonne T 1 on obtient une solution ~ 0,2 % en poids d'ammoniac qui est évacuée de la colonne par le conduit 61. Cette solution est reprise par la pompe P ~ et envoyée par le conduit 62 dans l'échangeur E 5 d~où
elle est renvoyée par le conduit 32 dans la colonne T 2.
Danæ l~changeur E 5 arrive d'autre part par le conduit 39 la solution de tete. Cette solution est envoyée par le conduit 63 dans le ballon B 3 d~où
l'on prélève par le conduit 45 le débit servant à la dilution de la vapeur sortant en t@te de la colonne T 1. Par le conduit 64 on évacue 7,07 Tonnes~h de solution qui est envoyee par la pompe P 5 à t.ravers le conduit 65 en t@te de la colonne T 1.
En d~finit.ive on a ainei produit de la choleur entre 130 et 140 C
~domaine de temp~rat~re A) en con30mmant de la chaleur antre ~0 et 100 C ~do-meine de température ~).
On voit, d'aprbs ces exemples que l~ proced~ permet de produire de la chaleur b das tamperetures relativement elevaos tout en fonctionnant b une pro38ion moder~e co qui pcrmet de reduire le coût de l'appareillage. Il apparaito~alomont que les ~topa~ d~ebsorption et de desorpti.on peuvent etre menees b des pxosoiono sonsiblement idontiquea ce qui permet d~viter de depen~er du travail do comproaoian. Il est non moins evident d'~pr~s l'axemple 3 qu~il est pnssible d~ne ccrtoin3 ca9~ pour ~ucilitor le d~sorption~ d~operer l~etape de desorption oouo uno preosion inferieure à la prcssion sou~ laquelle on opara l'etape d ' ab~orption.
' _ g _
Il arrive frequernMent que d'importantes quantites de chaleur soient perdues du fait que le niveau de temperature auquel elles sont disponibles est trop bas. Ainsi une raffinerie rejette une grande partie de la chaleur qu'elle produit à un niveau de temperature gui peut être compris par exemple entre 50 et 150 C et qui est considere comme trop bas pour que c~tt~ chaleur ~it r~
- De même en geother~ie peut se poser le probleme de l'utilisation d'eau chaude issue de nappes souterraines et dont la temperature est inferieure à la tempera-ture souhaitee à l'utilisation.
L'imperatif d'economies d'energie fait qu'il est souhaitable dans tous ces cas de disposer d'un moyen de releYer la temperature à laquelle ces caloriessont disponibles. Pour celà il est possible d'operer au moyen d'une pompe de cha-leur. La pompe de chaleur permet d'utiliser des calories à une temperature plus élevée que la temperature à laquelle elles sont initialement disponibles mais à
condition de dépenser un travail W = Q/~, Q etant la quantité de chaleur fournieet ~ le coefficient de performance de la pompe de chaleur. Or le trav~il W est lui même obtenu dans la plupart des cas a partir d'une chaleur de combustion avec un rendement qui est nettement inférieur à 1, par exemple de l'ordre de 0,3. Dans ces conditions, un système fonctionnant en pompe de chaleur ne represente une so-lution intéressante du point de vue des economies d'energie que s'il fonctionne avec un coefficient de performance eleve.
Une au~re solution consiste à operer selon un cycle tritherme en rea-lisant un thermotransformateur. La possibilite de realiser un thermotransforma-teur est evoquee sur le plan theorique par R. Vichnievsky (Thermodynamique appli-quee aux machines - Masson et Cie 1967).
Un tel s~stème echangeant de la chaleur avec une source froide à une temp~rature absolue To et fonctionnant dans des conditions reversibles permet detransformer une quantit~ de chaleur Q à la temperature absolue T en une quantitede chaleur Q' a la temperature T' suivant la relation Q (1 - r) = Q' (1 ~ T)~
En particulier, il est donc possible de transformer une quantite de chaleur Q à la temperature T en une quantité de chaleur moindre Q' à une tempe-rature T' sup~rieure ~ T, le rapport ~ etant nécessairement inferieur au rapport I ~ th~orique (1 - To/T)/(1 - To/T').
