CH717568A2 - Process for separating CO2 from fumes by isobaric cryogenics using heat exchangers. - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'extraction de dioxyde de carbone CO 2 provenant d'un flux de fumée de gaz. Ledit procédé est basé sur la cryogénie isobare et utilise préférentiellement une série d'échangeurs de chaleur (10, 11, 12, 18, 19, 23, 24) concus et montés de façon à refroidir la fumée suivant plusieurs étapes. Le passage de la fumée, à travers des échangeurs montés en série, vise à refroidir le CO 2 jusqu'à sa phase de solidification pour le récupérer sous forme de particules de glace à l'aide d'un cyclone et d'une valve rotative. Ce procédé se fait sans l'ajout d'additifs chimiques. Il permet une séparation rentable du CO 2 ; il permet de récupérer une partie de l'énergie de refroidissement en réutilisant le gaz refroidi comme fluide de refroidissement dans les échangeurs (10, 11, 18, 23) situés en amont, permet d'être ajusté pour extraire d'autres gaz à effet de serre offre la possibilité de modifier la taille et le nombre des échangeurs thermiques afin de l'adapter à une variation du volume et de la concentration des gaz.The invention relates to a method for extracting carbon dioxide CO 2 from a gas smoke stream. Said method is based on isobaric cryogenics and preferably uses a series of heat exchangers (10, 11, 12, 18, 19, 23, 24) designed and mounted in such a way as to cool the smoke according to several stages. The passage of the smoke, through exchangers mounted in series, aims to cool the CO 2 until its solidification phase to recover it in the form of ice particles using a cyclone and a rotary valve . This process is done without the addition of chemical additives. It enables cost-effective CO 2 separation; it makes it possible to recover part of the cooling energy by reusing the cooled gas as cooling fluid in the exchangers (10, 11, 18, 23) located upstream, makes it possible to be adjusted to extract other greenhouse gases greenhouse offers the possibility of modifying the size and number of heat exchangers in order to adapt it to a variation in volume and concentration of gases.

Description

[0001] Les émissions des gaz à effet de serre (GES) font l'objet actuellement de plusieurs réglementations, et les usines polluantes sont contraintes de respecter des normes d'émission de GES de plus en plus strictes. [0001] Emissions of greenhouse gases (GHGs) are currently subject to several regulations, and polluting factories are forced to comply with increasingly stringent GHG emission standards.

[0002] Divers procédés ont été développés pour éliminer le dioxyde de carbone des affluents comme la précombustion, la postcombustion et l'oxycombustion. Ces diverses technologies nécessitent des produits chimiques : des amines, des enzymes, de l'oxygène ou l'hydrogène ainsi que des dispositifs de séparation ultérieure. Ces technologies ont le désavantage d'être compliquées à installer, nécessitent des investissements importants, en plus qu'elles consomment beaucoup d'énergie, ce qui fait chuter leur rendement de plusieurs points. [0002] Various processes have been developed to remove carbon dioxide from tributaries such as pre-combustion, post-combustion and oxy-combustion. These various technologies require chemicals: amines, enzymes, oxygen or hydrogen as well as subsequent separation devices. These technologies have the disadvantage of being complicated to install, require significant investments, in addition to consuming a lot of energy, which reduces their performance by several points.

[0003] Le procédé divulgué ici est complètement différent ; il est basé sur le refroidissement successif d'un flux de gaz à travers plusieurs échangeurs thermiques, jusqu'à convertir le dioxyde de carbone CO2, contenu dans la fumée, sous forme solide en vue de le récolter à la fin du processus sous forme de glace sèche. The method disclosed here is completely different; it is based on the successive cooling of a flow of gas through several heat exchangers, until the carbon dioxide CO2, contained in the smoke, is converted into solid form with a view to collecting it at the end of the process in the form of dry ice.

[0004] Il y a deux méthodes d'obtenir le CO2sous forme de glace, la première est une compression et une détente, la seconde est un refroidissement isobare. C'est le procédé de refroidissement isobare qui est développé ci-après. [0004] There are two methods of obtaining CO2 in the form of ice, the first is compression and expansion, the second is isobaric cooling. It is the isobaric cooling process which is developed below.

[0005] Comparativement aux autres méthodes, c'est le procédé qui permet le meilleur rendement. Si le système de compression est couramment utilisé, il est viable pour la production de glace de CO2lorsque l'on traite uniquement ce dernier. Lorsqu'il s'agit de séparation du CO2de fumées, il est onéreux de traiter toute la masse de gaz par compression alors que le CO2ne représente qu'une fraction de cette masse. [0005] Compared to the other methods, this is the method which allows the best yield. If the compression system is commonly used, it is viable for the production of CO2 ice when dealing only with the latter. When it comes to separating CO2 from flue gases, it is expensive to treat the entire mass of gas by compression when the CO2 only represents a fraction of this mass.

