FR2481362A1 - Procede pour l'utilisation de chaleur de refroidissement pour la production d'energie mecanique et eventuellement la production simultanee de froid - Google Patents

Abstract

A.PROCEDE POUR UN PROCESSUS DANS LEQUEL UN FLUIDE DE TRAVAIL COOPERE AVEC UN PRODUIT D'ABSORPTION LIQUIDE ET EST LIBERE, ECHAUFFE ET DETENDU AVANT UN NOUVEAU CYCLE DE TRAVAIL; B.CARACTERISE EN CE QUE LA SOLUTION PAUVRE TOMBANT A L'EXTREMITE INFERIEURE DU DESORBEUR 1 ABANDONNE SA CHALEUR SENSIBLE DANS UN RECHAUFFEUR PREALABLE 10, AUX VALEURS DE FLUIDE DE TRAVAIL SORTANT A L'EXTREMITE SUPERIEURE DU DESORBEUR 1 QUI SONT AMENEES DANS LA TURBINE A PRELEVEMENT 4, ET ENSUITE ABANDONNE UNE AUTRE QUANTITE DE CHALEUR REGENERATIVE, DANS UN TRANSMETTEUR DE CHALEUR 9, A LA SOLUTION RICHE QUI EST AMENEE AU DESORBEUR 1; C.PROCEDE APPLICABLE A DES PROCESSUS D'ABSORPTION ET DESORPTION LIBERANT DE LA CHALEUR.

Description

L'invention concerne un procédé pour la production d'énergie mécanique et par suite d'énergie électrique au moyen de chaleur dégagée dans certains processus, avec éventuellement une production simultanée de froid, les proportions entre l'énergie mécanique et le froid produits pouvant être modifiées suivant les besoins.

Le procédé est utilisable comme processus secondaire (par couplage) de processus thermodynamiques producteurs de chaleur perdue et processus cycliques, par exemple procédés chimiques, procédés à combustion et autres procédés à force thermique. La production d'énergie mécanique est alors primordiale et la production de froid peut eAtre ajoutée dans une pro- portion variable. Commme chaleur perdue, on considère ici la fraction non utilisable de la transformation de chaleur de processus thermodynamiques, qui s'inscrit dans le domaine de faibles niveaux de température de porteurs de chaleur, inférieurs ou égaux à 2500C, et qui nUest pas utilisée ou seulement en faible partie par d'autres utilisateurs de chaleur étrangers au processus principal.

I1 est connu que, par vaporisation ou surchauffe, une substance pure, sous des pressions et des températures elevées et condensation ultérieure des vapeurs au voisinage de la température ambiante, il est possible de réaliser une émission de chaleur qui peut être récuperee pour la production d'énergie mécanique (par exemple processus Clausius-Rankine)
En outre, on connatt l'utilisation de couples de produits, dans lesquels, par apport de chaleur à partir d'une solution, on libère un moyen ou fluide de travail à haute pression (par désorption), qui peut ensuite être réincorporé à nouveau dans la solution (par absorption), à plus basse pression, tempéra- ture plus basse, et évacuation permanente de la chaleur, avec simultanément une plus faible concentration de la solution.

L'émission de chaleur, ainsi récupérée, du moyen ou fluide de travail, peut être mise en service pour l'obtention d'énergie mécanique. Cette émission de chaleur peut encore être accrue en surchauffant le fluide de travail après la désorption.

Les modes de réalisation connus de ce processus présentent cependant certains inconvénients, qui sont fondés sur le fait contradictoire que des émissions importantes de chaleur exigent une faible pression d'absorption, et que, d'autre part, pour la réalisation de ces faibles pressions d'absorption, un dégazage important de la solution est nécessaire. Ceci est dû aux conditions d'équilibre prévalents dans les couples de produits connus. Etant donné qu'un dégazage poussé de la solution, aux pressions de désorption qu'on recherche, n'est réalisable qu'au moyen de températures de désorption élevées, il existe ici obligatoirement une limitation de la quantité de chaleur émise utilisable et de sa qualité, c'est-à-dire que les porteurs de chaleur mis en oeuvre ne peuvent pas hêtre refroidis dans la mesure désirée.

On connaet également des installations d'absorption qui sont mises en oeuvre exclusivement pour la production de froid à partir de la chaleur dégagée. Les exigences posées pour la température de vaporisation du fluide de froid mis en oeuvre impliquent cependant des limites pour le degré de concentration de la solution riche et ainsi pour le refroidissement possible à obtenir pour le porteur de chaleur dégagée, c'est-à-dire pour l'utilisation de la chaleur dégagée à bas niveau de température.

