FR3052544A1 - Dispositif de deshydratation - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de séparation entre de l'eau et un solide comprenant : - une étape (i) où de la matière humide est introduite dans une enceinte 10, à l'intérieur de laquelle est disposé une moyen de transfert 15, de sorte à permettre la circulation de ladite matière humide depuis une entrée 11 vers une sortie 13 de ladite enceinte, ladite matière humide est chauffée à l'intérieur de ladite enceinte 10 par transfert d'enthalpie depuis un fluide caloporteur, - une étape (ii) où la vapeur produite à l'étape précédente est comprimée, - une étape (iii) où la vapeur comprimée est introduite est condensée et transmet son enthalpie à un fluide caloporteur, caractérisé en ce que l'enthalpie captée par le fluide caloporteur à l'étape (iii) est utilisée pour l'étape (i) et en ce que l'étape (i) est réalisée dans une atmosphère saturée en vapeur d'eau.

Description

Domaine de 1'invention

La présente invention concerne le domaine de la déshydratation ou séchage de matière humide, solide ou liquide.

Etat de la technique

Afin de procéder à la déshydratation d'un produit humide, il est fréquent d'utiliser des séchoirs à air chaud non saturé en vapeur d'eau dont le principe d'action repose sur la capacité d'un air chaud et sec à apporter de l'énergie dans une matière humide et à provoquer la vaporisation et l'entraînement d'une partie de l'eau présente dans la matière. L'air devient alors moins chaud et plus humide. Il est généralement évacué en l'état dans l'atmosphère ce qui implique une consommation énergétique élevée car l'énergie de vaporisation de l'eau est alors perdue, la vapeur d'eau étant dissipée dans l'atmosphère.

Il faut aussi assurer la circulation de cet air de façon homogène à travers la matière humide, ce qui suppose que celle-ci ne forme pas un lit compact, ce qui n'est pas assuré, notamment lorsque la matière à déshydrater comprend beaucoup d'éléments très fins (typiquement d'une taille inférieure à 3 mm) et forme un matelas sans porosité. Il faut alors généralement procéder à la mise en mouvement de la matière afin de créer des vides ou des espaces poreux, par exemple dans un tambour tournant ou par une circulation d'air de fluidisation, ce qui dégrade le bilan énergétique de l'opération et impose des équipements volumineux.

De plus, l'air chaud n'est pas un fluide caloporteur performant car sa capacité calorifique et sa conductivité thermique sont médiocres, respectivement proche de 0,34 W.h.m~3.K“i et .0,025 W.m'^.K"^.. Certains séchoirs mettent alors en œuvre des surfaces solides afin d'apporter tout ou partie de la chaleur par conduction thermique des tubes, etc. Ces surfaces sont alimentées par des fluides chauds ou par un dispositif de chauffage électrique ou équivalent. Il est alors difficile de garantir un contact intime entre la matière humide et les surfaces chauffées apporteuse d'énergie de vaporisation. De plus, à proximité des surfaces chauffées, par le fait de la déshydratation, il se forme une couche d'air généralement saturée en eau ou bien une couche de vapeur d'eau saturée, ce qui freine voire empêche la transmission de chaleur et limite la performance de la déshydratation.

Concernant la médiocrité du bilan énergétique causée par un échappement direct de la vapeur extraite vers l'atmosphère, une amélioration connue repose sur l'utilisation d'une pompe à chaleur qui traite la vapeur extraite et permet sa condensation. L'énergie récupérée est alors exploitable sous forme de fluide chaud. La complexité de cette solution et son coût économique ne la rendent pas avantageuse pour la grande majorité des applications.

Une autre amélioration repose sur l'utilisation d'une compression mécanique de vapeur. La vapeur d'eau extraite de la matière, ayant par exemple une pression de 1 bar et une température de 100°C, est comprimée par le biais d'un compresseur de vapeur, par exemple au-delà de 5 bar, ce qui lui permet d'atteindre une température de condensation potentielle de plus de 150°C. La vapeur comprimée réchauffée est alors renvoyée vers l'enceinte plus froide du séchoir, à travers des éléments de chauffage étanches, de façon à transmettre cette énergie à la matière humide et permettre l'évaporation d'eau. Lors de cet échange de chaleur, la vapeur comprimée se refroidit et condense, restituant ainsi l'énergie de vaporisation.