[0006] A l'échelle industrielle, il est compliqué d'extraire des composants nocifs pour l'environnement ayant des natures différentes à partir d'un même mélange de gaz. À la différence des autres procédés, celui-là permet avec la même installation, de récupérer différents éléments chimiques à des étages de refroidissement différents. [0006] On an industrial scale, it is complicated to extract components harmful to the environment having different natures from the same mixture of gases. Unlike other processes, this one makes it possible, with the same installation, to recover different chemical elements at different cooling stages.

[0007] Cette méthode a le potentiel de fonctionner sans l'ajout de produits chimiques, permet de réduire 99% du CO2contenu dans la fumée et évite le coût d'installations compliquées. [0007] This method has the potential to work without the addition of chemicals, reduces 99% of the CO2 contained in the smoke and avoids the cost of complicated installations.

[0008] En plus, la cryogénie isobare permet par le jeu des échangeurs de chaleur, avec un pincement optimum, qui correspond à l'écart minimal de température entre le fluide chaud et le fluide froid, de récupérer une partie de l'énergie fournie pour le refroidissement des gaz, alors que dans le cas de compression et de détente, l'énergie de compression n'est pas récupérable. [0008] In addition, isobaric cryogenics makes it possible, through the interplay of heat exchangers, with optimum pinching, which corresponds to the minimum temperature difference between the hot fluid and the cold fluid, to recover part of the energy supplied for gas cooling, whereas in the case of compression and expansion, the compression energy is not recoverable.

Description du procédéDescription of the process

[0009] L'objet de ce brevet est de proposer un nouveau procédé pour la séparation du dioxyde de carbone CO2à partir d'un flux de fumée de gaz (9) libéré, à titre non limitatif, par les industries polluantes telles que les centrales thermiques, les cimenteries, les raffineries ou les métallurgies. C'est un procédé basé une technique de cryogénisation isobare. Ce procédé se base principalement sur l'utilisation d'échangeurs de chaleur montés en série et raccordés à des circuits de refroidissement. [0009] The object of this patent is to propose a new process for the separation of carbon dioxide CO2 from a flow of gas smoke (9) released, without limitation, by polluting industries such as power stations thermal, cement works, refineries or metallurgies. It is a process based on an isobaric cryogenization technique. This process is mainly based on the use of heat exchangers mounted in series and connected to cooling circuits.

[0010] Un procédé cryogénique isobare de capture du dioxyde de carbone à partir d'un flux de fumée de gaz (9) à travers une série d'échangeurs (10) (11) (12) (18) (19) (23) et (24) est décrit. Les détails d'un ou plusieurs modes de réalisation non limitatifs de l'invention, qui peuvent être englobés par les revendications, sont présentés dans la description et les schémas ci-dessous. An isobaric cryogenic process for capturing carbon dioxide from a gas smoke stream (9) through a series of exchangers (10) (11) (12) (18) (19) (23 ) and (24) is described. Details of one or more non-limiting embodiments of the invention, which may be encompassed by the claims, are set forth in the description and drawings below.

[0011] Le procédé, expliqué dans cette divulgation, traite d'un exemple précis (schéma de la figure 4), toutefois, d'autres modes de réalisation du procédé devraient être évidents pour les spécialistes de la technique après examen de la présente description. Par exemple, bien que cette description concerne en particulier l'élimination du dioxyde du carbone d'un flux de fumée, le procédé et les éléments de l'installation décrits ici peuvent être facilement adaptés pour éliminer d'autres composants polluants comme par exemple le dioxyde d'azote NO2. Une personne ayant l'habitude de lire les spécifications de ce domaine comprendrait quoi, le cas échéant, une modification devrait être faite afin de capturer les autres composants. [0011] The method, explained in this disclosure, deals with a specific example (diagram in Fig. 4), however, other embodiments of the method should be apparent to those skilled in the art after reviewing this description. . For example, although this description relates in particular to the removal of carbon dioxide from a smoke stream, the method and the elements of the installation described here can be easily adapted to remove other polluting components such as, for example, nitrogen dioxide NO2. Someone familiar with reading the specs for this area would understand what, if any, modification would need to be made in order to capture the other components.

