WO2015086951A1 - Procédé de compression de gaz avec introduction en excès de réfrigérant en entrée de compresseur - Google Patents

Procédé de compression de gaz avec introduction en excès de réfrigérant en entrée de compresseur Download PDF

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compressor
compression
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Guillaume CARDON
Antony CORREIA ANACLETO
Benoît DAVIDIAN
François-Xavier LEMANT
Quentin SANIEZ
Jean-Pierre Tranier
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L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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Definitions

  • the present invention relates to the general field of methods for compressing gaseous fluids, and more particularly to air compression processes.
  • the objects assigned to the invention are intended to further improve the efficiency of the compression of a gaseous fluid, and to propose for this purpose a new compression process which offers a significant efficiency gain over known methods. , while maintaining a relative simplicity of implementation.
  • a gaseous fluid compression process comprising a refrigerant injection step (a) in which a refrigerant substance is sprayed into the gaseous fluid to be compressed.
  • a step (b) of compression during which the passage of said gaseous fluid charged with cooling substance through a compressor in order to compress said gaseous fluid, said method being characterized in that the mass flow rate of the cooling substance injected into the gaseous fluid represents between 1% and 5% of the mass flow rate of the gaseous fluid to be compressed, and in that the cooling substance is sprayed in the form of particles of maximum dimension less than or equal to 25 ⁇ .
  • the spraying of the refrigerant substance in a relatively large quantity in the form of microparticles, or micro-droplets creates a particularly homogeneous diphasic medium whose average density, and more particularly the "homogeneous density", is greater than that gaseous fluid alone, which makes it possible to confer a high kinetic energy on the gaseous fluid thus charged with refrigerant substance and driven by the compressor, and consequently to promote the increase of the dynamic pressure of said gaseous fluid during its entrainment by the compressor .
  • the compression ratio that is to say the ratio between the pressure at the compressor outlet and the inlet pressure of said compressor, is thus improved by a first effect, of mechanical order.
  • the injection in excess of the cooling substance, and in particular water makes it possible to obtain a second effect, of a thermal nature: only a part of said cooling substance vaporizing (or sublimating) during the compression , the method makes it possible to exploit not only the latent heat of said refrigerant substance, when the state of the refrigerant substance vaporizes (or sublimates), but also the specific heat of said refrigerant, when heating from the refrigerant substance which remains in the condensed state.
  • the fineness of the particles (or droplets) contributes advantageously to improve the quality and homogeneity of heat exchange.
  • Figure 1 shows a schematic view of an installation for implementing a method according to the invention.
  • the present invention relates to a method for compressing a gaseous fluid 1.
  • Said gaseous fluid 1 may be formed of a single gas, or alternatively of a mixture of several gases.
  • said gaseous fluid to be compressed will be formed by air, as mentioned for purely illustrative purposes in FIG.
  • a process according to the preamble of claim 1 is known from EP-A-2610465 and JP-A-2008190335.
  • the method comprises a step (a) of refrigerant injection during which a cooling substance 3 is sprayed into the gaseous fluid to be compressed 1, and then a compression step (b), during which one forces the passage of said gaseous fluid 1 charged with refrigerant substance 3 through said compressor 2 to compress said gaseous fluid.
  • the refrigerant substance 3 will preferably be injected upstream of the compressor 2, as shown in FIG. 1.
  • the refrigerant substance can be injected at the wheel of the compressor 2, in the case of a centrifugal compressor.
  • the mass flow rate Q3 of the refrigerant substance 3 injected into the gaseous fluid represents between 1% and 5% of the mass flow rate Q1.
  • gaseous fluid to be compressed that is to say that there is: 0.01 x Q1 [kg / s] ⁇ Q3 [kg / s] ⁇ 0.05 x Q1 [kg / s].
  • the mass flow rate Q3 of the refrigerant substance 3 will thus be less than or equal to, or even strictly less than, 5% of the mass flow rate Q1 of the gaseous fluid to be compressed 1, and preferably greater than or equal to, or even more strictly than, 1% of said mass flow rate.
  • said refrigerant mass flow rate Q3 may be equal to or between 2% and 3%, or even 4%, depending on the adjustment value which will make it possible to obtain the best performances.
