<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention se réfère notamment aux appareils le réaction ou d'échange qui sont traversés en continu par un lux de gaz en contact avec un flux de liquide, le gaz utilisé tant au voisinage de la saturation en vapeur du liquide ou mé- ].ange de liquides. Elle se réfère plus particulièrement aux appa- eils de réaction ou d'échange de ce type qui exigent des tempéra ..ures d'entrée et de sortie du gaz'nettement différentes de cel- e à laquelle le gaz est disponible et de celle à laquelle le , az doit éventuellement être restitué.
L'invention a pour objet un procédé qui permet de 'écupérer une fraction aussi grande que possible de l'enthalpie
<Desc/Clms Page number 2>
du gaz en même temps qu'une fraction également élevée du liquide ou mélange de liquides assurant la saturation du gaz.
Le procédé suivant l'invention consiste, d'une part, à faire passer le gaz chaud sortant de l'appareil de réaction ou dtéchange dans une première colonne ou série de colonnes dans lesquelles le gaz cède la majeure partie de sa chaleur et., simul- tanément, de la vapeur qu'il contient, à un ou plusieurs liquides de même nature que celui traversant l'appareil de réaction ou dtéchange, et d'autre part, à faire passer ce ou ces liquides dans une autre colonne ou série de colonnes dans lesquelles ils resti- tuent au gaz froid, entrant dans l'appareil de réaction ou d'échange, la chaleur et la vapeur emmagasinées.
Pour amener le gaz à la température et à la saturation nécessaires tant à l'entrée qu'à la sortie, l'invention prévoit l'utilisation éventuelle d'éléments de colonne supplémentaires.
Les liquides qui y circulent et qui sont recyclés sur l'élément lui-même, sont de même nature que celui traversant l'appareil de réaction ou dtéchange et reçoivent un appoint de chaleur ou de froid.
Un appareillage suivant l'invention pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend essentiellement les appareils sui- vants:
1) sur le circuit de gaz, dans l'ordre : a) avant l'appareil de réaction ou d'échange,une co- lonne composée de un ou plusieurs tronçons de préchauffage par récupération, éventuellement surmontés d'un tronçon de chauffage; b) après l'appareil de réaction ou dtéchange, une co- composée lonne /de un ou plusieurs tronçons de prérefroidissement par ré- cupération éventuellement surmontés d'un tronçon de refroidisse- ment.
2) Sur le ou les circuits de liquides, outre les tron- çons de contact avec le gaz
<Desc/Clms Page number 3>
a) une ou plusieurs pompes de recyclage; b) éventuellement, un réchauffeur et/ou un refroidis- seur par contact, respectivement alimentés par une source chaude à température un peu supérieure à celle du gaz chaud avant réac- tion et une source froide à température un peu inférieure à cel- le du gaz froid sortant; c) Des canalisations dtappoint ou de trop-plein des- tinés à compenser les variations de débit du liquide dues à la saturation du gaz aux diverses températures.
On a décrit ci-après, simplement à titre d'exemples non limitatifs, quelques formes de réalisation d'appareillages sui- vant ltinvention, en référence aux figures schématiques des des- sins annexés.
Dans le schéma de la fig. l, l'appareillage comprend, en amont de l'appareil de réaction ou d'échange 1, une colonne de chauffage par récupération 2 et, en aval de l'appareil 1, une colonne de refroidissement par récupération 3.
Cet appareillage comporte un seul circuit de fluide in termédiaire al a2. Ce fluide recyclé traverse de haut en bas la colonne 2 puis la colonne 3. le gaz froid traverse lui-même la colonne 2 de bas en haut d'où il sort préchauffé et pénètre dans l'appareil de réaction ou d'échange 1. Le gaz chaud sortant tra- verse ensuite la colonne 3 de bas en haut. Les flèches vertica- les représentent le trajet suivi par le gaz. Une pompe 4 est prévue pour assurer la circulation du fluide intermédiaire.