L'équilibre de concentration de la vapeur de travail dans des couples de produits avec liquides d'absorption, dont la pression de vapeur dans le domaine de la température de travail ne peut pas être négligé, nécessite, pour de faibles concentrations de la solution riche, en plus de la colonne d'extraction du désorbeur, une colonne supplémentaire d'amplification avec producteur de circuit en retour (déphlegmateur).

Mais les besoins commerciaux en froid, variables annuellement ou momentanément, limitent la possibilité de prélèvement régulier d'une quantité importante de chaleur libérée.

D'après les brevets DE 940 466 et 942 515, sont connus des procédés à plusieurs matières pour la conversion de chaleur en énergie mécanique. Ces procédés fonctionnent avec une turbine, et la détente du fluide de travail ainsi que sa compression s'effectuent par absorption dans une solution dans plusieurs étages successifs. Le fluide de travail est prélevé sur la turbine déjà en partie, avant sa détente complète, dans plusieurs étages intermédiaires et est introduit dans l'absor- beur avec un niveau de pression décalé. Mais en contradiction avec le principe de contre-courant, la solution pauvre (le fluide d'absorption) est détendue complétement dans l'absorbeur avec un étage de pression maximal.La solution riche ainsi obtenue est abaissée de pression d'un étage d'absorbeur à l'autre, de sorte que le fluide de travail est en grande partie libéré à nouveau, ce qui s'oppose à une grande largeur de charge (largeur de dégazage), pourtant avantageuse.

Daps ce processus à plusieurs étages, se produisent des pertes et des inconvénients par rapport à un processus ne comportant qu'un seul étage de détente et d'absorptionO La détente du fluide de travail a lieu ici seulement jusqu'à lgendroit de prélèvement de l'étage de pression le plus élevé.

Les dépenses relatives à d'autres prélèvements est ainsi défavorable et n'est pas justifiée.

Dans un autre procédé, le désorbeur est remplacé par un transmetteur de chaleur à la suite duquel est prévu un conteneur pour la séparation du gaz du liquide. En raison du contact entre la solution à concentration moyenne et le fluide de travail, la pureté de la vapeur de fluide de travail est nécessairement réduite lorsque la pression de vapeur du liquide d'absorption n' est pas négligeableO Cela conduit à des pertes dans le dégagement de chaleur de la turbine et stoppose à un refroidissement énergique désirable du porteur de chaleur En outre, la vapeur de fluide de travail ne peut pas, sans recti fication supplémentaire, être prélevée pour la production de froid.

Un inconvénient de ce procédé réside également dans le fait de renoncer à un échange de chaleur de récupération entre solution pauvre et solution riche. La solution riche se trouve échauffée par les gaz de fumée chauds, de sorte que le processus de circulation reçoit trop de chaleur, qui doit titre ensuite évacuée de la solution pauvre vers l'atmosphère. Au lieu de l'échange de chaleur entre les produits purs, c'est-à- dire la solution pauvre et la solution riche, il se produit deux processus de transmission de chaleur avec chaque fois un fluide impur (Revue l'Energie, 1974, pages 85-87) et brevet
DE 23 42 263.

L'invention a pour but de créer un procédé à cycle thermodynamique dans lequel, simultanément, sont produits une énergie utilisable mécanique et électrique, et, le cas échéant, du froid, avec des proportions variables à volonté des formes d'énergie produites à partir de chaleurs dégagées à faible niveau de température, le porteur de chaleur étant refroidi dans un large domaine de température jusqu'à considérablement au-dessous de 1000C.

L'invention se propose de mettre au point un procédé pour l'utilisation de la chaleur dégagée à un bas niveau de température, comme procédé thermique annexé à un processus d'absorption, en utilisant un couple de produits de travail, avec un produit de travail à haute pression, bon absorbant, bouillant à basse température à la pression atmosphérique, et un produit d'absorption approprié, pour la production d'énergie mécanique et électrique, avec, au choix, production simultanée de froid.

Dans ce procédé, le produit de travail à haute pression, libéré de la solution thermiquement par désorption à haute pression, est surchauffé, détendu avec production de e travail dans une turbine à prélèvement. Il est ensuite réuni à la solution liquide c'est-à-dire au liquide d'absorption, par absorption en plusieurs étages, en correspondance avec les étages de pression de prélèvement de la turbine, avec amenée simultanée de chaleur, Par une saturation élevée de la solution riche et une faible température de début de désorption qui en résulte, il est possible d'obtenir un refroidissement du porteur de chaleur dans un large domaine de température et une utilisation économique de la chaleur à faible niveau de température.