  • the refrigerant substance 3 is sprayed in the form of particles of maximum dimension less than or equal to 25 ⁇ .
  • the particles of refrigerant substance 3 will have a maximum dimension of less than or equal to 10 ⁇ , and, by way of preferential example, of the order of 5 ⁇ .
  • the refrigerant particles are assimilated to spheres or spherical droplets, their diameter will be less than or equal to the aforementioned values.
  • cooling substance 3 in an even finer form, for example in the form of particles smaller than 5 ⁇ or even 2 ⁇ .
  • the creation, preferably upstream of the compressor, of a gaseous fluid 1 charged with refrigerant substance 3, forming a two-phase medium that is both homogeneous and denser than the gaseous fluid alone, is particularly conducive not only to the capture and evacuation by the refrigerant 3 of the heat produced by the compression, and therefore to obtain a quasi-isothermal compression, but also to the dynamic compression of the fluid loaded.
  • the heat extraction is optimized, in particular because, due to the excess dosage of refrigerant substance initially present in a condensed state (liquid or solid), only a portion of said refrigerant substance 3 changes state, and more particularly vaporizes or sublimes, during compression, which makes it possible to exploit not only the latent heat of the substance refrigerant 3, during the change of state of the refrigerant substance concerned, but also the specific heat of said refrigerant substance, during heating from a refrigerant substance which remains in the condensed state.
  • Any suitable refrigerant 3, and more particularly any substance capable of effecting a phase change, in this particular case, during compression to capture heat may be suitable.
  • the cooling substance 3 is formed mainly, and preferably exclusively, by water, and more particularly by droplets of water injected in liquid form.
  • This water is preferably demineralized before it is introduced into the refrigeration circuit.
  • the refrigerant substance 3 may contain, if necessary mainly or even exclusively, ice water or dry ice, injected in the form of solid particles.
  • the dry ice can advantageously capture the heat generated by the compression of the gaseous fluid 1 sublimating at least partially during said compression.
  • the compression is preferably carried out by means of a dynamic compressor 2, and more particularly by means of a centrifugal compressor 2 (or "radial compressor”).
  • dynamic compressor is meant, as opposed to “volumetric” compressors in which the reduction of a closed volume of gas is forced to increase the pressure, a compressor 2 which allows to obtain a pressure increase by adding the kinetic energy to a continuous stream of fluid, thanks to a rotor or a compression stage, said kinetic energy thus acquired being then transformed into an increase of the static pressure by braking the flow through a diffuser.
  • Such a dynamic compression mode is indeed particularly suitable for the acceleration and the dynamic compression of the relatively dense two-phase fluid created by the addition, in the gaseous fluid 1, of the refrigerant substance 3 in the proportions and conditions provided for by the 'invention.
  • the method comprises a step (c) of recycling the refrigerant substance during which the cooling substance 3 is separated from the gas stream 1 at the outlet of the compressor 2, by means of a separator 4 such as a condenser or a mist separator, in order to recover at least a part, preferably a majority or even all, said refrigerant substance 3.
  • a separator 4 such as a condenser or a mist separator
  • the refrigerant substance 3 thus collected and recycled will preferably be cooled before being reinjected into the compressor.
  • recycling makes it possible to achieve substantial savings in refrigerant substance 3, and more particularly to considerably reduce the water consumption of the installation that implements the process.
  • mist eliminator allowing a mechanical separation of the refrigerant substance 3 by inertia by means of plates or baffles, with the use (nevertheless possible, see combinable with the precedent) of a condenser with thermal operation.
  • step (c) of recycling part of the atmospheric water which was initially contained in the air (in the gaseous fluid 1) and which condensed during compression or following said compression, and this atmospheric water is used to purge, which is symbolized by a bleed valve 6 in Figure 1, the circuit 5 for recycling its impurities.
  • the quantity of water withdrawn by the separator 4 exceeding the amount of water initially added as the refrigerant substance 3 upstream of the compressor 2 can be used as the difference, which corresponds to the volume of the atmospheric water of which freed compressed air, as rinsing liquid from the recycling circuit 5.
