FR3081518A1 - Dispositif et procede de compression d'un gaz a basse pression - Google Patents
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Abstract
Le dispositif (100) de compression d'un gaz à basse pression, comporte : - au moins une chambre (105) de compression comportant : - une entrée (110) pour gaz à basse pression, - une sortie (115) pour gaz à haute pression, - une entrée (120) pour liquide, - une sortie (125) pour liquide et - un piston (130) situé entre l'entrée et la sortie pour gaz d'une part et l'entrée et la sortie pour liquide d'autre part et - un moyen (135) de déplacement de liquide positionné sur un circuit de liquide reliant une sortie pour liquide et une entrée pour liquide d'une chambre de compression.
Description
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
La présente invention vise un dispositif et un procédé de compression d’un gaz à basse pression. Elle s’applique, notamment, à la compression de biogaz.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
La collecte de gaz disponible à basse pression pour le comprimer à haute pression pose des difficultés techniques et économiques. Pour réaliser cette compression, différentes technologies de compresseurs existent. Ces différentes technologies sont très énergivores.
Pour réaliser le taux de compression visé, le compresseur peut inclure plusieurs étages de compression avec refroidissement intermédiaire, ce qui complexifie le procédé.
Les compresseurs peuvent être de différents types avec les configurations choisies :
- Compresseurs à déplacement positif qui fournissent un écoulement de puissance intermittent (compresseur alternatif ou à vis). Dans ces technologies, le gaz est comprimé dans un petit volume, ce qui a pour effet d’en augmenter la pression
- Compresseurs dynamiques qui fournissent un écoulement continu de puissance, ce qui existe dans l’écoulement axial ou centrifugeur. Dans les compresseurs centrifuges, l’énergie cinétique est convertie en énergie potentielle ce qui a pour effet d’augmenter la pression du fluide.
Les compresseurs à déplacement positif requièrent une maintenance fréquente, ne s’appliquent que sur de faibles débits, présentent une disponibilité inférieure et sont énergivores.
Les compresseurs dynamiques sont sensibles à la composition de charge, à la variation de débit, présentent un taux de compression limité et sont énergivores.
OBJET DE L’INVENTION
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.
À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de compression d’un gaz à basse pression, qui comporte :
- au moins une chambre de compression comportant :
- une entrée pour gaz à basse pression,
- une sortie pour gaz à haute pression,
- une entrée pour liquide,
- une sortie pour liquide et
- un piston situé entre l’entrée et la sortie pour gaz d’une part et l’entrée et la sortie pour liquide d’autre part et
- un moyen de déplacement de liquide positionné sur un circuit de liquide reliant une sortie pour liquide et une entrée pour liquide d’une chambre de compression.
Grâce à ces dispositions, le coût énergétique de la compression du gaz est réduit. En effet, sous l’action de l’augmentation de la pression du liquide dans la chambre de compression, le piston est déplacé et comprime le gaz. Or, comprimer un liquide est moins consommateur en termes d’énergie que de comprimer un gaz.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte un clapet anti-retour configuré pour empêcher un retour du gaz dans une entrée pour gaz.
Ces modes de réalisation permettent d’éviter un reflux de gaz vers l’entrée de la chambre de compression.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte une vanne de rétention de liquide configurée pour retenir le liquide dans une chambre de compression.
Ces modes de réalisation permettent d’assurer une compression améliorée du gaz en contraignant la sortie du liquide à une pression déterminée.
Dans des modes de réalisation, le moyen de déplacement est configuré pour que le liquide en sortie présente une pression comprise entre 30 et 70 bar.
Dans des modes de réalisation, le moyen de déplacement est une pompe.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte une pluralité de chambres de compression en série pour le circuit de liquide, une sortie pour liquide d’une chambre de compression étant reliée à une entrée pour liquide d’une autre chambre de compression.
Ces modes de réalisation permettent de mutualiser le circuit de liquide.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte une pluralité de chambres de compression en parallèle pour le gaz, chaque chambre de compression comportant une entrée et une sortie pour gaz indépendantes d’une autre chambre de compression.
