CA2490662C - Procede et dispositif d'injection de co2 diphasique dans un milieu gazeux en transfert - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de traitement au CO2 d'un milieu gazeux en transfert, à partir d'une source de CO2 liquide, par injection de dioxyde de carbone diphasique gaz + solide dans le milieu gazeux à traiter, procédé dans lequel on transforme par détente cryogénique du CO2 liquide en CO2 diphasique, on injecte le CO2 diphasique au coeur du milieu gazeux à traiter via un injecteur, en présence d'un gaz d'inertage. Le procédé de l'invention est particulièrement adapté à l'enrichissement de fumées. L'invention concerne également un dispositif adapté à la mise en oeuvre de ce procédé.
Description
Procëdé et dispositif d'injection de CO2 diphasique dàns un milieu gazeux en transfert.. ' L'invention concerne un procédé et ' un dispositif d'injection de C02 diphasique, « gaz+so[ide » dans un milieu gazeux en transfert.
Le C02 est utilisé dans de riombreûses applications industrielles ; , la carbonatation, la régulation dé pH~ la neutralisation d'agents basiques en sont des exemples pâ'rmi d'autres. Lé dioxyde de carboné péut être injecté dans' Dun milieu , , liquide ou uri milieu gazeux.
Dans un milieu liquide, le' C02 est injecté sous forrrié .gazeûse, oü liqûide suivant les cas. ~ , , ' ' , Lorsqu'il s'àgit d'injecter du dioxyde de càrbone dàns un milieu. gàzeux, la .
solution habituelle consiste. à, l'irijectér sous forme monophasiqué gazeuse.
Lé plus souvent livré sous forme liquéfiée et stocké sous cette forme dans un rëservoir, à une . pression de l'ordre de 14 à 20 bars et à une température de.l'ordre de -35 à
-20 °C, il est donc nécessaire dé',le,vaporiser. Cette vaporisation 'nécessite la, présence sur site d'un vaporiseur ; ce qui impliqûe un cbût important, à là fois de fonctionnement, mais aussi d'investissements que l'énergie soit d'origine ëléctriqué ou fournie pàr de là
vapeur disponible sur le site. Par ailleûrs, la ligne d'alimentation en dioxyde de ' ' carbone gazeux, ainsi que les accéssoires associés (vannes, soupapes, etc...) sont volumineux et coûteux. Ainsi, les dispositifs classiques d'injection de diôXyde dé
carbone dans un milieu gazeux ne sont pas optimisés ; ces dispositifs ne sont notamment pas adaptés dans le cas de l'injection de quantités importantes de C02.
On connaît par ailleurs l'utilisation de C02 sous forme solide, ou de neige carbonique pour le nettoyage de surfaces.
US 4,747,421 décrit l'utilisation de C02 solide dans le domaine de l'industrie des semi-conducteurs pour l'élimination d'un film photorésistant à la surface d'un substrat.
EP 0 631 846 décrit un appareil destiné à produire un aérosol pour nettôyer ies surfaces intériéures d'une chambre à outils.
EP 0 288 263 décrit un appareil pour éliminer des petites particules de la .
surface d'un substrat en utilisant 'un mélangé dé dioxyde de carbone ' sblïde ét gazeux. , , llS 4,389,820 décrit une machine.. destinée à génërer un flux' de partiçule's ~ I ~~sublimables âccélérées pour le décâpâge de surfâce.~ L'utilïsation, de C02 évite lâ
contamination des surfaces ainsi que la contamination atmosphérique. .
Par ailleurs, FR 2 198 778 décrit ' un, procëdé 'et uri appâréillage , pour la préparation de moules dè fonderie; procédé dàns ' lequel du dioxyde dé, carbone gazeux est utïlisé pôur la délivrânçe de composants gazéux en quântifé,.cataljitique, à
la fois lors de la gâzéification du mélange dé composants chimiques liquides et lors dè l'ajustement des quantitës de composants à ajdûter:
Cependant, aucun des documënts çités ,n,'a pou'r ;bbjét l'enrichissement en- , C02 d'un milieu gazeux en transfèrt:
Un but de la présénte inventiôn est de proposer une solution au problème d'injection de dioxyde de ,carbone notamment en'. quantité importânte, dans des enceintes contenant un milieu gazeux réactif ou non,'.en transit sous pression.
Un autre but est de proposer un dispositif d'injection susceptible de mettre en aeuvre ce procédé.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de fa description qui va suivre.
L'inventiôn concerne tout d'abord un procédé' d'injeçtion de dioxyde de carbone dans un milieu gazeux en transfert sous pression à tràiter, présent à
l'intérieur d'une enceinte, à partir de dioxyde de carbone , liquide ; le procédé
comportant les étapes de - transformation du dioxyde de carbone liqûide en dioxyde de carbone diphasique "gaz + solide" par un dispositif de détenté directe, injection du dioxyde de càrbone diphasiqué ainsi formé dans le milieu gàzeux à
traiter à. l'aide d'un injecteur piqué dans la,paroi de l'encéinte contenant ledit milieu gazeux én transfert sous pression à traiter, - âinsi qu'une étape d'injection d'un gaz d'inértâge dâns le dioxyde dë
carbone,.entre . ' le dispositif de déténte directé et l'injecteur.