[0012] L'exemple de ce procédé concerne le traitement d'une fumée de gaz, à une échelle réduite. Ladite fumée contient 13% de CO2, 5% de vapeur d'eau H2O, de l'acide sulfurique H2SO4, de l'acide chlorhydrique HCL et d'autres éléments. La température d'entrée de cette fumée est de 50 °C, le débit est de 1Nm3/h, la masse volumique est de 1.3495 kg/m3, la chaleur spécifique est de 0,23355 kcal/kg et le volume horaire effectif à 50°C est de 1,14 m3/h . [0012] The example of this process relates to the treatment of gas smoke, on a reduced scale. Said smoke contains 13% CO2, 5% water vapor H2O, sulfuric acid H2SO4, hydrochloric acid HCL and other elements. The inlet temperature of this smoke is 50°C, the flow rate is 1Nm3/h, the density is 1.3495 kg/m3, the specific heat is 0.23355 kcal/kg and the effective hourly volume is 50 °C is 1.14 m3/h.

[0013] Le refroidissement se fait sans contact entre la fumée et les fluides de refroidissement. Selon certain mode de réalisation, un tel échange de chaleur est réalisé dans des échangeurs de chaleur tubulaires à contre-courant et à simple passage, dans lequel la chaleur se transfère par convection en continu à travers une paroi de séparation métallique imperméable. The cooling takes place without contact between the smoke and the cooling fluids. According to some embodiment, such heat exchange is achieved in single pass countercurrent tubular heat exchangers, in which heat is transferred by convection continuously through an impermeable metallic partition wall.

[0014] Le faisceau des tubes desdits échangeurs est caractérisé par une faible épaisseur de paroi. A l'intérieur de la calandre, des chicanes sont disposées de manières hélicoïdales et maintenues à une faible distance afin d'augmenter le coefficient d'échange thermique et de réduire le pincement au minimum, qui correspond à l'écart entre les températures des deux fluide à la sortie des échangeurs. The tube bundle of said exchangers is characterized by a low wall thickness. Inside the grille, baffles are arranged in a helical manner and kept at a short distance in order to increase the heat exchange coefficient and reduce pinch to a minimum, which corresponds to the difference between the temperatures of the two fluid at the outlet of the exchangers.

[0015] Pour obtenir la neige carbonique dans ce cas de figure (exemple de calcul figure 4), il faut une installation composée de 7 échangeurs de chaleur (10) (11) (12) (18) (19) (23) et (24), montés en série pour permettre d'abaisser la température de la fumée jusqu'au - 80 °C. La fumée passe successivement au travers de ces échangeurs en subissant un refroidissement graduel. Tout au long du processus, le refroidissement se fait à une pression avoisinant la pression atmosphérique. En se basant sur son diagramme de phase, le CO2passe de l'état gazeux à l'état solide, sous forme de neige carbonique, à la température de - 78.5°C. Le refroidissement à cette température se fait dans un échangeur à double manteau (24) équipé de palettes rotatives et refroidi avec de l'azote liquide (25). [0015] To obtain dry ice in this case (example of calculation in Figure 4), an installation is required consisting of 7 heat exchangers (10) (11) (12) (18) (19) (23) and (24), fitted in series to enable the smoke temperature to be lowered to -80°C. The smoke passes successively through these exchangers undergoing a gradual cooling. Throughout the process, the cooling takes place at a pressure close to atmospheric pressure. Based on its phase diagram, CO2 passes from the gaseous state to the solid state, in the form of dry ice, at a temperature of - 78.5°C. Cooling to this temperature takes place in a double jacket exchanger (24) equipped with rotating vanes and cooled with liquid nitrogen (25).

[0016] Selon des aspects illustrés ici, il est ajouté des systèmes de réfrigération successive pour la solidification du dioxyde de carbone CO2dans un flux de fumées. Ledit système comprenant au moins trois circuits de réfrigération contenant un réfrigérant sous forme liquide comme l'ammoniac, l'azote ou le CO2liquide. Lesdits circuits de réfrigération comprenant deux échangeurs réfrigérants tubulaires (12) et (19) et un échangeur en double manteau avec palettes rotatives (24) refroidi avec l'azote liquide. Au mois un compresseur cryogénique et une pompe sont connectés à chaque réservoir de réfrigérant pour comprimer et refouler le réfrigérant du refroidisseur de gaz de fumée. [0016] According to the aspects illustrated here, successive refrigeration systems are added for the solidification of carbon dioxide CO2 in a flue gas stream. Said system comprising at least three refrigeration circuits containing a refrigerant in liquid form such as ammonia, nitrogen or liquid CO2. Said refrigeration circuits comprising two tubular refrigerant exchangers (12) and (19) and a double jacket exchanger with rotary vanes (24) cooled with liquid nitrogen. At least one cryogenic compressor and a pump are connected to each refrigerant tank to compress and discharge the flue gas cooler refrigerant.

