CA1045392A - Procede de production de froid - Google Patents
Procede de production de froidInfo
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Abstract
Procédé de production de froid par évaporation à basse température d'un fluide réfrigérant évoluant entre un état gazeux et un état liquide, dans lequel (a) on comprime, dans une zone de compression, une phase gazeuse du fluide réfrigérant de manière à obtenir une phase gazeuse comprimée, on dissout, au moins en partie, la phase gazeuse comprimée dans une phase solvant liquide pour obtenir une solution, et on transmet au moins une partie de la chaleur de compression et de la chaleur de dissolution à un fluide de refroidissement extérieur, (b) on refroidit la solution de l'étape (a) comme indique aux étapes(d) et (f) de manière à obtenir deux phases liquides par démixtion, (c) on sépare la phase liquide légère de la phase liquide lourde, (d) on met la phase liquide lourde provenant de l'étape (c) en relation d'échange de chaleur avec la solution à refroidir de l'étape (b) puis on renvoie cette phase liquide lourde comme phase solvant à l'étape (a) pour dissoudre une nouvelle quantité de phase gazeuse comprimée, (e) on détent la phase liquide légère et on la laisse se vaporiser, de manière à produire du froid, (f) on met la phase légère vaporisée de l'étape (e) en relation d'échange de chaleur avec la solution à refroidir de l'étape (b), et on renvoie ensuite cette phase légère vaporisée à la zone de compression à titre de phase gazeuse de fluide réfrigérant.
Description
La présente invention concerne un procede de produc-tion de froid par evaporation a basse température d'un fluide refrigerant evoluant entre un etat gazeux et un état liquide.
La principale application du froid dans l'industrie concerne la liquefection et le fractionnement de gaz legers. Ces operations s'effectuent avec des depenses importantes d'energie.
Ainsi la liquefaction du gaz naturel pour le transport par methanier entraîne une auto-consommation de 15%. Le fractionnement a froid des effuents legers d'un vapocraqueur necessite egalement des puissances de compression elevees. Il est donc important de mettre au point des techniques de liquéfaction et de fractionnement a froid moins couteuses en energie.
La methode la plus couramment employee dans ce type d'applications consiste a operer selon le principe d'une cascade.
Son utilisation resulte de la constatation que pour obtenir des temperatures de l'ordre de -100C et au dessous il est necessaire de detendre un constituant liquide dont la temperature d'ebulli-tion est inferieure a la temperature que l'on desire obtenir et dont la temperature critique est dans ce cas generalement inférieure à la temperature ambiante. Ainsi pour faire fonctionner un deme-thaniseur, on realise, par exemple, une cascade propylène. Pour liquefier le gaz naturel, on peut realiser une cascade propane, ethylene, méthane. La cascade entraîne une multiplication d'equi-pements tels que: compresseurs et echangeurs ce qui necessite des investissements importants.
Un progres important a ete realise par l'utilisation dans le cycle frigorigène non plus de constituants purs, mais d'un melange de plusieurs constituants. Il est ainsi possible, au moyen d'un circuit unique et ne comprenant qu'un seul compresseur de liquefier et sous refroidir un gaz naturel jusqu'à une tempe-rature comprise entre -160 et -170C. Un tel systeme est dit a cascade incorporee. Il permet de reduire le nombre des equipements
La principale application du froid dans l'industrie concerne la liquefection et le fractionnement de gaz legers. Ces operations s'effectuent avec des depenses importantes d'energie.
Ainsi la liquefaction du gaz naturel pour le transport par methanier entraîne une auto-consommation de 15%. Le fractionnement a froid des effuents legers d'un vapocraqueur necessite egalement des puissances de compression elevees. Il est donc important de mettre au point des techniques de liquéfaction et de fractionnement a froid moins couteuses en energie.
La methode la plus couramment employee dans ce type d'applications consiste a operer selon le principe d'une cascade.
Son utilisation resulte de la constatation que pour obtenir des temperatures de l'ordre de -100C et au dessous il est necessaire de detendre un constituant liquide dont la temperature d'ebulli-tion est inferieure a la temperature que l'on desire obtenir et dont la temperature critique est dans ce cas generalement inférieure à la temperature ambiante. Ainsi pour faire fonctionner un deme-thaniseur, on realise, par exemple, une cascade propylène. Pour liquefier le gaz naturel, on peut realiser une cascade propane, ethylene, méthane. La cascade entraîne une multiplication d'equi-pements tels que: compresseurs et echangeurs ce qui necessite des investissements importants.