Le dioxyde dé carbone,injectë est sôus la forme'"gaz+solide", l'injection e fàit directément dans le, milieu gazéux à traiter, au travers d'une pâroi de l'enceinte, qui renferme lé milieu à , tràitér. L'enceinte peut être' par exemple une conduité
ou - canalisatiqrï présèntè dans ûrï circuit. Là trànsfôrmation du dioXjrde dé
carbone liquidé en dioxyde de carbone diphasiqué . fait intervenir un dispositif de détenté
directe, dite détente cryog~niqué. Lé dispositif, du 'type vànrie à débit variable, p'ràvoque d'abord une restriction à l'écoulement du fluidé, puis une augmentation du diamètre d'écoulement a pour effet de détendré le gaz provoquant une pérte. de pression dé telle sorte que la pression en sortie du dispositif corresponde à
celle du point trïple du Ç02. Le C02 liquide sé transforme en un mélange de C02 gazeux et de C0~ solidé (neige carbonique). Ainsi, fors de l'injection, le procédé. de l'invention met en oeuvre un fluide cryogénique d'urie densité au moins vingt fois plus grande que sa phase gaz. L'injection du dioxyde de carbone fait intervenir un injecteur qui est piqué dans la paroi de l'enceinte et transfère lé mélange "gaz+solide"
vers le centre de la canalisation de transfert du milieu gazeux. En outre, l'injection d'un gaz d'inertage dans le dioxyde de carbone, en sortie de la vanne cryogénique préviént les bouchagés en sortie de ladite vanne et en sortie d'injecteur, dans le milieu gazeux. Le gàz d'inertage, assurant un1 bàlayage de gaz au niveau des différents éléments du dispositif où circûle le C02 ,diphâsique prévient, la, pollution par d'es corps étrangers; notamment l'humiditë et évite l'accumulation de néige carbonique en des points où la géomëtrie fait que sa circulàtion serâit difficile sâns l'éntraînement par le gaz d'inertage.
Le C02 liquide, est mis à disposition à une pression gënéralémerit comprise entre 10.105 'et 22.105 Fa (soit entre 10 et 22, bars) et à une,. enipérature i~ généralement comprise entre -35°C et -20°C.
Selon un mode particulier, on injecte le dioxyde de carbone diphasique , de telle sorte qu'il soit injecté au coeur du milieu gazeûx ét distribûé pôur partie ~. co=, courant et pour partie à contre-courant du flux gâzéux. En injectant de la sorté lé
dioxyde de carbone au cbûur du gaz, c'est-à-dire dans le courant gazeùx 'loin des 1'S parois on assure au 'mieux le mélange et l'entraînement du C02, évitant ainsi son accumulation. Or, le risque de formation de bouçhons est très,grand~compte tenu dé
la température de ce CO2 ( -80°C), il est donc essentiel de disperser immédiatement celui-ci dans le milieu gazeux à traiter. Outre la géômétrie de ,l'injecteur, la présence du gaz d'inertage, injecté dans le C02 diphasique selon l'invention pérmet aussi de 20 limiter le risque de bouchons.
Ce gaz d'inertage doit être inerte vis-à-vis des espèces chimiques présentes ainsi que des organes de régulations (vannes de régulation de débit, injecteur spécifique à l'invention, etc...). II est particulièrement avantageux d'utiliser en tant que gaz d'inertage du dioxyde de carbone provenant de la vaporisation d'une fraction 25 du dioxyde de carbone liquide mis à disposition, et prélevé en amont du dispositif de détente cryogénique. On notera que le C02 n'introduisant pas une nouvelle espèce chimique peut par extension être considéré aussi comme un gaz inerte.
La quantité de, dioxyde de carbone injectée est de préférence régulée en fonction d'une consigné d'ün paramètre physique ou chimique à atteiridre, la mesure de ce paramètre est réalisée dans le milieu gazeux, en aval du point d'injection.
Ainsi, la vanne cryogénique à débit variablé dé l'invention est pilôtêe en fonction de cette consigne.
Pâr ailleurs, une vanne cryogénique 'de sééu,rité du type tout, ôu rien peut aussi être placée en amont de ia vanne cryogénique à débit variable,poûr réaliser la ' coupure de l'alimentation én CO2 liqùide en' cas de dysfonctionnement, par exemple si la pression est trop élevéé dans fe milieu gazeux,à traitée, si la températùre,y est trop bassè ou si un autre paramètre, considéré comme majeur a dépassé, un seuil d'alerte. L'exploitant de l'installation peut aussi commander cette Vsnne.
Lorsque l'alimentation de la vanné cryogénique à débit variable est coupëe,,lâ
protéction dés éléments sensiblés dù .dispositif par un débit faible du gaz d'inertage .èst mairytenue.
Selén un autre àspect, l'invention conoerne un procédé d'enrichissemént d'un flux gazeux en dioxyde de cârbone à partir de diox~de, de çarbone liquide.
Selon un mode particulier, il comporte (es étâpes suivantes':
- transformation du dioxyde de carbone liquide en dioxyde de carbone diphasique "gaz + solide" par un dispositif de détente directe, - injection du dioxyde de carbone diphasique ainsi formé dans le flux gazeux à
enrichir à l'aide d'un injecteur piqué dans la paroi de l'enceinte contenant ledit flux gazeux à enrichir, et en ce qu'il comporte une étape d'injection d'un gaz d'inertage dans lé
dioxyde de carbone, entre le dispositif de détente directe et l'injecteur.
6 ,., , L'invention concerne également un dispositif d'injection de dioxyde de carbone pour mettre en oeuvre l'un des procédës tels què définis précédemment, caractérisé en ce qu'il comprend - une vanne de détente à débit variable (destinée à être alimentéé en .dioxyde de carbone liquide) et un injecteur correspondant piqué dans une paroi de l'enceinte et pénétrant aû coeur du milieu gazeux, ~ , - un té relié en partie supérieure à l'éjécteur de là vanne de détente (il est entendu par vanne de détentè, ¿a vanne à débit variable), sur .le ,côté 'à une.
alimentation gazeuse et racçordé en partie basse à l'injéctèur piqùé dans ladite paroi, - des moyens d'alimentation de la vanne de détente èn C02 liquide, des moyens d'alimentation du té en gaz d'inertage.