[0017] Selon certains modes de réalisation, le procédé de cryogénie comprend au moins un échangeur (12) configuré pour refroidir au moins une partie de la fumée en utilisant l'ammoniac ou le CO2 liquide stocké dans un réservoir (13) spécifique pour ces liquides de refroidissement. Un compresseur cryogénique comprime et refroidit le fluide de retour qui se réchauffe lors de son passage par l'échangeur (12). A la sortie du réservoir sous pression, le fluide de refroidissement est refoulé par la pompe (15) et subit une détente et une chute de température lors de son passage par l'échangeur (12). Selon les cas, cette chute de température peut causer une évaporation du liquide réfrigérateur, le compresseur cryogénique (14) permet de le comprimer et de le refroidir. Le fluide de refroidissement se condense, et il est reconduit au réservoir (13) à sa température et pression initiales. According to certain embodiments, the cryogenic process comprises at least one exchanger (12) configured to cool at least part of the smoke using ammonia or liquid CO2 stored in a tank (13) specific for these coolants. A cryogenic compressor compresses and cools the return fluid which heats up as it passes through the exchanger (12). At the outlet of the pressure tank, the cooling fluid is discharged by the pump (15) and undergoes expansion and a drop in temperature during its passage through the exchanger (12). Depending on the case, this drop in temperature can cause evaporation of the refrigerator liquid, the cryogenic compressor (14) allows it to be compressed and cooled. The cooling fluid condenses, and it is returned to the reservoir (13) at its initial temperature and pressure.

[0018] Selon certains modes de réalisation, le système de traitement des gaz de fumée comprend en outre un échangeur condenseur (12) pour éliminer la vapeur d'eau du flux de gaz de fumée, disposé en amont du l'échangeur (18) en référence au sens d'écoulement du flux de fumées. According to some embodiments, the flue gas treatment system further comprises a condenser exchanger (12) for removing water vapor from the flue gas flow, disposed upstream of the exchanger (18) with reference to the direction of flow of the flue gas flow.

[0019] L'eau résiduelle dans le gaz de fumée riche en CO2peut provoquer la formation de glace dans les échangeurs de chaleur refroidis au-dessous de la température 0°C, ce qui entraîne éventuellement un problème de colmatage de ces échangeurs de chaleur. Selon ce mode de réalisation, l'eau est récupérée, sous forme de condensats liquides, en sortie de l'échangeur (12) via une vanne de purge (16) à une température de 2°C et en amont de l'échangeur (18). [0019] The residual water in the CO2-rich flue gas can cause the formation of ice in the heat exchangers cooled below the temperature of 0° C., which possibly leads to a problem of clogging of these heat exchangers. According to this embodiment, the water is recovered, in the form of liquid condensates, at the outlet of the exchanger (12) via a purge valve (16) at a temperature of 2°C and upstream of the exchanger ( 18).

[0020] Le gaz de combustion riche en dioxyde de carbone peut typiquement comprendre, en plus de la vapeur d'eau, des contaminants sous la forme, par exemple, de particules de poussière qui sont éliminées par des filtres (3). [0020] The carbon dioxide-rich flue gas may typically include, in addition to water vapour, contaminants in the form of, for example, dust particles which are removed by filters (3).

[0021] Le gaz de combustion riche en dioxyde de carbone peut comprendre, en plus de la vapeur d'eau et des poussières, d'autres contaminants comme par exemple l'acide chlorhydrique ou l'acide sulfurique. Selon ce mode de réalisation, la teneur en eau du gaz de fumée peut être éliminée à la sortie de l'échangeur (12). En fonction du pH et de la température dans cet échangeur-condenseur de fumées, la condensation des fumées peut également conduire à une réduction d'autres éléments tels que l'acide chlorhydrique HCL et l'acide sulfurique H2SO4. Ces éléments sont capturés sous forme de condensats évacués par le conduit (17) via une vanne de purge (16). The combustion gas rich in carbon dioxide may include, in addition to water vapor and dust, other contaminants such as hydrochloric acid or sulfuric acid. According to this embodiment, the water content of the flue gas can be eliminated at the outlet of the exchanger (12). Depending on the pH and the temperature in this fume exchanger-condenser, the condensation of the fumes can also lead to a reduction of other elements such as hydrochloric acid HCL and sulfuric acid H2SO4. These elements are captured in the form of condensates evacuated by the conduit (17) via a purge valve (16).