Un progres important a ete realise par l'utilisation dans le cycle frigorigène non plus de constituants purs, mais d'un melange de plusieurs constituants. Il est ainsi possible, au moyen d'un circuit unique et ne comprenant qu'un seul compresseur de liquefier et sous refroidir un gaz naturel jusqu'à une tempe-rature comprise entre -160 et -170C. Un tel systeme est dit a cascade incorporee. Il permet de reduire le nombre des equipements
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et le montant des investissements. Toutefois on n'évite pas ainsi les echanges de chaleur successifs qu'impose le principe de la cascade. D'autre part la condensation du melange s'effectue dans un large intervalle de temperature, ce qui est defavorable au rendement du cycle.
L'objet de l'invention est de réaliser un systeme évitant largement ces inconvénients, tout en réalisant une dis-position plus simple devant permettre de reduire les investissements.
Selon la presente invention il est prévu un procédé
de production de froid par évaporation a basse température d'un fluide réfrigérant évoluant entre un état gazeux et un état liquide, dans lequel (a) on comprime, dans une zone de compression, une phase gazeuse du fluide réfrigerant de maniere a obtenir une phase gazeuse comprimée, on dissout, au moins en partie, la phase gazeuse comprimée dans une phase solvant liquide pour obtenir une solution, et on transmet au moins une partie de la chaleur de compression et de la chaleur de dissolution a un fluide de refroidissment extérieur, (b) on refroidit la solution de l'étape ~a) comme indi-qué aux étages (d) et (f) de maniere a obtenir deux phases liquides par démixtion, (c) on sépare la phase liquide legere de la phase liquide lourde, (d) on met la phase liquide lourde provenant de l'etape (c) en relation d'echange de chaleur avec la solution a refroidir de l'etape (b) puis on renvoie cette phase liquide lourde comme phase solvant a l'etape (a) pour dissoudre une nouvelle quantité de phase gazeuze comprimée, (e) on détent la phase liquide légere et on la laisse se vaporiser, de maniere a produire du froid, (f) on met la phase légere vaporisee de l'étape (e) en relation d'échange de chaleur avec la solution a refroidir de l'étape (b), et on renvoie ensuite cette phase légere vaporisée a la zone de compression a titre de phase gazeuse de fluide réfri-gérant.
Le procédé selon l'invention est ainsi basé sur l~ob-servation que, pour condenser un constituant gazeux léger ou un 1~4ti39Z
mélange de constituants gazeux légers d'un fluide réfrigérant à
la température ambiante, donc avec une consommation réduite d'éner-gie thermique à basse température, il est possible de le dissoudre sous pression dans un solvant, ce solvant étant de préférence un solvant polaire. L'abaissement ultérieur de la température pro-voque en règle genérale une diminution de la solubilité du cons-tituant léger et on observe un phénomè~e de démixtion7 Il est ainsi possible d'ob~enir le constituant léger à l'état liquide à
basse température et de le vaporiser ensuite à basse température pour produire du froid. Après vaporisation, le constituant gazeux léger est recomprimé et remis en solution dans le solvant.
Le mélange refrigérant est essentiellement en phase liquide à une température proche de la température du milieu exté-rieur de refroidissement, généralement l'eau ou l~air, et SOUS
pression,la pression se situant de préférence entre 12 et 70 atm.
Le mélange refrigerant comprend au moins un constituant léger et au moins un constituant lourd. Le constituant léger gazeux dans les conditions normales de température et de pression peut être par exemple un hydrocarbure ayant de préférence 1 a 4 atomes de carbone, par exemple méthane, éthane ou propane et/ou un hydrocarbure halogéné, ayant de préférence 1 ou 2 atomes de carbone, par exemple un hydrocarbure fluoré et/ou chloré, notamment du type des "fréons" et/ou un ou plusieurs des gaz communément utilisés dans les procédés de refrigération tels que azote, hélium, hydrogene, ammoniac, oxyde de carbone.
L'invention est particulièrement avantageuse (obtention de températures particulièrement basses) et inattendue dans le cas où le fluide réfrigérant comprend un gaz non-condensable par simple compression aux temperatures usuelles de travail (tempéra-ture ambiante), pouvant atteindre 50 C, tel que le méthane, l'éthane,l'éthylène et le chlorotrifluoromethane.
109~539Z
Le constituant lourd est un constituant condensable à
la temperature ambiante et de preference liquide dans les condi-tions normales de temperature et de pression, jouant le role de solvant de preference polaire, qui peut etre par exemple un alcool, une cetone, une amine ou un nitrile.
Le solvant peut etre par exemple R-OH, R-CO-R', R-CN, R-NH2, R-NH-R', R et R' designant des radicaux alkyls renfermant de 1 à 3 atomes de carbone, de préférence le méthanol, l'éthanol, l'acéthone, l'acétonitrile, l'éthylamine, la diméthylamine et le propionitrile.