  • the gaseous fluid to be compressed 1 is formed by di-nitrogen, and the refrigerant substance 3 by liquid nitrogen, advantageously injected in the form of droplets.
  • the compression ratio per compressor stage 2 that is to say the ratio between the compressor outlet pressure and the compressor inlet pressure, may be greater than 2, at 2.5 or even substantially equal to or greater than 5.
  • the invention thus makes it possible to significantly increase the performance of the compressor, so that it becomes possible to produce compression operations in a single compression stage which previously required several stages of successive compressors.
  • a compressor 2 operating according to the invention makes it possible to obtain, with an inlet pressure of the order of 1 bar (pressure atmospheric), an outlet pressure of the order of 5 bar at 6 bar with two stages of compression instead of 3 usually.
  • the temperature increase (with respect to the input ambient temperature) caused by the compression is very largely contained by the refrigeration, and may in particular remain below + 50 ° C.
  • the invention makes it possible, at constant compressor wheel size 2, and with respect to operation without injection of refrigerant substance, to increase the compression ratio of the order of 2% to 5% for a given flow rate Q 1 of gaseous fluid 1, or conversely, of increasing the flow rate Q 1 of gaseous fluid 1 treated from 2% to 5% at a given compression ratio constant, which makes it possible to gain in productivity.
  • the outlet temperature was close to 70 ° C
  • the increase in compression ratio could reach 5%, and was generally included, over said operating range, between 2% and 5%.
  • the invention makes it possible to significantly increase the compression ratio of the compressor 2 over the entire operating range of the latter, since the minimum flow point, called the “pumping point", below which the compressor can no longer function stably, up to the point of maximum flow, obtained when said compressor operates with a low resistance downstream.
  • the operating ranges envisaged may in particular extend from 50,000 m 3 / h to 100,000 m 3 / h.
  • said operating ranges may be between 5,000 m 3 / h and 500,000 m 3 / h (that is to say, correspond to all interval, regardless of its width, which is strictly contained between these two extreme values), or even fully cover a range that extends, preferably continuously, from 5,000 m 3 / h to 500,000 m 3 / h.
  • the invention also relates of course to a gaseous fluid compression installation, and in particular to a compressed air production installation, arranged to implement the method according to the invention.
  • It relates in particular to facilities capable of handling a large flow of gaseous fluid 1 to be compressed, of the order of 10 4 m 3 / h to 10 6 m 3 / h.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de compression d'un fluide gazeux comprenant une étape (a) d'injection de réfrigérant au cours de laquelle on pulvérise dans le fluide gazeux (1) à comprimer une substance réfrigérante (3), ainsi qu'une étape (b) de compression, au cours de laquelle on force le passage dudit fluide gazeux (1) chargé en substance réfrigérante (3) à travers ledit compresseur (2) afin de comprimer ledit fluide gazeux, dont le débit massique (Q3) de la substance réfrigérante (3) injectée dans le fluide gazeux (1) représente entre 1 % et 5% du débit massique du fluide gazeux (1) à comprimer, et en ce que la substance réfrigérante (3) est pulvérisée sous forme de particules de dimension maximale inférieure ou égale à 25 pm, et de préférence inférieure ou égale à 10 pm. Figure 1

Description

PROCÉDÉ DE COMPRESSION DE GAZ AVEC INTRODUCTION EN EXCÈS DE RÉFRIGÉRANT EN ENTRÉE DE COMPRESSEUR La présente invention se rapporte au domaine général des procédés de compression de fluides gazeux, et plus particulièrement aux procédés de compression d'air.
Il est connu d'injecter dans un flux d'air à comprimer, en amont du compresseur, des gouttelettes d'eau destinées à limiter réchauffement du mélange air/eau lors de la compression, ce qui permet de rendre ladite compression plus isotherme et ainsi d'en augmenter l'efficacité.
Ceci étant, les objets assignés à l'invention visent à améliorer encore davantage l'efficacité de la compression d'un fluide gazeux, et à proposer à cet effet un nouveau procédé de compression qui offre un gain de rendement significatif par rapport aux procédés connus, tout en conservant une relative simplicité de mise en œuvre.
