Process Integration of Absorption Heat Pumps

Dans un contexte global, il est essentiel de réduire la consommation de combustibles fossiles afin de diminuer l'impact des activités humaines sur l'environnement. Le milieu industriel consommant beaucoup d'énergie, la réduction de son utilisation dans ce secteur est indispensable. Différentes options sont possibles pour réduire l'utilisation de l'énergie en milieu industriel. Les mesures proposées incluent l'intégration de pompes à chaleur, la cogénération de puissance et de chaleur, l'utilisation de différents combustibles, des opérations unitaires plus efficaces et l'augmentation de la récupération de l'énergie par échange de chaleur. Les pompes à chaleur (PC) sont des technologies de conversion de l'énergie qui sont utilisées pour augmenter la qualité de l'énergie en augmentant la température à laquelle celle-ci est disponible. Les pompes à chaleur à absorption (PACA) émergent comme une alternative potentielle aux pompes à chaleur à recompression de vapeur (PCRV) qui sont plus courantes. Elles sont mues thermiquement et lorsque qu'elles sont judicieusement positionnées dans un procédé industriel, elles peuvent être exploitées sans pratiquement acheter d'énergie. L'analyse de pincement est une technique utilisée pour maximiser la récupération de la chaleur interne dans un procédé. La thermodynamique de l'analyse de pincement dicte une règle fondamentale: il ne doit y avoir aucun transfert de chaleur de part et d'autre du point de pincement. Si cela se produit, le procédé subira une double pénalité, soit l'accroissement simultané des demandes en refroidissement et en chauffage. D'autre part, une pompe à chaleur doit transférer la chaleur d'un côté à l'autre du point de pincement : elle doit être intégrée de manière à ce que la source de chaleur soit située où se trouve un excès d'énergie, c'est-à-dire sous le pincement, et le puits de chaleur soit situé où il y a un besoin en énergie, c'est-à-dire au-dessus du pincement. La méthodologie d'intégration de certains types de PC, tels la PCRV ou les pompes à chaleur à compression alimentées électriquement est bien définie dans la littérature. Par contre, l'intégration d'une configuration plus complexe combinant des PACAs et des transformateurs de chaleur à absorption n'a pas été étudiée en profondeur.

Abstract

In a global context, it is essential to reduce the consumption of fossil-based energy in order to decrease the environmental impact of human activities. Industry's share of the total energy consumption is very large, and thus reduction of energy use is highly motivated in this sector. A number of different options are possible to reduce industrial energy use. Proposed measures include e.g. heat pumping, combined heat and power generation, fuel switching, more efficient unit operations, and increased heat recovery by heat exchange. Heat pumps are energy conversion devices that are used to upgrade the quality of heat by raising the temperature at which it is available. Absorption heat pumps (AHP) are emerging as a potential alternative to the more common vapour recompression heat pumps (VRHP). They are thermally driven and when judiciously positioned into an industrial process, they can be operated with practically no purchased power. Pinch Analysis is a technique used to maximize internal heat recovery within a process. The thermodynamics of Pinch Analysis dictates a fundamental rule: there must not be transfer of heat from above to below the pinch point. If this happens, the process suffers a double penalty: the simultaneous increase of the cooling and heating requirements of the process. On the other hand, an HP must transfer heat in the opposite direction from below to above the pinch point; so it should be integrated in such a way that the heat source is situated where there is an excess of heat, i.e. below the pinch, and the heat sink where there is a need for heat, i.e. above the pinch The methodology of integration of traditional heat pumps such as vapour recompression heat pumps or electrically driven compression heat pumps is well known and discussed in the literatures. However integration of more complex configurations like absorption heat pumps and absorption heat transformers in a process has not been thoroughly investigated.