EP4589232A1 - Procédé et appareil de compression d'un gaz - Google Patents

Procédé et appareil de compression d'un gaz

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EP4589232A1
EP4589232A1 EP25152328.8A EP25152328A EP4589232A1 EP 4589232 A1 EP4589232 A1 EP 4589232A1 EP 25152328 A EP25152328 A EP 25152328A EP 4589232 A1 EP4589232 A1 EP 4589232A1
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EP
European Patent Office
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flow
cooler
heat
refrigerant
heated
Prior art date
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Pending
Application number
EP25152328.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Benoit Davidian
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
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    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/04—Compressor cooling arrangement, e.g. inter- or after-stage cooling or condensate removal

Definitions

  • An aim of the invention is to simplify the refrigerant fluid circuit (water or glycolated water in general) in the case of heat recovery only on at least one cooler of a compressor.
  • the warmer flow is sent to a unit where it preheats water.
  • the invention is described for a two-stage compressor, but can easily be extrapolated to more than two stages.
  • the refrigerant is described as water, but can also be glycolated water or any other suitable refrigerant.
  • the compressor comprises at least two stages, including a final stage and at least one intermediate stage or a first stage, in the case of a two-stage compressor only.
  • the compressor includes a cooler with a temperature rise of the refrigerant, for example water) around 10°C (or 30°C for water at 20°C).
  • the compressor includes another chiller to make hot refrigerant, for example hot water, with a refrigerant temperature rise, for example water around 70°C (or 90°C for water at 20°C), with a very low refrigerant flow rate.
  • a refrigerant temperature rise for example water around 70°C (or 90°C for water at 20°C)
  • the flow ratio between the flow sent to the chiller with a smaller refrigerant temperature rise and the flow sent to the chiller with a larger refrigerant temperature rise is between 5 and 15.
  • the compressor produces a flow of warm refrigerant, for example warm water, and a flow of hot refrigerant, for example hot water.
  • the hot refrigerant has been heated by an intercooler or first cooler and the warm refrigerant has been heated by an aftercooler.
  • the compressed gas in the last stage of the compressor may be at a higher temperature than the compressed gas in the intermediate stage or first stage.
  • the opposite is recommended. While the compressor's performance is not optimal in terms of energy, the use of the heat thus recovered largely compensates for the drop in machine performance, for an overall energy balance which is then improved.
  • a method for separating air by cryogenic distillation in which air is compressed according to one of the methods as described above, the compressed air is cooled, purified in a pressure and/or temperature swing adsorption purification unit and separated by distillation forming a fluid enriched in oxygen and/or nitrogen, the purification unit being regenerated by a regeneration gas.
  • a method for separating air by cryogenic distillation in which air is compressed, the compressed air is cooled, purified in a purification unit by pressure and/or temperature swing adsorption, a part of the purified air is compressed according to one of the methods as described above and separated by distillation forming a fluid enriched in oxygen and/or nitrogen, the purification unit being regenerated by a regeneration gas.
  • an apparatus for compressing a gas, associated with a heat-consuming element comprising a compressor having at least two stages, including an intermediate or first compression stage and a final compression stage for compressing a gas downstream of the intermediate or first compression stage, an intermediate cooler for cooling the gas downstream of the intermediate or first compression stage and a final cooler for cooling the gas downstream of the final compression stage, means for dividing a refrigerant, for example water or glycolated water, coming from a source of the refrigerant or from a system for cooling the refrigerant into a first flow and a second flow, a conduit for sending the first flow to cool only the intermediate cooler and a conduit for sending the second flow to cool only the final cooler, a conduit for leaving the first flow heated from the intermediate or first cooler and a conduit for leaving the second heated from the final cooler, the first and second heated flows being at temperatures which differ by at least 30°C, preferably at least 40°C, or even at least 50°C, the first heated flow being hotter than the
  • the gas G for example air
  • a compressor comprising at least two stages C1, C2.
  • the gas compressed in stage C1 is then cooled in a cooler R1 by a refrigerant 21 to a temperature between 15 and 25°C which may be water or glycolated water.
  • the refrigerant 21 is heated in the cooler R1 to 90°C.
  • the R2 final cooler is typically a cross-flow shell and tube exchanger with a few passes. Its standard design allows for good gas cooling at the end of compression. If heat recovery had been used on this final refrigerant, the gas would have been poorly cooled, or a second refrigerant would have had to be added in series.
  • Cooling system B provides a refrigerant, for example cold water 1.
  • This system can be connected to a cooling network and/or to an atmospheric cooling tower (for example open, closed, air cooler, evaporative or adiabatic type) and/or an adsorption or absorption refrigeration unit.
  • the cooling system is preferably a closed circuit to control the quality of the water and avoid problems of corrosion and/or deposits, which are accentuated by the high temperature at the outlet of the intermediate refrigerant.
  • the refrigerant for example cold water 1 preferably has a temperature close to the dry or wet bulb temperature of the ambient air.
  • a portion 11 of the refrigerant 1 goes to the final cooler R2 to cool the compressed gas G in the final stage C2 of the compressor.
  • the refrigerant is described as water but it will be understood that it can be a mixture of water and glycol or ammonia.