Les défauts de cette solution sont, d'une part, qu'il est nécessaire que la vapeur soit l'élément principal, donc en absence d'air parasite qui ne permettrait pas d'atteindre la température de changement de phase visée pour la pression appliquée, par le fait de l'impact perturbateur de la pression partielle de l'air, mais aussi les risques majeurs de corrosion des équipements de compression mécanique de la vapeur. D'autre part, pour que les éléments de chauffage étanches assurent un échange thermique efficace vers la matière humide, il faut qu'il y ait un contact intime entre la matière et les surfaces chauffées ce qui impose des solutions techniques coûteuses, comme la présence de nombreux plateaux, avec des ailettes,...; autant d'éléments mécaniques qui peuvent être une cause d'encrassement ou de blocage de la matière humide à traiter. Enfin, il faut que la puissance de déshydratation requise puisse reposer sur le seul phénomène de conduction thermique.

Description de l'invention

La présente invention concerne le domaine de la déshydratation et du séchage de matière humide.

Par exemple, lors de la production d'énergie par combustion de matière organique solide, la présence d'eau libre ou liée dans la matière altère les performances de la combustion, soit par la nécessité d'apporter de l'énergie pour chauffer et vaporiser cette eau non valorisable qui représente alors un coût énergétique, soit par le fait que le taux d'humidité n'est pas nécessairement constant dans la matière amenée dans la chaudière, ce qui perturbe la stabilité de la combustion et la qualité des émissions atmosphériques. De plus, l'énergie perdue dans les fumées, du fait que cette eau est évacuée sous forme de vapeur, cause une perte d'énergie dite chaleur latente. L'invention concerne aussi la déshydratation de matière de façon à faciliter sa valorisation ultérieure, son transport ou sa stabilité. C'est, par exemple, le cas pour de la pâte à papier humide qu'il s'agit de déshydrater partiellement afin de faciliter son transport ultérieur en minimisant la masse à transporter, les risques de développement bactérien, l'envoi en aval de la filière de composés dissous dans l'eau qui sont une source de DCO (demande chimique d'oxygène), etc.

Elle concerne aussi la déshydratation de matière organique avant stockage, afin de faciliter son stockage sans dégradation bactérienne ultérieure comme, par exemple, pour de la déshydratation de plantes fourragères destinées à l'élevage telles que la luzerne, etc.

Elle concerne aussi là déshydratation de boues de papeterie, de station d'épuration d'eaux usées, de rejets de pulpeurs de recyclage de vieux papiers.

Elle concerne aussi la préparation de biomasse solide humide ou de déchets humides afin d'homogénéiser leur taux d'humidité, en vue de leur transformation sous forme de pellets ou leur torréfaction, leur pyrolyse, leur thermolyse, ...

Ainsi, la présente invention concerne notamment un procédé de séparation entre de l'eau et un solide, en fonctionnement continu, par évaporation partielle ou totale de 1'eau comprenant : une étape (i) où de la matière humide est introduite dans une enceinte, à l'intérieur de laquelle est disposé une moyen de transfert, de sorte à permettre la circulation de ladite matière humide depuis une entrée placée à une extrémité de ladite enceinte vers une sortie placée à l'autre extrémité, ladite matière humide étant chauffée à l'intérieur de ladite enceinte, de sorte à vaporiser tout ou partie de l'eau présente dans la matière humide, par transfert d'enthalpie depuis un fluide caloporteur, - une étape (ii) où la vapeur produite à l'étape précédente est recueillie et comprimée de sorte à augmenter sa pression et sa température de saturation, une étape (iii) où la vapeur comprimée est condensée et transmet son enthalpie à un fluide caloporteur, de sorte à ce que ladite vapeur comprimée se condense sous forme liquide, remarquable en ce que 1'enthalpie captée par le fluide caloporteur à l'étape (iii) est utilisée pour l'étape (i) et en ce que l'étape (i) est réalisée dans une atmosphère saturée en vapeur d'eau.

Dans le cadre de la présente invention, le terme « saturée en vapeur d'eau » entend indiquer que le volume gazeux disponible de l'enceinte comprend au moins 90% de vapeur d'eau.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit moyen de transfert est une vis et encore plus préférentiellement une vis ayant une capacité thermique massique supérieure à 500 J/kg.K. Cette vis de transfert est préférentiellement utilisée pour transmettre 1'enthalpie nécessaire à la vaporisation de l'eau comprise dans la matière humide. Dans ce cas, elle est désignée vis de vaporisation.

