FR2868562A1

FR2868562A1 - Procedure and plant for increasing the enthalpy of humid air uses ejector fed with humid air flow with water content at or above 4 kg per kg of dry air

Info

Publication number: FR2868562A1
Application number: FR0403477A
Authority: FR
Inventors: Antoine Pradel
Original assignee: BIO ETHANOL NORD PICARDIE SA
Current assignee: BIO ETHANOL NORD PICARDIE SA
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2005-10-07

Abstract

The procedure for increasing the enthalpy of humid air having an existing water content of or above 4 kg per kg of dry air consists of feeding an ejector (14) with a flow (Q2) of humid air with the afore mentioned water content and a flow (Q1) of superheated steam as a drive medium to produce an output flow (Q3) of humid air with a temperature above 105 [deg]C and a water content of 7 kg per kg of dry air, and preferably above 10 kg per kg of dry air. The superheated steam is produced by a boiler (16) at a temperature of 250 [deg]C and preferably above 400 [deg]C, and a pressure of at least 20 and preferably above 40 bars.

Description

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PROCEDE ET INSTALLATION POUR AUGMENTER L'ENTHALPIE DE L'AIR METHOD AND INSTALLATION FOR INCREASING ENTHALPIA OF THE AIR

HUMIDEWET

La présente invention se rapporte aux procédés et installations pour augmenter l'enthalpie de l'air humide. Plus précisément, l'invention vise à augmenter l'enthalpie de l'air humide ayant déjà une teneur en eau supérieure ou égale à 4 kg/kg d'air sec. La teneur en eau peut aller jusqu'à 8 kg/kg d'air sec. The present invention relates to methods and installations for increasing the enthalpy of moist air. More specifically, the invention aims to increase the enthalpy of moist air having already a water content greater than or equal to 4 kg / kg of dry air. The water content can be up to 8 kg / kg of dry air.

Lorsque l'on dispose en sortie d'un sécheur d'air humide ayant une teneur en eau supérieure à 4 kg/kg d'air sec, on peut utiliser cet air humide pour effectuer un chauffage ultérieur. Mais, l'enthalpie de cet air humide est telle que, d'une part, on ne peut pas effectuer un chauffage ultérieur à des températures supérieures à environ 85 C parce que l'air humide a une température humide qui ne dépasse pas 96 C à la pression atmosphérique et 4 kg d'air /kg d'air sec et, d'autre part, le flux thermique qui peut être libéré est limité, de sorte que l'on ne peut pas chauffer de grande quantité de produits. When a wet air dryer having a water content of more than 4 kg / kg of dry air is available, this moist air can be used for subsequent heating. However, the enthalpy of this moist air is such that, on the one hand, it is not possible to carry out a subsequent heating at temperatures above about 85 ° C. because the humid air has a humid temperature which does not exceed 96 ° C. at atmospheric pressure and 4 kg of air / kg of dry air and, on the other hand, the heat flow that can be released is limited, so that we can not heat a large quantity of products.

L'invention pallie cet inconvénient en permettant d'augmenter l'enthalpie de l'air humide. The invention overcomes this disadvantage by increasing the enthalpy of moist air.

Le procédé suivant l'invention consiste à envoyer dans un éjecteur un courant à un débit massique Q2 d'air humide aspiré ayant une teneur en eau supérieure ou égale à 4 kg/kg d'air sec comme fluide aspiré et un courant à débit massique QI de vapeur d'eau surchauffée motrice, tel que l'on obtienne un courant à un débit massique Q3 d'air humide refoulé ayant une teneur en eau supérieure à 7 kg/kg d'air sec et, de préférence, supérieure à 10 kg/kg d'air sec. La teneur en eau de l'air humide refoulé peut atteindre 60 kg/kg d'air sec et, de préférence, elle est supérieure à 15 kg/kg d'air sec, voire davantage selon les perfectionnements et les caractéristiques de la vapeur motrice. The method according to the invention consists in sending in an ejector a current at a mass flow rate Q2 of sucked wet air having a water content greater than or equal to 4 kg / kg of dry air as suctioned fluid and a mass flow current. IQ superheated driving water vapor, such that a current is obtained at a mass flow rate Q3 of discharged moist air having a water content greater than 7 kg / kg of dry air and, preferably, greater than 10 kg / kg of dry air. The water content of the discharged moist air can reach 60 kg / kg of dry air and preferably it is greater than 15 kg / kg of dry air, or even more depending on the improvements and the characteristics of the driving steam. .