Le solvant peut aussi etre un amide Rl - CO - N ~ 2 où Rl à R3 sont l'hydrogène et/ou des radicaux alkyls, par exemple le diméthylformamide.
Des mélanges dé solvants peuvent également être utilisés.
Par température ambiante, on entend une température comprise entre 0 et 50 C, habituellement 20C, la température à
choisir dans chaque cas étant de préférence voisine de celle des sources de refroidissement disponibles (air et eau, par exemple).
De même, conditions normales de température et pression correspond normalement à 20C et 1 atmosphère, mais peut être pris ici dans un sens sensiblement plus large. En effet, ce qui compte, ce sont les conditions, non du milieu exterieur, mais des fluides circulant à l'interieur de canalisations.
Des modes de réalisation de l'invention vont être décrits ci-après en faisant reference aux dessins, dans lesquels:
La figure 1 represente un premier mode de mise ne oeuvre du procedé selon l'invention, et La figure 2 represente un deuxieme mode de mise en oeuvre du procedé selon l'invention.
Les zones d'echange de chaleur El et E2 de la figure 1 sont du type a paroi, pour éviter le melange des fluides et permet-~ - 4a -tre leur circulation sous des pressions différentes de chaque côte de la paroi.
Suivant le trajet 1 - 2, la solution est refroidie dans l'échangeur El par échange avec le recyclage de phase lourde (ligne 10 - 14) et de la phase légère détendue (ligne 4 - 6).
Ce refroidissement permet de séparer dans le ballon Bl une phase lourde liquide qui est recyclée (ligne 8 - 10 - 19) et une phase légère liquide qui après refroidissement dans l'échangeur E3 sui-vant le trajet 3 - 5 au contact de la phase légère détendue (ligne 16 - 4) est détendue jusqu'à une pression de 1 à 10 atmosphères et de préférence voisine de la pression atmosphérique à travers la vanne Vl et se vaporise dans l'echangeur E2 suivant le trajet 9 - 16 en fournissant des frigories au fluide à refroidir qui entre par le conduit 12 et repart par le conduit 13. Après passage dans l'échangeur E3 puis dans l'échangeur El, la phase légère dé-tendue est envoyée par le conduit 6 au compresseur Kl puis envoyée par la ligne 7 dans l'échangeur Cl pour être refroidie par le milieu exterieur de refroidissement (air, eau), mélangée en ligne (ligne 11) avec la phase lourde recyclée au moyen de la pompe de reprise Pl, la chaleur de dissolution étant transmise au milieu extérieur de refroidissement au moyen de l'échangeur C2, le mélange entrant dans cet échangeur par le conduit 15 et repartant par le conduit 1.
. _ _ .. . __ , . . .
'104S;~92 Le nombre et la disposition des équipements tels que les moyens d'échange thermique, de compression, de détente, les conduites et ballons de recette peuvent varier à condition que soit respecté le principe general de l'invention.Le mélange envoye par la ligne 1 dans l'échangeur E1 est de préférence essentiellement liquide ; il peut toutefois arriver qu'une fraction mineure du - ; gaz subsiste à l'état gazeux, mais ceci, quoique on préfere l'éviter, n'est pas trop genant car cette fraction gazeuse se condensera au cours du refroidissementdans l'echangeur E1 (cette condensation se fera ~ basse température, donc dans des conditions économiquement moins avantageuses que celle du reste du gaz).
L'invention est illustrée par les exemples suivants :
Exemple 1.
Dans cet exemple, on procéde selon le schéma représenté sur la figure 1. En 1, à la sortie de l'échangeur C2, le mélange réfrigérant a la composition suivante en fractions molaire : éthane : 0,4 - méthanol : 0,6.
Le mélange est à une température de 30 C et a une pression de 34,5 atm. Le debit est de 2,44 t/h.
Ce mélange est envoyé dans l'échangeur E1 d'ou il sort a une température de -60 C. Par suite de l'abaissement de température, il s'est opéré une démix-tion et le mélange est envoye par le conduit 2 dans le ballon de décantati~n B1.La phase legere est formee de 92 % d'éthane et de 8 ~ de méthanol. Elle est evacuée par le conduit 3 et détendue a travers la vanne V1 jusqu'à une pres-sion de 1,6 atm. A la sortie de l'échangeur E2, l'éthane est entièrement vaporisé
et se trouve à la température de -82 C. La quantité de froid fournie est de 22 X 106 frigories (g) et sert a refroidir un fluide entrant en 12 et ressortanten 13. La fraction légère est envoyée par le conauit 16 à l'echangeur E3 d'ou elle sort à une température de -70 C puis est envoyée par le conduit 4 dans l'echangeur E1 d'oD elle sort par le conduit 6 a une température de 23 C pour ~tre envoyée au compresseur K1. Dans le compresseur K1 elle est comprimée jus-qu'~ une pression de 36 atm. La compression est effectuée en trois étages avec refroidissement intermédiaire. A la soriie du dernier étage le gaz se trouve à
unç température de 92 C. Il est envoyé par le condu,t 7 a l'échangeur de refroi-dissement C1 d'ou il sort a une température de 32 C. La fraction lourde issue du ballon décanteur e1 est évacuée par le conduit 8 et envoyée à l'échangeur E1 d'où
elle sort à une température de 25 C. Elle est reprise par la pompe P1 et mélangée en ligne avec la fraction gazeuse issue de l'échangeur C1 et arrivant par le con-duit 11. Il se produit une dissolution d'éthane gazeux dans le méthanol liquide et le mélange est envoyé dans l'échangeur de refroidissement C2 de façon à évacuer la chaleur de dissolution.