De manière,judicieuse, l'extrémité de l'injecteur est cônstituée :, , - d'un déflecteur à deux pentes distribuant le C02 diphasique pour partie à
contre; , lcôurant du fluxgazeux,et pour partie à co-courant, , , .
' de deux, lumières d'échappement , assùrant l'éjection ~ ~du C02 diphasique et disposëes de façon à le distribuer dans l'âxe,du transfert du flux gazeux.
De préférence, l'injectèur pénètre , dans l'encèintè :'sur ûne longueur équivalente à la moitié de la largeur de ladite ènçéi.nte et selorï unè
variànte préférée;
le dispositif comporte pour l'alimentation en gaz d'inertage du dispositif d'injection,, én ~ amont du dispositif de détente cryogénique, des moyens dé prélèvement et de vaporisation d'une fraction du dioxyde de carbone liquidé mis à disposition.
Le , dispositif peut donc fonctionner en étant relié à une seule source d'alimentation en dioxyde de carbone. On pourra aussi utiliser un gaz inerte présent sur le lieu de l'application ou de l'air comprimé étant entendu que le gaz d'inertage ne doit pas modifier fe comportement du mélange obtenu, et ne doit pas être contre-indiqué
pour le matériel.
Un mode de réalisation de l'invention est donné à titre d'éXemple non limitatif, illustré par la Figure 1 qui est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention et par les Figures 2 et'2A qui représehtent un exemple d'injècteur selon l'invention, la Figure 2A étant une vue en coûpe séton L'axe AA de l'extrémité de l'injecteur de la Figure 2.
Lé dispositif d'injection 1 est destiné à fournir dû dioxydé dè carbone diphasique "gaz+liquide" dans un miliéu gazeux 2, en transfert sous pression dans uné ericeinte-3; et ceci à partir d'un réservoir de stockage 4 dé dioxyde de,~carbone.
liquide dans lèquel le dioxyde de carbone liquide est stocké à ùne préssion comprise éntrè14.105 et 20.105 .Pa (soit entrè 14 et 20 bars) et à une température comprise entre -35°C èt -20°Ç . ' Le dispôsitif l 'comprend ùne ligne d'alimentation en COz liquidé formée d'une conduite dé liquide 5 s'étendant du résérvoir 4 'a une vanne crjibgérüqùe à~
débit vàriable 6 laquélle assur~,è 'la régulation, d'un paramètre "ä" mesuré dans Je milieu gazeux 2 en aval du ,'point d'injection: 1Øn filtre. 7 éguipé d'une cartôuchè
filtrante én , âcier inoxydable est placé en amont de la vanne 6, il àssure une filtration du diox~dé
dé carbone liqùide' àfiin dé protéger lé siège de vanné des impuretés solides poùvant être présentes dàns les canalisations. Interpôséé sûr la conduite 5, en àmont du filtre '7, on trouve une vanne crjrdgénique de sécurité du t~pe tout ou rien 8 laque(fe réalise la coupuré de ¿'alimentàtion en C02 cryàgéniqué de la vanne 6 lorsqué l'organe de contrôle 9 détecte un dépassement de seuil d'un paramètre de sécurité sous contrôle. Une soupape cryogénique d'expansion, non représentée sur la Figure protège la ligne en aval de la vanne de sécurité 8 après la fermeture de celle-ci.
Le dispositif 1 comprend en outre une ligne d'alimentation en gaz d'inertage, lequel dans ce cas est du COa gazeux ; la ligne est constituée dans l'ordre d'un ' g vaporiseur 10, d'un détendeur 11, d'urïe vanne de débit réglée manuellement 12, d'un débitmètre avec transmetteur 13 et d'un clapet anti-retour ,14:
Un té 15,, alimenté én partie supérieure en CÖ2 diphasique provenant de l'éjecteur situé en sortie de la vanne 6, sur le côté en gaz d'inertage (C02 gazeux) est raccordé en partie basse à. un injecteur 16 assurant l'injection du mélange de diphasique dans le milieù gazeux 2 en transfert sous pression dans l'enceinte 3.
L'injecteur 16 réalise le transfert du C02 vers le centré de la canâlisation de , transfert du milieu gazeux: Lo'rsqu'il,.n'y a pas d'injection de C02, l'intérieur du té 15 et de l'injecteur 16 sont protégés' du milieu. à traiter grâce à un débit .faible mais, permanent du gaz d'inertage. ' Une unité de contrôle-régulation du paramètre "A" âssure' la mésure de la valeur du paramètre "A" dans fa canalisation de transfert, traite -via l'organe de , contrôle 9- le signal reçu dé "A" ainsi~que les signaux qui proviennent des différents paramètres de sécurité suivis (température et pression du milieu gazeux à
traiter,...).
E(le pilote en fonctiôn de "A" (e nivéau d'ouverture de la vanne crybgénique à
débit variable 6 pour assurer le maintien du paramètre "A" à sa valeur de consigne ;
,elle:
pilote aussi la fermeture de la, vârine cryogéniqué de sécurité 8 én cas de défaut majèur affectant un paramètre de sécurité, ou en câs de refus d'aùtorisation de traitement de la part de l'exploitant, ainsi que l'ouverturè ou la fermeture de la vannè
de mise à i'air en fonction du mode de fonctionnement, en général synchrone.
des autres vannes. Ce pilotage de l'unité de contrôle est assuré à partir d'informations communiquées par les transmetteurs de mesûre AIT (mesure du paramètre. "A"), PIT
(mesure de la pression dans le milieu gazeux ~2), TT (mesure de la température du milieu ~2) non référencés. D'autres éléments, non décrits peuvent être incorporés à
cette unitë de contrôle, notamment des informations binaires, du type autorisations ou d'autres paramètres spécifiques du procédé.