  • the cold water is heated in the aftercooler R2 and exits as lukewarm water 12 with a moderate temperature rise, typically between 5°C and 15°C.
  • This part 11 can also be used to cool the compressor motor, the compressor oil sump and possibly other auxiliaries on the compressor.
  • Another portion of the cold water 21 goes to the intercooler R1 to cool the compressed gas G in the stage C1 of the compressor.
  • the cold water is heated in the final cooler R2 and leaves in the form of hot water 22, at a temperature typically between 50°C and 100°C above the temperature at which it arrives in the cooler R1, preferably around 90°C.
  • This mixture 2 is then sent to the cooling system B.
  • another variant consists of passing the regeneration fluid during the heating phase through an exchanger against the hot fluid and not passing the regeneration fluid during the cooling phase through an exchanger against the hot fluid, the hot fluid circulating in the exchanger during the heating and cooling phases.
  • the regeneration fluid circuit has a second exchanger, typically an electric, steam or gas heater to provide either additional heating to reach a higher temperature and/or to enable the adsorption system to operate during operating phases where the compression heat is not available, for example during the start-up phase if the compressor is stopped.
  • a second exchanger typically an electric, steam or gas heater to provide either additional heating to reach a higher temperature and/or to enable the adsorption system to operate during operating phases where the compression heat is not available, for example during the start-up phase if the compressor is stopped.
  • the 3-way valve V can be a control valve which adjusts the flow rate in each outlet 22a and 22b so as to finely regulate the temperature of the fluid 31 at the outlet of the exchanger H1, in particular if the heater (and its associated temperature control regulation) is not used.
  • the regeneration fluid 30 is heated only using the heater H2.
  • the regeneration fluid 30 is heated only using the heater H2.

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Abstract

Dans un procédé de compression d'un gaz (G), le gaz est comprimé dans un compresseur ayant un étage intermédiaire= et un étage final, un refroidisseur intermédiaire (R1) pour refroidir le gaz en aval de l'étage intermédiaire et un refroidisseur final (R2) pour refroidir le gaz en aval de l'étage de compression finale, on divise un fluide réfrigérant, provenant d'une source (B) en un premier débit et un deuxième débit, on envoie le premier débit (21) refroidir le refroidisseur intermédiaire et on envoie le deuxième débit (11) refroidir le refroidisseur final, le premier et deuxième débits réchauffés se trouvant à des températures qui diffèrent, on envoie le premier débit réchauffé apporter de la chaleur à un élément (A) produisant un premier débit refroidi et on mélange le deuxième débit réchauffé avec le premier débit refroidi et on envoie le mélange (2) à la source.

Description

  • La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de compression d'un gaz.
  • Un but de l'invention de simplifier le circuit du fluide réfrigérant (eau ou eau glycolée en général) dans le cas d'une récupération de chaleur uniquement sur au moins un refroidisseur d'un compresseur.
  • L'invention consiste à créer un seul circuit de fluide réfrigérant, assimilé ici à de l'eau pour les deux fonctions suivantes sur le compresseur d'air :
    • Le compresseur est alimenté par une seule alimentation en eau froide, qui provient d'un système ou réseau de refroidissement.
    • Une partie de l'eau est utilisée dans le refroidissement final pour refroidir de façon classique le gaz comprimé. Cette partie peut aussi être utilisée pour refroidir le moteur entraînant le compresseur ou un autre compresseur, la bâche à huile et éventuellement d'autres auxiliaires sur le compresseur. Cela génère de l'eau tiède.
    • Une autre partie est utilisée sur le(s) refroidissement(s) intermédiaire(s) pour faire de la récupération de chaleur, pour gérer de l'eau chaude.
  • L'eau chaude est envoyée vers le système utilisateur de la chaleur, puis l'eau chaude qui a été soit complètement refroidie, soit partiellement refroidi, soit non refroidi (c'est-à-dire non utilisée) est mélangée à l'eau tiède. Ce mélange est alors envoyé vers le système ou réseau de refroidissement.
  • Il est connu de EP829691 d'utiliser deux débits d'eau d'une source commune pour refroidir le refroidisseur final et un refroidisseur intermédiaire d'un compresseur. Les deux débits proviennent de la même source et subissent essentiellement la même augmentation de température.
  • FR2844863 montre que l'eau envoyée en parallèle aux deux refroidisseurs pour produire deux débits d'eau à la même température, température qui est relativement basse (35°C dans le texte).
  • Dans DE 1020120040480 , on voit le débit d'eau divisé en deux. L'un des débits refroidit le refroidisseur intermédiaire et l'autre refroidit le refroidisseur final. Ainsi le débit 12, 13, 14 réchauffé par le refroidisseur intermédiaire se trouve à 386 alors que celui 16 réchauffé par le refroidisseur final est à 366K. Le débit qui a été réchauffé par le refroidisseur intermédiaire est également réchauffé par un refroidisseur final.
  • Le débit plus chaud est envoyé à une unité où il préchauffe de l'eau.