Les objets assignés à l'invention sont atteints au moyen d'un procédé de compression d'un fluide gazeux comprenant une étape (a) d'injection de réfrigérant au cours de laquelle on pulvérise dans le fluide gazeux à comprimer une substance réfrigérante, ainsi qu'une étape (b) de compression, au cours de laquelle on force le passage dudit fluide gazeux chargé en substance réfrigérante à travers un compresseur afin de comprimer ledit fluide gazeux, ledit procédé étant caractérisé en ce que le débit massique de la substance réfrigérante injectée dans le fluide gazeux représente entre 1 % et 5 % du débit massique du fluide gazeux à comprimer, et en ce que la substance réfrigérante est pulvérisée sous forme de particules de dimension maximale inférieure ou égale à 25 μιτι.
Avantageusement, en combinant les conditions particulières d'injection du réfrigérant propres à l'invention, et plus particulièrement en associant une quantité appropriée de substance réfrigérante à une pulvérisation particulièrement fine de ladite substance réfrigérante, on peut optimiser les performances de la compression.
Les inventeurs ont en effet constaté que l'optimisation conjointe de ces paramètres d'injection permettait d'obtenir une véritable synergie procurant simultanément deux effets notablement bénéfiques au rendement du compresseur.
D'une part la pulvérisation de la substance réfrigérante en quantité relativement importante sous forme de micro-particules, ou micro-gouttelettes, crée un milieu diphasique particulièrement homogène dont la densité moyenne, et plus particulièrement la « densité homogène », est supérieure à celle du fluide gazeux seul, ce qui permet de conférer au fluide gazeux ainsi chargé de substance réfrigérante et entraîné par le compresseur une énergie cinétique élevée, et par conséquent de favoriser l'augmentation de la pression dynamique dudit fluide gazeux lors de son entraînement par le compresseur.
Le taux de compression, c'est-à-dire le rapport entre la pression en sortie de compresseur et la pression en entrée dudit compresseur, se voit donc amélioré par un premier effet, d'ordre mécanique.
D'autre part l'injection en excès de substance réfrigérante, et notamment d'eau, permet d'obtenir un second effet, d'ordre thermique : une partie seulement de ladite substance réfrigérante se vaporisant (ou se sublimant) lors de la compression, le procédé permet d'exploiter non seulement la chaleur latente de ladite substance réfrigérante, lors du changement d'état de la part de substance réfrigérante qui se vaporise (ou se sublime), mais également la chaleur spécifique de ladite substance réfrigérante, lors de échauffement de la part de substance réfrigérante qui reste à l'état condensé.
Ceci permet avantageusement d'obtenir une compression quasi-isotherme. La finesse des particules (ou gouttelettes) contribue à ce titre avantageusement à améliorer la qualité et l'homogénéité des échanges thermiques.
En pratique, le cumul de des effets thermique et mécanique susmentionnés, selon le procédé conforme à l'invention, permet d'accroître significativement l'efficacité du compresseur, par l'obtention de taux de compression par étage nettement supérieurs à ceux communément observés.
En pratique, les résultats expérimentaux permettent de constater une augmentation de 5% du taux de compression. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus en détail à la lecture de la description qui suit, ainsi qu'à l'aide du dessin annexé, fourni à titre purement illustratif et non limitatif, et tel que :
La figure 1 représente une vue schématique d'une installation permettant la mise en œuvre d'un procédé conforme à l'invention.
La présente invention concerne un procédé de compression d'un fluide gazeux 1 .
Ledit fluide gazeux 1 peut être formé d'un gaz unique, ou bien encore d'un mélange de plusieurs gaz.
De façon préférentielle, ledit fluide gazeux à comprimer sera formé par de l'air, tel que cela est mentionné à titre purement illustratif sur la figure 1 .
Bien entendu, le procédé est applicable à d'autres gaz, tels que le di-azote.
Selon l'invention, il est prévu un procédé selon la revendication 1 .
Un procédé selon le préambule de la revendication 1 est connu de EP-A- 2610465 et JP-A-2008190335.