On a ainsi trouvé le moyen de mélanger à l'air humide aspiré, sans porter atteinte à ses caractéristiques de pression en amont et donc sans porter atteinte au fonctionnement de l'appareillage permettant de le produire, de la vapeur d'eau surchauffée, ce qui permet d'augmenter le flux thermique porté par l'air humide refoulé et d'en élever la température. On augmente ainsi la teneur en vapeur d'eau dans l'air humide refoulé et on tire mieux partie à des fins de chauffage de la teneur en vapeur d'eau déjà contenue dans de l'air humide aspiré. It has thus been found that it is possible to mix the sucked-up moist air without affecting its pressure characteristics upstream and thus without impairing the operation of the apparatus making it possible to produce superheated water vapor. which makes it possible to increase the heat flow carried by the repressed moist air and to raise the temperature. This increases the water vapor content in the discharged moist air and is better used for heating the moisture content already contained in wet air sucked.

Suivant un mode de réalisation préféré, la surchauffe de la vapeur est telle que de plus l'air humide refoulé a une température supérieure à 105 C et, de préférence, supérieure à 110 C, en sorte que l'on peut maintenant porter à de plus hautes températures, des produits que l'on souhaite chauffer. According to a preferred embodiment, the superheating of the steam is such that, furthermore, the moist air discharged has a temperature greater than 105 ° C., and preferably greater than 110 ° C., so that it can now be brought to higher temperatures, products that you want to heat.

De préférence, la vapeur d'eau surchauffée est à une température d'au moins 250 C et, de préférence, supérieure à 400 C, avec des pressions correspondantes d'au moins 20 bar et, de préférence, d'au moins 40 bar. La température peut être comprise notamment entre 400 et 550 C. De préférence, le débit massique QI représente de 0,2 à 5 fois le débit 10 massique Q2. Preferably, the superheated steam is at a temperature of at least 250 ° C., and preferably greater than 400 ° C., with corresponding pressures of at least 20 bar and preferably at least 40 bar. . The temperature may be in particular between 400 and 550 ° C. Preferably, the mass flow rate QI represents 0.2 to 5 times the mass flow rate Q2.

De préférence, on ajoute de 0,8 à 1,5 % en poids d'eau ou de vapeur d'eau d'humidification, au courant de débit Q2 à une température humide d'au moins 90 C, notamment comprise entre 92 C et 98 C environ, pour saturer l'air humide et on ajoute de 20 à 30 % en poids d'eau, selon le rapport Q2/Q1 et selon la surchauffe de la vapeur, au courant de débit QI en vue d'une désurchauffe. Cette eau de désurchauffe est, de préférence, introduite en amont de l'éjecteur pour améliorer le mélange avec la vapeur motrice QI. Il est cependant possible d'injecter cette eau de désurchauffe au refoulement de l'éjecteur de l'air humide Q3. Les deux opérations de saturation d'un part et de désurchauffe d'autre part pourraient être réalisées en une seule étape en amont ou en aval de l'éjecteur. Preferably, from 0.8 to 1.5% by weight of water or steam of humidification water is added to flow stream Q2 at a humid temperature of at least 90 ° C., in particular between 92 ° C. and about 98 ° C, to saturate the moist air and add 20 to 30% by weight of water, according to the ratio Q2 / Q1 and steam overheating, to flow rate IQ for desuperheating . This desuperheating water is preferably introduced upstream of the ejector to improve mixing with the driving steam IQ. It is, however, possible to inject this desuperheating water at the discharge of the humid air ejector Q3. Both saturation operations on the one hand and desuperheating on the other hand could be performed in a single step upstream or downstream of the ejector.