Les possibilites o~ertes par de tels systèmes n'ont pas ete encore ple~nement exploitees en pratique.
Il a ate decouvert qu'il est possible d'util~ser un système à absorp-tion pour r~aliser un thermotrans~ormateur permettant de relever le niveau de temp~rature d'une chaleur à bas niveau en operant suivant un cycle sensiblement ~sobare, ce qu~ n'est possible par aucune des techniques connues jusqu'à presentet ce qui permet de n'avoir à depenser qu'une très faible quantite d'energie ~0 mecanique.
7~
-10~i~33~;
L'invention concerne un procédé de production de chaleur à une température A a partir d'une source de chaleur disponible à une température B, la température A se situant au-dessus de la température B. Le procédé selon l'invention est :
caractérisé en ce que:
a) l'on met une fraction gazeuse (G) d'un fluide de :
travail défini à l'étape (d), en contact avec une phase liquide de solvant défini à l'étape (e), dans une zone d'absorption, :
pour absorber une partie au moins de la fraction gazeuse dans la phase liquide de solvant, de manière à obtenir une solution du fluide de travail dans le solvant et à dégager de la chaleur, : -~
et on transf~re au moins une partie de la chaleur degagée à
la température A à un milieu extérieur récepteur de chaleur;
b) on met la solution obtenue à l'étape (a) en contact avec un gaz d'entraînement (H) défini à l'étape (d), dans une zone d'entrafnement, de manière à desorber au moins en partie la fraction gazeuse de fluide de travail et à obtenir (i) un mélange gazeux de la fraction gazeuse de fluide de travail et du gaz d'entrainement, et (ii) une solution désorbée, et on compense la chaleur endothermique de desorption en transferant indirectement à la zone d'entrainement la chaleur disponible à la temperature B;
c) on soumet le melange gazeux résultant de l'étape (b) ~ : ~i) une li~uefaction au moins partielle par ~change indirect de chaleur avec un milieu de refroidissement externe, :
~ii) une s~paration de phase et tiii) une vaporisation du liquide r~sultant pour obtenir au moins deux fractions gazeuses distinctes, un~ fxaction gazeuse ~G) du fluide de travail et un gaz d'entrainement ~H), la vaporisation etant effectuée par ~change indirect de chaleur avec la source de chaleur disponible :~
~ la temperature B;
d) on renvoie la fraction gazeuse ~G) à l'etape ~a) : -à titre de fraction gazeuse de fluide de travail et la ~
~raction ~H) ~ l'etape ~b) à titre de gaz d'entraînement; et ~:
,~
--`- 106~336 e) on recycle la solution desorbee de l'etape (b) à lletape (a) pour reconstituer au moins une partie de la phase liquide de solvant.
La chaleur d'absorption produite à l'etape (a) nlest pas necessairement recuperee directement dans la zone dlabsorption.
Elle peut egalement servir à vaporiser un des constituants liquides presents dont la condensation ulterieure permet de produire de la chaleur à niveau eleve (voir exemple 3). De même au cours de l'etape (b) la chaleur de desorption n'est pas necessairement fournie directement par la source de chaleur exterieure, dans la zone de desorption.
La temperature A peut être comprise par exemple entre .` ~ ' , ~
~ - 3a - ~
.
106(~336 80C et 250C. La temperature B peut être par exemPle entre 20 C
et 150C.
Lorsque les echanges de chaleur sont realises dans un domaine de temperature et non à une température fixe, il est bien . .
entendu que l'intervalle de température A est au moins en partie situe au-dessus de l'intervalle de temperature B.
Le solvant sera genéralement un solvant polaire tel que par exemple l'eau, la diméthylformamide, le diméthylsulfoxyde, la n-méthylpyrrolidone, le tributylphosphate, l'ethylène glycol, le diethylène glycol, l'alcool benzylique ou l'aniline. Il est également possible dans certains cas d'utiliser comme sol-vant un hydrocarbure choisi par exemple parmi les paraffines.