Un des avantages de 1'invention est que la très forte inertie thermique de la vis de transfert et de vaporisation, associée à la conductivité du matériau des spires qu'elle comporte, permettent de maximiser la puissance des échanges thermiques avec la matière humide, de façon à faciliter la vaporisation de l'eau, et- le maintien éventuel de la surchauffe de la vapeur.

De plus, la vis de transfert et de vaporisation présente une très grande surface développée ce qui permet d'obtenir une grande surface d'échange thermique.

Un autre avantage est que la grande inertie thermique de la vis de transfert et de vaporisation supporte les variations d'humidité de la matière humide et permet d'obtenir une bonne régularité de la déshydratation.

Un autre avantage est que la vitesse de rotation de la vis de transfert et de vaporisation peut être ajustée en temps réel en fonction de la puissance d'échange d'enthalpie requise.

Un autre avantage est que 1'enthalpie apportée par la vis de transfert et de vaporisation à la matière humide afin de procéder à l'évaporation d'eau peut être réciproquement récupérée par l'invention grâce à la condensation de la vapeur.

Un autre avantage est qu'il est possible de choisir une vis de transfert et de vaporisation faite d'un matériau insensible aux attaques chimiques, acides ou à l'oxydation, par exemple en acier inoxydable 316L.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'atmosphère saturée en vapeur d'eau est créé par la montée en température de la matière humide dans l'enceinte permettant l'apparition d'une pression de vapeur supérieure à la pression.atmosphérique.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'atmosphère saturée en vapeur d'eau est créé par la recirculation d'une partie de la vapeur produite à l'aide d'un moyen de pressurisation.

Selon un mode de réalisation préféré de 1'invention, un fluide d'assistance circule à travers l'enceinte, de sorte que les échanges thermiques par convection sont améliorés.

Selon un mode de réalisation encore plus préféré de l'invention, ledit fluide d'assistance circule à une vitesse supérieure à 0,1 m/s.

Selon un mode de réalisation préféré, le procédé selon 1'invention comprend en outre une étape de filtration de la vapeur produite à l'étape (i).

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le liquide produit par condensation de la vapeur à l'étape (ii) est dégazé de sorte à en retirer les éléments volatils.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ladite atmosphère saturée en vapeur d'eau comprend plus de 95% de vapeur d'eau.

Selon un mode de réalisation encore plus préféré de l'invention, ladite atmosphère saturée en vapeur d'eau comprend plus de 98% de vapeur d'eau.

Avantages de l'invention D'autres avantages et caractéristiques de l'invention sont décrits ci-après selon les modes possibles de réalisation de l'invention.

Les descriptions font référence aux figures suivantes en annexe : - la figure 1 représente schématiquement le procédé de l'invention selon une version avantageuse

la figure 2 représente un exemple de cycle de transformation de vapeur sur un diagramme Température T -Entropie S

Exposé d'un mode de réalisation

La présente invention concerne un procédé de déshydratation de matière humide mettant en œuvre un cycle de changement de phase par évaporation puis condensation, à l'aide d'une vis de transfert et de vaporisation. L' invention est notamment utile dans le cas de la combustion de matière première organique qui peut ainsL avoir un taux d'humidité ajusté de façon à stabiliser les conditions de combustion.

Elle est aussi utile dans le cas de la production de gaz synthétique par gazéification, dit syngaz, par un procédé de pyrolyse et/ou thermolyse et/ou gazéification de matière première organique, grâce à l'ajustement du taux d'humidité qui stabilise les conditions de gazéification. En effet, l'eau est, comme le C02, un des principaux agents de gazéification du carbone fixe et sa présence en quantité incontrôlée peut être perturbatrice.

Evidemment, tout autre procédé impliquant une déshydratation de matière humide permettant la séparation de l'eau contenue dans la matière peut utilement employer l'invention. De même, la déshydratation peut être une séparation d'éléments vaporisables et condensables autres que de l'eau, tels des solvants chimiques, ... .