L'invention vise également une installation de production d'air humide, qui comprend un éjecteur dont l'entrée du circuit de fluide moteur communique avec une chaudière de vapeur d'eau surchauffée et dont l'entrée du circuit de fluide aspiré communique avec une source d'air humide ayant une teneur en eau supérieure ou égale à 4 kg/kg d'air sec. The invention also relates to a humid air production installation, which comprises an ejector whose input of the engine fluid circuit communicates with a boiler of superheated steam and whose inlet of the suction fluid circuit communicates with a a source of moist air with a water content of 4 kg / kg or more of dry air.

De préférence, l'entrée du circuit du fluide aspiré communique avec une source d'eau. Preferably, the inlet of the suction fluid circuit communicates with a source of water.

De préférence, Il sort de l'éjecteur un courant de fluide refoulé qui sert de fluide de chauffage d'un échangeur de chaleur, le conduit de la sortie pour le fluide de chauffage de l'échangeur débouchant dans le circuit de fluide aspiré. Preferably, a discharged fluid stream is discharged from the ejector, which serves as a heating fluid for a heat exchanger, the outlet duct for the exchanger heating fluid opening into the suction fluid circuit.

Le procédé et l'installation suivant l'invention sont particulièrement utiles dans la production d'éthanol à partir de céréales pour la concentration des vinasses, pour la distillation de l'éthanol et la déshydratation de l'éthanol. The process and the plant according to the invention are particularly useful in the production of ethanol from cereals for the concentration of vinasses, for the distillation of ethanol and the dehydration of ethanol.

La figure unique du dessin annexé est un schéma d'une installation incorporant l'invention. The single figure of the appended drawing is a diagram of an installation incorporating the invention.

L'installation représentée au dessin qui fait partie d'une usine de production d'éthanol à partir de blé, comprend un convoyeur 1 à bande transportant des drêches humides à 35 % de matière solide, qui tombent dans une trémie 2 les faisant pénétrer dans un sécheur 3 Swiss-combi, ayant la forme d'un tambour rotatif et alimentée par un conduit 4 d'entrée d'air humide dont la vapeur d'eau est surchauffée. Il sort par un conduit 5 du sécheur 3 un mélange de drêches sèches ou farines et d'air humide, qui est séparé dans un cyclone 6 du bas duquel la farine de drêche est séparée et du sommet duquel part un conduit 7 d'air humide ayant une teneur en eau de 6 kg/kg d'air sec et avec une pression de un bar absolu et une température humide de 97,2 C (on peut déduire la température humide de la température sèche à l'aide du diagramme de Mollier). Le débit massique d'air humide entrant dans le tambour 3 est de - 110 tlh si la température de l'air humide est égale à 150 C et la température à la sortie d'un échangeur de chaleur 9 est égale à 450 C. - 220 t/h si la température de l'air humide est égale à 150 C et la température de sortie en 9 est égale à 300 C. L'air humide à 300-450 C environ, mais à pression atmosphérique, est aspiré dans le tambour 3 où les drêches humides sont séchées à cocourant. L'air humide refroidi au contact des drêches est séparé dans le cyclone 6 et la plus grande partie de ce gaz est renvoyée au réchauffage de l'échangeur 9. Cela forme le "circuit d'air humide fermé". The plant shown in the drawing, which is part of an ethanol production plant from wheat, comprises a belt conveyor 1 carrying wet grains of 35% solids, which fall into a hopper 2, causing them to penetrate into the plant. a Swiss-combi dryer 3, having the shape of a rotary drum and fed by a duct 4 for moist air inlet whose steam is superheated. It leaves through a duct 5 dryer 3 a mixture of dry grains or flours and moist air, which is separated in a cyclone 6 from which the bottom of the grain meal is separated and from the top of which a duct 7 of moist air having a water content of 6 kg / kg of dry air and with a pressure of one absolute bar and a wet temperature of 97.2 C (the wet temperature can be deduced from the dry temperature using the Mollier diagram ). The mass flow rate of moist air entering the drum 3 is -110 tlh if the moist air temperature is equal to 150 ° C. and the temperature at the outlet of a heat exchanger 9 is equal to 450 ° C. 220 t / h if the humid air temperature is equal to 150 C and the outlet temperature in 9 is equal to 300 C. The humid air at 300-450 C approximately, but at atmospheric pressure, is sucked into the drum 3 where the wet grains are dried cocurrently. The moist air cooled in contact with the grains is separated in the cyclone 6 and most of this gas is returned to the reheating of the exchanger 9. This forms the "wet air circuit closed".