[0022] Selon certains modes de réalisation, le procédé de cryogénie comprend au moins un échangeur (19) configuré pour refroidir au moins une partie de la fumée en utilisant du CO2liquide stocké dans un réservoir (20) spécifique pour ce liquide de refroidissement. Un compresseur cryogénique comprime et refroidit le fluide de retour qui se réchauffe lors de son passage par l'échangeur (19). A la sortie du réservoir sous pression, le fluide de refroidissement est refoulé par la pompe (22) et subit une détente et une chute de température lors de son passage par l'échangeur (19). Selon les cas, cette chute de température peut causer une évaporation du liquide réfrigérateur, le compresseur cryogénique (21) permet de le comprimer et de le refroidir. Le fluide de refroidissement se condense et il est reconduit au réservoir (20) à sa température et pression initiales. [0022] According to certain embodiments, the cryogenic process comprises at least one exchanger (19) configured to cool at least part of the smoke using liquid CO2 stored in a specific tank (20) for this cooling liquid. A cryogenic compressor compresses and cools the return fluid which heats up as it passes through the exchanger (19). At the outlet of the pressure tank, the cooling fluid is discharged by the pump (22) and undergoes expansion and a drop in temperature during its passage through the exchanger (19). Depending on the case, this drop in temperature can cause evaporation of the refrigerator liquid, the cryogenic compressor (21) allows it to be compressed and cooled. The cooling fluid condenses and is returned to the tank (20) at its initial temperature and pressure.

[0023] Le cyclone (29) utilise l'action centrifuge comme principe de fonctionnement. Le gaz chargé des particules de neige carbonique, provenant de la sortie de l'échangeur à double manteau (24), pénètre dans le cyclone (29) par une entrée tangentielle (37). L'action centrifuge contraint les particules à tourner et à être précipitées contre la paroi du cylindre provoquant un tourbillon descendant de particules jusqu'à la sortie d'évacuation (38). Quant à la fumée dépourvue de CO2, celle-ci est évacuée à la cheminée centrale (39), située à l'intérieur du cyclone (29), créée par la différence de pression interne au cyclone (29). The cyclone (29) uses centrifugal action as the principle of operation. The gas loaded with dry ice particles, coming from the outlet of the double jacket exchanger (24), enters the cyclone (29) through a tangential inlet (37). The centrifugal action forces the particles to spin and be precipitated against the cylinder wall causing a downward whirlwind of particles to the discharge outlet (38). As for the smoke devoid of CO2, it is evacuated to the central chimney (39), located inside the cyclone (29), created by the pressure difference internal to the cyclone (29).

[0024] Une valve rotative (30) installée à la sortie du cyclone (29) assure le maintien de l'étanchéité entre deux milieux de pressions différentes. Cette méthode de récolter le CO2à la sortie de l'installation permet un entretien facile et rapide. A rotary valve (30) installed at the outlet of the cyclone (29) maintains the seal between two media of different pressures. This method of collecting the CO2 at the exit of the installation allows an easy and fast maintenance.

[0025] La valve rotative (30) muni d'un rotor (35) avec palettes étanches (36) reçoit la neige carbonique et entraîne celle-ci dans un réservoir de glace de CO2(32). Le rotor (35) est entraîné par un moteur électrique (31) via un réducteur de vitesse de rotation. Ladite vitesse de rotation est déterminée selon le volume et le débit du CO2à récupérer. The rotary valve (30) provided with a rotor (35) with sealed vanes (36) receives the dry ice and drives it into a reservoir of CO2 ice (32). The rotor (35) is driven by an electric motor (31) via a speed reducer. Said rotation speed is determined according to the volume and the flow rate of the CO2 to be recovered.

[0026] La fumée évacuée par la cheminée (39) du cyclone (29) est reconduite, à travers le conduit (33), à l'entrée de l'échangeur (23). A une température de - 80°C, cette fumée, dépourvue de CO2, sert à refroidir les échangeurs (23) (18) (11) et (10). The smoke evacuated by the chimney (39) of the cyclone (29) is returned, through the conduit (33), to the inlet of the exchanger (23). At a temperature of -80°C, this smoke, devoid of CO2, is used to cool the exchangers (23) (18) (11) and (10).