Dans le schéma de la fig. 2, l'appareillage comprend un circuit de récupération a1 a2 analogue à celui du schéma de la fig. 1. Cependant seuls les tronçons de récupération des colonnes de chauffage 2 et de refroidissement 3 sont traversés par le liquide intermédiaire. Cet appareillage comprend en outre un circuit de chauffage final b1 b2 dans lequel un liquide re- cyclé traverse de haut en bas un tronçon 7 de chauffage final de la colonne de chauffage, puis un réchauffeur par contact 8, une
<Desc/Clms Page number 4>
pompe 9 assurant la circulation de ce liquide. Il comprend enfin un circuit de refroidissement final c1 c2 dans lequel un liquide recyclé traverse de haut en bas le tronçon 10 de refroidissement final de la colonne de refroidissement, puis un refroidisseur par contact 11, une pompe 12 assurant la circulation du liquide.
L'appareillage de ce schéma est donc équivalent à celui xx du schéma précédent avec adjonction de circuits séparés de chauf- fage et de refroidissement final.
Dans la variante représentée dans le schéma de la fig. 3, l'appareillage comprend un seul circuit d1 d2 de liquide inter- médiaire. Le liquide recyclé traverse de haut en bas la colonne de chauffage qui, comme la précédente, comprend les tronçons de récupération 2 et de chauffage final 7, puis le refroidisseur par contact 11, la colonne de refroidissement constituée, comme celle de la fig. 2, par les tronçons de récupération 3 et de refroi- dissement final 10 et enfin le réchauffeur par contact 8. Des pompes 13 et 14 assurent la circulation.
L'appareillage suivant ce schéma est donc analogue à ec- lui du schéma de la fig. 2 avec cette différence que le liquide recyclé effectué toutes les opérations de récupération, chauffage refroidissement avec simplement l'appoint de chaud et de froid apporté par les échangeurs par contact.
L'appareillage représenté sur le schéma de la fig. 4 com- prend quatre circuits de liquides intermédiaires recyclés. Ces circuits sont les suivants - un premier circuit el e2 de récupération chaude dans le- quel le liquide circule comme sur le schéma de la fig. 1, les deux, tronçons des colonnes de refroidissement et de réchauffage re- liés entre eux par ce circuit étant, d'une part, le premier tron- çon 15 traversé par le gaz chaud sortant de 1''appareil de réac- tion ou d'échange 1 et, dtautre part, l'avant-dernier tronçon 16 traversé par le gaz froid préchauffé.
<Desc/Clms Page number 5>
- Un deuxième circuit f1 f2 de récupération froide dans lequel le liquide circule comme indiqué pour le premier circuit, les deux tronçons des colonnes de refroidissement et de réchauffa- ge reliés entre eux étant d'une part l'avant-dernier tronçon 17 traversé par le gaz chaud prérefroidi et, d'autre part, le pre- mier tronçon 18 traversé par le gaz froid entrant.
- un circuit de chauffage final g1 g2 dans lequel le li- quide circule comme dans le schéma de la fig. 2 entre un réchauf- feur par contact 19 et le dernier tronçon 20 de la colonne de chauffage.
- un circuit de refroidissement final hi h2 dans lequel le liquide circule comme dans le schéma de la fig. 2 entre un re- froidisseur par contact 21 et le dernier tronçon 22 de la colonne de refroidissement.
L'appareillage est complété par des pompes de circulation,
L'appareillage représenté sur la fig. 5 comprend deux circuits de liquides intermédiaires recyclés. Ces circuits sont les suivants : - un premier circuit il i2 de récupération chaude et de chauffage dans lequel le liquide circule à travers un réchauffeur par contact 23, les tronçons de chauffage final 24 et de récupé- ration chaude 25 de la colonne de chauffage (comme dans la colonne de chauffage du schéma de la fig. 3), puis traverse le tronçon de récupération chaude 26 de la colonne de refroidissement avant de revenir au réchauffeur 23;
- un deuxième circuit j1 j2 de récupération froide et de refroidissement dans lequel le liquide circule à travers les tron- çons de refroidissement final 27 et de récupération froide 28 de la colonne de refroidissement, puis dans le tronçon de récupéra- tion froide 29 de la colonne de chauffage et revient au tronçon 27 après avoir traversé un refroidisseur par contact 30.