Dans ce but, le procédé de l'invention est caractérisé en ce que la solution pauvre obtenue à l'extrémité inférieure du désorbeur abandonne sa chaleur sensible, tout d'abord en majorité régénératrice, dans uri absorbeur à courant partiel, à une partie de la solution à dégazer, ou, dans un réchauffeur provisoire, à la vapeur de fluide de travail produite à l'extrémité supérieure du désorbeur et à amener à la turbine, avec, ensuite, un nouvel abandon de chaleur régénérative, dans un transmetteur de chaleur, à la solution riche à amener au désorbeur, et le cas échéant, un autre abandon de chaleur, dans l'installation frigorifique, avec évacuation de chaleur vers l'extérieur, la solution pauvre étant totalement détendue dans un étage d'absorbeur à basse pression.

Le fluide de travail en forme de vapeur disponible à l'extrémité supérieure du désorbeur est alors, soit condensé totalement par le surchauffeur de la turbine à plusieurs étages, soit condensé seulement en partie par le surchauffeur de la turbine et en partie amené directement, à travers une installation frigorifique à absorption, à l'étage d'absorption à basse pression. Le fluide de travail, dans la turbine, est détendu en plusieurs étages avec production de travail, et la solution pauvre absorbe, dans l'étage d'absorption à basse pression, à partir du premier étage, à basse pression, de la turbine, de manière non réglée, et le cas échéant à partir de l'installation frigorifique à absorption, de la vapeur de fluide de travail jusqu a équilibre de concentration.

Ensuite, la solution tabsorbant) est amenée par une pompe à la pression de l'étage d'absorbeur suivante en hauteur.

Elle y absorbe à nouveau une quantité de vapeur de fluide de travail à partir du second étage de la turbine, jusqu a équilibre de concentration. Ensuite a lieu une autre saturation par étapes de la solution par un accroissement par étages de la pression de la solution, avec prélèvement correspondant de vapeur de fluide de travail à partir des étages suivants de la turbine, de telle sorte que, après le dernier étage d'absorption (étage à haute pression) soit obtenue une solution riche, fortement chargée en fluide de travail avec température de début de desorption plus basse. Cette solution, avec limitation de la transmission de chaleur de la solution pauvre à la solution riche dans 1 D échangeur de chaleur, étant proche du point dsébuls lition, par exemple avec un refroidissement défini, pénètre dans le désorbeur.

Ainsi le porteur de chaleur qui circule dans le désorbeur à contre-courant avec la solution à dégazer, peut être refroidi jusqu a considérablement au-dessous de 1000 et on obtient en même temps une grande pureté de la vapeur de fluide de travail dans le désorbeur.

Dans un mode de réalisation particulier de l'inven- tion, il est prévu que la quantité de solution saturée est répartie avant le dernier étage d'absorbeur (haute pression).

Une partie est amenée à l'étage d'absorbeur à haute pression, et l'autre partie est amenée à un désorbeur à pression moyenne monté en parallèle et fonctionnant à la même pression, qui est chauffé avec la chaleur dégagée encore à un faible niveau de température. La vapeur de fluide de travail de ce désorbeur à moyenne pression est dirigée dans l'étage d'absorbeur à haute pression, de sorte que le prélèvement de vapeur de fluide de travail par l'étage à haute pression de la turbine est diminué, est que, ainsi, la quantité du fluide de travail détendu jusqu'à l'étage de plus basse tension dans la turbine est augmentée dans la même mesure. La solution dégazée dans le désorbeur médian est, après abandon de chaleur dans un désorbeur à courant partiel ou un échangeur de chaleur de solution, réunie à la solution pauvre sortant du désorbeur.

Suivant un autre mode de réalisation de l'invention, il est prévu que la compression de retour du fluide de travail a lieu dans un compresseur thermique à deux étages. La solution saturée venant de l'étage d'absorbeur à haute pression est amenée, à travers l'échangeur de chaleur, à un désorbeur à moyenne pression dont la vapeur de fluide de travail désorbée est réabsorbée dans un étage de résorbtion par la solution pauvre provenant du désorbeur. Le liquide réabsorbé est amené par une pompe à une haute pression et préchauffé dans l'échangeur de chaleur, Le fluide de travail est à nouveau libéré dans le désorbeur, surchauffé, et détendu dans la turbine.Pendant cela, la solution pauvre obtenue dans le désorbeur à moyenne pression, après abandon de chaleur récupérée dans le désorbeur à courant partiel ou dans le réchauffeur préalable, abandonne une chaleur supplémentaire dans l'échangeur de chaleur, et, le cas échéant, dans une installation frigorifique et est amenée à l'étage d'absorbeur à basse pression pour être détendue et absorber de la vapeur de fluide de travail.