La notion d'enthalpie englobe la chaleur sensible des fluides et la chaleur latente qui peut être aussi échangée en cas de changement de phase durant l'échange de chaleur. L'enthalpie en jeu lors d'un changement de phase (dite chaleur latente) est souvent très grande et peut représenter 2 à 10 fois plus d'énergie que l'enthalpie en jeu lors de la montée en température avant ou après le changement de phase (dite chaleur sensible) . Dans le cadre de l'invention, il s'agit, par exemple, de faire monter en température et vaporiser l'eau contenue dans la matière première humide et de récupérer la chaleur latente de ce fluide.

Dans le reste de la description, cet échange sera dénommé échange d'enthalpie, concernant un échange de chaleur sensible seule, ou de chaleur latente seule, ou des deux.

La notion de déshydratation concerne la séparation d'eau (ou tout autre élément vaporisable et condensable dans les conditions de pression et température en jeu) contenue dans une matière humide, incluant l'eau en mélange présente aux cotés des particules de matière, l'eau libre présente dans les porosités des éléments de matière et l'eau liée intimement associée à la matière. L'opération de déshydratation mettant en œuvre l'invention n'a pas nécessairement vocation à séparer l'ensemble de l'eau de la matière sèche, le taux d'eau séparé étant ajustable à la demande et en fonction des applications. Par exemple, dans le cas de la combustion de bois, un taux d'humidité résiduel de 30% après déshydratation est en général très suffisant pour améliorer la performance de la combustion. Il n'est donc pas nécessaire, dans un tel cas, de viser un taux d'humidité plus faible.

Selon un des modes de réalisation de 1'invention, l'humidité contenue dans une matière humide à déshydrater est mise en jeu dans un procédé comprenant au moins trois étapes : - durant une première étape dite de vaporisation, une matière humide est introduite dans un moyen de transfert et d'échange thermique comprenant une enceinte et une vis de transfert et de vaporisation plus chaude que ladite matière humide qui lui assurent ainsi un apport d'enthalpie suffisant permettant le changement de étape de la quantité d'eau ciblée menant ainsi à sa vaporisation et séparation de la matière. Typiquement, cette première étape est réalisée à pression atmosphérique et à 100°C, mais une pression différente est possible ; soit inférieure, en mode "séchage sous vide", ce qui permet de vaporiser l'eau à moindre température, mais qui complique la conception des équipements qui doivent garantir le maintien de ce vide ; soit supérieure, en mode "séchage sous pression", ce qui complique aussi la conception des équipements. - durant une deuxième étape dite de compression, la vapeur extraite de la matière humide est collectée puis comprimée à une pression supérieure à celle de la première étape, ce qui lui confère une température de saturation (ou condensation) supérieure. Idéalement, dans le cas d'une première étape effectuée à une pression de 1 bar absolu (induisant une température de vaporisation de 1O0°C environ), cette deuxième étape est effectuée à une pression d'environ 5 bar absolu (induisant une température de saturation de 150°C environ). L'écart de pression entre les deux étapes permet de définir l'écart de température entre la vaporisation et la condensation de l'eau contenue dans la matière' humide à déshydrater. Cet écart de pression est avantageusement compris entre 0,2 bar et 10 bar. - durant une troisième étape dite de condensation, la vapeur pressurisée chaude est mise en contact thermique avec un fluide caloporteur, par le biais d'un échangeur étanche, comme par exemple un échangeur à tubes. Le fluide caloporteur est introduit dans l'échangeur à une température inférieure à la température de condensation de cette vapeur pressurisée. Ainsi, l'enthalpie captée par l'eau lors de sa vaporisation est restituée au fluide caloporteur lors de sa condensation.

Selon une variante de l'invention, la première étape dite de vaporisation est précédée d'une étape de préchauffage de la matière à déshydrater, de façon à lui permettre d'approcher de la température de début de vaporisation, conditionnée par la pression appliquée. Par exemple, une pression de 1 bar absolu induisant une température de vaporisation proche de 100°C, le préchauffage peut être effectué jusqu'à 99°C, de sorte que la première étape mettra en jeu principalement de l'enthalpie de changement de phase à 100°C.

Selon une autre variante de l'invention, durant l'étape de vaporisation, de la vapeur complémentaire est introduite dans l'enceinte 10 avec une pression et/ou un débit contrôlé, afin de minimiser l'introduction d'air extérieur dans cette enceinte par ses connections avec l'extérieur. En effet, cet air extérieur perturbe la compression de vapeur tout en induisant des risques de corrosion. Par exemple, il est avantageux de garantir une recirculation de vapeur qui permette de contenir le taux d'air parasite dans l'enceinte 10 à moins de 1% du volume gazeux total disponible, le reste étant occupé par de la vapeur. Avantageusement, le débit de vapeur recirculée est de plus de 20% du débit de vapeur produit durant la vaporisation au cours de l'étape 1. Il est avantageux de garantir une recirculation de vapeur qui permette de contenir le taux d'air parasite dans l'enceinte 10 à moins de 5% du volume gazeux disponible ou, de façon plus préférée, à moins de 1%, le reste étant occupé par de la vapeur.