La fraction (G) absorbee que l'on appelera solute ou fluide de travail peut être formee par exemple par de l'ammoniac, un alcool tel que le méthanol, une cétone telle que l'acétone ou par un hydrocarbure paraffinique tel que par exemple le butane ou le propane ou aromatique tel que par exemple le benzène ou encore par une vapeur d'hydrocarbure chloré et/ou fluoré de la gamme des fréons, tel que par exemple le fluorotrichlorométhane ou le difluorodichloromethane. De manière genérale tout gaz qui est stable chimiquement dans les conditions de température et de pression auxquelles on opare peut convenir à condition de pouvoir se dissoudre dans le solvant avec un degagement de cha-leur, par exemple sup~rieur à 50 cal/g de solut~ absorbe et de pr~erence aussi ~le~e que possible.
La desorption est operee en introduisant un courant gaz~ux de balayage (H). Ce courant de balayage (H) peut être forme par un gaz non con~ensable ~ la temperature à laquelle ~ :
on effectue la desorption, tel que par exemple l'azote ou l'hydrogène. On obtient dans ce cas, un mélange gazeux formé
par le courant de balayage (H) et le soluté désorbé (G) et on separe le solut8 (G) en passant le melange dans un condenseur i ~Il~' ..
' 10~()336 refroidi par exemple par le milieu extérieur de refroidissement tel que eau ou air. On obtient ainsi à la sortie du condenseur une fraction liquide de soluté (G) qui est ensuite vaporisée en prenant de la chaleur a la température B.
Le courant de balayage (H) peut être également formé
par une vapeur d'un constituant condensable a la pression du systeme et à la température de refroidissement du condenseur, qui peut être par exemple un hydrocarbure tel que le butane lorsque l'on désorbe un gaz leger tel que l'ammoniac. Le mélange gazeux formé par le courant de balayage et le soluté
désorbé est séparé dans ce cas par passage dans un condenseur refroidi par exemple par le milieu extérieur de refroidisse-ment. On obtient ainsi à la sortie du condenseur soit une fraction liquide (H) qui est ensuite vaporisee en prenant de la chaleur à la temperature B et redonne le courant gazeux de balayage et une fraction gazeuse (G), soit deux fractions liquides (G) et (H) qui sont ensuite vaporisees séparément en prenant de la chaleur ~ la température B.
Le fractionnement du m~lange gazeux peut être egale-ment realise par toute autre methode connue telle que par exem-ple la distillation.
Le contact entre la phase li~uide et la phase gazeuse au cours de la d~sorption du solut~ est opere de pr~ference ~
contre-courant de fa~on ~ obtenir la desorption la plus complète pos~ible. Le~ ~tapes d'absorption et de d~sorption sont menees `
dc px~f~r~nce dans des colonnes du type de celles qui sont le plu9 ~r~quemment utilis~es en g~nie chimique pour mener ce ~anre d'op~ration mais d`autres dispositifs, en particulier des dispositifs comportant une agitation mecanique peuvent être uti-lises.
L'invention est illustrée par les exemples suivants qui montrent comment un tel système peut être realise, en réfe-~ ~ - 5 -106033t;
rence aux dessins annexés dans lesquels les figures l, 2 et 3 représentent schématiquement trois installations de mise en oeuvre de procédés selon l'invention.