[0027] Selon un mode de réalisation privilégié, les échangeurs de chaleur (10), (11), (18) et (23) sont dimensionnés pour réutiliser le flux de fumée de gaz appauvri en CO2, déjà refroidi en sortie du cyclone à -80°C environ comme réfrigérant. Le dit gaz est réacheminé à travers la canalisation (33) à l'entrée de l'échangeur (23) à une température de -80°C. Ledit gaz sort à une température de -28°C et peut être réacheminé à l'entrée de l'échangeur (18) pour ensuite être reconduit à l'entrée de l'échangeur (11) à -7°C, et sort dudit échangeur à une température de 11°C pour refroidir ensuite l'échangeur (10). A la sortie dudit échangeur, ce flux de gaz exempt de CO2peut être libéré dans l'atmosphère à travers le conduit (1). [0027] According to a preferred embodiment, the heat exchangers (10), (11), (18) and (23) are dimensioned to reuse the flow of gas smoke depleted in CO2, already cooled at the outlet of the cyclone at -80°C as refrigerant. Said gas is redirected through the pipe (33) to the inlet of the exchanger (23) at a temperature of -80°C. Said gas leaves at a temperature of -28°C and can be redirected to the inlet of the exchanger (18) to then be returned to the inlet of the exchanger (11) at -7°C, and leaves said exchanger at a temperature of 11° C. to then cool the exchanger (10). At the outlet of said exchanger, this CO2-free gas flow can be released into the atmosphere through the conduit (1).

[0028] Selon un mode de réalisation privilégié, l'augmentation de la puissance des échangeurs par l'ajout de modules d'échangeurs thermiques tubulaires en série, en parallèle ou en série/parallèle. À titre d'exemple, chaque module peut avoir des dimensions d'environ 2 à 3 mètres. Les modules peuvent être fabriqués en acier inoxydables. According to a preferred embodiment, increasing the power of the exchangers by adding tubular heat exchanger modules in series, in parallel or in series/parallel. By way of example, each module can have dimensions of approximately 2 to 3 meters. The modules can be made of stainless steel.

[0029] Il faut comprendre que les modes de réalisation divulgués ici sont prévus à des fins d'illustration et ne doivent pas être considérés comme limitant de quelque manière que ce soit. A ce niveau, le procédé d'extraction de dioxyde de carbone divulgué ici peut être basé sur d'autres types d'échangeur comme des échangeurs à plaques ou d'autres types d'échangeurs tubulaires. [0029] It should be understood that the embodiments disclosed herein are for illustrative purposes and should not be construed as limiting in any way. At this level, the method for extracting carbon dioxide disclosed here can be based on other types of exchanger such as plate exchangers or other types of tubular exchangers.

[0030] Selon un mode de réalisation privilégié, des capteurs de températures (Tl) et de débits (FI) sont connectés à différents points de l'installation et permettent de superviser le fonctionnement du procédé. Des vannes sont également installées de façon à permettre l'isolation facile des composants pour la maintenance et le nettoyage (figure 2). [0030] According to a preferred embodiment, temperature (Tl) and flow (FI) sensors are connected to different points of the installation and make it possible to supervise the operation of the process. Valves are also installed to allow easy isolation of components for maintenance and cleaning (Figure 2).

[0031] Des ventilateurs assurent la circulation des fumées; le ventilateur (6) assure la circulation de la fumée entre l'unité de dépoussiérage (3), contenant des filtres, et l'unité de désulfuration (4). Le ventilateur (7) assure la circulation de la fumée entre la sortie de l'unité de désulfuration (4) et l'entrée du procédé cryogénique (5). Le ventilateur (8) assure l'évacuation de la fumée dépourvue du CO2à la sortie du procédé cryogénique (5) vers l'atmosphère extérieur via le conduit (1) (cheminée). Fans ensure the circulation of fumes; the fan (6) ensures the circulation of the smoke between the dedusting unit (3), containing filters, and the desulfurization unit (4). The fan (7) ensures the circulation of the smoke between the outlet of the desulphurization unit (4) and the inlet of the cryogenic process (5). The fan (8) evacuates the smoke devoid of CO2 at the outlet of the cryogenic process (5) to the outside atmosphere via the duct (1) (chimney).

[0032] Selon un autre mode de réalisation, ce procédé peut être modifié pour extraire d'autres types d'éléments de gaz à effet de serre, comme par exemple le dioxyde d'azote NO2qui se solidifie à la température de - 11,25 °C sous la pression normale de 1,013 bar. Cette séparation du NO2peut se faire au niveau de l'échangeur (18), qui peut être un échangeur tubulaire à surface raclée permettant d'évacuer les morceaux de glace du NO2à travers une conduite. According to another embodiment, this process can be modified to extract other types of greenhouse gas elements, such as nitrogen dioxide NO2 which solidifies at a temperature of - 11.25 °C under normal pressure of 1.013 bar. This separation of the NO2 can be done at the level of the exchanger (18), which can be a tubular exchanger with a scraped surface making it possible to evacuate the pieces of ice from the NO2 through a pipe.