Exemple 2 Dans cet exemple on utilise un melange d'ethane et de propane comme fluide p refrigerant et on procède selon le schéma représente sur la figure 2. Dans la conduite 1, à la sortie du condenseur, le melange réfrigérant a la composition suivante en fractions molaires : éthane : 0,3 - propane : 0,2 - méthanol : 0,5.
Le melange est à une température de 30 C et à une pression de 30 atm. Le debit est de 3,17 t/h.
Ce me1ange est envoye dans l'echangeur E1 d'où il sort à une temperature de -55 C. Par suite de l'abaissement de temperature, il s'e~ op~r~ une d~mixtion et le melange est envoye par le conduit 2 dans le ballon de decantation B1. La phase liquide legère est envoyee par le conduit 3 à l'echangeur E2 d'où elle sort ~ une temperature de -73 C par la ligne 5. Elle est detendue ~ travers la vanneV1 jusqu'à une pression de 1,6 atm puis est envoyee dans l'echangeur E2 dans le-quel elle commence à se vaporiser à une température de -78 C. La quantité de froid fournie est de 2Q X 106 frigories (9) et sert à refroidir un fluide entrant en 12 et ressortant en 13. La fraction lourde issue du ballon B1 est detendue jusqu'à une pression de 1,4 atm à travers la vanne de detente V2 puis est melangee en ligne avec la fraction legere sortant par le conduit 4 de l'echangeur E2.
Le melange est envoye par le conduit 10 à l'echangeur E1 et ressort par le conduit 18 a une temperature de 24 C en ayant fo~rni 50 X 106 frigories (9) qui serventà refroidir un fluide entrant en 1g et ressortant en 17. Le melange est envoye par le conduit 18 au ballon separateur B2. La phase gazeuse issue du ballon B2 est envoyee par la ligne 20 au compresseur K1 dans lequel elle est comprimée jusqu'à une pression de 30 atm. La compression est effectuée en trois étages avec refroidissement ir;termédiaire. A la sortie du dernier etage le gaz se trouve à une temperature de 85 C. Il est envoyé par le conduit 7 à l'echangeur de refroidis-sement C1 d'où il sort ~ une temperature de 32 C (ligne 11). La fraction liquide issue du ballon B2 est reprise par la pompe P1 (ligne 14) et melangee en ligne ala fraction gazeuse arrivant par le conduit 11. Il se produit une dissolution dumélange gazeux dans le methanol liquide et le melange est envoyé par la ligne 1~dan l'echangeur de refroidissement C2 de façon a évacuer la chaleur de dissolution.
Dans cet exemple l'utilisation d'un melange de deux constituants en phase gazeuse et la detente de la phase lourde obtenue par démixtion ont permis de produire du froid c deux niveaux de température différents.
et le montant des investissements. Toutefois on n'évite pas ainsi les echanges de chaleur successifs qu'impose le principe de la cascade. D'autre part la condensation du melange s'effectue dans un large intervalle de temperature, ce qui est defavorable au rendement du cycle.
L'objet de l'invention est de réaliser un systeme évitant largement ces inconvénients, tout en réalisant une dis-position plus simple devant permettre de reduire les investissements.
Selon la presente invention il est prévu un procédé
de production de froid par évaporation a basse température d'un fluide réfrigérant évoluant entre un état gazeux et un état liquide, dans lequel (a) on comprime, dans une zone de compression, une phase gazeuse du fluide réfrigerant de maniere a obtenir une phase gazeuse comprimée, on dissout, au moins en partie, la phase gazeuse comprimée dans une phase solvant liquide pour obtenir une solution, et on transmet au moins une partie de la chaleur de compression et de la chaleur de dissolution a un fluide de refroidissment extérieur, (b) on refroidit la solution de l'étape ~a) comme indi-qué aux étages (d) et (f) de maniere a obtenir deux phases liquides par démixtion, (c) on sépare la phase liquide legere de la phase liquide lourde, (d) on met la phase liquide lourde provenant de l'etape (c) en relation d'echange de chaleur avec la solution a refroidir de l'etape (b) puis on renvoie cette phase liquide lourde comme phase solvant a l'etape (a) pour dissoudre une nouvelle quantité de phase gazeuze comprimée, (e) on détent la phase liquide légere et on la laisse se vaporiser, de maniere a produire du froid, (f) on met la phase légere vaporisee de l'étape (e) en relation d'échange de chaleur avec la solution a refroidir de l'étape (b), et on renvoie ensuite cette phase légere vaporisée a la zone de compression a titre de phase gazeuse de fluide réfri-gérant.