La Figure 2 représente de façon plus détailléé un exemple d'injecteur selon l'invention.
L'injecteur 16 est alimentë en C02 diphasique provenant de' l'éjecteur 17 en sortie de la vanne 6 et en gaz d'inertage constitué de C02 gazeux. Cette alimentation est réalisée via le té 15 lequel reçoit le C02 d'inertage au niveâu de l'entrée latérale 18 et le C02 diphasique issu de 17 en partie supérieure., L'injecteur 16 réalisë dans une matière thermo-isolante, par éxemplé en. polysulfone, conduit le mélange «gaz+solide» vers le centre de la canalisation 3 de transfért du milieu gazeux
Le C02 est utilisé dans de riombreûses applications industrielles ; , la carbonatation, la régulation dé pH~ la neutralisation d'agents basiques en sont des exemples pâ'rmi d'autres. Lé dioxyde de carboné péut être injecté dans' Dun milieu , , liquide ou uri milieu gazeux.
Dans un milieu liquide, le' C02 est injecté sous forrrié .gazeûse, oü liqûide suivant les cas. ~ , , ' ' , Lorsqu'il s'àgit d'injecter du dioxyde de càrbone dàns un milieu. gàzeux, la .
solution habituelle consiste. à, l'irijectér sous forme monophasiqué gazeuse.
Lé plus souvent livré sous forme liquéfiée et stocké sous cette forme dans un rëservoir, à une . pression de l'ordre de 14 à 20 bars et à une température de.l'ordre de -35 à
-20 °C, il est donc nécessaire dé',le,vaporiser. Cette vaporisation 'nécessite la, présence sur site d'un vaporiseur ; ce qui impliqûe un cbût important, à là fois de fonctionnement, mais aussi d'investissements que l'énergie soit d'origine ëléctriqué ou fournie pàr de là
vapeur disponible sur le site. Par ailleûrs, la ligne d'alimentation en dioxyde de ' ' carbone gazeux, ainsi que les accéssoires associés (vannes, soupapes, etc...) sont volumineux et coûteux. Ainsi, les dispositifs classiques d'injection de diôXyde dé
carbone dans un milieu gazeux ne sont pas optimisés ; ces dispositifs ne sont notamment pas adaptés dans le cas de l'injection de quantités importantes de C02.
On connaît par ailleurs l'utilisation de C02 sous forme solide, ou de neige carbonique pour le nettoyage de surfaces.
US 4,747,421 décrit l'utilisation de C02 solide dans le domaine de l'industrie des semi-conducteurs pour l'élimination d'un film photorésistant à la surface d'un substrat.
EP 0 631 846 décrit un appareil destiné à produire un aérosol pour nettôyer ies surfaces intériéures d'une chambre à outils.
EP 0 288 263 décrit un appareil pour éliminer des petites particules de la .
surface d'un substrat en utilisant 'un mélangé dé dioxyde de carbone ' sblïde ét gazeux. , , llS 4,389,820 décrit une machine.. destinée à génërer un flux' de partiçule's ~ I ~~sublimables âccélérées pour le décâpâge de surfâce.~ L'utilïsation, de C02 évite lâ
contamination des surfaces ainsi que la contamination atmosphérique. .
Par ailleurs, FR 2 198 778 décrit ' un, procëdé 'et uri appâréillage , pour la préparation de moules dè fonderie; procédé dàns ' lequel du dioxyde dé, carbone gazeux est utïlisé pôur la délivrânçe de composants gazéux en quântifé,.cataljitique, à
la fois lors de la gâzéification du mélange dé composants chimiques liquides et lors dè l'ajustement des quantitës de composants à ajdûter:
Cependant, aucun des documënts çités ,n,'a pou'r ;bbjét l'enrichissement en- , C02 d'un milieu gazeux en transfèrt:
Un but de la présénte inventiôn est de proposer une solution au problème d'injection de dioxyde de ,carbone notamment en'. quantité importânte, dans des enceintes contenant un milieu gazeux réactif ou non,'.en transit sous pression.
Un autre but est de proposer un dispositif d'injection susceptible de mettre en aeuvre ce procédé.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de fa description qui va suivre.
L'inventiôn concerne tout d'abord un procédé' d'injeçtion de dioxyde de carbone dans un milieu gazeux en transfert sous pression à tràiter, présent à
l'intérieur d'une enceinte, à partir de dioxyde de carbone , liquide ; le procédé
comportant les étapes de - transformation du dioxyde de carbone liqûide en dioxyde de carbone diphasique "gaz + solide" par un dispositif de détenté directe, injection du dioxyde de càrbone diphasiqué ainsi formé dans le milieu gàzeux à
traiter à. l'aide d'un injecteur piqué dans la,paroi de l'encéinte contenant ledit milieu gazeux én transfert sous pression à traiter, - âinsi qu'une étape d'injection d'un gaz d'inértâge dâns le dioxyde dë
carbone,.entre . ' le dispositif de déténte directé et l'injecteur.