[0033] L'entrée de la fumée se fait à travers le conduit (9) séparé de la sortie (1) par un clapet anti-retour (2). Ledit clapet pourrait s'ouvrir pendant la phase transitoire du démarrage pour permettre au gaz de passer du conduit (1) vers le conduit (9) dans un sens unidirectionnel. Ce passage permet de compenser la diminution du volume du gaz contenu dans le circuit du procédé causée par le refroidissement. The entry of the smoke is through the conduit (9) separated from the outlet (1) by a check valve (2). Said valve could open during the transitional phase of starting to allow the gas to pass from conduit (1) to conduit (9) in a unidirectional direction. This passage makes it possible to compensate for the reduction in the volume of the gas contained in the process circuit caused by the cooling.

[0034] Lors du démarrage du procédé, un régime transitoire prend place pendant quelques minutes, durant lequel le gaz de fumée se refroidit progressivement dans les échangeurs thermiques jusqu'à atteindre des températures stationnaires. When starting the process, a transitional state takes place for a few minutes, during which the flue gas gradually cools in the heat exchangers until it reaches stationary temperatures.

[0035] Le CO2récupéré sous forme de glace peut avantageusement être valorisé et utilisé dans un large éventail d'applications : combustible dans une pile à combustible pour générer l'électricité, fertilisant dans l'agriculture, additif dans l'industrie alimentaire, refroidisseur ou surgélateur, extincteur de feu, régulateur de pH, etc. [0035] The CO2 recovered in the form of ice can advantageously be recovered and used in a wide range of applications: fuel in a fuel cell to generate electricity, fertilizer in agriculture, additive in the food industry, cooler or freezer, fire extinguisher, pH regulator, etc.

Brève description des dessinsBrief description of the drawings

[0036] Les caractéristiques décrites ci-dessus et d'autres caractéristiques sont illustrées par les figures suivantes et la description détaillée. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description et des revendications. [0036] The characteristics described above and other characteristics are illustrated by the following figures and the detailed description. Other objects and characteristics of the present invention will appear on reading the description and the claims.

[0037] Des modes de réalisation sont décrits en référence aux figures, dans lesquelles des caractères de référence similaires désignent des éléments similaires, à titre d'exemple, et dans lesquels: [0037] Embodiments are described with reference to the figures, in which similar reference characters denote similar elements, by way of example, and in which:

[0038] LaFIGURE 1est un schéma synoptique qui illustre une vue générale d'un procédé permettant d'extraire le dioxyde du carbone d'un flux de fumée. Dans ce schéma, on peut distinguer les parties de la cheminée (9) et (1) avec le clapet anti-retour (2). Dans ce même schéma, (3) représente une unité de dépoussiérage composée de filtres, (4) représente une unité de désulfuration et (5) représente le procédé cryogénique objet de ce brevet. (6), (7) et (8) représentent des ventilateurs qui assurent la circulation des flux de gaz. [0038] FIGURE 1 is a block diagram that illustrates an overview of a process for extracting carbon dioxide from a smoke stream. In this diagram, one can distinguish the parts of the chimney (9) and (1) with the non-return valve (2). In this same diagram, (3) represents a dedusting unit composed of filters, (4) represents a desulfurization unit and (5) represents the cryogenic process that is the subject of this patent. (6), (7) and (8) represent fans which ensure the circulation of gas flows.

[0039] LaFIGURE 2représente schématiquement un mode de réalisation du système de séparation de CO2. C'est un schéma de tuyauterie et d'instrumentation P&ID du procédé d'extraction du CO2. Ce schéma illustre le raccordement entre les différents échangeurs de chaleur pour le refroidissement successif avec d'autres circuits permettant le refroidissement de ces échangeurs. Le système illustré ici comprend, comme composants principaux, six échangeurs tubulaires et un échangeur cylindrique avec palette rotative. Dans ce système, quatre échangeurs sont refroidis avantageusement par le gaz de retour refroidi et trois échangeurs (12) (19) (24) refroidis par un apport de réfrigérants externe stockés dans des réservoirs (13) (20) et (25). L'échangeur (24) est un échangeur cylindrique à palettes rotatives refroidi par azote liquide en double manteau. FIG. 2 schematically represents an embodiment of the CO2 separation system. This is a P&ID piping and instrumentation diagram of the CO2 extraction process. This diagram illustrates the connection between the various heat exchangers for the successive cooling with other circuits allowing the cooling of these exchangers. The system illustrated here includes, as main components, six tubular exchangers and a cylindrical exchanger with rotary vane. In this system, four exchangers are advantageously cooled by the cooled return gas and three exchangers (12) (19) (24) cooled by a supply of external refrigerants stored in tanks (13) (20) and (25). The exchanger (24) is a cylindrical exchanger with rotating blades cooled by liquid nitrogen in a double jacket.