Le procédé selon l'invention est ainsi basé sur l~ob-servation que, pour condenser un constituant gazeux léger ou un 1~4ti39Z
mélange de constituants gazeux légers d'un fluide réfrigérant à
la température ambiante, donc avec une consommation réduite d'éner-gie thermique à basse température, il est possible de le dissoudre sous pression dans un solvant, ce solvant étant de préférence un solvant polaire. L'abaissement ultérieur de la température pro-voque en règle genérale une diminution de la solubilité du cons-tituant léger et on observe un phénomè~e de démixtion7 Il est ainsi possible d'ob~enir le constituant léger à l'état liquide à
basse température et de le vaporiser ensuite à basse température pour produire du froid. Après vaporisation, le constituant gazeux léger est recomprimé et remis en solution dans le solvant.
Le mélange refrigérant est essentiellement en phase liquide à une température proche de la température du milieu exté-rieur de refroidissement, généralement l'eau ou l~air, et SOUS
pression,la pression se situant de préférence entre 12 et 70 atm.
Le mélange refrigerant comprend au moins un constituant léger et au moins un constituant lourd. Le constituant léger gazeux dans les conditions normales de température et de pression peut être par exemple un hydrocarbure ayant de préférence 1 a 4 atomes de carbone, par exemple méthane, éthane ou propane et/ou un hydrocarbure halogéné, ayant de préférence 1 ou 2 atomes de carbone, par exemple un hydrocarbure fluoré et/ou chloré, notamment du type des "fréons" et/ou un ou plusieurs des gaz communément utilisés dans les procédés de refrigération tels que azote, hélium, hydrogene, ammoniac, oxyde de carbone.
L'invention est particulièrement avantageuse (obtention de températures particulièrement basses) et inattendue dans le cas où le fluide réfrigérant comprend un gaz non-condensable par simple compression aux temperatures usuelles de travail (tempéra-ture ambiante), pouvant atteindre 50 C, tel que le méthane, l'éthane,l'éthylène et le chlorotrifluoromethane.
109~539Z
Le constituant lourd est un constituant condensable à
la temperature ambiante et de preference liquide dans les condi-tions normales de temperature et de pression, jouant le role de solvant de preference polaire, qui peut etre par exemple un alcool, une cetone, une amine ou un nitrile.
Le solvant peut etre par exemple R-OH, R-CO-R', R-CN, R-NH2, R-NH-R', R et R' designant des radicaux alkyls renfermant de 1 à 3 atomes de carbone, de préférence le méthanol, l'éthanol, l'acéthone, l'acétonitrile, l'éthylamine, la diméthylamine et le propionitrile.
Le solvant peut aussi etre un amide Rl - CO - N ~ 2 où Rl à R3 sont l'hydrogène et/ou des radicaux alkyls, par exemple le diméthylformamide.
Des mélanges dé solvants peuvent également être utilisés.
Par température ambiante, on entend une température comprise entre 0 et 50 C, habituellement 20C, la température à
choisir dans chaque cas étant de préférence voisine de celle des sources de refroidissement disponibles (air et eau, par exemple).
De même, conditions normales de température et pression correspond normalement à 20C et 1 atmosphère, mais peut être pris ici dans un sens sensiblement plus large. En effet, ce qui compte, ce sont les conditions, non du milieu exterieur, mais des fluides circulant à l'interieur de canalisations.
Des modes de réalisation de l'invention vont être décrits ci-après en faisant reference aux dessins, dans lesquels:
La figure 1 represente un premier mode de mise ne oeuvre du procedé selon l'invention, et La figure 2 represente un deuxieme mode de mise en oeuvre du procedé selon l'invention.
Les zones d'echange de chaleur El et E2 de la figure 1 sont du type a paroi, pour éviter le melange des fluides et permet-~ - 4a -tre leur circulation sous des pressions différentes de chaque côte de la paroi.
Suivant le trajet 1 - 2, la solution est refroidie dans l'échangeur El par échange avec le recyclage de phase lourde (ligne 10 - 14) et de la phase légère détendue (ligne 4 - 6).