EXEMPLE
L'exemple est illustré par la figure 1. On envoie par le conduit l 23 m3/h d'un mélange gazeux a la pression de 4 atm et a la température de 35C ayant la composition suivante en fractions molaires:
n-butane : 0,906 ammoniac : 0,077 eau : 0,017 Ce mélange est refroidi jusqu'a une température de 25C dans le condenseur Cl refroidi a eau. On obtient ainsi une liquéfaction partielle du butane et le mélange est envoyé
par le conduit 2 dans le ballon de décantation Bl. De ce bal-lon sort par le conduit 3 un debit de 1698 kg/h de butane liquide et par le conduit 4 un melange gazeux ayant la composition sui-vante en fractions molaires:
n-butane : 0,575 ammoniac : 0,348 eau : 0,077 Ce melange gazeux passe dans l'~changeur E3 d'o~
sort par le conduit 5 à une temperature de 54C pour être envoye dans une colonne à plateaux T2. La colonne à plateaux T2 a 10 cm de diamatre et comprend 15 plateaux perfor~s. Dans cette aolonne, le m~lange gazeux est contacte ~ contre-courant avec un~ phase aqueu~e qui arrive par le conduit ~. Le d~bit de pha~c aqueuse est de 241 l/h. L'ammoniac contenu dans le me-lan~e gazeux est absorbe par l'eau et, par le conduit 8, ressort de la colonne un m~lange gazeux ayant la composition suivante en fractions molaires:
n-butane : 0,882 - 5a -10f~033~
eau : 0,118 Ce mélange passe dans l'échangeur E3 d'oa il sort par le conduit 12 puis passe dans le condenseur C2 dans lequel il est condense en cédant de la chaleur a contact indirect a l'eau de refroidissement du condenseur. On obtient ainsi deux frac-tions liquides que l'on sépare dans le ballon s2.
Par le conduit 16 on recueille un débit de 9 l/h d'eau qui est reprise par la pompe P4 et mélangee en ligne avec la solution aqueuse provenant de la ~1~60336 , .
colonne Tl et arrivant par le conduit 21. Par le conduit 15 on recueille un de-bit de 382 l/h de butane qui est repris par la pompe P3 qui l'envoie par le con-duit 17 pour etre melange en ligne avec le butane arrivant par le conduit 14.
La colonne à plateaux T2 fonc~ionne a une pression de tete de 3 8 atm et les plateaux sont a une temperature sensiblement constante de 80 C. La cha-leur de dissolution est evacuee par un echange a contact indirect avec un courant de n-pentane qui entre par le conduit 6 et sort par le conduit 7 en se vaporisant tout au cours de l'echange. On fournit ainsi 4 5 kcal/s a 80 C.
La solution aqueuse d'ammoniac est evacuee par le conduit 10 reprise par la pompe Pl passe ensuite dans l'echangeur E2 d'o~ elle ressort a la tempe-rature de 51 C puis est envoyee par le conduit 11 a la colonne a plateaux T1.
La colonne a plateaux T1 a 10 cm de diametre et comprend 15 plateaux perfores.
Le butane liquide provenant du ballon Bl est envoye par le conduit 3 à l'echangeur E1 d'où il ressort par le conduit 13 à une temperature de 35c et est repris par la pompe P2 qui l'envoie dans le conduit 14. Le butane arrivant par le conduit 14 et le butane arrivant par le conduit 17 sont melanges en ligneet sont envoyes par le conduit 18 au bouilleur Rl dans lequel le butane se vapo-rise sous.une pression de 4 2 atm en prenant 39 9 kcal/s à une temperature de 43 C a la source de chaleur du bouilleur. Le butane vapeur est envoye par le conduit 19 à la colonne à plateaux T1. Dans la colonne T1 l'ammoniac contenu dans la solution aqueuse arrivant par le conduit 11 est desorbe par le courant de butane. La colonne à plateaux Tl fonctionne avec une pression de fond de 4 2 atm et les plateaux sont à une température sensiblement constante de 40 C. La chaleur de desorption soit 4 6 kcal/s est fournie par un courant d'isopentane qui entre par le conduit 24 et sort par le conduit23 en se condensant tout au ! cours de l'~change.
Ce syst~me a donc ~ourni de la chaleur ~ 8G C à partir de chaleur prise ! entre 40 et 43 C.
L'exemple 2 est illustr~ par la figure 2. On envoie par le conduit 1 12 m3/h d'un melange gazeux à la pression de 10 atm et à la temperature de 2~ Cayant la composition suivante en fractions molaires :
azote : 0 73 n-butane : 0 27 Ce melange est refroidi jusqu'à une temperature de 15 C dans le con-denseur Cl. On obtient ainsi une fraction liquide de butane et le melange est envoy~ par le conduit 2 dans le ballon de decantation B1. De ce ballon sort par le condu~t 3 un debit de 33 1 kg/h de butane liquide et par le conduit 4 un me-lange gaæeu~ ayant la composition suivante en fractions molaires.
azote : 0 83 ~ . .. .