Du conduit 7 part en dérivation un conduit 8 qui mène à l'entrée du circuit secondaire de l'échangeur de chaleur 9, dont la sortie débouche dans le conduit 4. Le circuit primaire de l'échangeur de chaleur 9 a une entrée 10 communiquant avec une source de gaz chaud et une sortie 11 communiquant avec une cheminée 12. La température des fumées sortant par la cheminée 12 est comprise entre 130 C et 170 C. De ce circuit d'air humide, on extrait en continu l'eau évaporée et l'air parasite entrant aux joints de tambour et au niveau de l'écluse. Cette extraction correspond à l'air humide qui va alimenter un ou plusieurs éjecteurs. From the duct 7 part bypassed a duct 8 which leads to the inlet of the secondary circuit of the heat exchanger 9, whose outlet opens into the duct 4. The primary circuit of the heat exchanger 9 has an inlet 10 communicating with a source of hot gas and an outlet 11 communicating with a chimney 12. The temperature of the fumes exiting through the chimney 12 is between 130 C and 170 C. From this wet air circuit, the evaporated water is continuously extracted. and the spurious air entering at the drum seals and at the lock. This extraction corresponds to the moist air that will feed one or more ejectors.

Avant d'entrer dans les éjecteurs, l'air humide à 6 kg d'eau/kg d'air sec et 125 C est dans un premier temps saturé par injection d'eau provenant d'un ballon 13. L'air humide se sature et sa température sèche s'abaisse de 125 C à 97,20 C grâce à l'injection d'eau. Before entering the ejectors, the moist air at 6 kg of water / kg of dry air and 125 C is initially saturated by injection of water from a balloon 13. The moist air is is saturated and its dry temperature drops from 125 C to 97.20 C thanks to the injection of water.

L'air humide saturé (hygrométrie égale à 100 %) reçoit ensuite une seconde injection d'eau. Cette eau a pour résultat de désurchauffer l'air humide Q3. Le débit d'eau représente 11 % en poids de l'eau contenu dans Q3. Saturated humid air (hygrometry equal to 100%) then receives a second injection of water. This water has the effect of desuperheating the moist air Q3. The water flow represents 11% by weight of the water contained in Q3.

Dans le conduit 7 qui mène à l'entrée du circuit du fluide aspiré, on injecte donc de l'eau pour désurchauffer à une température proche de 97 C pour d'une part saturer l'air humide Q2, et d'autre part désurchauffer l'air humide Q3 refoulé d'un éjecteur 14. In the duct 7 which leads to the inlet of the suction fluid circuit, water is thus injected to desuperheat at a temperature close to 97 C to saturate the moist air Q2 on the one hand, and on the other hand to desuperheat moist air Q3 discharged from an ejector 14.