Ce refroidissement permet de séparer dans le ballon Bl une phase lourde liquide qui est recyclée (ligne 8 - 10 - 19) et une phase légère liquide qui après refroidissement dans l'échangeur E3 sui-vant le trajet 3 - 5 au contact de la phase légère détendue (ligne 16 - 4) est détendue jusqu'à une pression de 1 à 10 atmosphères et de préférence voisine de la pression atmosphérique à travers la vanne Vl et se vaporise dans l'echangeur E2 suivant le trajet 9 - 16 en fournissant des frigories au fluide à refroidir qui entre par le conduit 12 et repart par le conduit 13. Après passage dans l'échangeur E3 puis dans l'échangeur El, la phase légère dé-tendue est envoyée par le conduit 6 au compresseur Kl puis envoyée par la ligne 7 dans l'échangeur Cl pour être refroidie par le milieu exterieur de refroidissement (air, eau), mélangée en ligne (ligne 11) avec la phase lourde recyclée au moyen de la pompe de reprise Pl, la chaleur de dissolution étant transmise au milieu extérieur de refroidissement au moyen de l'échangeur C2, le mélange entrant dans cet échangeur par le conduit 15 et repartant par le conduit 1.
. _ _ .. . __ , . . .
'104S;~92 Le nombre et la disposition des équipements tels que les moyens d'échange thermique, de compression, de détente, les conduites et ballons de recette peuvent varier à condition que soit respecté le principe general de l'invention.Le mélange envoye par la ligne 1 dans l'échangeur E1 est de préférence essentiellement liquide ; il peut toutefois arriver qu'une fraction mineure du - ; gaz subsiste à l'état gazeux, mais ceci, quoique on préfere l'éviter, n'est pas trop genant car cette fraction gazeuse se condensera au cours du refroidissementdans l'echangeur E1 (cette condensation se fera ~ basse température, donc dans des conditions économiquement moins avantageuses que celle du reste du gaz).
L'invention est illustrée par les exemples suivants :
Exemple 1.
Dans cet exemple, on procéde selon le schéma représenté sur la figure 1. En 1, à la sortie de l'échangeur C2, le mélange réfrigérant a la composition suivante en fractions molaire : éthane : 0,4 - méthanol : 0,6.
Le mélange est à une température de 30 C et a une pression de 34,5 atm. Le debit est de 2,44 t/h.
Ce mélange est envoyé dans l'échangeur E1 d'ou il sort a une température de -60 C. Par suite de l'abaissement de température, il s'est opéré une démix-tion et le mélange est envoye par le conduit 2 dans le ballon de décantati~n B1.La phase legere est formee de 92 % d'éthane et de 8 ~ de méthanol. Elle est evacuée par le conduit 3 et détendue a travers la vanne V1 jusqu'à une pres-sion de 1,6 atm. A la sortie de l'échangeur E2, l'éthane est entièrement vaporisé
et se trouve à la température de -82 C. La quantité de froid fournie est de 22 X 106 frigories (g) et sert a refroidir un fluide entrant en 12 et ressortanten 13. La fraction légère est envoyée par le conauit 16 à l'echangeur E3 d'ou elle sort à une température de -70 C puis est envoyée par le conduit 4 dans l'echangeur E1 d'oD elle sort par le conduit 6 a une température de 23 C pour ~tre envoyée au compresseur K1. Dans le compresseur K1 elle est comprimée jus-qu'~ une pression de 36 atm. La compression est effectuée en trois étages avec refroidissement intermédiaire. A la soriie du dernier étage le gaz se trouve à
unç température de 92 C. Il est envoyé par le condu,t 7 a l'échangeur de refroi-dissement C1 d'ou il sort a une température de 32 C. La fraction lourde issue du ballon décanteur e1 est évacuée par le conduit 8 et envoyée à l'échangeur E1 d'où
elle sort à une température de 25 C. Elle est reprise par la pompe P1 et mélangée en ligne avec la fraction gazeuse issue de l'échangeur C1 et arrivant par le con-duit 11. Il se produit une dissolution d'éthane gazeux dans le méthanol liquide et le mélange est envoyé dans l'échangeur de refroidissement C2 de façon à évacuer la chaleur de dissolution.
Exemple 2 Dans cet exemple on utilise un melange d'ethane et de propane comme fluide p refrigerant et on procède selon le schéma représente sur la figure 2. Dans la conduite 1, à la sortie du condenseur, le melange réfrigérant a la composition suivante en fractions molaires : éthane : 0,3 - propane : 0,2 - méthanol : 0,5.
Le melange est à une température de 30 C et à une pression de 30 atm. Le debit est de 3,17 t/h.