~060336 n-butane : 0,17 Le butane liquide provenant du ballon Bl passe dans l'echangeur El d'ou il sort par le conduit 14 à une température de 75 C puis est repris par la pompe P2 et envoyé dans le bouilleur R1 dans lequel il se vaporise sous une pression de 9,8 atm en prenant 638 cal/s a une température de 79,5 C a la source de chaleurdu bouilleur et le butane vapeur est envoyé par le conduit 5 a la colonne T2. Lacolonne T2 est une colonne a garnissage de 10 cm de diametre remplie d'anneaux Raschig de 0,6 cm de diametre. La colonne T2 fonctionne a une pression de 9,9 atm a sa base et a une temperature sensiblement constante de 120 C. Le butane se dissout dans un courant de n-décane circulant a contre courant et arrivant par le conduit 9 dans la colonne T2. Le débit de n-décane est de 414 kg/h. La chaleur de dissolution du butane est évacuée par un courant d'eau qui entre par le conduit 6 et sort par le conduit 7 en se vaporisant tout au cours de l'echange. On fournit ainsi 187 cal/s a 120 C. Par le conduit 10 est évacuee la solution de butane dans le n-d6cane qui est reprise par la pompe Pl, ~asse dans l'~changeur E2 puis est envoy~e par le conduit 11 à la colonne Tl. La colonne T1 est une colonne à gar-nissage de 10 cm de diametre remplie d'anneaux Raschig de 0,6 cm de diametre.
L~ melange gazeux d'azote et de butane sortant du ballon Bl par le conduit ~ passe dans l'echangeur E1 d'ou il sort a une pression de 9,7 atm puis est recomprime par le surpresseur Kl jusqu'a une pression de 10,5 atm et envoye par le con~uit 19 dans la colonne T1. Dans la colonne Tl le b!ltane contenu dans le n-decane est d~sorb~ en partie par le courant gazeux. La colonne Tl fonctionne à une tempera-ture sensiblement constante se situant a 80 C et la chaleur de desorption soit 37~ cal/s est fournle par ~In courant d'heptane qui entre à l'etat vapeur par lecondult 22 et sort par le conduit 23 en se conden~nt tout au cours de l'ecllan~e.
Le systeme a donc fourni de la chaleur ~ 1~0 C en prenant de la cha-leur ~ ~0 C.
EXEM~E 3 ` `
L'exemple 3 e~t illustr~ par la figure 3. Par le conduit 31 on envoie 1~31 tonno/h de vapeur fnrm~o do7'~ ~ en poid~ d'amr,loniac et de 21 % d'eau dans la colonne d'absorption T 2, ~ une temp~rature de 100 C et 3 une pression de 4~5 k~ ~cm2. En t~te do lo colonne d'ab~orption T 1 arriva par le conduit 32 un d~blt liquido de 10 tonno/h foxm~ par de l'oau contonant 0,2 % en poids ;d'ommoniac ot arrivant ~ une temp~rature de 113 C, La colonne T 1 est adiaba-tlquo ot, par~suito de la chaleur d~gagee par l'absorption d'ammoniac, l'eau Ofit v~porls~o. En t~te de la colonne la temperature est de 140 C, la pression do 4 kg /cm2 ot on sort, par le conduit 33, 1 tonne/h de vapour form~e de 95 %
on poids d'oau ot 5 % en poids d'ammoniac. Cette vapeur se condense entre 140 et - 7 ~ :
. ' I ; ~ ' , .. ' : , . : - ' ~060336 13D C dans l~changeur E ~ en fournissant 525 Kcal/hà un fluide extérieur qui arrive par le conduit 34 et repart par le conduit 35, pUi5 res~ort de l'~ohen-geur E 4 par le conduit 37. Par le Eonduit 36 on soutire de la colonne au moyen de la pompe P 1un d~bit liquide de 7,2 tonne/h à un niveau de la colonne où la température est dP 120 C. Ce d~bit liquide est envoy~ per la pompe P 1 dans 1B
conduit 3~ et mélengé en ligne avec le débit liquide arrivant par le conduit 37,le mélange obtenu étant envoyé par le conduit 39 dans l'échangeur E 5.