Plus précisément, cet objectif est atteint lorsque plus de 95% de l'air initial présent dans l'enceinte est chassé, ce qui est notamment le cas si le débit de vapeur recirculée est de plus de 50% du débit de vapeur produit durant la vaporisation au cours de l'étape 1 ou, de façon plus préférée, de plus de 20% du débit de vapeur produit.

Selon une autre variante de l'invention, durant l'étape de vaporisation, afin de minimiser l'introduction d'air extérieur dans cette enceinte par ses connections avec l'extérieur, la température à laquelle est chauffée l'enceinte 10 et la vis est volontairement légèrement supérieure à 100°C, par exemple 102°C. Ainsi, la vapeur produite chasse l'air extérieur par les extrémités de l'enceinte 10. Idéalement, la vapeur produite en légère surpression fait obstacle à l'entrée de l'air mais ne fuit pas vers l'extérieur. Concrètement, il est plus facile de prévoir une légère fuite de vapeur vers l'extérieur, par les extrémités de l'enceinte 10. Pour conserver des conditions de fonctionnement économiquement rentables, ces fuites doivent préférentiellement rester inférieures,à 25% de la production de vapeur ou, de façon encore plus préférée, inférieure à 10% ou, de façon tout à fait préférée, inférieure à 5%.

Selon l'invention, de façon avantageuse, un moyen limiteur de fuite est placé aux extrémités de l'enceinte, aux endroits d'entrée de matière humide et de sortie de matière traitée partiellement ou totalement déshydratée.

Ce moyen peut être, par exemple, un système à vis d'Archimède qui, à l'arrêt, forme un bouchon de matière qui fait obstacle à la circulation de gaz, air ou vapeur, à travers ledit moyen. Quand la vis est mise en mouvement, la matière est transportée et le bouchon devient inopérant jusqu'au prochain arrêt de rotation de la vis.

Ce moyen peut aussi être un système à écluse rotative dont la partie centrale rotative comporte plusieurs chambres qui passent alternativement d'un côté à l'autre côté du circuit sur lequel le moyen est installé. Ainsi, quand la partie centrale tourne, les chambres se remplissent de matière, pivotent de l'autre côté et se vident. Lors du pivotement, les bords des chambres passent très près de la partie fixe du système à écluse avec un jeu minimal, avantageusement moins de 5 mm.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, ce moyen limiteur de fuite n'est pas un sas étanche à fonctionnement discontinu, car l'avantage de l'invention est justement de fonctionner en mode continu ou pseudocontinu. La matière qui subit l'opération de déshydratation circule dans l'enceinte de façon continue et le débit de vapeur produite le lonq du cheminement de l'enceinte est continu.

Le stockage de chaleur ou inertie thermique est une des caractéristiques de ce mode de réalisation de l'invention. En effet, la vis de transfert et de vaporisation doit notamment disposer d'une densité et d'une capacité thermique massique exprimée dans l'unité J/(kg.K) qui lui permettent d'accumuler suffisamment d'enthalpie sous l'effet de sa montée en température. De façon avantageuse, il faut disposer d'une vis ayant une densité élevée, par exemple supérieure à 3000 kg/m3 et une capacité thermique massique elle aussi élevée, par exemple supérieure à 500 J/(kg.K). Ainsi, l'enthalpie totale, apportée par le fluide caloporteur, que la vis peut stocker et restituer à la matière à déshydrater, est suffisante pour permettre un fonctionnement efficace avec un équipement d'une taille économique dans une plage raisonnable de températures, c'est-à-dire inférieures à 300°C.

Par exemple, l'enthalpie nécessaire pour élever la température d'un kg d'eau à pression atmosphérique depuis 20°C jusqu'à 100°C (soit sa chaleur sensible) est de 330 kJ, puis pour vaporiser ladite eau sous cette même pression, l'enthalpie à ajouter est de 2257 kJ, soit près de 7 fois plus. Selon l'invention, cette enthalpie est apportée par le fluide caloporteur qui doit évidemment avoir une température supérieure à celle de l'eau qui se vaporise à 100°C, et ceci durant toute la durée de 1'échange d'enthalpie.