Selon l'invention, le procédé comprend une étape (a) d'injection de réfrigérant au cours de laquelle on pulvérise dans le fluide gazeux à comprimer 1 une substance réfrigérante 3, puis une étape (b) de compression, au cours de laquelle on force le passage dudit fluide gazeux 1 chargé en substance réfrigérante 3 à travers ledit compresseur 2 afin de comprimer ledit fluide gazeux.
La substance réfrigérante 3 sera de préférence injectée en amont du compresseur 2, tel que cela est illustré sur la figure 1 .
Ceci étant, il n'est pas exclu, en variante, d'injecter ladite substance réfrigérante 3 dans un tronçon du circuit de compression situé en aval de l'entrée du compresseur 2, mais néanmoins en amont de la sortie du compresseur 2, pourvu que ladite substance réfrigérante 3 soit présente dans le fluide gazeux 1 lorsque ledit fluide gazeux 1 est (encore) soumis à tout ou partie de l'action effective du compresseur 2.
A titre d'exemple, la substance réfrigérante pourra ainsi être injectée au niveau de la roue du compresseur 2, dans le cas d'un compresseur centrifuge.
Selon l'invention, le débit massique Q3 de la substance réfrigérante 3 injectée dans le fluide gazeux représente entre 1 % et 5 % du débit massique Q1 du fluide gazeux à comprimer 1 , c'est-à-dire que l'on a : 0,01 x Q1 [kg/s] < Q3 [kg/s] < 0,05 x Q1 [kg/s].
De préférence, le débit massique Q3 de la substance réfrigérante 3 sera ainsi inférieur ou égal, voire strictement inférieur à 5 % du débit massique Q1 du fluide gazeux à comprimer 1 , et préférentiellement supérieur ou égal, voire strictement supérieur à 1 % dudit débit massique Q1 du fluide gazeux à comprimer 1 .
A titre d'exemple, ledit débit massique Q3 de substance réfrigérante pourra être égal à, ou compris entre, 2% et 3 %, ou même 4 %, selon la valeur de réglage qui permettra d'obtenir les meilleures performances.
En outre, toujours selon l'invention, la substance réfrigérante 3 est pulvérisée sous forme de particules de dimension maximale inférieure ou égale à 25 μηη.
De préférence les particules de substance réfrigérante 3 seront de dimension maximale inférieure ou égale à 10 μιτι, et, à titre d'exemple préférentiel, de l'ordre de 5 μιτι.
Plus particulièrement, si l'on assimile les particules de substance réfrigérante à des sphères ou des gouttelettes sphériques, leur diamètre sera inférieur ou égal aux valeurs susmentionnées.
On pourra bien entendu employer tout atomiseur 7 ou pulvérisateur approprié pour créer lesdites particules de taille appropriée et les injecter, en quantité souhaitée, dans le fluide gazeux à comprimer 1 .
Bien entendu, il reste envisageable d'injecter la substance réfrigérante 3 sous une forme encore plus fine, par exemple sous forme de particules de taille inférieure à 5 μιτι, voire à 2 μιτι.
Avantageusement, comme cela a été indiqué plus haut, la création, de préférence en amont du compresseur, d'un fluide gazeux 1 chargé en substance réfrigérante 3, formant un milieu diphasique à la fois homogène et plus dense que le fluide gazeux seul, est particulièrement propice non seulement au captage et à l'évacuation par la substance réfrigérante 3 de la chaleur produite par la compression, et par conséquent à l'obtention d'une compression quasi-isotherme, mais également à la compression dynamique du fluide chargé. Avantageusement, en injectant une quantité de substance réfrigérante 3 convenablement dosée au regard de la quantité de fluide gazeux 1 à traiter, on optimise l'extraction de chaleur, en particulier du fait que, en raison du dosage en excès de substance réfrigérante présente initialement dans un état condensé (liquide ou solide), seule une partie de ladite substance réfrigérante 3 change d'état, et plus particulièrement se vaporise ou se sublime, lors de la compression, ce qui permet d'exploiter non seulement la chaleur latente de la substance réfrigérante 3, lors du changement d'état de la part de substance réfrigérante concernée, mais également la chaleur spécifique de ladite substance réfrigérante, lors de échauffement de la part de substance réfrigérante qui reste à l'état condensé.