L'appareillage est complété par des pompes de circula- tion convenablement disposées.
<Desc/Clms Page number 6>
Le fonctionnement de l'appareillage suivant l'invention est le suivant dans le cas d'un gaz disponible à basse températur et qui doit participer à haute température à une réaction ou à un échange, puis doit être ramené à basse température.
Le gaz froid traverse, dans l'ordre, la colonne de chauf- fage,l'appareil de réaction ou d'échange, puis la colonne de re- froidissement. En traversant successivement les tronçons des deux colonnes, le gaz rencontre des fluides de plus en plus chauds danc la colonne de chauffage et de plus en plus froids dans la colonne de refroidissement.
Par le jeu combiné des variations de température et de la vaporisation-condensation de la vapeur saturant le gaz, on ob- tient ainsi un gaz toujours très voisin de la saturation et dont la température peut atteindre, suivant le nombre de plateaux de chaque tronçon de colonne, une valeur aussi voisine que l'on veut de celle du fluide intermédiaire.
Les fluides intermédiaires sont ramenés à une température correcte, soit par l'équilibre de deux tronçons de récupération, soit par la compensation d'un tronçon de-chauffage ou de refroi- dissement au moyen d'un réchauffeur ou dtun refroidisseur par con tact.
Les prélèvements et additions de liquide résultant des va- riations de température des gaz saturés sont compensés par des connexions auxiliaires entre les différents circuits de liquides intermédiaires.
Dans les exemples qui précédent on a considéré plus par- ticulièrement le cas où les coefficients de séparation des va- peurs saturant le gaz sont plus petits que l'unité à la sortie s'ils sont plus grands à l'entrée ou inversement.
On peut obtenir les mêmes avantages lorsque les coefficients de séparation des vapeurs saturant le gaz restent soit plus grands, soit plus petits que l'unité, quelle que soit la tempé- rature, en scindant le ou les circuits de liquides intermédiaires
<Desc/Clms Page number 7>
en deux circuits distincts, ces deux circuits parcourant à contre courant un échangeur commun à travers lequel steffectue la récupé- ration de chaleur.
Dans la forme de réalisation représentée schématiquement sur la fig. 6, ltappareillage comprend, comme celui de la fig. 1 en amont de l'appareil de réaction ou d'échange 1, une colonne de chauffage par récupération 2 et, en xxxxxxxx aval de l'appareil 1, une colonne de refroidissement par récupération 3. Le circuit de liquide intermédiaire, au lieu d'être commun aux colonnes 2 et 3, est scindé en deux circuits distincts a'1 a'2- a"1 a"2.
Ces deux circuits parcourent à contre-courant un échangeur E à travers lequel s'effectue la récupération de chaleur.
La forme de réalisation représentée schématiquement fig.7 comprend un circuit de refroidissement cl c2 recyclé dans les colonnes de refroidissement 3 et 10 et un circuit de réchauffage di d2 recyclé dans la colonne 2 de chauffage. Ces deux circuits sont distincts et séparés par un réchauffeur El parcouru à contre- courant.
La colonne de chauffage final 7 est parcourue par un circuit bl B2 avec réchauffeur 8.
On prévoit en outre sur le circuit dl d2 un réchauffeur auxiliaire 8a qui permet, par son appoint, de porter le fluide sortant du tronçon 2 à une température plus élevée et par consé- quent de soulager le réchauffeur 8 très chargé par suite de la forte variation d'enthalpie du gaz saturé dans le tronçon 7.
On peut prévoir également sur le circuit cl C2 un refroi- disseur par contact 11.