Inversement, durant la condensation de la vapeur dans le condenseur, la vapeur d'eau, qui a été préalablement pressurisée à 5 bar absolu et 150°C, possède une enthalpie de 2775 kJ/kg et le fluide caloporteur peut être employé comme source froide à une température initiale de 100°C et mis en contact avec la vapeur. Alors, l'énergie échangée provoque la condensation de la vapeur le long de l'isotherme de 150°C et le fluide se réchauffe en proportion. Les condensais obtenus sont liquides. idéalement sous une pression de 5 bar absolu et une température de 150°C. L'invention s'applique aussi pour des températures, pressions, fluides différents, du moment qu'un phénomène d'évaporation et de condensation puisse être mis en œuvre en collaboration avec un fluide caloporteur et une vis de vaporisation.

De façon avantageuse, la vis de vaporisation doit supporter les contraintes de fonctionnement apportées par les matières et vapeurs utilisés. Par exemple, si la matière humide contient des composés volatiles soufrés ou chlorés, lors de la condensation de la vapeur d'eau en mélange avec des composés, de l'acide sulfurique ou chlorhydrique peut alors se former et corroder rapidement le matériau constitutif de la vis. Il peut alors être avantageux que le matériau constituant ladite vis soit choisi de façon à résister à un pH inférieur à 3.

Selon un mode de réalisation de l'invention, comme représenté en figure 1, le dispositif 1 comprend une enceinte d'évaporation 10 dans laquelle une vis 15 est mise en rotation par un moyen moteur 16, lui-même régulé en vitesse de rotation par un moyen de régulation, non représenté. Il comprend aussi une entrée 11 de matière humide à déshydrater 2 et une sortie 13 de matière partiellement ou totalement déshydratée. Chaque entrée ou sortie de matière est équipée d'un moyen limiteur de fuite 12 et 14, comprenant par exemple une vis d'Archimède motorisée, tel que représenté.

De plus l'enceinte comprend une sortie de vapeur 21 et peut comprendre une entrée de vapeur recirculée 24.

Enfin, l'enceinte 10 comprend un circuit étanche de fluide caloporteur 55, avec au moins une entrée 18 et une sortie 19, de sorte que la surface interne 17 de l'enceinte 10 soit chauffée par ledit fluide caloporteur.

Selon une variante de l'invention, le circuit de fluide caloporteur 55 peut aussi alimenter la vis 15 par le centre, à l'aide de moyens d'étanchéité de type joint tournant, de sorte que la vis ’ soit aussi chauffée et participe à la vaporisation de l'eau présente dans la matière humide.

Selon une autre variante de l'invention, l'enceinte 10 peut comprendre un réseau interne de captation de vapeur, non représenté, permettant d'évacuer la vapeur produite en plusieurs sorties 21. Toutefois, il est préférable de prélever la vapeur produite en une sortie 21 placée du côté de la sortie de matière déshydratée, proche de l'entrée de fluide caloporteur 18, afin de mettre en place un fonctionnement de type contrecourant et ainsi extraire de la vapeur surchauffée et non proche de la saturation, ce qui permet de limiter fortement le risque d'apparition de gouttelettes d'eau dans les équipements placés en aval. Par exemple, il est avantageux, avec une pression de 1 bar absolu dans l'enceinte 10 et un fluide caloporteur entrant à 145°C, d'obtenir une vapeur sortant avec une température supérieure à 105°C qui sera donc surchauffée. L'enceinte d'évaporation 10 est de préférence calorifugée de façon à minimiser les fuites thermiques qui pourraient affecter la performance des échanges d'enthalpie.

Pour assurer la deuxième étape du procédé selon l'invention, les vapeurs évacuées par la sortie 21 sont introduites dans un moyen de compression 40 qui permet d'accroitre la pression et la température des vapeurs.