Toute substance réfrigérante 3 appropriée, et plus particulièrement toute substance capable d'opérer un changement de phase, en l'espèce partiel, lors de la compression pour capter la chaleur peut convenir.
Selon une variante préférentielle de mise en œuvre, la substance réfrigérante 3 est formée majoritairement, et de préférence exclusivement, par de l'eau, et plus particulièrement par des gouttelettes d'eau injectées sous forme liquide.
Cette eau est de préférence déminéralisée avant son introduction dans le circuit de réfrigération.
L'injection d'eau en entrée de compresseur 2, sous forme de microgouttelettes liquides, constitue un moyen simple d'augmenter la densité du fluide chargé à comprimer, tel qu'il a été dit plus haut, et de maximiser l'évacuation de chaleur.
II serait également envisageable d'injecter l'eau sous forme de particules solides de glace, ou bien d'utiliser, seule ou en combinaison avec l'eau, une autre substance réfrigérante se présentant initialement sous forme solide.
Ainsi, selon une variante possible de mise en œuvre, la substance réfrigérante 3 pourra contenir, le cas échéant majoritairement voire exclusivement, de la glace d'eau ou de la neige carbonique, injectée sous forme de particules solides. La neige carbonique peut avantageusement capter la chaleur dégagée par la compression du fluide gazeux 1 en se sublimant au moins partiellement lors de ladite compression.
Par ailleurs, la compression est de préférence réalisée au moyen d'un compresseur 2 dynamique, et plus particulièrement au moyen d'un compresseur 2 centrifuge (ou « compresseur radial »).
Par « compresseur dynamique », on désigne, par opposition aux compresseurs « volumétriques » dans lesquels on force la réduction d'un volume fermé de gaz pour en augmenter la pression, un compresseur 2 qui permet d'obtenir une augmentation de pression en ajoutant de l'énergie cinétique à un jet continu de fluide, grâce à un rotor ou à un étage de compression, ladite énergie cinétique ainsi acquise étant ensuite transformée en une augmentation de la pression statique par freinage du flux à travers un diffuseur.
Un tel mode de compression dynamique est en effet particulièrement approprié à l'accélération et à la compression dynamique du fluide diphasique relativement dense créé par l'ajout, dans le fluide gazeux 1 , de la substance réfrigérante 3 dans les proportions et conditions prévues par l'invention.
Le procédé comprend une étape (c) de recyclage de la substance réfrigérante au cours de laquelle on sépare la substance réfrigérante 3 du flux gazeux 1 en sortie du compresseur 2, au moyen d'un séparateur 4 tel qu'un condenseur ou un dévésiculeur, afin de récupérer au moins en partie, de préférence en majorité, voire en totalité, ladite substance réfrigérante 3.
On peut ensuite avantageusement ré-injecter au niveau du compresseur 2, et de préférence en entrée dudit compresseur 2, au cours de l'étape (a) d'injection de substance réfrigérante, ladite substance réfrigérante 3 ainsi recueillie.
La substance réfrigérante 3 ainsi recueillie et recyclée sera de préférence refroidie avant d'être réinjectée dans le compresseur.
Avantageusement, le recyclage permet de réaliser de substantielles économies de substance réfrigérante 3, et plus particulièrement de réduire considérablement la consommation d'eau de l'installation qui met en œuvre le procédé.
Au regard notamment du caractère diphasique chargé du fluide traité, et de la pression dynamique élevée régnant en sortie de compresseur 2, on préférera l'usage d'un dévésiculeur permettant une séparation mécanique de la substance réfrigérante 3 par inertie au moyen de plaques ou chicanes, à l'usage (néanmoins possible, voir combinable au précédent) d'un condenseur à fonctionnement thermique.
De préférence, on récupère, lors de l'étape (c) de recyclage, une partie de l'eau atmosphérique qui était initialement contenue dans l'air (dans le fluide gazeux 1 ) et qui s'est condensée lors de la compression ou suite à ladite compression, et l'on utilise cette eau atmosphérique pour purger, ce qui est symbolisé par un robinet de purge 6 sur la figure 1 , le circuit de recyclage 5 de ses impuretés.