En fond de colonne on soutire une solution à 15 % en poids d'ammoniac et la température est de 100 C. Cette solution est évacuée par le conduit 40 et mélangée en ligne avec le débit liquide arrivant par le conduit 41. Le m~lange ainsi obtenu est envoyé en tête de la colonne de stripping T 1 par le conduit ~2.
En fond de la colonne T 1 on envoie par le conduit 43 151 Kmoles/h d'une vapeur d'entrainement dont la composition en fractions molaires est la suivante :
~utane normal : 0,30 Isopentane : 0,45 Hexane normal : 0,25 Cetta vapeur permet d'entrainer l~ammoniac contenu dans la solution.
La chaleur de désorption est compensée par l'apport de 646 Kcal/h fournies par le re~roidissement d'un fluide ext6rieur qui arrive par le condùit 25 et repart par le conduit 26. La temperature dans la colonne est ainsi de 100 C en fond at da ~0 C en t~te. Par le conduit 44 on évacua une vapeur dont lq composition en fractions molaire~ a~t la suivante t Hydrocarbures : 0, 67 Ammonioc s 0,26 EHU ~ 0,07 Cotte vapcur eat mblsngeR avec 1,13 tonne/h da ~olution arrivant par l- conduit 25 da façDn ~ r~maner la rapport en paids ammoniac/(eau ~ ~mmoniac) 30 A 0~45. L~ m~lango ugt anvoy6 por la conduit 66 dans l~echangeur E ~ puis par le oonduit 47 da~s lo condon~eur C 1. A la sortie du condensaur, la tamp6rature astdo 30 C 0t l~ m~lango forma deux phases liquidos~ une ~raction hydrocarbure et uno ~raction aquaus0 ~orme~ par une solution d'ammoniac. Ces deux fractions liquide~ oont envoy~a9 par le conduit 4C dans lo ballon ~ 1. La phase hydrocar-bur~ ressort du ballon ~ 1 par le conduit 49 et elle ast envoy6e par la pompe P 2 A travers le conduit 50 dans l~echangeur E 5 puis ~ travers le conduit 51 106~)336 dans l~éohangeur E 7. Dans llechangeur E 7 elle est chauffée par un fluide ex-t~rieur qui arrive par le conduit 52 et repart per le cDnduit 53 et dont le refroidissement fournit 856 Kcal/h. Elle sort de l'échangeur E 7 par le conduit 43 complètement vaporisée à 1D0 C. La phese aqueuse ressort du ballon ~ 1. pnr le conduit 54 et elle est envoyée par la pompe P 3 à travers le conduit 55 dans l'échangeur E B puis à traverR le conduit 56 dans l~échangeur E 6. Dans l~échan-geur E 6 elle est ohaurfée par un fluide extéxieur qui errive par le conduit 57 et repart par le conduit 58 et dont le refroidissement fournit 158 Kcal/h, puis elle est envoyée par le conduit 59 dans le ballon ~ 2. Dans le ballon ~ 2 la température est de 100 C et on obtient une v~peur qui est envoy~e pa~ le con-duit 31 dans la colonne T 2 et une fraction liquide contenant 16 % en poids d'ammoniac qui est renvoyée par le conduit 60 vers le colonne T 1.
Au fond de la colonne T 1 on obtient une solution ~ 0,2 % en poids d'ammoniac qui est évacuée de la colonne par le conduit 61. Cette solution est reprise par la pompe P ~ et envoyée par le conduit 62 dans l'échangeur E 5 d~où
elle est renvoyée par le conduit 32 dans la colonne T 2.
Danæ l~changeur E 5 arrive d'autre part par le conduit 39 la solution de tete. Cette solution est envoyée par le conduit 63 dans le ballon B 3 d~où
l'on prélève par le conduit 45 le débit servant à la dilution de la vapeur sortant en t@te de la colonne T 1. Par le conduit 64 on évacue 7,07 Tonnes~h de solution qui est envoyee par la pompe P 5 à t.ravers le conduit 65 en t@te de la colonne T 1.