Comme réalisation avantageuse de l'invention par la combinaison de désorption montée en parallèle et en série, il est prévu que le courant de solution saturée, après un étage d'absorbeur, de préférence après l'étage d'absorbeur à haute pression, est partagé. Un courant partiel est amené, à travers l'échangeur de chaleur, à un désorbeur à moyenne pression, et la vapeur de fluide de travail qui est désorbée est amenée à un étage de réabsorption, dans lequel l'autre courant partiel de la solution provenant de l'étage d'absorbeur à haute pression est introduite comme absorbant et absorbe à nouveau la vapeur de fluide de travail du désorbeur médian.

Le liquide de réabsorption est ensuite amené, a travers un échangeur de chaleur de solution, au désorbeur, comme solution riche. La solution pauvre venant du désorbeur à moyenne pression est, après abandon de chaleur de récupération dans désorbeur à courant partiel et un échangeur de chaleur; et, le cas échéant, une installation frigorifique supplémentaire, détendue dans l'étage d'absorbeur à basse pression pour une absorption de vapeur de fluide de travail. La solution pauvre sortant du désorbeur, après abandon de chaleur dans l'échangeur de chaleur de solution, et, le cas échéant, dans une installaS tion frigorifique, est amenée à un étage d'absorbeur avec concentration de la solution sensiblement identique.

Suivant un mode de réalisation de l'invention, il est prévu que le système de pression, qui régne dans l'absorbeur à moyenne pression et celui qui règne dans l'étage d'absorbeur et l'étage de résorbtion qui sont reliés à lui, sont commandés pour une égalité de pression en vue de compenser les oscilla- tions de températures du fluide de refroidissement et influencer la concentration de la solution riche qui pénètre dans le désorbeur.

Suivant un mode de réalisation de l'invention, pour une économie d'eau de refroidissement, il est prévu que, avant l'entrée de la solution dans les étages d'absorbeur, est disposé un absorbeur adiabatique et que, à la sortie de étage d'absorbe beur à basse pression, est connecté un autre absorbeur adiabatique dans lequel la solution qui sort de l'étage da absorbEuy à basse pression est saturée supplémentairement avec du fluide de travail provenant de l'étage à basse pression de la turbine, la vapeur de fluide de travail qui sort en tête de labsorbeur adiabatique est alors amenée à l'étage d'absorbeur basse pression.

Pour l'ensemble de l'invention, l'utilisation du couple de produits ammoniac et eau est d'importance particua lière. Nais on peut également utiliser un autre fluide de tra vail à haute pression, qui bout à une pression environnement inférieure à celle de l'ammoniac, par exemple Cote, F13, F23 ou éthane en liaison avec un liquide d'absorption approprié
La description ci-après se rapporte à un exemple de réalisation de l'invention avec référence aux dessins dans lesquels
- la figure 1 est un sChéma de principe du processus conforme à l'invention pour la récupération d'énergie mécanique (et électrique) par abandon de chaleur, avec utilisation régénérative de la chaleur sensible de la solution pauvre dans un désorbeur à courant partiel.

- la figure 2 est un schéma de principe du processus conforme à l'invention, analogue à la figure 1, avec une première utilisation de la chaleur dans un réchauffeur préalable, et avec un complément de processus par une installation de condensation frigorifique.

- la figure 3 est un schéma de principe du processus de l'invention analogue aux figures 1 et 2, avec un désorbeur à moyenne pression, avec un étage absorbeur à haute pression monté en parallèle pour la compression du fluide de travail en direction de pressions de prélèvement plus basses dans la turbine.

- la figure 4 est un schéma analogue aux figures 1 et 2 pour une utilisation supplémentaire de chaleur abandonnée avec un niveau de température très bas, par compression thermique à deux étages du fluide de travail.

- la figure 5 est un schéma analogue avec montage en série et en parallèle de désorbeurs, comme combinaison spéciale des processus des figures 3 et 4.

- la figure 6 est une vue partielle de la partie absorption du processus conforme à l'invention, dans laquelle des absorbeurs adiabatiques supplémentaires sont montés en amont et en aval des étages d'absorbeur.

Dans un désorbeur 1r pénètre, en haut, la solution riche. Elle parvient, à travers une installation de répartition et un dispositif échangeur de produits, dans la partie chauffée du désorbeur 2 dans laquelle elle s'écoule en film vers le bas le long des tuyaux en abandonnant du fluide de travail qui s'écoule vers le haut à contre-courant avec la-solution dégazée. Le même processus se déroule également dans le désorbeur à courant partiel 22. Le porteur de chaleur pour le chauffage du désorbeur 2 pénètre, dans la mesure où il délivre la chaleur de chauffage sans changement de phase, par l'entrée de chaleur de chauffage 7, dans le désorbeur 2, par le bas, et il quitte celui-ci par la sortie 8. Dans le cas de chauffage avec de la vapeur, il est avantageux de partager en deux la partie chauffée du désorbeur 2.Dans la partie supérieure, on introduit de la vapeur saturée à faible pression, et dans la partie inférieure de la vapeur à pression plus élevée.