Avantageusement, la quantité d'eau soutirée par le séparateur 4 excédant la quantité d'eau ajoutée initialement en tant que substance réfrigérante 3 en amont du compresseur 2, on peut utiliser la différence, qui correspond au volume de l'eau atmosphérique dont on a débarrassé l'air comprimé, comme liquide de rinçage du circuit de recyclage 5.
Le recyclage de la substance réfrigérante 3 étant ainsi total, sans perte, la consommation d'eau après mise en route du procédé est avantageusement quasiment nulle.
Selon une variante de mise en œuvre du procédé, qui peut constituer une invention à part entière, le fluide gazeux à comprimer 1 est formé par du di-azote, et la substance réfrigérante 3 par de l'azote liquide, avantageusement injecté sous forme de gouttelettes.
De préférence, le taux de compression par étage de compresseur 2, c'est- à-dire le rapport entre la pression en sortie de compresseur et la pression en entrée de compresseur, peut être supérieur à 2, à 2,5 voire sensiblement égal ou supérieur à 5.
L'invention permet à ce titre d'accroître significativement les performances du compresseur, si bien qu'il devient possible de réaliser en un seul étage de compression des opérations de compression qui nécessitaient jusqu'à présent plusieurs étages de compresseurs successifs.
Par exemple, un compresseur 2 fonctionnant selon l'invention permet d'obtenir, avec une pression d'entrée de l'ordre de 1 bar (pression atmosphérique), une pression de sortie de l'ordre de 5 bar à 6 bar avec deux étages de compression au lieu de 3 habituellement.
En outre, l'augmentation de température (par rapport à la température ambiante d'entrée) provoquée par la compression est très largement contenue par la réfrigération, et peut en particulier rester inférieure à +50°C.
Expérimentalement, il a été constaté que l'invention permet, à taille de roue de compresseur 2 constante, et par rapport à un fonctionnement sans injection de substance réfrigérante, d'augmenter le taux de compression de l'ordre de 2% à 5 % pour un débit Q1 de fluide gazeux 1 donné, ou, inversement, d'augmenter le débit Q1 de fluide gazeux 1 traité de 2 % à 5 % à un taux de compression donné constant, ce qui permet de gagner en productivité.
A titre d'exemple, des essais ont été menés sur un compresseur aspirant un fluide gazeux de type air à 1 ,013 bar et 15°C, et procurant un taux de compression de 1 ,8. Le diamètre maximal des gouttelettes d'eau utilisées comme substance réfrigérante 3 était de 5 μιτι, et le débit massique Q3 de ladite substance réfrigérante 3 représentait 2% du débit massique Q1 du fluide gazeux à comprimer.
La température de sortie était voisine de 70°C
Un tel compresseur offrait une plage de fonctionnement de Q1 = 1 000 m3/h à Q1 = 2 000 m3/h.
L'augmentation du taux de compression a pu atteindre 5%, et était globalement comprise, sur ladite plage de fonctionnement, entre 2% et 5%.
Concernant ce dernier point, on notera que, avantageusement, l'invention permet d'augmenter significativement le taux de compression du compresseur 2 sur toute la plage de fonctionnement de ce dernier, depuis le point de débit minimum, dit « point de pompage », en-deçà duquel le compresseur ne peut plus fonctionner de manière stable, jusqu'au point de débit maximum, obtenu lorsque ledit compresseur fonctionne avec une faible résistance en aval.
A titre indicatif, les plages de fonctionnement envisagées, c'est-à-dire les débits Q1 de fluide gazeux 1 traité par le compresseur 2, pourront notamment s'étendre de 50 000 m3/h à 100 000 m3/h.
Plus globalement, lesdites plages de fonctionnement pourront être comprises entre 5 000 m3/h et 500 000 m3/h (c'est-à-dire correspondre à tout intervalle, quelle que soit sa largeur, qui est strictement contenu entre ces deux valeurs extrémales), voire couvrir intégralement une plage qui s'étend, de préférence continûment, depuis 5 000 m3/h jusqu'à 500 000 m3/h.
Bien entendu, ces performances individuelles par étage de compression n'excluent pas que l'on puisse mettre éventuellement en œuvre plusieurs étages de compression en série, chacun répétant tout ou partie des étapes du procédé conforme à l'invention.