Selon une variante de l'invention, cette compression peut être effectuée en plusieurs étapes. Tel qu'indiqué en figure 2, l'eau s'évapore durant son séjour dans l'enceinte 10 d'évaporation depuis le point caractéristique a sur le diagramme température = f(entropie) vers le point caractéristique b. Lors de la compression, le rendement du compresseur crée une évolution non isentropique donc vers le point h. Comme l'objectif est d'atteindre le point f représentatif d'une pression de 5 bar et d'une température de 150°C, il est plus avantageux de procéder à une compression en deux étapes ou plus, l'une du point b vers un point c intermédiaire, puis une autre du point d vers le point e. Le déplacement de c vers d et de e vers f est obtenu par désurchauffe avec introduction d'eau dans le circuit de compression. La désurchauffe permet ainsi de limiter des températures de vapeur élevées, ce qui aurait pour effet de rendre plus complexe et onéreuse la compression du fait des problèmes de dilatation et de tenue des aciers du compresseur aux températures élevées. Une compression de 1 à 5 bar absolu avec un compresseur ayant un rendement isentropique de 70%, et une vapeur saturée à l'entrée, impliquerait la production de vapeur surchauffée à 360°C environ. Ainsi, avec la mise en place de la désurchauffe intermédiaire, la vapeur après compression est peu surchauffée et est prête à subir l'étape de condensation. Pour une application à 5.bar absolu en sortie de compresseur, la température de saturation est de 151°C.

Une alternative est d'assurer la désurchauffe dans le corps même du compresseur par injection d'eau, ou bien par refroidissement continu du corps du compresseur.

La désurchauffe ainsi décrite doit permettre de garantir que la température maximale de l'équipement de compression, et particulièrement des éléments rotatifs, soit inférieure à 400°C, et de façon plus préférée inférieure à 300°C.

Selon ce mode de réalisation dé l'invention, le dispositif 1 comprend aussi une enceinte de condensation 50 comprenant une entrée 51 de vapeur pressurisée à condenser. une sortie 52 de vapeur condensée, une entrée 53 de fluide caloporteur à réchauffer et une sortie 54 de fluide caloporteur réchauffé. Pour assurer la troisième étape du procédé selon l'invention, la vapeur comprimée est introduite par l'entrée 51, circule dans toute ladite enceinte de condensation et en ressort par une sortie de . condensais 52. D'autre part, le fluide caloporteur 55 est introduit par l'entrée 53, à une température inférieure à celle de la vapeur comprimée, circule de façon étanche dans toute ladite enceinte de condensation et en ressort par une sortie de fluide caloporteur réchauffé 54.

Selon une variante de l'invention, les condensais sortant par la sortie 52 sont introduits dans un moyen de dégazage 60 par une entrée 61, après détente à l'aide d'une vanne de détente 67. La détente permet de faire descendre la pression des condensais à 1 bar absolu. Ensuite, l'objectif est de réduire la contamination possible des condensais en composé(e) s organo volatiles qui ont pu se mélanger avec la vapeur lors de la vaporisation de l'eau de la matière humide dans l'enceinte d'évaporisation 10. Pour cela, tel que représenté en figure 1, un moyen de dépression 64, par exemple une pompe à vide de technologie traditionnellè, est connecté à la partie supérieure du moyen de dégazage 60, tandis que les condensais sont évacués par une sortie 63, après un certain temps de rétention. Ainsi, le vide entretenu par le moyen de dépression 64, par exemple une pression absolue de 0.9 bar, et qui règne dans cette enceinte de dégazage, conjuguée au maintien en température des condensais à plus de 90 °C, favorise l'évaporation de composé(e)s organiques volatiles ce qui purifie les condensais. Ainsi, ces condensais qui ne contiennent pas de matière minérale car étant issus d'une évaporation, ne contiennent plus la matière organovolatile vaporisable. Cette pureté permet d'envisager une valorisation ultérieure au lieu d'un rejet dans l'environnement.

Selon une variante de l'invention, la puissance d'échange lors de la vaporisation est améliorée si un fluide d'assistance circule à travers l'enceinte afin d'accentuer la performance des échanges thermiques par convection en surface des surfaces chauffées de la vis. Le fluide d'assistance peut être de la vapeur 21 recirculée à l'aide d'un moyen de ventilation 20 par l'entrée 24 ménagée sur l'enceinte 10, afin de permettre la vaporisation et l'enlèvement continus de l'eau qui migre à la surface de la matière à déshydrater. Par exemple le dimensionnement du dispositif veillera à garantir une vitesse d'écoulement du fluide d'assistance à l'intérieur de l'enceinte 10 supérieure à 0,1 m/s, ou de façon préférée supérieure à 1 m/s ou de façon encore plus préférée supérieure à 1,5 m/s.