Le dioxyde dé carbone,injectë est sôus la forme'"gaz+solide", l'injection e fàit directément dans le, milieu gazéux à traiter, au travers d'une pâroi de l'enceinte, qui renferme lé milieu à , tràitér. L'enceinte peut être' par exemple une conduité
ou - canalisatiqrï présèntè dans ûrï circuit. Là trànsfôrmation du dioXjrde dé
carbone liquidé en dioxyde de carbone diphasiqué . fait intervenir un dispositif de détenté
directe, dite détente cryog~niqué. Lé dispositif, du 'type vànrie à débit variable, p'ràvoque d'abord une restriction à l'écoulement du fluidé, puis une augmentation du diamètre d'écoulement a pour effet de détendré le gaz provoquant une pérte. de pression dé telle sorte que la pression en sortie du dispositif corresponde à
celle du point trïple du Ç02. Le C02 liquide sé transforme en un mélange de C02 gazeux et de C0~ solidé (neige carbonique). Ainsi, fors de l'injection, le procédé. de l'invention met en oeuvre un fluide cryogénique d'urie densité au moins vingt fois plus grande que sa phase gaz. L'injection du dioxyde de carbone fait intervenir un injecteur qui est piqué dans la paroi de l'enceinte et transfère lé mélange "gaz+solide"
vers le centre de la canalisation de transfert du milieu gazeux. En outre, l'injection d'un gaz d'inertage dans le dioxyde de carbone, en sortie de la vanne cryogénique préviént les bouchagés en sortie de ladite vanne et en sortie d'injecteur, dans le milieu gazeux. Le gàz d'inertage, assurant un1 bàlayage de gaz au niveau des différents éléments du dispositif où circûle le C02 ,diphâsique prévient, la, pollution par d'es corps étrangers; notamment l'humiditë et évite l'accumulation de néige carbonique en des points où la géomëtrie fait que sa circulàtion serâit difficile sâns l'éntraînement par le gaz d'inertage.
Le C02 liquide, est mis à disposition à une pression gënéralémerit comprise entre 10.105 'et 22.105 Fa (soit entre 10 et 22, bars) et à une,. enipérature i~ généralement comprise entre -35°C et -20°C.
Selon un mode particulier, on injecte le dioxyde de carbone diphasique , de telle sorte qu'il soit injecté au coeur du milieu gazeûx ét distribûé pôur partie ~. co=, courant et pour partie à contre-courant du flux gâzéux. En injectant de la sorté lé
dioxyde de carbone au cbûur du gaz, c'est-à-dire dans le courant gazeùx 'loin des 1'S parois on assure au 'mieux le mélange et l'entraînement du C02, évitant ainsi son accumulation. Or, le risque de formation de bouçhons est très,grand~compte tenu dé
la température de ce CO2 ( -80°C), il est donc essentiel de disperser immédiatement celui-ci dans le milieu gazeux à traiter. Outre la géômétrie de ,l'injecteur, la présence du gaz d'inertage, injecté dans le C02 diphasique selon l'invention pérmet aussi de 20 limiter le risque de bouchons.
Ce gaz d'inertage doit être inerte vis-à-vis des espèces chimiques présentes ainsi que des organes de régulations (vannes de régulation de débit, injecteur spécifique à l'invention, etc...). II est particulièrement avantageux d'utiliser en tant que gaz d'inertage du dioxyde de carbone provenant de la vaporisation d'une fraction 25 du dioxyde de carbone liquide mis à disposition, et prélevé en amont du dispositif de détente cryogénique. On notera que le C02 n'introduisant pas une nouvelle espèce chimique peut par extension être considéré aussi comme un gaz inerte.
La quantité de, dioxyde de carbone injectée est de préférence régulée en fonction d'une consigné d'ün paramètre physique ou chimique à atteiridre, la mesure de ce paramètre est réalisée dans le milieu gazeux, en aval du point d'injection.
Ainsi, la vanne cryogénique à débit variablé dé l'invention est pilôtêe en fonction de cette consigne.
Pâr ailleurs, une vanne cryogénique 'de sééu,rité du type tout, ôu rien peut aussi être placée en amont de ia vanne cryogénique à débit variable,poûr réaliser la ' coupure de l'alimentation én CO2 liqùide en' cas de dysfonctionnement, par exemple si la pression est trop élevéé dans fe milieu gazeux,à traitée, si la températùre,y est trop bassè ou si un autre paramètre, considéré comme majeur a dépassé, un seuil d'alerte. L'exploitant de l'installation peut aussi commander cette Vsnne.
Lorsque l'alimentation de la vanné cryogénique à débit variable est coupëe,,lâ
protéction dés éléments sensiblés dù .dispositif par un débit faible du gaz d'inertage .èst mairytenue.
Selén un autre àspect, l'invention conoerne un procédé d'enrichissemént d'un flux gazeux en dioxyde de cârbone à partir de diox~de, de çarbone liquide.
Selon un mode particulier, il comporte (es étâpes suivantes':
- transformation du dioxyde de carbone liquide en dioxyde de carbone diphasique "gaz + solide" par un dispositif de détente directe, - injection du dioxyde de carbone diphasique ainsi formé dans le flux gazeux à
enrichir à l'aide d'un injecteur piqué dans la paroi de l'enceinte contenant ledit flux gazeux à enrichir, et en ce qu'il comporte une étape d'injection d'un gaz d'inertage dans lé
dioxyde de carbone, entre le dispositif de détente directe et l'injecteur.
6 ,., , L'invention concerne également un dispositif d'injection de dioxyde de carbone pour mettre en oeuvre l'un des procédës tels què définis précédemment, caractérisé en ce qu'il comprend - une vanne de détente à débit variable (destinée à être alimentéé en .dioxyde de carbone liquide) et un injecteur correspondant piqué dans une paroi de l'enceinte et pénétrant aû coeur du milieu gazeux, ~ , - un té relié en partie supérieure à l'éjécteur de là vanne de détente (il est entendu par vanne de détentè, ¿a vanne à débit variable), sur .le ,côté 'à une.
alimentation gazeuse et racçordé en partie basse à l'injéctèur piqùé dans ladite paroi, - des moyens d'alimentation de la vanne de détente èn C02 liquide, des moyens d'alimentation du té en gaz d'inertage.