  • Ainsi le refroidisseur final produit de l'eau tiède alors que le refroidisseur intermédiaire produit de l'eau chaude et c'est l'eau chaude seulement qui est envoyée apporter de la chaleur à l'élément consommateur de sorte que sa température devient compatible avec l'eau tiède à laquelle elle doit être mélangée.
  • L'invention est décrite pour un compresseur à deux étages, mais peut être facilement extrapolable à plus de deux étages. De même, le fluide réfrigérant est décrit comme de l'eau, mais peut aussi de l'eau glycolée ou tout autre réfrigérant adéquat.
  • Le compresseur comprend au moins deux étages dont un étage final et au moins un étage intermédiaire ou un premier étage, dans le cas d'un compresseur à deux étages seulement.
  • Le compresseur comprend un refroidisseur avec une élévation de température du réfrigérant, par exemple de l'eau) autour de 10°C (soit 30°C pour de l'eau à 20°C).
  • Le compresseur comprend un autre refroidisseur pour faire du réfrigérant chaud, par exemple de l'eau chaude, avec une élévation de température du réfrigérant, par exemple de l'eau autour de 70°C (soit 90°C pour de l'eau à 20°C), avec un débit de réfrigérant très réduit. Le rapport des débits entre le débit envoyé au refroidisseur avec une élévation de température du réfrigérant plus petite et le débit envoyé au refroidisseur avec une élévation de de température du réfrigérant plus grande est entre 5 et 15.
  • Ainsi le compresseur produit un débit de réfrigérant tiède, par exemple de l'eau tiède et un débit de réfrigérant chaud, par exemple de l'eau chaude.
  • De préférence, le réfrigérant chaud a été chauffé par un refroidisseur intermédiaire ou un premier refroidisseur et le réfrigérant tiède a été chauffé par un refroidisseur final. Dans certains cas, le gaz comprimé dans le dernier étage du compresseur peut se trouver à une température plus élevée que le gaz comprimé dans l'étage intermédiaire ou le premier étage.
  • L'homme de l'art choisirait naturellement de produire le réfrigérant chaud dans le refroidisseur après l'étage final. Produire une grande élévation de température sous-entend que le transfert de chaleur est moins efficace et que le compresseur est moins bien refroidi.
  • Selon un aspect de l'invention, c'est l'inverse qui est préconisé. Alors que les performances du compresseur ne sont pas optimales en termes d'énergie, l'usage de la chaleur ainsi récupérée compense largement la baisse de performance de la machine, pour un bilan global énergétique qui est alors amélioré.
  • Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de compression d'un gaz dans lequel le gaz est comprimé dans un compresseur ayant au moins deux étages, dont un étage de compression intermédiaire ou premier et un étage de compression final pour comprimer le gaz en aval de l'étage de compression intermédiaire ou premier, un refroidisseur intermédiaire pour refroidir le gaz en aval de l'étage de compression intermédiaire ou premier et un refroidisseur final pour refroidir le gaz en aval de l'étage de compression finale, on divise un fluide réfrigérant, par exemple de l'eau ou de l'eau glycolée, provenant d'une source du fluide réfrigérant ou d'un système de refroidissement du fluide réfrigérant en un premier débit et un deuxième débit, on envoie le premier débit refroidir seulement le refroidisseur intermédiaire et on envoie le deuxième débit refroidir seulement le refroidisseur final, on sort le premier débit réchauffé du refroidisseur intermédiaire et on sort le deuxième débit réchauffé du refroidisseur final, le premier et deuxième débits réchauffés se trouvant à des températures qui diffèrent d'au moins 30°C, préférentiellement au moins 40°C, voire au moins 50°C, le premier débit réchauffé étant plus chaud que le deuxième débit réchauffé, on envoie au moins ponctuellement le premier débit réchauffé apporter de la chaleur à un élément consommateur de chaleur produisant un premier débit refroidi jusqu'à une troisième température et on mélange le deuxième débit réchauffé, qui n'a pas été envoyé apporter de la chaleur à l'élément consommateur de chaleur et n'a pas été refroidi, avec le premier débit au moins ponctuellement refroidi et on envoie le mélange à la source de fluide réfrigérant ou au système de refroidissement du fluide réfrigérant.
  • Selon d'autres aspects facultatifs :
    • le premier débit réchauffé a subi une élévation de température d'entre 30°C et 80°C, voire entre 50 et 80°C dans le refroidisseur intermédiaire ou premier.
    • le deuxième débit réchauffé a subi une élévation de température d'entre 5 et 15°C dans le refroidisseur final.
    • les premier et deuxième débits arrivent respectivement au refroidisseur intermédiaire ou premier et au refroidisseur final à la même température, par exemple entre 15 et 25°C.
    • le premier débit réchauffé est envoyé à l'élément consommateur de chaleur où au moins ponctuellement il n'est pas refroidi ou au moins ponctuellement n'est pas envoyé à l'élément consommateur de chaleur.
    • au moins ponctuellement le deuxième débit réchauffé est mélangé au premier débit refroidi à la troisième température.
    • au moins ponctuellement le deuxième débit réchauffé est mélangé au premier débit qui n'a pas été refroidi.
    • le deuxième débit réchauffé est mélangé au premier débit réchauffé, qu'il ait été refroidi par l'élément consommateur de chaleur ou pas.