Ces modes de réalisation permettent de comprimer simultanément plusieurs quantités de gaz.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte un moyen de mesure de la pression du gaz à l’intérieur de la chambre de compression et un circuit de recirculation du gaz vers l’entrée d’une chambre de compression lorsque la pression mesurée est inférieure à une valeur limite déterminée.
Ces modes de réalisation permettent de garantir la pression de sortie du gaz.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte un moyen de mesure de la pression du gaz à l’intérieur de la chambre de compression et un moyen d’ouverture de la sortie pour gaz de la chambre de compression en fonction de la pression mesurée.
Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de compression d’un gaz à basse pression, qui comporte :
- une étape d’entrée de gaz à basse pression dans une chambre de compression,
- une étape d’entrée de liquide dans la chambre de compression,
- une étape de déplacement d’un piston situé entre l’entrée et une sortie pour gaz d’une part et l’entrée et une sortie pour liquide d’autre part dans la chambre de compression,
- une étape de sortie de gaz à haute pression de la chambre de compression
- une étape de sortie de liquide de la chambre de compression et
- une étape de déplacement de liquide sur un circuit de liquide reliant une sortie pour liquide et une entrée pour liquide d’une chambre de compression.
Les buts, avantages et caractéristiques particulières du procédé objet de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
- la figure 2 représente, schématiquement, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention et
- la figure 3 représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention.
DESCRIPTION D’EXEMPLES DE RÉALISATION DE L’INVENTION
La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.
On note dès à présent que les figures ne sont pas à l’échelle.
On note, ici, que le terme « gaz >> se réfère à la fois au gaz naturel, au biogaz et aux gaz de synthèse.
On note, ici, que le terme « liquide >>, se réfère à n’importe quel liquide. Préférentiellement, l’utilisation d’un fluide visqueux et incompressible est envisagée.
On observe, sur la figure 1, qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 100 objet de la présente invention. Ce dispositif 100 de compression d’un gaz à basse pression, comporte :
- au moins une chambre 105 de compression comportant :
- une entrée 110 pour gaz à basse pression,
- une sortie 115 pour gaz à haute pression,
- une entrée 120 pour liquide,
- une sortie 125 pour liquide et
- un piston 130 situé entre l’entrée et la sortie pour gaz d’une part et l’entrée et la sortie pour liquide d’autre part et
- un moyen 135 de déplacement de liquide positionné sur un circuit de liquide reliant une sortie pour liquide et une entrée pour liquide d’une chambre de compression.
La chambre de compression 105 est formée, par exemple, d’une paroi étanche entourant un volume déterminé dans lequel évolue le piston 130. Préférentiellement, la paroi étanche comporte pour seules ouvertures
- l’entrée 110 pour gaz à basse pression,
- la sortie 115 pour gaz à haute pression,
- l’entrée 120 pour liquide et
- la sortie 125 pour liquide.
La chambre de compression 105 peut présenter un volume intérieur de forme cylindrique, par exemple. Le terme « cylindrique », ici, faisant référence à un cylindre de révolution autour d’un axe.
Toutefois, le volume intérieur de la chambre de compression 105 peut être de tout type permettant le déplacement d’un piston 130. Ceci implique, généralement, une section transversale constante par rapport à un axe de déplacement du piston 130.
Ce piston 130 constitue une séparation étanche entre liquide et gaz. La chambre de compression 105 est configurée pour permettre une élévation de la pression du gaz à des pressions supérieures à 50 bar, 100 bar ou 200 bar, par exemple. Préférentiellement, la pression du gaz entrant dans une chambre de compression 105 est supérieure à 3 ou 4 bar, et préférentiellement supérieure à 7 bar.
Chaque élément parmi l’entrée 110 et la sortie 115 pour gaz et l’entrée 120 et la sortie pour liquide 125 est, par exemple, une ouverture pratiquée dans la chambre de compression 105. Chacun de ces éléments, 110, 115, 120 et 125, est préférentiellement associé à une conduite de transport de gaz ou de liquide selon la nature de l’élément.