De manière,judicieuse, l'extrémité de l'injecteur est cônstituée :, , - d'un déflecteur à deux pentes distribuant le C02 diphasique pour partie à
contre; , lcôurant du fluxgazeux,et pour partie à co-courant, , , .
' de deux, lumières d'échappement , assùrant l'éjection ~ ~du C02 diphasique et disposëes de façon à le distribuer dans l'âxe,du transfert du flux gazeux.
De préférence, l'injectèur pénètre , dans l'encèintè :'sur ûne longueur équivalente à la moitié de la largeur de ladite ènçéi.nte et selorï unè
variànte préférée;
le dispositif comporte pour l'alimentation en gaz d'inertage du dispositif d'injection,, én ~ amont du dispositif de détente cryogénique, des moyens dé prélèvement et de vaporisation d'une fraction du dioxyde de carbone liquidé mis à disposition.
Le , dispositif peut donc fonctionner en étant relié à une seule source d'alimentation en dioxyde de carbone. On pourra aussi utiliser un gaz inerte présent sur le lieu de l'application ou de l'air comprimé étant entendu que le gaz d'inertage ne doit pas modifier fe comportement du mélange obtenu, et ne doit pas être contre-indiqué
pour le matériel.
Un mode de réalisation de l'invention est donné à titre d'éXemple non limitatif, illustré par la Figure 1 qui est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention et par les Figures 2 et'2A qui représehtent un exemple d'injècteur selon l'invention, la Figure 2A étant une vue en coûpe séton L'axe AA de l'extrémité de l'injecteur de la Figure 2.
Lé dispositif d'injection 1 est destiné à fournir dû dioxydé dè carbone diphasique "gaz+liquide" dans un miliéu gazeux 2, en transfert sous pression dans uné ericeinte-3; et ceci à partir d'un réservoir de stockage 4 dé dioxyde de,~carbone.
liquide dans lèquel le dioxyde de carbone liquide est stocké à ùne préssion comprise éntrè14.105 et 20.105 .Pa (soit entrè 14 et 20 bars) et à une température comprise entre -35°C èt -20°Ç . ' Le dispôsitif l 'comprend ùne ligne d'alimentation en COz liquidé formée d'une conduite dé liquide 5 s'étendant du résérvoir 4 'a une vanne crjibgérüqùe à~
débit vàriable 6 laquélle assur~,è 'la régulation, d'un paramètre "ä" mesuré dans Je milieu gazeux 2 en aval du ,'point d'injection: 1Øn filtre. 7 éguipé d'une cartôuchè
filtrante én , âcier inoxydable est placé en amont de la vanne 6, il àssure une filtration du diox~dé
dé carbone liqùide' àfiin dé protéger lé siège de vanné des impuretés solides poùvant être présentes dàns les canalisations. Interpôséé sûr la conduite 5, en àmont du filtre '7, on trouve une vanne crjrdgénique de sécurité du t~pe tout ou rien 8 laque(fe réalise la coupuré de ¿'alimentàtion en C02 cryàgéniqué de la vanne 6 lorsqué l'organe de contrôle 9 détecte un dépassement de seuil d'un paramètre de sécurité sous contrôle. Une soupape cryogénique d'expansion, non représentée sur la Figure protège la ligne en aval de la vanne de sécurité 8 après la fermeture de celle-ci.
Le dispositif 1 comprend en outre une ligne d'alimentation en gaz d'inertage, lequel dans ce cas est du COa gazeux ; la ligne est constituée dans l'ordre d'un ' g vaporiseur 10, d'un détendeur 11, d'urïe vanne de débit réglée manuellement 12, d'un débitmètre avec transmetteur 13 et d'un clapet anti-retour ,14:
Un té 15,, alimenté én partie supérieure en CÖ2 diphasique provenant de l'éjecteur situé en sortie de la vanne 6, sur le côté en gaz d'inertage (C02 gazeux) est raccordé en partie basse à. un injecteur 16 assurant l'injection du mélange de diphasique dans le milieù gazeux 2 en transfert sous pression dans l'enceinte 3.
L'injecteur 16 réalise le transfert du C02 vers le centré de la canâlisation de , transfert du milieu gazeux: Lo'rsqu'il,.n'y a pas d'injection de C02, l'intérieur du té 15 et de l'injecteur 16 sont protégés' du milieu. à traiter grâce à un débit .faible mais, permanent du gaz d'inertage. ' Une unité de contrôle-régulation du paramètre "A" âssure' la mésure de la valeur du paramètre "A" dans fa canalisation de transfert, traite -via l'organe de , contrôle 9- le signal reçu dé "A" ainsi~que les signaux qui proviennent des différents paramètres de sécurité suivis (température et pression du milieu gazeux à
traiter,...).
E(le pilote en fonctiôn de "A" (e nivéau d'ouverture de la vanne crybgénique à
débit variable 6 pour assurer le maintien du paramètre "A" à sa valeur de consigne ;
,elle:
pilote aussi la fermeture de la, vârine cryogéniqué de sécurité 8 én cas de défaut majèur affectant un paramètre de sécurité, ou en câs de refus d'aùtorisation de traitement de la part de l'exploitant, ainsi que l'ouverturè ou la fermeture de la vannè
de mise à i'air en fonction du mode de fonctionnement, en général synchrone.
des autres vannes. Ce pilotage de l'unité de contrôle est assuré à partir d'informations communiquées par les transmetteurs de mesûre AIT (mesure du paramètre. "A"), PIT
(mesure de la pression dans le milieu gazeux ~2), TT (mesure de la température du milieu ~2) non référencés. D'autres éléments, non décrits peuvent être incorporés à
cette unitë de contrôle, notamment des informations binaires, du type autorisations ou d'autres paramètres spécifiques du procédé.