    • le premier débit est plus petit que le deuxième débit.
    • tous les fluides réfrigérants du compresseur sont des débits de fluide réfrigérant, par exemple d'eau, provenant de la source ou d'un système de refroidissement du fluide réfrigérant.
    • le premier débit est plus petit que le deuxième débit, de préférence le premier débit est 5 à 15 fois plus petit que le deuxième débit.
    • le premier débit est envoyé ponctuellement à l'élément consommateur de chaleur.
    • le premier débit est envoyé en permanence à l'élément consommateur de chaleur.
  • Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans lequel de l'air est comprimé selon l'un des procédés tel que décrit ci-dessus, l'air comprimé est refroidi, épuré dans une unité d'épuration par adsorption à bascule de pression et/ou de température et séparé par distillation formant un fluide enrichi en oxygène et/ou en azote, l'unité d'épuration étant régénéré par un gaz de régénération.
  • Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans lequel de l'air est comprimé, l'air comprimé est refroidi, épuré dans une unité d'épuration par adsorption à bascule de pression et/ou de température, une partie de l'air épuré est comprimée selon un des procédés tels que décrits-ci-dessus et séparé par distillation formant un fluide enrichi en oxygène et/ou en azote, l'unité d'épuration étant régénéré par un gaz de régénération.
  • Selon d'autres aspects facultatifs :
    • l'élément consommateur de chaleur est un réchauffeur d'au moins une partie du gaz de régénération en amont de l'unité d'épuration et le premier débit réchauffée fournit toute la chaleur nécessaire pour amener le gaz de régénération à une température adaptée pour régénérer l'unité d'épuration.
    • l'élément consommateur de chaleur est un réchauffeur d'au moins une partie du gaz de régénération en amont de l'unité d'épuration et le premier débit réchauffée fournit seulement une partie de la chaleur nécessaire pour amener le gaz de régénération à une température adaptée pour régénérer l'unité d'épuration, le reste de la chaleur nécessaire étant apporté par un réchauffeur additionnel.
  • Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un appareil de compression d'un gaz, associé à un élément consommateur de chaleur, comprenant un compresseur ayant au moins deux étages, dont un étage de compression intermédiaire ou premier et un étage de compression final pour comprimer un gaz en aval de l'étage de compression intermédiaire ou premier, un refroidisseur intermédiaire pour refroidir le gaz en aval de l'étage de compression intermédiaire ou premier et un refroidisseur final pour refroidir le gaz en aval de l'étage de compression finale, des moyens pour diviser un fluide réfrigérant, par exemple de l'eau ou de l'eau glycolée, provenant d'une source du fluide réfrigérant ou d'un système de refroidissement du fluide réfrigérant en un premier débit et un deuxième débit, une conduite pour envoyer le premier débit refroidir seulement le refroidisseur intermédiaire et une conduite pour envoyer le deuxième débit refroidir seulement le refroidisseur final, une conduite pour sortir le premier débit réchauffé du refroidisseur intermédiaire ou premier et une conduite pour sortir le deuxième débit réchauffé du refroidisseur final, le premier et deuxième débits réchauffés se trouvant à des températures qui diffèrent d'au moins 30°C, préférentiellement au moins 40°C, voire au moins 50°C, le premier débit réchauffé étant plus chaud que le deuxième débit réchauffé, des moyens pour envoyer au moins ponctuellement le premier débit réchauffé apporter de la chaleur à l'élément consommateur de chaleur produisant un premier débit au moins ponctuellement refroidi, des moyens pour envoyer le deuxième débit réchauffé se mélanger avec le premier débit au moins ponctuellement refroidi, directement sans passer par l'élément consommateur de chaleur ou un appareil de refroidissement et des moyens pour envoyer le mélange formé à la source de fluide réfrigérant ou à un système de refroidissement du fluide réfrigérant.
  • L'invention sera décrite de manière plus détaillée en référant aux figures dans lesquelles :
    • [FIG.1] représente un procédé selon l'invention.
    • [FIG.2] représente une variante d'un procédé selon l'invention.
    • [FIG.3] représente une autre variante d'un procédé selon l'invention.
  • Dans la [FIG.1], le gaz G, par exemple de l'air, est comprimé dans un compresseur comprenant au moins deux étages C1, C2. Le gaz comprimé dans l'étage C1 est ensuite refroidi dans un refroidisseur R1 par un réfrigérant 21 à une température entre 15 et 25°C pouvant être de l'eau ou de l'eau glycolée. Le réfrigérant 21 est chauffé dans le refroidisseur R1 jusqu'à 90°C.
  • Le refroidisseur R1 peut être un échangeur « tubes et calandre » en courant-croisé avec une multitude de passes.
  • Le refroidisseur R1 étant généralement intégré au compresseur, l'encombrement maximal est en général contraint, ce qui oblige à potentiellement dégrader un peu le refroidissement du gaz comprimé au bénéfice du réchauffement maximal du fluide à réchauffer. Cela implique une baisse de performance pour l'étage de compression suivant, avec une dépense énergétique un peu plus élévée, mais qui est très largement contre-balancer par le gain énergétique de la récupération de chaleur.