Ce me1ange est envoye dans l'echangeur E1 d'où il sort à une temperature de -55 C. Par suite de l'abaissement de temperature, il s'e~ op~r~ une d~mixtion et le melange est envoye par le conduit 2 dans le ballon de decantation B1. La phase liquide legère est envoyee par le conduit 3 à l'echangeur E2 d'où elle sort ~ une temperature de -73 C par la ligne 5. Elle est detendue ~ travers la vanneV1 jusqu'à une pression de 1,6 atm puis est envoyee dans l'echangeur E2 dans le-quel elle commence à se vaporiser à une température de -78 C. La quantité de froid fournie est de 2Q X 106 frigories (9) et sert à refroidir un fluide entrant en 12 et ressortant en 13. La fraction lourde issue du ballon B1 est detendue jusqu'à une pression de 1,4 atm à travers la vanne de detente V2 puis est melangee en ligne avec la fraction legere sortant par le conduit 4 de l'echangeur E2.
Le melange est envoye par le conduit 10 à l'echangeur E1 et ressort par le conduit 18 a une temperature de 24 C en ayant fo~rni 50 X 106 frigories (9) qui serventà refroidir un fluide entrant en 1g et ressortant en 17. Le melange est envoye par le conduit 18 au ballon separateur B2. La phase gazeuse issue du ballon B2 est envoyee par la ligne 20 au compresseur K1 dans lequel elle est comprimée jusqu'à une pression de 30 atm. La compression est effectuée en trois étages avec refroidissement ir;termédiaire. A la sortie du dernier etage le gaz se trouve à une temperature de 85 C. Il est envoyé par le conduit 7 à l'echangeur de refroidis-sement C1 d'où il sort ~ une temperature de 32 C (ligne 11). La fraction liquide issue du ballon B2 est reprise par la pompe P1 (ligne 14) et melangee en ligne ala fraction gazeuse arrivant par le conduit 11. Il se produit une dissolution dumélange gazeux dans le methanol liquide et le melange est envoyé par la ligne 1~dan l'echangeur de refroidissement C2 de façon a évacuer la chaleur de dissolution.
Dans cet exemple l'utilisation d'un melange de deux constituants en phase gazeuse et la detente de la phase lourde obtenue par démixtion ont permis de produire du froid c deux niveaux de température différents.
Claims (14)
1. Procédé de production de froid par évaporation à basse température d'un fluide réfrigérant évoluant entre un état gazeux et un état liquide, dans lequel (a) on comprime, dans une zone de compression, une phase gazeuse du fluide réfrigérant de manière à obtenir une phase gazeuse comprimée, on dissout, au moins en partie, la phase gazeuse comprimée dans une phase solvant liquide pour obtenir une solution, et on transmet au moins une partie de la chaleur de compression et de la chaleur de dissolution à un fluide de refroidissement extérieur, (b) on refroidit la solution de l'étape (a) comme indiqué aux étapes (d) et (f) de manière à obtenir deux phases liquides par démixtion, (c) on sépare la phase liquide légère de la phase liquide lourde, (d) on met la phase liquide lourde provenant de l'étape (c) en relation d'échange de chaleur aven la solution à refroidir de l'étape (b) puis on renvoie cette phase liquide lourde comme phase solvant à l'étape (a) pour dissoudre une nouvelle quantité de phase gazeuse comprimée, (e) on détent la phase liquide légère et on la laisse se vaporiser, de manière à produire du froid, (f) on met la phase légère vaporisée de l'étape (e) en relation d'échange de chaleur avec la solution à refroidir de l'étape (b), et on renvoie ensuite cette phase légère vaporisée à la zone de compression à titre de phase gazeuse de fluide réfrigérant.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant est un gaz non-condensable à la température ambiante.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le fluide réfrigérant comprend au moins un consti-tuant appartenant à la classe des hydrocarbures.
en ce que le fluide réfrigérant comprend au moins un consti-tuant appartenant à la classe des hydrocarbures.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé
en ce que le fluide réfrigérant comprend au moins un hydro-carbure chloré et/ou fluoré.
en ce que le fluide réfrigérant comprend au moins un hydro-carbure chloré et/ou fluoré.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant comprend du méthane, de l'éthy-lène, de l'éthane et/ou du chlorotrifluorométhane.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le solvant est un solvant polaire appartenant à la classe des alcools, cétones, amines ou nitriles.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le solvant est le méthanol.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le solvant est l'acétonitrile.
9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant est comprimé à une pression comprises entre 12 et 70 atmosphères.
10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase légère séparée, obtenue à l'étape (e) est détendus jusqu'à une pression comprise entre 1 et 10 atmos-phares.