La solution pauvre qui tombe dans le fond du désorbeur 1 abandonne sa chaleur sensible, soit dans un désorbeur à courant partiel 22, en s'écoulant du bas vers le haut, à une partie de la solution riche (figure 1), soit dans un réchauffeur préalable 10, au fluide de travail désorbé, en forme de vapeur (figure 2). L'autre abandon de chaleur de la solution pauvre a lieu dans un échangeur de chaleur 9, à la solution riche.

La solution pauvre parvient ensuite, à travers une installation de détente 13, et une installation frigorifique 14, à un étage d'absorbeur à basse pression 5 Dans l'installa- tion frigorifique 14 se produit un abandon de chaleur au fluide de refroidissement.

Le fluide de travail qui sort en tête du désorbeur 1 sous forme de vapeur est réchauffé, le cas échéante dans un réchauffeur préalable 10, mais, dans tous les cas, dans un rechauffeur 3 à chaleur extérieure, pourvu d'une entrée il et d'une sortie 12 de porteur de chaleur, et il parvient alors dans une turbine à prélèvement à plusieurs étages 4, dans laquelle le fluide se détend par étages A partir des étages individuels de la turbine 4, le fluide de travail parvient aux étages d'absorption correspondants 5, 5D, 5nl S', dans lesquels il est aspiré lors de la solution pauvre et de la solution progresm sivement enrichie sous la forme de produit d'absorption liquide, en abandonnant la chaleur d'absorption à un fluide de refroidi sement. Dans chacun des étages d'absorbeur 5 à 5sl2 la solution pauvre, ainsi que la solution déjà préalablement enrichie, sont chargées de fluide de travail jusqu'à l'état de saturation propre à cet étage. La quantité d'absorbant (solution pauvre et solution enrichie) détermine la quantité de fluide de travail à détendre de l'étage correspondant de la turbine 48 mais cependant la quantité de fluide de travail détendue reste non réglée
La solution qui est saturée dans l'étage d'absorbeur à basse pression 5 est amenée, au moyen d'une pompe, à un niveau de pression plus élevé, et est ainsi en mesure, dans l'étage d'absorbeur suivant 5' à cette pression plus élevée, d'absorber à nouveau du fluide de travail. A l'emplacement du prélèvement de la turbine 4 affecté à cet étage d'absorbeur 5' est prélevée une quantité de fluide de travail telle que la solution se trouve à nouveau proche de son état de saturation (concentration d'équilibre). Ainsi le prélèvement de fluide de travail hors de la turbine 4 est déterminé chaque fois par le pouvoir de chargement de la solution dans l'étage d'absorbeur en question. Le prélèvement se régle ainsi de lui-même.

D'étage à étage, la solution enrichie est amenée par des pompes 6 à 6"' à un niveau de pression élevé et elle est amenée à l'extrémité du désorbeur 1, comme solution riche.

La solution est alors enrichie par étage avec du fluide de travail suffisamment pour qu'elle atteigne, pour la solution riche, une température de début de désorption très basse, à son entrée dans le désorbeur 1. Celui-ci, par l'entrée de porteur de chaleur pour utllisation de la chaleur récueillie, est largement refroidi, et le réchauffage préalable de la solution riche en vue du prélèvement de chaleur récupérée dans l'échangeur de chaleur 9 est seulement limitée, de telle, sorte que, dans certains cas, on peut renoncer à l'échangeur de chaleur 9.

La pureté du fluide de travail en forme de vapeur est tellement grande que cette vapeur peut en même temps être prélevée pour la production de froid (figure 2). Dans ce cas, par une armature 21, un courant partiel de la vapeur de fluide de travail est liquéfiée dans un condenseur à air, et le condensat est refroidi dans un refroidisseur 16, puis stocké dans un récipient 17. Le condensat est détendu dans une installation 18 jusqu'à la pression d'un évaporateur 19 et il prélève ainsi de la chaleur à un porteur de froid 20.La vapeur de fluide de travail est amenée de l'évaporateur 19, en vue d'un prélèvement de chaleur, à travers le refroidisseur 16, à l'étage d'absorbeur le plus voisin par sa pression, généralement l'étage à basse pression 6. I1 sert à cet endroit, en liaison avec le prélèvement de vapeur de fluide de travail hors du dernier étage de la turbine 4, à enrichir la solution pauvre de la manière décrite.