  • Il est avantageux de faire uniquement de la récupération de chaleur sur le(s) refroidisseur (s) intermédiaire(s) R1 du compresseur en faisant un réfrigérant chaud, par exemple de l'eau chaude, typiquement autour de 90°C et de conserver un réfrigérant classique pour le réfrigérant final.
  • Le gaz refroidi dans R1 est comprimé dans l'étage final C2 et ensuite refroidi par un autre débit 11 du même réfrigérant dans un refroidisseur R2, l'autre débit 11 arrivant dans le refroidisseur à une température entre 15 et 25°C
  • Le refroidisseur final R2 est classiquement un échangeur « tubes et calandre » en courant-croisé avec quelques passes. Son conception standard permet de bien refroidir le gaz en fin de compression. Si on avait fait de la récupération de chaleur sur ce réfrigérant final, on aurait eu un gaz mal refroidi ou alors, il aurait fallu ajouter un second réfrigérant en série.
  • Le débit 11 subit une élévation de température modérée dans le refroidisseur final R2, typiquement entre 5°C et 15°C.
  • Les débits réchauffées 12,22 ont des températures qui diffèrent d'au moins 30°C, préférentiellement au moins 40°C, voire au moins 50°C.
  • De préférence le refroidisseur R1 comprend plus de passes que le refroidisseur R2.
  • Le gaz comprimé dans l'étage C2 peut subir un refroidissement supplémentaire après le refroidissement en R2, par exemple contre de l'eau glacée ou contre un fluide froid. C'est notamment le cas dans le cadre d'un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique :
    • pour le compresseur principal d'air humide, qui est refroidi contre de l'eau glacée dans un échangeur ou une tour de refroidissement avant d'entrer dans l'épuration en tête
    • pour le booster d'air sec, en sortie épuration en tête, qui est refroidi dans l'échangeur principal cryogénique contre un fluide issu de la distillation des gaz de l'air. Le gaz comprimé est ensuite envoyé ailleurs. Il peut, par exemple, être épuré en eau et en CO2 dans une unité d'épuration fonctionnant par bascule de température et/ou pression. Ensuite il peut être séparé dans une unité de séparation d'air par distillation cryogénique. Une partie de l'azote produit par la distillation peut être réchauffé dans un réchauffeur pour atteindre une température nécessaire pour régénérer un lit d'adsorbant de l'unité d'épuration.
  • Dans le cas où la chaleur disponible sur le(s) réfrigérant(s) intermédiaire(s) est suffisante pour l'usage envisagée (par exemple la régénération d'une FEP d'une ASU), cela permet de bien refroidir le gaz en fin de compression, ce qui est intéressant par exemple lorsque le gaz comprimé doit être ensuite de nouveau refroidi soit en étant envoyé dans une boite froide de séparation des gaz de l'air, soit dans un système de pré refroidissement en amont d'une FEP.
  • En alternatif, de l'air comprimé peut être épuré et ensuite une partie seulement de l'air épuré peut-être comprimé dans un compresseur selon l'invention, appelé « surpresseur » avec plusieurs étapes de compression et des refroidisseurs produisant des débits de réfrigérants provenant d'une source commune mais chauffés jusqu'à des températures différentes.
  • Ainsi le compresseur selon l'invention peut être un compresseur d'air principal ou un surpresseur d'air. Cela peut aussi être un compresseur d'azote gazeux ou d'oxygène gazeux produit par exemple sur un appareil de séparation d'air.
  • La chaleur récupérée par le réfrigérant 22 peut permettre de chauffer tout ou partie du gaz de régénération destiné à une épuration en tête de type TSA, par exemple dans un appareil de séparation d'air. Sinon elle peut être utilisée comme source de chaleur pour un groupe frigorifique à absorption.
  • Le système de refroidissement B fournit un réfrigérant, par exemple de l'eau froide 1. Ce système peut être relié à un réseau de refroidissement et/ou à une tour atmosphérique de refroidissement (par exemple de type ouverte, fermée, aérorefroidisseur, évaporative ou adiabatique) et/ou un groupe frigorifique d'adsorption ou d'absorption. Le système de refroidissement est préférentiellement un circuit fermé pour maitriser la qualité de l'eau et éviter des problèmes de corrosion et/ou de dépots, qui sont accentués par la température élevée en sortie de réfrigérant intermédiaire. Selon le système de refroidissement B mis en oeuvre, le réfrigérant, par exemple l'eau froide 1, a préférentiellement une température proche de la température sèche ou humide de l'air ambiant.
  • Une partie 11 du réfrigérant 1 , par exemple de l'eau froide 1, va vers le refroidisseur final R2 pour refroidir le gaz comprimé G dans l'étage final C2 du compresseur. Dans ce qui suit, le réfrigérant est décrit comme étant de l'eau mais il sera compris qu'il peut être un mélange d'eau et de glycol ou de l'ammoniac.
  • L'eau froide est réchauffée dans le refroidisseur final R2 et sort sous forme d'eau tiède 12 avec une élévation de température modérée, typiquement entre 5°C et 15°C. Cette partie 11 peut aussi être utilisée pour refroidir le moteur du compresseur, la bâche à huile du compresseur et éventuellement d'autres auxiliaires sur le compresseur.