La Figure 2 représente de façon plus détailléé un exemple d'injecteur selon l'invention.
L'injecteur 16 est alimentë en C02 diphasique provenant de' l'éjecteur 17 en sortie de la vanne 6 et en gaz d'inertage constitué de C02 gazeux. Cette alimentation est réalisée via le té 15 lequel reçoit le C02 d'inertage au niveâu de l'entrée latérale 18 et le C02 diphasique issu de 17 en partie supérieure., L'injecteur 16 réalisë dans une matière thermo-isolante, par éxemplé en. polysulfone, conduit le mélange «gaz+solide» vers le centre de la canalisation 3 de transfért du milieu gazeux
2.
L'injecteur 16 est muni ' - à s~n extrémité d'un d,éflectéur 19 à deûx pentes, formant un angle de 60° pour orieritér une partie du C02 diphasique à contre-côurant du milieu gazeux 2v en circulation, et l'autre partie à co-courant - en sa partie basse de deux lumières ' d'échappement 20 lesquelles assurent l'éjection du C02 diphasique, mémé à fâiblé débit et sa distributiôn dans l'axe du transfert du milieu gazeux, sans eri éntraver là. sortie grâcé à léûr' disposition dans l'axe du transfert.
EXEMPLE
Le procédé de l'invention est mis en oèuvre pour l'enrichissement en C02 de 20' fumées de combustiori de gaz naturel. Le paramètre "A" à réguler est la eneur én C02 de ces fumées. Initialement à environ 8% de C02, !es fumées sont enrichies par le procédé de l'invention jusqu'à dés teneurs comprises entre 12 et 18 %, pour leur utilisation ultérieure dans un procédé de fabrication du papier. Le débit de fumée est de ('ordre de 12 000 m3 /h. La quantité de C02 utiliséé est d'environ 1200 m3/h C02 (équivalent gaz) pour atteindre 16% de C02 dans les fumées. Les fumées ainsi enrichies sont destinées notamment à la fabrication de carbonate de calcium.
La présence de vapeur d'eau dans cés fumées crée én raison de l'interface entre les fumées chaudes et la sourcé cryogénique des problèmes liés au risque de formation'~de glace, notamment au niveau des lùmières de l'injecteur. Çe risque se trouve écarté grâce à l'inertage permanent dé l'injecteur par un gaz neutre et sec., Le.~ procédé de l'invention est notamment applicable dans de nombreux domaines faisant appel àu' C02 Gommé matière preïrière: L'enrichissem'ent mis en ceuvre selon l'invention ne faisant pas àppel aù C02 ' gazeux se dégage des ' contraintés dé dimensionnements-et des i,nçônvénients qûi y sont liés.
L'invention est ainsi particulièrement adaptéé pôur des installations industrièlles disposant dé fumées contenant du C02; agent polluànt en l'état, et .
utïlisant par aifieurs du CO2 cdmme matière première.
Le procédé de l'invention peut aussi êtré utilisé dans les cas ôù on'soùhaite traiter au C02 ùn milieu gazeux én transfert.
II est aussi âpte à assurer une régulation dé,.pH ~en utilisant des fuméés dopéés ati C~2.
Le procédé de I'fnvention peut ainsi êtrè appliqué avantagéùsémerit à .' l'enrichissement en C02 dé fumées pour la fabricatiori de càrbonate de calcium ,pbùr l'industrie papetière.
L'injecteur 16 est muni ' - à s~n extrémité d'un d,éflectéur 19 à deûx pentes, formant un angle de 60° pour orieritér une partie du C02 diphasique à contre-côurant du milieu gazeux 2v en circulation, et l'autre partie à co-courant - en sa partie basse de deux lumières ' d'échappement 20 lesquelles assurent l'éjection du C02 diphasique, mémé à fâiblé débit et sa distributiôn dans l'axe du transfert du milieu gazeux, sans eri éntraver là. sortie grâcé à léûr' disposition dans l'axe du transfert.
EXEMPLE
Le procédé de l'invention est mis en oèuvre pour l'enrichissement en C02 de 20' fumées de combustiori de gaz naturel. Le paramètre "A" à réguler est la eneur én C02 de ces fumées. Initialement à environ 8% de C02, !es fumées sont enrichies par le procédé de l'invention jusqu'à dés teneurs comprises entre 12 et 18 %, pour leur utilisation ultérieure dans un procédé de fabrication du papier. Le débit de fumée est de ('ordre de 12 000 m3 /h. La quantité de C02 utiliséé est d'environ 1200 m3/h C02 (équivalent gaz) pour atteindre 16% de C02 dans les fumées. Les fumées ainsi enrichies sont destinées notamment à la fabrication de carbonate de calcium.
La présence de vapeur d'eau dans cés fumées crée én raison de l'interface entre les fumées chaudes et la sourcé cryogénique des problèmes liés au risque de formation'~de glace, notamment au niveau des lùmières de l'injecteur. Çe risque se trouve écarté grâce à l'inertage permanent dé l'injecteur par un gaz neutre et sec., Le.~ procédé de l'invention est notamment applicable dans de nombreux domaines faisant appel àu' C02 Gommé matière preïrière: L'enrichissem'ent mis en ceuvre selon l'invention ne faisant pas àppel aù C02 ' gazeux se dégage des ' contraintés dé dimensionnements-et des i,nçônvénients qûi y sont liés.
L'invention est ainsi particulièrement adaptéé pôur des installations industrièlles disposant dé fumées contenant du C02; agent polluànt en l'état, et .
utïlisant par aifieurs du CO2 cdmme matière première.