Dans l'exemple de réalisation de la fig. 7, on a repré- senté en 11 12 le circuit du liquide traversant l'appareil 1, le- quel est une colonne de lavage. On a représenté en cl ,1b et bd les conduits d'intercommunication qui peuvent être prévus entre les circuits.
<Desc/Clms Page number 8>
La disposition qui vient d'être décrite permet de suppri- mer le mélange de liquides qui peuvent, si l'appareil 1 est une colonne à distiller effectuant un fractionnement, être de concen- trationsssez différenteso
Il y a lieu de noter que l'échangeur liquide-liquide utilisé est de dimensions plus réduites que l'échangeur gaz-gaz qui serait nécessaire pour une récupération directe, laquelle se- rait d'ailleurs très difficile à réaliser.
Parmi les avantages que permettent d'obtenir le procédé et l'appareillage suivant l'invention, on peut notamment signaler les suivants :
Les échanges entre gaz saturé et fluides intermédiaires dans les tronçons de colonne se font dans de bonnes conditions, bien supérieures en particulier à celles obtenues dans des échan- geurs récupérateurs sur le gaz par contact et non plus par mélan- ge.
Les échanges entre liquide et gaz par mélange dtune part et entre liquide et sources chaude ou froide par contact d'autre part, se font également dans de bien meilleures conditions que celles obtenues dans des réchauffeurs ou refroidisseurs de gaz par contact.
De plus, la saturation du gaz est assurée en tous points du circuit .
Il doit être bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation de l'appareillage qui ont été décrits ci.,.dessus. En particulier on peut augmenter le nombre de circuits de récupération et de fluides intermédiaires. De même le procédé et l'appareillage suivant l'invention peuvent aussi bien stappliquer au refroidissement de gaz quau chauffage de gaz avant réaction ou échange.
<Desc / Clms Page number 1>
The present invention relates in particular to the reaction or exchange devices which are continuously traversed by a lux of gas in contact with a flow of liquid, the gas used both in the vicinity of the vapor saturation of the liquid or m-]. angel of liquids. It refers more particularly to reaction or exchange apparatus of this type which require gas inlet and outlet temperatures markedly different from that at which gas is available and from that at which gas is available. which the, az must possibly be restored.
The object of the invention is a process which makes it possible to recover as large a fraction of the enthalpy as possible.
<Desc / Clms Page number 2>
gas at the same time as an equally high fraction of the liquid or mixture of liquids ensuring the saturation of the gas.
The process according to the invention consists, on the one hand, in passing the hot gas leaving the reaction or exchange apparatus in a first column or series of columns in which the gas gives up most of its heat and. simultaneously, from the vapor which it contains, to one or more liquids of the same nature as that passing through the reaction or exchange apparatus, and on the other hand, in passing this or these liquids into another column or series of columns in which they return to the cold gas, entering the reaction or exchange apparatus, the heat and the vapor stored.
In order to bring the gas to the temperature and saturation required both at the inlet and at the outlet, the invention provides for the possible use of additional column elements.
The liquids which circulate therein and which are recycled on the element itself, are of the same nature as that passing through the reaction or exchange apparatus and receive additional heat or cold.
An apparatus according to the invention for carrying out this method essentially comprises the following apparatus:
1) on the gas circuit, in the order: a) before the reaction or exchange apparatus, a column made up of one or more preheating sections by recovery, possibly surmounted by a heating section; b) after the reaction or exchange apparatus, a column / of one or more precooling sections by recovery optionally surmounted by a cooling section.
2) On the liquid circuit (s), in addition to the gas contact sections
<Desc / Clms Page number 3>
a) one or more recycling pumps; b) optionally, a heater and / or a contact cooler, respectively supplied by a hot source at a temperature a little higher than that of the hot gas before the reaction and a cold source at a temperature a little lower than that of the cold gas coming out; c) Make-up or overflow pipes intended to compensate for variations in the flow rate of the liquid due to the saturation of the gas at various temperatures.