En d~finit.ive on a ainei produit de la choleur entre 130 et 140 C
~domaine de temp~rat~re A) en con30mmant de la chaleur antre ~0 et 100 C ~do-meine de température ~).
On voit, d'aprbs ces exemples que l~ proced~ permet de produire de la chaleur b das tamperetures relativement elevaos tout en fonctionnant b une pro38ion moder~e co qui pcrmet de reduire le coût de l'appareillage. Il apparaito~alomont que les ~topa~ d~ebsorption et de desorpti.on peuvent etre menees b des pxosoiono sonsiblement idontiquea ce qui permet d~viter de depen~er du travail do comproaoian. Il est non moins evident d'~pr~s l'axemple 3 qu~il est pnssible d~ne ccrtoin3 ca9~ pour ~ucilitor le d~sorption~ d~operer l~etape de desorption oouo uno preosion inferieure à la prcssion sou~ laquelle on opara l'etape d ' ab~orption.
' _ g _
Claims (21)
1. Procédé de production de chaleur à une température A à partir d'une source de chaleur disponible à une température B, la température A se situant au-dessus de la température B, carac-térisé en ce que:
a) l'on met une fraction gazeuse (G) d'un fluide de travail défini à l'étape (d), en contact avec une phase liquide de solvant défini à l'étape (e), dans une zone d'absorption, pour absorber une partie au moins de la fraction gazeuse dans la phase liquide de solvant, de manière à obtenir une solution du fluide de travail dans le solvant et à dégager de la chaleur, et on transfère au moins une partie de la chaleur dégagée à la température A à un milieu extérieur récepteur de chaleur;
b) on met la solution obtenue à l'étape (a) en contact avec un gaz d'entraînement (H) défini à l'étape (d), dans une zone d'entraînement, de manière à désorber au moins en partie ladite fraction gazeuse de fluide de travail et à obtenir (i) un mélange gazeux de ladite fraction gazeuse de fluide de travail et dudit gaz d'entraînement, et (ii) une solution désorbée, et on compense la chaleur endothermique de désorption en transférant indirectement à la zone d'entraînement ladite chaleur disponible à la température B;
c) on soumet le mélange gazeux résultant de l'étape (b) à : (i) une liquéfaction au moins partielle par échange indirect de chaleur avec un milieu de refroidissement externe, (ii) une séparation de phase et (iii) une vaporisation du liquide résultant pour obtenir au moins deux fractions gazeuses distinctes, une fraction gazeuse (G) du fluide de travail et un gaz d'entraînement (H), ladite vaporisation étant effectuée par échange indirect de chaleur avec ladite source de chaleur disponible à la température B;
d) on renvoie la fraction gazeuse (G) à l'étape (a) à titre de fraction gazeuse de fluide de travail et la fraction (H) à l'étape (b) à titre de gaz d'entraînement; et e) on recycle la solution désorbée de l'étape (b) à l'étape (a) pour reconstituer au moins une partie de la phase liquide de solvant.