Le procédé de l'invention peut aussi êtré utilisé dans les cas ôù on'soùhaite traiter au C02 ùn milieu gazeux én transfert.
II est aussi âpte à assurer une régulation dé,.pH ~en utilisant des fuméés dopéés ati C~2.
Le procédé de I'fnvention peut ainsi êtrè appliqué avantagéùsémerit à .' l'enrichissement en C02 dé fumées pour la fabricatiori de càrbonate de calcium ,pbùr l'industrie papetière.
Claims (10)
1. Procédé d'injection de dioxyde de carbone dans un milieu gazeux en transfert sous pression à traiter présent à l'intérieur d'une enceinte à partir de dioxyde de carbone liquide, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- transformation du dioxyde de carbone liquide en dioxyde de carbone diphasique gaz + solide par un dispositif de détente directe, - injection du dioxyde de carbone diphasique ainsi formé dans le milieu gazeux à traiter à
l'aide d'un injecteur piqué dans la paroi de l'enceinte contenant ledit milieu gazeux en transfert sous pression à traiter, et en ce qu'il comporte une étape d'injection d'un gaz d'inertage dans le dioxyde de carbone, entre le dispositif de détente directe et l'injecteur.
- transformation du dioxyde de carbone liquide en dioxyde de carbone diphasique gaz + solide par un dispositif de détente directe, - injection du dioxyde de carbone diphasique ainsi formé dans le milieu gazeux à traiter à
l'aide d'un injecteur piqué dans la paroi de l'enceinte contenant ledit milieu gazeux en transfert sous pression à traiter, et en ce qu'il comporte une étape d'injection d'un gaz d'inertage dans le dioxyde de carbone, entre le dispositif de détente directe et l'injecteur.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on injecte le dioxyde de carbone diphasique de telle sorte qu'il soit injecté au coeur du milieu gazeux et distribué pour partie à co-courant et pour partie à contre-courant du flux gazeux.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le gaz d'inertage est du dioxyde de carbone provenant de la vaporisation d'une fraction du dioxyde de carbone liquide mis à disposition, et prélevé en amont du dispositif de détente.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la quantité de dioxyde de carbone injectée dans le milieu gazeux à traiter est régulée en fonction d'une consigne d'un paramètre physique ou chimique à atteindre, mesurée dans le milieu gazeux, en aval du point d'injection.
5. Procédé d'enrichissement d'un flux gazeux en dioxyde de carbone à partir de dioxyde de carbone liquide caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- transformation du dioxyde de carbone liquide en dioxyde de carbone diphasique gaz + solide par un dispositif de détente directe, et - injection du dioxyde de carbone diphasique ainsi formé dans le flux gazeux à
enrichir à
l'aide d'un injecteur piqué dans la paroi de l'enceinte contenant ledit flux gazeux à enrichir, et en ce qu'il comporte une étape d'injection d'un gaz d'inertage dans le dioxyde de carbone, entre le dispositif de détente directe et l'injecteur.
- transformation du dioxyde de carbone liquide en dioxyde de carbone diphasique gaz + solide par un dispositif de détente directe, et - injection du dioxyde de carbone diphasique ainsi formé dans le flux gazeux à
enrichir à
l'aide d'un injecteur piqué dans la paroi de l'enceinte contenant ledit flux gazeux à enrichir, et en ce qu'il comporte une étape d'injection d'un gaz d'inertage dans le dioxyde de carbone, entre le dispositif de détente directe et l'injecteur.
6. Dispositif d'injection de dioxyde de carbone pour mettre en oeuvre le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une vanne de détente à débit variable et un injecteur correspondant piqué
dans une paroi de l'enceinte et pénétrant au coeur du milieu gazeux, - un té relié en partie supérieure à l'éjecteur de la vanne de détente, sur le côté à une alimentation gazeuse et raccordé en partie basse à l'injecteur piqué dans ladite paroi, - des moyens d'alimentation de la vanne de détente en dioxyde de carbone liquide, et - des moyens d'alimentation du té en gaz d'inertage.
- une vanne de détente à débit variable et un injecteur correspondant piqué
dans une paroi de l'enceinte et pénétrant au coeur du milieu gazeux, - un té relié en partie supérieure à l'éjecteur de la vanne de détente, sur le côté à une alimentation gazeuse et raccordé en partie basse à l'injecteur piqué dans ladite paroi, - des moyens d'alimentation de la vanne de détente en dioxyde de carbone liquide, et - des moyens d'alimentation du té en gaz d'inertage.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'extrémité de l'injecteur est constituée :
- d'un déflecteur à deux pentes distribuant le C02 diphasique pour partie à
contre-courant du flux gazeux et pour l'autre partie à co-courant, et - de deux lumières d'échappement assurant l'éjection du C02 diphasique et disposées de façon à distribuer le mélange dans l'axe du transfert du flux gazeux.
- d'un déflecteur à deux pentes distribuant le C02 diphasique pour partie à
contre-courant du flux gazeux et pour l'autre partie à co-courant, et - de deux lumières d'échappement assurant l'éjection du C02 diphasique et disposées de façon à distribuer le mélange dans l'axe du transfert du flux gazeux.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que l'injecteur pénètre dans l'enceinte sur une longueur équivalente à la moitié
de la largeur de ladite enceinte.
de la largeur de ladite enceinte.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte pour l'alimentation en gaz d'inertage du dispositif d'injection, en amont du dispositif de détente cryogénique, des moyens de prélèvement et de vaporisation d'une fraction du dioxyde de carbone liquide mis à disposition.
10. Application du procédé selon la revendication 5 pour la fabrication de carbonate de calcium.
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