Dans des variantes préférentielles, au moins un élément parmi l’entrée 110 et la sortie 115 pour gaz et l’entrée 120 et la sortie 125 pour liquide est muni d’un clapet 140 anti-retour. Ce clapet 140 anti-retour peut être monté directement sur une ouverture de la chambre de compression 105 ou en aval de cette ouverture, au niveau d’une conduite associée à l’élément considéré, par exemple.
Un tel clapet 140 anti-retour est configuré, par exemple, pour empêcher un retour du gaz dans une entrée 110 pour gaz.
Dans des variantes, au moins un clapet 140 anti-retour est remplacé par une vanne ou tout autre type de dispositif susceptible de bloquer le passage de gaz ou de liquide selon l’élément associé.
Dans des variantes, le dispositif 100 comporte une vanne 145 de rétention de liquide configurée pour retenir le liquide dans une chambre 105 de compression. Cette vanne 145 peut être de tout type connu de l’Homme du Métier et adaptée à la pression opératoire dans le circuit 150 de liquide. Cette vanne 145 peut être montée directement en sortie de la chambre de compression 105 ou le long du circuit 150.
On note que chaque élément parmi l’entrée 110 et la sortie 115 pour gaz et l’entrée 120 et la sortie pour liquide 125 peut être formé d’une multitude de souséléments du même type participant à la même fonction. Par exemple, l’entrée 110 pour gaz peut être formée d’une multitude d’ouvertures dans la chambre de compression 105, chaque ouverture étant alimentée par un conduit distinct ou commun à d’autres ouvertures.
Le piston 130 est, par exemple, une surface étanche ou une membrane en déplacement le long d’un axe de la chambre de compression 105. Ce piston 130 peut être guidé par un axe fixé à l’une et ou l’autre des extrémités de déplacement dudit piston 130.
Le moyen de déplacement 135 peut être de tout type permettant le déplacement d’un liquide dans un circuit de liquide. Le choix du moyen de déplacement 135 dépend de la taille du circuit 150 et de la perte de charge totale de ce circuit 150.
Préférentiellement, le moyen 135 de déplacement est configuré pour que le liquide en sortie présente une pression comprise entre 30 et 70 bar. Toutefois, le dispositif 100 peut réaliser une compression à toute valeur de pression, préférentiellement inférieure à 300 bar.
Préférentiellement, le moyen 135 de déplacement est une pompe.
Dans des modes de réalisation préférentiels, le dispositif 100 objet de la présente invention comporte une pluralité de chambres 105 de compression en série pour le circuit 150 de liquide, une sortie 125 pour liquide d’une chambre de compression étant reliée à une entrée 120 pour liquide d’une autre chambre de compression.
Dans cette variante, le remplissage des chambres 105 est réalisé de façon séquentielle, en commençant par la chambre la plus proche du refoulement du moyen 135 de déplacement du liquide. Une fois l’opération terminée, le liquide est ensuite envoyé dans la seconde chambre 105, ainsi de suite.
Dans une autre variante, représentée en figure 2, le remplissage des chambres 105 est réalisé simultanément. Ce remplissage est assuré, par exemple, par un circuit principal qui alimente les différentes chambres 105 de compression.
Dans des modes de réalisation préférentiels, le dispositif 100 objet de la présente invention comporte une pluralité de chambres 105 de compression en parallèle pour le gaz, chaque chambre de compression comportant une entrée 110 et une sortie 115 pour gaz indépendantes d’une autre chambre de compression.
Dans des modes de réalisation préférentiels, le dispositif 100 objet de la présente invention comporte un moyen 165 de mesure de la pression du gaz à l’intérieur de la chambre 105 de compression et un circuit 160 de recirculation du gaz vers l’entrée d’une chambre de compression lorsque la pression mesurée est inférieure à une valeur limite déterminée.
Le moyen de mesure 165 de pression est, par exemple, un capteur de pression positionné à l’intérieur de la chambre de compression 105, du côté gaz du piston 130 ou du côté liquide du piston 130.
Dans des variantes, le moyen de mesure 165 de pression est mécanique ou électrique et fonctionne en captant la position du piston 130 dans la chambre. Lorsque ce piston 130 atteint une position déterminée sur son axe de déplacement, une pression du gaz est déduite par le moyen 165 de mesure.