  • Une autre partie de l'eau froide 21 va vers le refroidisseur intermédiaire R1 pour refroidir le gaz comprimé G dans l'étage C1 du compresseur. L'eau froide est échauffée dans le refroidisseur final R2 et sort sous forme d'eau chaude 22, à une température typiquement entre 50°C et 100°C au-dessus de la température à laquelle il arrive dans le refroidisseur R1, préférentiellement autour de 90°C.
  • Ainsi, selon un exemple,si l'eau 1 est à 20°C, les débits 11, 21 sont à 20°C, le débit 12 sera réchauffé à 30°C et le débit 22 à 90°C.
  • L'eau chaude 22, par exemple à 90°C, est envoyée vers le système utilisateur de la chaleur A, qui peut utiliser la chaleur de manière intermittante. Puis l'eau 23 sort du système utilisateur de la chaleur A, eau 23 qui a été soit complètement refroidie, soit partiellement refroidie, soit non refroidie (c'est-à-dire non utilisée) et est mélangée à l'eau tiède 12 formant un mélange 2. Dans le cadre d'un appareil de séparation d'air par distillation cryogénique, le système utilisateur peut être un réchauffeur pour chauffer tout ou partie le gaz de régénération de l'épuration en tête. Si la température atteinte n'est pas suffisante, on peut ajouter un réchauffeur autre par exemple électrique ou vapeur ou gaz pour faire un complément de chauffage.
  • Ce mélange 2 est alors envoyé vers le système de refroidissement B.
  • Selon une variante de l'invention, il est intéressant de gérer les différentes phases de la régénération d'un système d'adsorption de type TSA, notamment dans la phase de chauffage et la phase de refroidissement, en utilisant le fluide chaud 22 récupéré sur la chaleur de compression du compresseur C1.
  • Cette variante consiste à faire passer le fluide chaud pendant la phase de chauffage dans un échangeur contre le fluide de régénération et de ne pas faire passer le fluide chaud pendant la phase de refroidissement dans cet échangeur contre le fluide de régénération, le fluide de régénération circulant dans l'échangeur pendant les phases de chauffage et de refroidissement.
  • Alternativement, une autre variante consiste à faire passer le fluide de régénération pendant la phase de chauffage dans un échangeur contre le fluide chaud et de ne pas faire passer le fluide de régénération pendant la phase de refroidissement dans un échangeur contre le fluide chaud, le fluide chaud circulant dans l'échangeur pendant les phases de chauffage et de refroidissement.
  • Par ailleurs, le circuit du fluide de régénération dispose d'un second échangeur, typiquement un réchauffeur électrique ou vapeur ou gaz pour faire soit un appoint de chauffage pour attendre une température plus élevée et/ou permettre le fonctionnement du système d'adsorption pendant des phases opératoires où la chaleur de compression n'est pas disponible, par exemple en phase de démarrage si le compresseur est à l'arrêt.
  • Selon la première variante, illustrée dans la [FIG.2], dans une unité d'adsorption de type TSA avec deux adsorbeurs, la régénération est composée de trois phases principales :
    • Chauffage avec un gaz de régénération chaud
    • Refroidissement avec un gaz de régénération froid
    • Inversion des deux adsorbeurs, en général comprenant une phase d'isolation basse pression, de pressurisation, de mise en parallèle des deux adsorbeurs, d'isolation haute pression et de dépressurisation
  • C'est par exemple le cas sur une épuration en tête sur un appareil de séparation d'air. Selon la première variante :
    • En phase de chauffage, le fluide chaud 22 passe à travers la vanne trois voies V pour aller comme fluide 22a vers l'échangeur de chaleur H1. Le fluide de régénération 30 est chauffé contre le fluide 22a dans l'échangeur H1. Il n'y a pas de débit 22b (vanne non passante vers 22b). La vanne V a un mode de fonctionnement tout ou rien.
  • Alternativement, la vanne 3 voies V peut être une vanne de régulation qui ajuste le débit dans chaque sortie 22a et 22b de façon à réguler finement la température du fluide 31 en sortie du l'échangeur H1, notamment si le réchauffeur (et sa régulation de contrôle de température associée) n'est pas utilisé.
  • La vanne trois voies peut être remplacée par 2 vannes deux voies.
  • Si nécessaire, le fluide chauffé 31 peut être de nouveau chauffé dans un réchauffeur H2, typiquement un réchauffeur électrique ou un réchauffeur chauffé par de la vapeur d'eau ou du gaz. Cela peut être fait périodiquement si l'on souhaite par exemple monter la température de régénération (typiquement 120-150°C, voire 200°C) pour mieux régénérer certaines impuretés qui seraient mal régénérées avec le niveau de température obtenue sur le fluide 31 en sortie de l'échangeur H1 avec le fluide chaud 22 (typiquement 70 - 90°C).
  • Dans les phases de fonctionnement où le fluide 22 n'est pas chaud (typiquement compresseur sur lequel on fait la récupération de chaleur n'est pas en fonctionnement), le fluide de régénération 30 est chauffé uniquement à l'aide du réchauffeur H2.