Par extension du procédé fondamental conforme à l'invention, on peut connecter en parallèle au désorbeur 1, un désorbeur 1' à moyenne pression, de sorte que la détente du fluide de travail dans la turbine 4 est déplacée vers des pressions de prélèvement plus basses, c'est-à-dire vers une chute de température plus importante. Le courant de solution saturée est alors partagé avant le dernier étage (haute pression) de l'absorbeur 5"'. Un courant partiel de solution est conduit directement dans l'étage à haute pression 5'" de l'absorbeur.

L'autre courant partiel de solution enrichie est, après prélè vement de chaleur dans un échangeur de chaleur 9Q, introduit dans le désorbeur à moyenne pression 1' qui est connecté en parallèle avec le désorbeur 1, et dans lequel le fluide de travail est désorbé de la manière connue.

Les vapeurs de fluide de travail qui sortent en tête du désorbeur à moyenne pression 1" sont amenées dans l'étage d'absorbeur à haute pression 5"'. Ainsi, le prélève ment de vapeur de fluide de travail hors de la turbine 4 pour cet étage de pression peut eAtre réduit dans la même mesure et la détente du fluide de travail dans la turbine 4 est améliorée au profit d' une plus basse pression de prélèvement.La solution pauvre sortant du désorbeur à moyenne pression 1 après abandon de chaleur, dans l'échangeur de chaleur de solution 9', à la solution riche amenée au désorbeur à moyenne pression 1ia est sortie du désorbeur 1, à travers une installation de détente 13', en commun avec la solution pauvre (figure 3)
On peut réaliser des modifications du procédé conforme à l'invention, par lDutilisation dsun second désorbeur l', fonctionnant à une pression moyenne, daun échangeur de chaleur de solution supplémentaire 9', et par la disposition d'un autre absorbeur 26 fonctionnant comme étage de résorption
Par ces modifications du procédé, on peut soit augmenter le rendement en énergie mécanique, soit adapter le procédé à plusieurs porteurs de chaleur disponibles, en partie avec un niveau de température inférieur à celui du procédé fon- damental.En vue de l s utilisation de chaleurs perdues à très bas niveauxde tenipérature, ainsi que pour la production de très hautes pressions de travail, il est prévu un compresseur thermique à deux étages, dont le premier est pour une desorp tion à pression moyenne et résorption du fluide de travail à pression moyenne et le second étage est pour une désorption à haute pression.

La solution riche sortant de l'étage d'absorbant à haute pression 5" et élevée en pression par la pompe 611 est amenée, à travers l'échangeur de chaleur 9, au désorbeur à moyenne pression 1'. Le fluide de travail qui a été désorbe dans ce désorbeur 1 a est amené à l'étage de résorption 26 Comme absorbant, est amené à l'étage de résorption 26, la solution pauvre provenant du fond du désorbeur 1, refroidie à travers l'échangeur de chaleur 9B, et détendue dans l'installation de détente 13', cette solution pauvre s'enrichissant alors avec la vapeur de fluide de travail sortant du désorbeur à moyenne pression 1'.Après augmentation de la pression par une pompe 24 et prélèvement de chaleur dans l'échangeur de chaleur de solution 9', la solution enrichie est amenée au désorbeur 1, la solution pauvre qui sort du désorbeur à moyenne pression 1' est amenée, d'une manière connue, à travers un réchauffeur préalable 10, l'échangeur de chaleur 9, l'installation de détente 13 et l'installation frigorifique 14, à l'étage d'absorbeur à basse pression 5 (figure 4).

Dans ces extensions du procédé de base, par montage en parallèle ou compression thermique à deux étages, le désorbeur 1 fonctionne comme désorbeur à haute pression.

Une autre modification possible du procédé est obtenue en prévoyant que la solution riche qui sort avec une pression d'absorption maximale dans l'étage d'absorbeur 5" et qui est amenée à une plus grande pression par la pompe 6", est divisée en deux courants partiels. Un courant partiel est conduit, après élévation de température dans l'échangeur de chaleur 9, au désorbeur à moyenne pression 1'. La vapeur de fluide de travail qui y est désorbée est aspirée à nouveau (résorbée), par l'autre courant partiel de solution riche, dans l'étage de résorption 26. La solution riche ou "résorbat" ainsi obtenue est, après accroissement de la pression par la pompe 24, et augmentation de température dans l'échangeur de chaleur 9', amenée au désorbeur 1. La solution pauvre qui sort du désorbeur a moyenne pression 1', est, d'une manière connue, amenée, à travers l'échangeur de chaleur 9, l'installation de détente 13, et l'installation frigorifique 14, à l'étage d'absorbeur à basse pression 5, tandis que la solution pauvre sortant du désorbeur 1 est dirigée, de manière analogue, à travers l'échangeur de chaleur de solution 9', l'installation de détente 13', et l'installation frigorifique 14'. Ensuite, cette solution pauvre est mélangée, dans un étage d'absorbeur, avec une concentration sensiblement égale à la solution, par exemple de l'étage d'absorbeur 5".