Cette valeur limite déterminée peut être fixée lors de la conception du dispositif 100 ou variable et enregistrée à partir d’un circuit de commande central connecté au dispositif 100 par le biais d’une liaison filaire ou sans-fil de commande.
Dans des modes de réalisation préférentiels, le dispositif 100 objet de la présente invention comporte un moyen 165 de mesure de la pression du gaz à l’intérieur de la chambre 105 de compression et un moyen 170 d’ouverture de la sortie 115 pour gaz de la chambre de compression en fonction de la pression mesurée.
Le moyen 170 d’ouverture est, par exemple, un déverseur. Dans cet exemple, le déverseur forme à la fois le moyen de mesure 165 et le moyen d’ouverture 170. Ce déverseur est taré à une pression de consigne.
Dans des variantes, l’ouverture d’une vanne en sortie gaz dès que la pression cible est atteinte est réalisée, cette vanne se refermant à une pression seuil. Ces niveaux de pressions seront choisis par l’opérateur en fonction de l’usage.
Le fonctionnement du dispositif 100 tel que décrit en regard de la figure 1 est mieux compris au regard de la description, ci-dessous, du procédé 200 de fonctionnement dudit dispositif 100.
On observe, en figure 3, schématiquement, un logigramme d’étapes particulier du procédé 200 objet de la présente invention. Ce procédé 200 de compression d’un gaz à basse pression, comporte :
- une étape 205 d’entrée de gaz à basse pression dans une chambre de compression,
- une étape 210 d’entrée de liquide dans la chambre de compression,
- une étape 215 de déplacement d’un piston situé entre l’entrée et une sortie pour gaz d’une part et l’entrée et une sortie pour liquide d’autre part dans la chambre de compression,
- une étape 220 de sortie de gaz à haute pression de la chambre de compression
- une étape 225 de sortie de liquide de la chambre de compression et
- une étape 230 de déplacement de liquide sur un circuit de liquide reliant une sortie pour liquide et une entrée pour liquide d’une chambre de compression. Préférentiellement, initialement, la pression dans la chambre de compression est inférieure à la pression dans une conduite d’apport de gaz vers une entrée pour gaz de ladite chambre de compression. Ceci peut être obtenu par pressurisation du gaz en amont ou par réduction de la pression dans la partie dédiée au liquide de la chambre de compression.
Pour obtenir une telle réduction de pression, on ferme par exemple une vanne en entrée de l’entrée pour liquide tandis que le moyen de déplacement est en fonctionnement. Ceci provoque un déplacement du piston vers la sortie pour liquide, ce qui réduit la pression à l’intérieur de la partie dédiée au gaz de la chambre de compression dont la sortie pour gaz est également fermée. Optionnellement, l’entrée pour gaz est également fermée.
Dans les cas où seule la sortie pour gaz est fermée, un mécanisme d’aspiration du gaz, par l’entrée pour gaz, se produit et remplit graduellement la partie dédiée au gaz de la chambre de combustion. Ceci permet d’éviter la mise en oeuvre d’un moyen de déplacement propre au gaz fourni au procédé 200 objet de la présente invention.
Quelle que soit la solution pour faire entrer le gaz dans la chambre de compression, une fois entré, celui-ci se retrouve captif du volume variable dédié au gaz dans ladite chambre de compression.
Le moyen de déplacement 135 est activé, de sorte à remplir la partie dédiée au liquide de la chambre de compression en liquide, ce qui déplace graduellement le piston vers la sortie pour gaz, comprimant de fait ce gaz.
Une fois la pression du gaz désirée atteinte, le gaz est libéré vers la sortie pour gaz de la chambre de compression. Pour faciliter la sortie dudit gaz, la circulation de liquide peut continuer, de sorte à déplacer encore le piston jusqu’à l’évacuation totale, ou presque totale, du gaz vers la sortie pour gaz.
Pour évacuer le liquide contenu dans la partie dédiée au liquide de la chambre de compression, la sortie pour liquide de la chambre de compression est ouverte.