  • En phase de refroidissement, le fluide chaud 22 tourne à travers la vanne trois voies V pour aller comme fluide 22b et contourner l'échangeur de chaleur H1. Il n'y a pas de débit 22a (vanne non passante vers 22a). Le fluide froid de régénération 30 refroidit dans un premier temps le réchauffeur H1 et H2 (inertie thermique). Assez rapidement (selon l'inertie thermique), le fluide 32 a la même température froide que le fluide 30. Selon une deuxième variante de l'invention illustrée dans la [FIG.3] :
    • En phase de chauffage, le fluide chaud 22 passe à travers l'échangeur de chaleur H1. Le fluide de régénération 30 (30a) est chauffé contre le fluide 22 dans l'échangeur H1, la vanne V2 étant ouverte et la vanne V1 fermée. Il n'a pas de débit dans 30b. Les vannes V1 et V2 ont un mode de fonctionnement tout ou rien. Alternativement, les deux vannes V1 et V2 peuvent être des vannes de régulation qui ajuste le débit dans chaque branche 30a et 30b de façon à réguler finement la température du fluide 32, notamment si le réchauffeur (et sa régulation de contrôle de température associée) n'est pas utilisé.
  • Si nécessaire, le fluide chauffé 31 peut être de nouveau chauffé dans un réchauffeur H2, typiquement un réchauffeur électrique ou un réchauffeur chauffé à la vapeur d'eau ou au gaz. Cela peut être fait périodiquement si l'on souhaite par exemple monter la température de régénération (typiquement 120-150°C, voire 200°C) pour mieux régénérer certaines impuretés qui seraient mal régénérées avec le niveau de température obtenue sur le fluide 31 (typiquement 70 - 90°C) en sortie de l'échangeur H1 avec le fluide chaud 22.
  • Dans les phases de fonctionnement où le fluide 22 n'est pas chaud (typiquement compresseur sur lequel on fait la récupération de chaleur n'est pas en fonctionnement), le fluide de régénération 30 est chauffé uniquement à l'aide du réchauffeur H2.
  • En phase de refroidissement, le fluide chaud 22 continue de passer à travers l'échangeur de chaleur H1. Le fluide 30 (30b) contourne l'échangeur de chaleur H1 et le réchauffeur H2, la vanne V2 étant fermée et la vanne V1 ouverte. Il n'a pas de débit dans 30a. Le fluide froid de régénération 30 passe directement en fluide froid 32, sans inertie thermique.
  • Ainsi on voit que le réchauffeur H2 est :
    • utilisé en appoint,
    • utilisé dans les phases où la source de chaleur n'est pas disponible.

Claims (18)

  1. Procédé de compression d'un gaz (G) dans lequel le gaz est comprimé dans un compresseur ayant au moins deux étages (C1, C2), dont un étage de compression intermédiaire ou premier et un étage de compression final pour comprimer le gaz en aval de l'étage de compression intermédiaire ou premier, un refroidisseur intermédiaire (R1) pour refroidir le gaz en aval de l'étage de compression intermédiaire ou premier et un refroidisseur final (R2) pour refroidir le gaz en aval de l'étage de compression finale, on divise un fluide réfrigérant, par exemple de l'eau ou de l'eau glycolée, provenant d'une source du fluide réfrigérant (B) ou d'un système de refroidissement du fluide réfrigérant en un premier débit et un deuxième débit, on envoie le premier débit (21) refroidir seulement le refroidisseur intermédiaire et on envoie le deuxième débit (11) refroidir seulement le refroidisseur final, on sort le premier débit réchauffé (22) du refroidisseur intermédiaire et on sort le deuxième débit réchauffé (12) du refroidisseur final, le premier et deuxième débits réchauffés se trouvant à des températures qui diffèrent d'au moins 30°C, préférentiellement au moins 40°C, voire au moins 50°C, le premier débit réchauffé étant plus chaud que le deuxième débit réchauffé, on envoie au moins ponctuellement le premier débit réchauffé apporter de la chaleur à un élément consommateur de chaleur (A) produisant un premier débit refroidi jusqu'à une troisième température et on mélange le deuxième débit réchauffé, qui n'a pas été envoyé apporter de la chaleur à l'élément consommateur de chaleur et n'a pas été refroidi, avec le premier débit au moins ponctuellement refroidi et on envoie le mélange (2) à la source de fluide réfrigérant ou au système de refroidissement du fluide réfrigérant.
  2. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le premier débit réchauffé (22) a subi une élévation de température d'entre 30°C et 80°C, voire entre 50 et 80°C dans le refroidisseur intermédiaire ou premier (R1).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le deuxième débit réchauffé (12) a subi une élévation de température d'entre 5 et 15°C dans le refroidisseur final (R2).
  4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel les premier et deuxième débits (11, 21) arrivent respectivement au refroidisseur intermédiaire ou premier (R1) et au refroidisseur final (R2) à la même température, par exemple entre 15 et 25°C.