a) l'on met une fraction gazeuse (G) d'un fluide de travail défini à l'étape (d), en contact avec une phase liquide de solvant défini à l'étape (e), dans une zone d'absorption, pour absorber une partie au moins de la fraction gazeuse dans la phase liquide de solvant, de manière à obtenir une solution du fluide de travail dans le solvant et à dégager de la chaleur, et on transfère au moins une partie de la chaleur dégagée à la température A à un milieu extérieur récepteur de chaleur;
b) on met la solution obtenue à l'étape (a) en contact avec un gaz d'entraînement (H) défini à l'étape (d), dans une zone d'entraînement, de manière à désorber au moins en partie ladite fraction gazeuse de fluide de travail et à obtenir (i) un mélange gazeux de ladite fraction gazeuse de fluide de travail et dudit gaz d'entraînement, et (ii) une solution désorbée, et on compense la chaleur endothermique de désorption en transférant indirectement à la zone d'entraînement ladite chaleur disponible à la température B;
c) on soumet le mélange gazeux résultant de l'étape (b) à : (i) une liquéfaction au moins partielle par échange indirect de chaleur avec un milieu de refroidissement externe, (ii) une séparation de phase et (iii) une vaporisation du liquide résultant pour obtenir au moins deux fractions gazeuses distinctes, une fraction gazeuse (G) du fluide de travail et un gaz d'entraînement (H), ladite vaporisation étant effectuée par échange indirect de chaleur avec ladite source de chaleur disponible à la température B;
d) on renvoie la fraction gazeuse (G) à l'étape (a) à titre de fraction gazeuse de fluide de travail et la fraction (H) à l'étape (b) à titre de gaz d'entraînement; et e) on recycle la solution désorbée de l'étape (b) à l'étape (a) pour reconstituer au moins une partie de la phase liquide de solvant.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le fractionnement de l'étape (c) est réalisé par liquéfaction par-tielle, fournissant l'une des fractions G et H à l'état gazeux et l'autre à l'état liquide, suivie de séparation de la fraction gazeuse (G ou H) et de la fraction liquide (H ou G) et de la vaporisation de la fraction liquide séparée pour fournir une seconde fraction gazeuse (H ou G), ladite vaporisation étant effectuée en prenant de la chaleur à la température B.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la désorption de l'étape (b) est opérée par un contact à contre-courant entre la solution et le courant de gaz d'entraînement.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'un au moins des constituants de la fraction gazeuse qui est absorbée dans l'étape (a) en cédant de la chaleur à la température A est l'ammoniac.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'un au moins des constituants de la fraction gazeuse qui est absorbée dans l'étape (a) en cédant de la chaleur à la température A est un hydrocarbure.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'un au moins des constituants de la fraction gazeuse qui est absorbée en cédant de la chaleur à la température A est un hydro-carbure chlore et/ou fluoré.
7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le courant de gaz d'entraînement qui sert à opérer la désorption de l'étape (b) comprend un hydrocarbure gazeux.
8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le courant de gaz d'entraînement qui sert à opérer la désorption de l'étape (b) comprend de l'azote ou de l'hydrogène.
9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'un au moins des constituants de la phase liquide utilisée comme solvant est un solvant polaire.
10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'un au moins des constituants de la phase liquide utilisée comme solvant est l'eau.
11. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'un au moins des constituants de la phase liquide utilisée comme solvant est un hydrocarbure.
12. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pression dans le système est comprise entre 1 et 50 bars absolus.
13. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la température A est comprise entre 80 et 250°C et la température B est comprise entre 20 et 150°C.
14. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, au cours de l'étape (c) on liquéfie la fraction (H), on la sépare de la fraction non liquéfiée (G) et on vaporise la fraction (H) en prenant de la chaleur à la température B.
15. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, au cours de l'étape (c) on liquéfie la fraction (G), on la sépare de la fraction non liquéfiée (H) et on vaporise la fraction (G) en prenant de la chaleur à la température B.
16. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, au cours de l'étape (c) on liquéfie les fractions (G) et (H), on les sépare et on les vaporise séparément en prenant de la chaleur à la température B.
17. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le gaz d'entraînement utilise pour la désorption de l'étape (b) comprend une vapeur, cette vapeur étant condensable à la tempéra-ture du milieu de refroidissement externe sous la pression exis-tante.
18. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le fluide de travail est l'ammoniac, le solvant est l'eau et le gaz d'entraînement est un gaz d'hydrocarbure.
19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel le gaz d'hydrocarbure, qui constitue le gaz d'entraînement, renferme la vapeur d'au moins un hydrocarbure condensable à la température du milieu de refroidissement externe.
20. Procédé selon la revendication 18, dans lequel le contact de l'étape (b) est réalisé par contact à contre-courant dudit gaz d'hydrocarbure avec ladite solution résultant de l'étape (a).
21. Procédé selon la revendication 18, dans lequel la température A est de 80 à 250°C et la température B de 20 à 150°C, sous réserve que la température A soit supérieure à la température B.
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