Cette vapeur recirculée à l'aide de ce moyen de ventilation présente avantageusement une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique, de sorte qu'elle participe à l'effet de chasse de l'air extérieur par les extrémités de l'enceinte 10, tel que décrit supra.

Ce moyen de ventilation 20 présente aussi l'avantage de pressuriser la vapeur afin de faciliter sa circulation à l'intérieur du moyen de filtration 30 décrit infra et qui présente évidemment une perte de charge à compenser.

Un autre avantage est que cela améliore le rendement du moyen de compression 40 placé en aval.

Selon une variante de l'invention, avant d'entrer dans le moyen de compression 40, la vapeur 21 traverse un moyen de filtration 30 dont la fonction est de retenir les poussières qui ont pu se mélanger avec la vapeur par envolée de poussière à l'intérieur de l'enceinte 10. Ceci est particulièrement possible à cause de la recirculation de vapeur par .l'entrée 24 qui s'effectue avantageusement à grand débit. Ceci peut, par exemple, être obtenu avec un système de filtre à manches ou un filtre à cartouches en céramique.

Ce moyen de filtration peut aussi permettre de retenir des gouttes d'eau présentes dans la vapeur et qui pourraient perturber le fonctionnement du moyen de compression 40. Ceci peut, par exemple, être obtenu avec un cyclone centrifuge.

Enfin, il est avantageux d'associer à ce moyen de filtration un moyen de surchauffe non représenté dont la fonction est de monter la température interne de l'équipement, et donc de la vapeur qui y circule, au-dessus de la température de saturation de cette vapeur. Le risque d'apparition de gouttes d'eau dans le moyen de filtration est ainsi supprimé. Ceci peut, par exemple, être obtenu avec un petit échangeur de chaleur présent sur le corps de l'entrée du moyen de filtration. L'invention concerne également un dispositif mettant en œuvre le procédé de déshydratation et les variantes décrites ci-dessus.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   1- Procédé de séparation entre de l'eau et un solide, en fonctionnement continu, par évaporation partielle ou totale de 1'eau comprenant : - une étape (i) où de la matière humide est introduite dans une enceinte 10, à l'intérieur de laquelle est disposé une moyen de transfert 15, de sorte à permettre la circulation de ladite matière humide depuis une entrée 11 placée à une extrémité de ladite enceinte vers une sortie 13 placée à l'autre extrémité, ladite matière humide est chauffée à l'intérieur, de sorte à vaporiser tout ou partie de l'eau présente dans la matière humide, de ladite enceinte 10 par transfert d'enthalpie depuis un fluide caloporteur, - une étape (ii) où la vapeur produite à l'étape précédente est recueillie et comprimée de sorte à augmenter sa pression et sa température de saturation, une étape (iii) où la vapeur comprimée est introduite est condensée et transmet son enthalpie à un fluide caloporteur, de sorte à ce que ladite vapeur comprimée se condense sous forme liquide, caractérisé en ce que 1'enthalpie captée par le fluide caloporteur à l'étape (iii) est utilisée pour l'étape (i) et en ce que l'étape (i) est réalisée dans une atmosphère saturée en vapeur d'eau.
2. 2- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'atmosphère saturée en vapeur d'eau est créé par la montée en température de la matière humide dans l'enceinte 10 permettant l'apparition d'une pression de vapeur supérieure à la pression atmosphérique.
3. 3- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'atmosphère saturée en vapeur d'eau est créé par la recirculation d'une partie de la vapeur produite à l'aide d'un moyen de pressurisation 20.
4. 4- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractéxisé en ce qu'un fluide d'assistance circule à travers l'enceinte 10, de sorte que les échanges thermiques par convection soient améliorés.
5. 5- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le fluide d'assistance circule à une vitesse supérieure à 0,1 m/s.
6. 6- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend (en outre) une étape de filtration de la vapeur produite à l'étape (i) .
7. 7- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liquide produit par condensation de la vapeur à l'étape (ii) est dégazé de sorte à en retirer les éléments volatiles.
8. 8- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite atmosphère saturée en vapeur d'eau comprend plus de 95% de vapeur d'eau.
9. 9- Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite atmosphère saturée en vapeur d'eau comprend plus de 98% de vapeur d'eau.