L'injection d'eau de désurchauffe de l'air humide à raison de 6 t/h pour l'éjecteur servant à chauffer la concentration de vinasses (taille de l'unité : 7 000 hl d'alcool base blé/jour) peut se faire en même temps que l'opération de saturation de l'air humide. On a représenté en tirets à la figure que l'injection peut se faire après l'éjecteur 14 Le conduit 7 mène à l'entrée du circuit de fluide aspiré de l'éjecteur 14 de la Société CHACOUX (14-16 place de la Poterie 63000 Clermont-Ferrand). The injection of desuperheating water from humid air at a rate of 6 t / h for the ejector used to heat the concentration of vinasse (unit size: 7000 hl of wheat-based alcohol / day) can be to be done at the same time as the saturation operation of the humid air. Dashed in the figure is shown that the injection can be done after the ejector 14 The conduit 7 leads to the inlet of the fluid circuit sucked from the ejector 14 Company CHACOUX (14-16 place Pottery 63000 Clermont-Ferrand).

L'entrée du circuit du fluide moteur de l'éjecteur 14 communique par un conduit 15 avec une chaudière 16 fournissant de la vapeur surchauffée à 40 bar et à 430 C. L'air humide refoulé chargé de vapeur d'eau, qui sort par le conduit 17, a une teneur en eau de 12,8 kg d'eau/kg d'air sec et une température de 122 C. Il est envoyé à une installation 18 à échangeur de chaleur de concentration des vinasses, en tant que fluide de chauffage. L'eau provenant de l'installation 8 va dans le ballon 13. The inlet of the motor fluid circuit of the ejector 14 communicates via a duct 15 with a boiler 16 supplying superheated steam at 40 bar and at 430 C. The moist air discharged charged with water vapor, which leaves by the duct 17 has a water content of 12.8 kg of water / kg of dry air and a temperature of 122 C. It is sent to a plant 18 with a heat exchanger for the concentration of the vinasses, as fluid of heating. The water coming from the installation 8 goes into the balloon 13.

A noter que sur le conduit 7 plusieurs éjecteurs peuvent être installés en parallèle. Les caractéristiques de ces éjecteurs étant adaptées aux usages avals de l'air humide refoulé en aval. Note that on the duct 7 several ejectors can be installed in parallel. The characteristics of these ejectors being adapted to the downstream uses of the humid air discharged downstream.

Claims

A process for increasing the enthalpy of moist air already having a water content of at least 4 kg / kg of dry air, characterized in that it consists in sending in an ejector a mass flow rate Q2 of sucked moist air having a water content greater than or equal to 4 kg / kg of dry air as aspirated fluid and a mass flow rate QI of superheated steam, such as to obtain a mass flow rate Q3 of air dewatered wet having a water content of more than 7 kg / kg of dry air and, preferably, greater than 10 kg / kg of dry air.

2. Method according to claim 1, characterized in that the superheating of the steam is such that the moist air discharged has a wet temperature above 105 C.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the superheated steam is at a temperature of at least 250 C and preferably greater than 400 C, with pressures of at least 20 bar and, preferably at least 40 bar.

4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the mass flow QI is 0.2 to five times the mass flow Q2.

5. Method according to one of the preceding claims, characterized in that is added to the flow stream Q2 or Q3 of 20 to 30% by weight of water relative to the flow rate IQ.

6. Installation for producing moist air, characterized in that it comprises an ejector (14) whose input of the engine fluid circuit communicates with a boiler (16) of superheated steam and whose inlet aspirated fluid circuit communicates with a moist air source having a water content greater than or equal to 4 kg / kg of dry air.

7. Wet air production plant according to claim 6, characterized in that the inlet of the sucked fluid circuit communicates with a water source.

8. Wet air production plant according to claim 7, characterized in that a discharged fluid stream which serves as a heating fluid for a heat exchanger (18) is discharged from the ejector (16). outlet duct for the heating fluid of the exchanger opening into the suction fluid circuit (7).