A few embodiments of the equipment according to the invention have been described below, simply by way of nonlimiting examples, with reference to the schematic figures of the accompanying drawings.
In the diagram of fig. 1, the apparatus comprises, upstream of the reaction or exchange apparatus 1, a recovery heating column 2 and, downstream of the apparatus 1, a recovery cooling column 3.
This apparatus comprises a single intermediate fluid circuit al a2. This recycled fluid passes through column 2 from top to bottom then column 3. The cold gas itself passes through column 2 from bottom to top from where it leaves preheated and enters the reaction or exchange apparatus 1. The hot gas exiting then passes through column 3 from bottom to top. The vertical arrows represent the path followed by the gas. A pump 4 is provided to ensure the circulation of the intermediate fluid.
In the diagram of fig. 2, the apparatus comprises a recovery circuit a1 a2 similar to that of the diagram of FIG. 1. However, only the recovery sections of the heating 2 and cooling 3 columns are traversed by the intermediate liquid. This apparatus further comprises a final heating circuit b1 b2 in which a recycled liquid passes from top to bottom a section 7 for final heating of the heating column, then a contact heater 8, a
<Desc / Clms Page number 4>
pump 9 ensuring the circulation of this liquid. It finally comprises a final cooling circuit c1 c2 in which a recycled liquid passes from top to bottom through the final cooling section 10 of the cooling column, then a contact cooler 11, a pump 12 ensuring the circulation of the liquid.
The switchgear in this diagram is therefore equivalent to that xx in the previous diagram with the addition of separate heating and final cooling circuits.
In the variant shown in the diagram of FIG. 3, the apparatus comprises a single circuit d1 d2 of intermediate liquid. The recycled liquid passes from top to bottom through the heating column which, like the preceding one, comprises the recovery 2 and final heating sections 7, then the contact cooler 11, the cooling column formed, like that of FIG. 2, by the recovery 3 and final cooling 10 sections and finally the contact heater 8. Pumps 13 and 14 ensure the circulation.
The apparatus according to this diagram is therefore similar to that of the diagram of FIG. 2 with this difference that the recycled liquid carried out all the recovery operations, heating cooling with simply the addition of heat and cold provided by the exchangers by contact.
The apparatus shown in the diagram of FIG. 4 comprises four circuits of recycled intermediate liquids. These circuits are as follows - a first hot recovery circuit el e2 in which the liquid circulates as in the diagram in fig. 1, the two sections of the cooling and heating columns interconnected by this circuit being, on the one hand, the first section 15 through which the hot gas exiting the reaction apparatus or exchange 1 and, on the other hand, the penultimate section 16 through which the preheated cold gas passes.
<Desc / Clms Page number 5>
- A second cold recovery circuit f1 f2 in which the liquid circulates as indicated for the first circuit, the two sections of the cooling and heating columns connected to each other being on the one hand the penultimate section 17 crossed by the pre-cooled hot gas and, on the other hand, the first section 18 through which the incoming cold gas passes.
- a final heating circuit g1 g2 in which the liquid circulates as in the diagram in fig. 2 between a contact heater 19 and the last section 20 of the heating column.
- a final hi h2 cooling circuit in which the liquid circulates as in the diagram in fig. 2 between a contact cooler 21 and the last section 22 of the cooling column.
The equipment is completed by circulation pumps,
The apparatus shown in FIG. 5 comprises two circuits of recycled intermediate liquids. These circuits are as follows: a first hot recovery and heating circuit 11 i2 in which the liquid circulates through a contact heater 23, the final heating 24 and hot recovery 25 sections of the heating column ( as in the heating column of the diagram of Fig. 3), then passes through the hot recovery section 26 of the cooling column before returning to the heater 23;
- a second cold recovery and cooling circuit j1 j2 in which the liquid circulates through the final cooling 27 and cold recovery 28 sections of the cooling column, then in the cold recovery section 29 of the cooling column. heating column and returns to section 27 after passing through a contact cooler 30.
The apparatus is completed by suitably arranged circulation pumps.