L'invention concerne bien entendu également une installation de compression de fluide gazeux, et notamment une installation de production d'air comprimé, agencée pour mettre en œuvre le procédé conforme à l'invention.
Elle concerne en particulier des installations capables de traiter un important débit de fluide gazeux 1 à comprimer, de l'ordre de 104 m3/h à 106 m3/h.
On notera en outre que le procédé conforme à l'invention est particulièrement bien adapté aux installations de séparation des gaz de l'air (« Air Séparation Units »).
Bien entendu, l'invention n'est toutefois nullement limitée aux variantes décrites, l'homme du métier étant notamment susceptible d'isoler ou de combiner librement entre elles les différentes caractéristiques mentionnées dans ce qui précède.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de compression d'un fluide gazeux comprenant une étape (a) d'injection de réfrigérant au cours de laquelle on pulvérise dans le fluide gazeux (1 ) à comprimer une substance réfrigérante (3), ainsi qu'une étape (b) de compression, au cours de laquelle on force le passage dudit fluide gazeux (1 ) chargé en substance réfrigérante (3) à travers un compresseur (2) afin de comprimer ledit fluide gazeux, le débit massique (Q3) de la substance réfrigérante (3) injectée dans le fluide gazeux (1 ) représentant entre 1 % et 5 % du débit massique du fluide gazeux (1 ) à comprimer, et la substance réfrigérante (3) étant pulvérisée sous forme de particules de dimension maximale inférieure ou égale à 25 μιτι caractérisé en ce qu'il comprend une étape (c) de recyclage de la substance réfrigérante au cours de laquelle on sépare la substance réfrigérante (3) du flux gazeux en sortie du compresseur (2), au moyen d'un séparateur (4) tel qu'un condenseur ou un dévésiculeur, afin de récupérer au moins en partie, de préférence en majorité, voire en totalité, ladite substance réfrigérante (3), et en ce que l'on ré-injecte au niveau dudit compresseur (2), au cours de l'étape (a) d'injection de substance
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les particules de substance réfrigérante (3) sont de dimension maximale inférieure ou égale à 10 μιτι, et de préférence de l'ordre de 5 μιτι.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que la substance réfrigérante est formée majoritairement, et de préférence exclusivement, par de l'eau, et plus particulièrement par des gouttelettes d'eau injectées sous forme liquide.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la substance réfrigérante (3) contient de la glace d'eau ou de la neige carbonique, injectée sous forme de particules solides.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend une étape (c) de recyclage de la substance réfrigérante au cours de laquelle on sépare la substance réfrigérante (3) du flux gazeux en sortie du compresseur (2), au moyen d'un séparateur (4) tel qu'un condenseur ou un dévésiculeur, afin de récupérer en majorité, ladite substance réfrigérante (3), et en ce que l'on réinjecte au niveau dudit compresseur (2), au cours de l'étape (a) d'injection de substance réfrigérante, ladite substance réfrigérante (3) ainsi recueillie.
6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel lors de l'étape (c) on récupère la totalité de la substance réfrigérante (3).
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le fluide gazeux à comprimer (1 ) est formé par de l'air.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on récupère, lors de l'étape (c) de recyclage, une partie de l'eau atmosphérique initialement contenue dans l'air et condensée lors de la compression, et l'on utilise cette eau atmosphérique pour purger (6) le circuit de recyclage de ses impuretés.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le fluide gazeux (1 ) à comprimer est formé par du di-azote, et en ce que la substance réfrigérante (3) est formée par de l'azote liquide.
10. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la compression est réalisée au moyen d'un compresseur (2) centrifuge.
1 1 . Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le taux de compression par étage de compresseur est supérieur à 2, à 2,5 voire sensiblement égal ou supérieur à 5.
12. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le débit de fluide gazeux (1 ) traité par le compresseur (2) est compris entre 5 000 m3/h et 500 000 m3/h, préférablement entre 50 000 m3/h à 100 000 m3/h.
13. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel d'un séparateur (4) est un condenseur.
14. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel d'un séparateur (4) est un dévésiculeur
15. Procédé de séparation d'air comprenant une étape de compression d'air à séparer selon l'une des revendications précédentes.
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