11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la phase liquide légère obtenue et séparée à l'étape (c) est soumise à un sous-refroidissement avant d'être détendue dans l'étape (e).
en ce que la phase liquide légère obtenue et séparée à l'étape (c) est soumise à un sous-refroidissement avant d'être détendue dans l'étape (e).
12. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce qu'on comprime la phase gazeuse, dans une zone de compression, on la mélange avec un solvant liquide dans lequel on la dissout au moins en partie, les chaleurs de compression et de dissolution étant transmises au moins en partie au fluide extérieur de refroidissement dans au moins une zone d'échange, on fait circuler la solution résultante dans une zone d'échange de chaleur A, de manière à obtenir deux phases liquides, respectivement une phase légère et une phase lourde, que l'on fait décanter, on renvoie la phase lourde dans la zone d'échange A puis on la réutilise comme solvant et on envoie la phase légère dans une zone d'échange B, puis on la détend et on la laisse se vaporiser en fournissant du froid et enfin on la recycle à l'état gazeux vers la zone de compres-sion en passant par la zone d'échange B puis par la zone d'échan-ge A.
en ce qu'on comprime la phase gazeuse, dans une zone de compression, on la mélange avec un solvant liquide dans lequel on la dissout au moins en partie, les chaleurs de compression et de dissolution étant transmises au moins en partie au fluide extérieur de refroidissement dans au moins une zone d'échange, on fait circuler la solution résultante dans une zone d'échange de chaleur A, de manière à obtenir deux phases liquides, respectivement une phase légère et une phase lourde, que l'on fait décanter, on renvoie la phase lourde dans la zone d'échange A puis on la réutilise comme solvant et on envoie la phase légère dans une zone d'échange B, puis on la détend et on la laisse se vaporiser en fournissant du froid et enfin on la recycle à l'état gazeux vers la zone de compres-sion en passant par la zone d'échange B puis par la zone d'échan-ge A.
13. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que le fluide réfrigérant comprend au moins deux consti-tuants de températures d'ébullition différentes et en ce qu'on comprime ledit fluide réfrigérant dans une zone de compression, on le mélange avec un solvant liquide dans lequel on le dissout au moins en partie, au moins une partie des chaleurs de compres-sion et de dissolution étant transmises au fluide extérieur de refroidissement dans au moins une zone d'échange, on fait circuler le mélange dans une zone d'échange de chaleur A, on obtient une phase liquide légère et une phase liquide lourde que l'on fait décanter, la phase légère non-détendue étant envoyée dans une zone d'échange de chaleur B puis détendus, vaporisée en fournissant du froid et envoyée à l'état gazeux à travers la zone d'échange de chaleur B, la phase lourde étant détendue et mélangée avec la phase légère gazeuse provenant de la zone d'échange B, le mélange résultant étant envoyé à
travers la zone d'échange A puis séparé en une fraction gazeuse et une fraction liquide, la fraction gazeuse étant renvoyée vers la zone de compression et la fraction liquide, formée essentiellement par le solvant, étant reprise par une pompe et remélangée avec la phase gazeuse issue de la zone de compression.
en ce que le fluide réfrigérant comprend au moins deux consti-tuants de températures d'ébullition différentes et en ce qu'on comprime ledit fluide réfrigérant dans une zone de compression, on le mélange avec un solvant liquide dans lequel on le dissout au moins en partie, au moins une partie des chaleurs de compres-sion et de dissolution étant transmises au fluide extérieur de refroidissement dans au moins une zone d'échange, on fait circuler le mélange dans une zone d'échange de chaleur A, on obtient une phase liquide légère et une phase liquide lourde que l'on fait décanter, la phase légère non-détendue étant envoyée dans une zone d'échange de chaleur B puis détendus, vaporisée en fournissant du froid et envoyée à l'état gazeux à travers la zone d'échange de chaleur B, la phase lourde étant détendue et mélangée avec la phase légère gazeuse provenant de la zone d'échange B, le mélange résultant étant envoyé à
travers la zone d'échange A puis séparé en une fraction gazeuse et une fraction liquide, la fraction gazeuse étant renvoyée vers la zone de compression et la fraction liquide, formée essentiellement par le solvant, étant reprise par une pompe et remélangée avec la phase gazeuse issue de la zone de compression.
14. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté-risé en ce que, au cours de l'étape (f), la phase légère vaporisée est mise en relation d'échange de chaleur, d'abord avec la phase liquide légère non-détendue obtenue à l'étape (c) avant l'envoi de ladite phase légère à l'étape de détente et vaporisation (e), puis, avec la solution à refroidir de l'étape (b), avant de délivrer ladite phase légère à la zone de compression.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7518174A FR2314456A1 (fr) | 1975-06-09 | 1975-06-09 | Procede de production de froid |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1045392A true CA1045392A (fr) | 1979-01-02 |
Family
ID=9156324
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