En plus du procédé de base (figures 1 et 2), du procédé avec absorbeur, à moyenne pression monté en parallèle c'est-à-dire absorbeur à compression (figure 3) et de procédé avec compression thermique en deux étages du fluide de travail dans un montage en série de desorbeurs (figure 4), on peut envisager de nombreuses combinaisons et extensions du procédé de l'invention avec lesquelles sont réalisables des adaptations spéciales au nombre et à la qualité des porteurs de chaleur disponibles. C'est ainsi par exemple que, lorsqulon disnose' diun porteur de chaleur avec un très bas niveau de température, on peut utiliser un désorbeur à compression supplémentaire pour l'étage absorbeur au-dessous de l'étage à moyenne pression ou en parallèle avec cet etage. Cet appareil supplémentaire fournit un étage de pression avec lequel, est obtenue une compression; supplémentaire du fluide de travail dans la turbine 4 en direction de pressions de prélèvement plus basses et ainsi de chutes de température plus importantes.

Claims (8)

REVENDICATIONS

10) Procédé pour l'utilisation de chaleur de récupération à bas niveau de température pour la production d'énergie mécanique et électrique, avec éventuellement production simultanée de froid, comme procédé thermique suivant luinventionr avec emploi d'un couple de produits de travail, avec un fluide de travail à haute pression, bon absorbant, et un moyen d'absorption liquide, dans lequel le fluide de travail à haute pression est libéré thermiquement par désorption à haute pression, puis échangé, et finalement détendu en fournissant du travail dans une turbine à plusieurs étages de prélèvement, procédé caractérisé en ce que la solution pauvre tombant à l'extrémité inférieure du désorbeur (1) abandonne sa chaleur sensible tout d'abord en majorité régénérative dans un désorbeur à courant partiel (22) à une partie de la solution à dégazer, ou, dans un réchauffeur préalable (10), aux vapeurs de fluide de travail sortant à l'extrémité supérieure du désorbeur (1) qui sont amenées dans la turbine à prélèvement (4),et ensuite abandonne une autre quantité de chaleur régénérative, dans un transmetteur de chaleur (9), à la solution riche qui est amenée au désorbeur (1), et, le cas échéant, abandonne une autre chaleur, dans une installation frigorifique (14) avec évacuation de chaleur à l'extérieur.

20) Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la solution pauvre est détendue complétement dans un étage d'absorbeur à basse pression (5), tandis que le fluide de travail produit en forme de vapeur à l'extrémité supérieure du absorbeur (1) est amené complétement, à travers un réchauffeur (10, 3) à la turbine à plusieurs étages (4), ou bien est en partie amené à la turbine et en partie est condensé et amené, à travers une installation frigorifique directement à l'étage d'absorbeur à basse pression (5), le fluide de travail étant détendu dans la turbine en fournissant du travail, et la solution pauvre, est amenée dans l'étage d'absorbeur à basse pression (5), sans régulation, à partir du premier étage à basse pression de la turbine, et absorbe éventuellement de la vapeur de fluide de travail sortant de l'installation frigorifique jusqu'à équilibre des concentrations, cette solution étant ensuite amenée, par une pompe (6) à la pression d'un étage d'absorbeur suivant (5') dans lequel elle absorbe à nouveau de la vapeur de fluide de travail à partir du second étage de la turbine, jusqu'à équilibre de concentration de cet étage de pression, après quoi se produit une nouvelle saturation par étapes de la solution par augmentation progressive de la pression de solution avec une absorption correspondante de vapeur de fluide de travail à partir de chaque étage de la turbine (4), de telle sorte que, après le dernier étage d'absorbeur (50"), étage à haute pression, on obtient une solution riche, fortement chargée avec du fluide de travail, à basse température de début de résorption, cette solution, par limitation de l'échange de chaleur dans l'échangeur (9) étant proche de son point d2ébul- lition, étant introduite à nouveau dans le désorbeur (1) et refroidissant ainsi considérablement au-dessous de 100 C, le porteur de chaleur qui circule dans le désorbeur (1) à contre courant par rapport à la solution provoquant le dégazage0 ce qui permet en outre d'obtenir une très grande pureté de la vapeur de fluide de travail dans le désorbeur (l).

30) Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la quantité de solution saturée est partagée avant le dernier étage d'absorbeur (haute pression) (5"'), une partie étant amenée à l'étage d'absorbeur à haute pression (5"') et l'autre partie, est amenée au désorbeur ( à moyenne pression0 fonctionnant à la même pression, connecté en parallèle, et la vapeur de fluide de travail de ce désorbeur à moyenne pression (18) est amenée dans le dernier étage0 a haute pression, (5u;;D) de luabsorbeure de sorte que le prélève- ment de vapeur de fluide de travail sur l'étage à haute pres- sion de la turbine est diminué en correspondance et que0 ainsi0 la quantité du fluide de travails détendu dans la turbine jusqu'à la pression de l'étage inférieur, est augmentée dans une mesure correspondante, tandis que la solution dégazée dans le désorbeur à moyenne pression, après abandon de chaleur à recu- pérer dans un désorbeur à courant partiel ou un échangeur de chaleur de solution (5') est rassemblée avec la première solution du désorbeur (1), ou est alimentée dans l'un des étages d'absorbe beur (5', 5').

40) procédé suivant la revendication 1, caracterise en ce que la compression en retour du fluide de travail est réalisée par un compresseur thermique à deux étages, auquel cas la solution saturée de l'étage d'absorbeur à haute pression (5") est amenée à travers l'échangeur de chaleur (9) à un désorbeur à moyenne pression (1') dont la vapeur de fluide de travail est réabsorbée dans un étage de résorption (26) par la solution pauvre sortant du désorbeur (1), la solution résorbée obtenue étant amenée par une pompe (24) à une pression plus élevée, puis réchauffée dans l'échangeur de chaleur (9'), tandis que le fluide de travail libéré dans le désorbeur (1) est réchauffé et détendu dans la turbine (4), tandis que la solution pauvre obtenue dans le désorbeur à moyenne pression (1'), après abandon de chaleur régénérative dans le désorbeur à courant partiel (22) ou dans le réchauffeur préalable (10), abandonne une nouvelle chaleur dans l'échangeur de chaleur (9), le cas échéant dans l'installation frigorifique (14), et est amené à l'étage d'absorbeur à basse pression (5) pour détente et absorption de fluide de travail.

50) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le courant de solution saturée est partagé, après un état d'absorbeur (5, 5', 5"), notamment après étage à haute pression, est partagé en un premier courant partiel qui est amené, à travers un échangeur de chaleur (9) à un désorbeur à moyenne pression (1') dont la vapeur de fluide de travail libérée est amenée à un étage de résorption (25) dans lequel l'autre courant partiel de solution provenant de l'étage d'absorbeur à haute pression (5") est introduit comme absorbant et résorbe les vapeurs de fluide de travail du désorbeur à moyenne pression (1') la solution obtenue par cette réabsorption étant amenée, comme solution riche, à travers un échangeur de chaleur de solution (9') au désorbeur (1), tandis que la solution pauvre sortant de l'absorbeur (1'), après abandon de chaleur dans un désorbeur à courant partiel et l'échangeur de chaleur (9) et, le cas échéant, dans l'installation frigorifique (14), est amenée dans l'étage d'absorbeur à basse pression (5) et détendue pour l'absorption de vapeur de fluide de travail, et la solution pauvre sortant du désorbeur (1), après abandon de chaleur dans l'échangeur de chaleur de solution (5') et, le cas échéant, dans une installation frigorifique (14') est amenée à l'un des étages d'absorbeur (5, 5', 5) avec une concentration sensiblement égale à la solution.

60) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que la pression de système qui règne dans le désorbeur à moyenne pression (1') et l'étage duabsorbeur qui lui est relié (5) ainsi que dans l'étage de réabsorption (26) est commandée, en régime à pression constante, pour compenser les températures variables du fluide de refroidissement et pour influencer la concentration de la solution riche qui pénètre dans le désorbeur (1).

70) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, avant l'entrée de la solution dans les étages d'absorbeur (5 à 5"') est disposé un absorbeur adiabatique (23), et après la sortie de l'étage à basse pression de l'absorbeur (5) est disposé un autre absorbeur adiabatique (25) dans lequel la solution qui sort de l'étage à basse pression de l'absorbeur (5) est saturée avec le fluide de travail qui sort de l'étage à basse pression de la turbine (4) et la vapeur de fluide de travail qui sort de la texte de 1'absorbeur adiabatique (25) est amenée à l'étage à basse pression de l'absorbeur (5).

80) Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le couple de produits est constitué par ammoniac et eau ou autre fluide de travail à haute pression qui, à pression atmosphérique bout à une température plus basse que l'ammoniac, par exemple C02, F13, F23 ou éthane utilisés en liaison avec un liquide d'absorption approprié.