  5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le premier débit réchauffé (22) est envoyé à l'élément consommateur de chaleur (A) où au moins ponctuellement il n'est pas refroidi ou au moins ponctuellement n'est pas envoyé à l'élément consommateur de chaleur.
  6. Procédé selon la revendication 1 dans lequel au moins ponctuellement le deuxième débit réchauffé (12) est mélangé au premier débit refroidi à la troisième température (23).
  7. Procédé selon la revendication 5 dans lequel au moins ponctuellement le deuxième débit réchauffé (12) est mélangé au premier débit qui n'a pas été refroidi.
  8. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 5 à 7 dans lequel le deuxième débit réchauffé (12) est mélangé au premier débit réchauffé (22, 23), qu'il ait été refroidi par l'élément consommateur de chaleur ou pas.
  9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le premier débit (21) est plus petit que le deuxième débit (11).
  10. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel tous les fluides réfrigérants du compresseur sont des débits de fluide réfrigérant (11, 21), par exemple d'eau, provenant de la source (A) ou d'un système de refroidissement du fluide réfrigérant.
  11. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le premier débit (21) est 5 à 15 fois plus petit que le deuxième débit (11).
  12. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le premier débit (22) est envoyé ponctuellement à l'élément consommateur de chaleur (A).
  13. Procédé selon l'une des revendication précédentes 1 à 11 dans lequel le premier débit (22) est envoyé en permanence à l'élément consommateur de chaleur (A).
  14. Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans lequel de l'air (G) est comprimé selon l'un des procédés des revendications précédentes, l'air comprimé est refroidi, épuré dans une unité d'épuration par adsorption à bascule de pression et/ou de température et séparé par distillation formant un fluide enrichi en oxygène et/ou en azote, l'unité d'épuration étant régénéré par un gaz de régénération.
  15. Procédé de séparation d'air par distillation cryogénique dans lequel de l'air (G) est comprimé, l'air comprimé est refroidi, épuré dans une unité d'épuration par adsorption à bascule de pression et/ou de température, une partie de l'air épuré est comprimée selon un des procédés des revendications 1 à 11 et séparé par distillation formant un fluide enrichi en oxygène et/ou en azote, l'unité d'épuration étant régénéré par un gaz de régénération.
  16. Procédé selon la revendication 14 ou 15 dans lequel l'élément consommateur de chaleur (A) est un réchauffeur (H1) d'au moins une partie (30) du gaz de régénération en amont de l'unité d'épuration et le premier débit réchauffée fournit toute la chaleur nécessaire pour amener le gaz de régénération à une température adaptée pour régénérer l'unité d'épuration.
  17. Procédé selon la revendication 14 ou 15 dans lequel l'élément consommateur de chaleur est un réchauffeur (H1) d'au moins une partie du gaz de régénération en amont de l'unité d'épuration et le premier débit réchauffée fournit seulement une partie de la chaleur nécessaire pour amener le gaz de régénération (30, 31, 32) à une température adaptée pour régénérer l'unité d'épuration, le reste de la chaleur nécessaire étant apporté par un réchauffeur additionnel (H2).
  18. Appareil de compression d'un gaz associé à une élément consommateur de chaleur comprenant un compresseur ayant au moins deux étages (C1, C2), dont un étage de compression intermédiaire ou premier et un étage de compression final pour comprimer un gaz en aval de l'étage de compression intermédiaire ou premier, un refroidisseur intermédiaire (R1) pour refroidir le gaz en aval de l'étage de compression intermédiaire ou premier et un refroidisseur final (R2) pour refroidir le gaz en aval de l'étage de compression finale, des moyens pour diviser un fluide réfrigérant, par exemple de l'eau ou de l'eau glycolée, provenant d'une source du fluide réfrigérant ou d'un système de refroidissement du fluide réfrigérant en un premier débit (21) et un deuxième débit (11), une conduite pour envoyer le premier débit refroidir seulement le refroidisseur intermédiaire ou premier et une conduite pour envoyer le deuxième débit refroidir seulement le refroidisseur final, une conduite pour sortir le premier débit réchauffé (22) du refroidisseur intermédiaire ou premier et une conduite pour sortir le deuxième débit réchauffé (12) du refroidisseur final, le premier et deuxième débits réchauffés se trouvant à des températures qui diffèrent d'au moins 30°C, préférentiellement au moins 40°C, voire au moins 50°C, le premier débit réchauffé étant plus chaud que le deuxième débit réchauffé, des moyens pour envoyer au moins ponctuellement le premier débit réchauffé apporter de la chaleur à l' élément consommateur de chaleur (A) produisant un premier débit au moins ponctuellement refroidi (23), des moyens pour envoyer le deuxième débit réchauffé se mélanger avec le premier débit au moins ponctuellement refroidi, directement sans passer par l'élément consommateur de chaleur ou un appareil de refroidissement et des moyens pour envoyer le mélange (2) formé à la source de fluide réfrigérant ou à un système de refroidissement du fluide réfrigérant.
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"Use of heat recovered from intercooled air compressor to pre-heat boiler feed water ED - Darl Kuhn", IP.COM, IP.COM INC., WEST HENRIETTA, NY, US, 17 September 2008 (2008-09-17), XP013126218, ISSN: 1533-0001 *

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