<Desc / Clms Page number 6>
The operation of the apparatus according to the invention is as follows in the case of a gas available at low temperature and which must participate at high temperature in a reaction or in an exchange, then must be brought back to low temperature.
The cold gas passes, in order, through the heating column, the reaction or exchange apparatus, then the cooling column. Passing successively through the sections of the two columns, the gas encounters increasingly hot fluids in the heating column and increasingly cold in the cooling column.
By the combined play of temperature variations and the vaporization-condensation of the vapor saturating the gas, we thus obtain a gas that is always very close to saturation and whose temperature can reach, depending on the number of plates in each section of the gas. column, a value as close as desired to that of the intermediate fluid.
The intermediate fluids are brought to a correct temperature, either by the equilibrium of two recovery sections, or by the compensation of a heating or cooling section by means of a heater or a contact cooler.
Liquid withdrawals and additions resulting from variations in the temperature of the saturated gases are compensated by auxiliary connections between the various intermediate liquid circuits.
In the preceding examples, the case where the separation coefficients of the vapors saturating the gas are smaller than unity at the outlet if they are greater at the inlet or vice versa have been considered more particularly.
The same advantages can be obtained when the separation coefficients of the vapors saturating the gas remain either larger or smaller than unity, regardless of the temperature, by splitting the intermediate liquid circuit (s).
<Desc / Clms Page number 7>
in two separate circuits, these two circuits running countercurrently through a common exchanger through which the heat recovery is carried out.
In the embodiment shown schematically in FIG. 6, the apparatus comprises, like that of FIG. 1 upstream of the reaction or exchange apparatus 1, a recovery heating column 2 and, downstream of the apparatus 1, a recovery cooling column 3. The intermediate liquid circuit, instead of 'be common to columns 2 and 3, is split into two separate circuits a'1 a'2- a "1 a" 2.
These two circuits run countercurrently through an exchanger E through which the heat recovery takes place.
The embodiment shown schematically in fig.7 comprises a cooling circuit cl c2 recycled in the cooling columns 3 and 10 and a heating circuit di d2 recycled in the heating column 2. These two circuits are distinct and separated by a heater El traversed against the current.
The final heating column 7 is traversed by a bl B2 circuit with heater 8.
An auxiliary heater 8a is also provided on the circuit dl d2 which, by its make-up, makes it possible to bring the fluid leaving the section 2 to a higher temperature and consequently to relieve the heater 8 which is very loaded as a result of the high enthalpy variation of saturated gas in section 7.
A contact cooler 11 can also be provided on circuit cl C2.
In the exemplary embodiment of FIG. 7, there is shown at 11 12 the circuit of the liquid passing through the apparatus 1, which is a washing column. The intercommunication conduits which may be provided between the circuits have been shown in cl, 1b and bd.
<Desc / Clms Page number 8>
The arrangement which has just been described makes it possible to eliminate the mixture of liquids which may, if the apparatus 1 is a distillation column carrying out a fractionation, be of quite different concentrations.
It should be noted that the liquid-liquid exchanger used is of smaller dimensions than the gas-gas exchanger which would be necessary for direct recovery, which would moreover be very difficult to achieve.
Among the advantages which make it possible to obtain the method and the apparatus according to the invention, the following may be mentioned in particular:
The exchanges between saturated gas and intermediate fluids in the column sections take place under good conditions, much better in particular than those obtained in recuperators on gas by contact and no longer by mixing.
The exchanges between liquid and gas by mixing on the one hand and between liquid and hot or cold sources by contact on the other hand, also take place under much better conditions than those obtained in gas heaters or coolers by contact.
In addition, gas saturation is ensured at all points of the circuit.
It should of course be understood that the invention is not limited to the exemplary embodiments of the apparatus which have been described above. In particular, the number of recovery circuits and intermediate fluids can be increased. Likewise, the process and the apparatus according to the invention can equally well be applied to the cooling of gas and to the heating of gas before reaction or exchange.