On note ainsi qu’il est possible de créer un cycle d’aspiration/compression/expulsion du gaz par :
- fermeture de la sortie pour gaz,
- fermeture de l’entrée pour liquide,
- ouverture de l’entrée pour gaz,
- ouverture de la sortie pour liquide,
- mise en fonctionnement du moyen de déplacement du liquide, ceci entraînant l’aspiration du gaz dans la chambre de compression, puis :
- fermeture de l’entrée pour gaz,
- ouverture de l’entrée pour liquide,
- fermeture de la sortie pour liquide,
- mise en fonctionnement du moyen de déplacement du liquide, ceci entraînant la compression du gaz puis :
- ouverture de la sortie pour gaz,
- mise en fonctionnement du moyen de déplacement du liquide, ceci entraînant l’expulsion du gaz.
Le procédé 200 objet de la présente invention est réalisé, par exemple, par la mise en œuvre de l'un des dispositifs 100 ou 300 objets de la présente invention et décrits en regard des figures 1 et 3.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Dispositif (100, 300) de compression d’un gaz à basse pression, caractérisé en ce qu’il comporte :- au moins une chambre (105) de compression comportant :- une entrée (110) pour gaz à basse pression,- une sortie (115) pour gaz à haute pression,- une entrée (120) pour liquide,- une sortie (125) pour liquide et- un piston (130) situé entre l’entrée et la sortie pour gaz d’une part et l’entrée et la sortie pour liquide d’autre part et- un moyen (135) de déplacement de liquide positionné sur un circuit de liquide reliant une sortie pour liquide et une entrée pour liquide d’une chambre de compression.
- 2. Dispositif (100, 300) selon la revendication 1, qui comporte un clapet (140) antiretour configuré pour empêcher un retour du gaz dans une entrée (110) pour gaz.
- 3. Dispositif (100, 300) selon l’une des revendications 1 ou 2, qui comporte une vanne (145) de rétention de liquide configurée pour retenir le liquide dans une chambre (105) de compression.
- 4. Dispositif (100, 300) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le moyen (135) de déplacement est configuré pour que le liquide en sortie présente une pression comprise entre 30 et 70 bar.
- 5. Dispositif (100, 300) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le moyen (135) de déplacement est une pompe.
- 6. Dispositif (100, 300) selon l’une des revendications 1 à 5, qui comporte une pluralité de chambres (105) de compression en série pour le circuit (150) de liquide, une sortie (125) pour liquide d’une chambre de compression étant reliée à une entrée (120) pour liquide d’une autre chambre de compression.
- 7. Dispositif (100, 300) selon l’une des revendications 1 à 6, qui comporte une pluralité de chambres (105) de compression en parallèle pour le gaz, chaque chambre de compression comportant une entrée (110) et une sortie (115) pour gaz indépendantes d’une autre chambre de compression.
- 8. Dispositif (100, 300) selon l’une des revendications 1 à 7, qui comporte un moyen (165) de mesure de la pression du gaz à l’intérieur de la chambre (105) de compression et un circuit (160) de recirculation du gaz vers l’entrée d’une chambre de compression lorsque la pression mesurée est inférieure à une valeur limite déterminée.
- 9. Dispositif (100, 300) selon l’une des revendications 1 à 8, qui comporte un moyen (165) de mesure de la pression du gaz à l’intérieur de la chambre (105) de compression et un moyen (170) d’ouverture de la sortie (115) pour gaz de la chambre de compression en fonction de la pression mesurée.
- 10. Procédé (200) de compression d’un gaz à basse pression, caractérisé en ce qu’il comporte :- une étape (205) d’entrée de gaz à basse pression dans une chambre de compression,- une étape (210) d’entrée de liquide dans la chambre de compression,- une étape (215) de déplacement d’un piston situé entre l’entrée et une sortie pour gaz d’une part et l’entrée et une sortie pour liquide d’autre part dans la chambre de compression,- une étape (220) de sortie de gaz à haute pression de la chambre de compression- une étape (225) de sortie de liquide de la chambre de compression et- une étape (230) de déplacement de liquide sur un circuit de liquide reliant une sortie pour liquide et une entrée pour liquide d’une chambre de compression.
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