[0040] Dans cette même figure, on peut distinguer des compresseurs cryogéniques (14) (21) (26) qui sont opérationnels pour comprimer et refroidir les fluides de refroidissement. On distingue également des pompes (15) (22) (27) pour assurer la circulation des fluides et des conduits pour acheminer les fluides entre les différents éléments de l'installation. Figure également un dispositif d'enlèvement (16) d'autres éléments chimiques. In this same figure, we can distinguish cryogenic compressors (14) (21) (26) which are operational to compress and cool the cooling fluids. There are also pumps (15) (22) (27) to ensure the circulation of fluids and conduits to convey the fluids between the various elements of the installation. Also shown is a device (16) for removing other chemical elements.

[0041] LaFIGURE 3représente le cyclone, qui est un séparateur centrifugeur, relié avec une valve rotative (30). C'est la partie du procédé qui permet de séparer la neige carbonique du flux du gaz refroidi. On peut distinguer sur cette figure l'entrée tangentielle (37), et au milieu se trouve la cheminée (39) permettant d'évacuer le gaz froid dépourvu du CO2. [0041] FIGURE 3 shows the cyclone, which is a centrifugal separator, connected with a rotary valve (30). This is the part of the process that separates dry ice from the cooled gas stream. One can distinguish in this figure the tangential inlet (37), and in the middle is the chimney (39) making it possible to evacuate the cold gas devoid of CO2.

Claims (11)

1. Dans les revendications, le mot „comprenant“ est utilisé dans son sens inclusif et n’exclut pas d’autres éléments présents. L’article indéfini „a“ avant une fonctionnnalité de réclamation n’exclut pas plus d’une des fonctionnalités présentes. Chacune des caractéristiques individuelles décrites ici peut être utilisée dans un ou plusieurs modes de réalisation et n’est, en vertu d’une description que l’on décrit ici, d’être considérée comme essentielle à tous les modes de réalisation tels que définis par les revendications. Les réalisations de l’invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit : 1. Procédé d'extraction de gaz à effet de serre par cryogénie isobare à partir d'un flux gazeux comprenant du dioxyde de carbone CO2en une proportion initiale, de la vapeur d'eau, un ou plusieurs composés acides, et un ou plusieurs autres gaz nocifs tels que le dioxyde de soufre ou le dioxyde d'azote. 1. In the claims, the word "comprising" is used in its inclusive sense and does not exclude other elements present. The indefinite article "a" before a claim feature does not exclude more than one of the features present. Each of the individual features described herein may be used in one or more embodiments and is not, by any description given herein, to be considered essential to all embodiments as defined by the revendications. The embodiments of the invention, in respect of which an exclusive right of ownership or privilege is claimed, are defined as follows: 1. Process for the extraction of greenhouse gases by isobaric cryogenics from a gas stream comprising carbon dioxide CO2 in an initial proportion, water vapor, one or more acid compounds, and one or more others harmful gases such as sulfur dioxide or nitrogen dioxide. 2. Procédé d'extraction du dioxyde de carbone CO2basé sur une cryogénie isobare utilisant un système d'échangeurs de chaleur en étage pour le refroidissement successif d'un flux de fumées de gaz contenant du dioxyde de carbone CO2, ledit système comprenant des circuits de réfrigération. 2. Process for the extraction of carbon dioxide CO2 based on isobaric cryogenics using a system of stage heat exchangers for the successive cooling of a flow of gas fumes containing carbon dioxide CO2, said system comprising refrigeration. 3. Procédé selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il permet la récupération d'un flux gazeux froid exempt de CO2ou contenant une proportion finale très inférieure de CO2à la proportion initiale de CO2dans le flux de gaz chaud à traiter. 3. Method according to claim 2 characterized in that it allows the recovery of a cold gas stream free of CO2 or containing a much lower final proportion of CO2 than the initial proportion of CO2 in the hot gas stream to be treated. 4. Procédé selon la revendication 3 caractérisé en ce que le refroidissement du flux gazeux peut se faire jusqu'à une température d'environ - 80°C pour l'élimination du CO2et caractérisé en ce que le nombre et la taille des échangeurs thermiques peuvent être modifiés pour atteindre d'autres températures permettant de solidifier d'autres éléments chimiques polluants. 4. Method according to claim 3 characterized in that the cooling of the gas stream can be done down to a temperature of approximately - 80°C for the elimination of CO2 and characterized in that the number and size of the heat exchangers can be modified to reach other temperatures allowing the solidification of other polluting chemical elements. 5. Procédé de refroidissement de gaz selon les revendications 1, 2, 3 et 4 permettant de récupérer une partie de l'énergie de refroidissement en utilisant le gaz refroidie récupérée à la fin du procédé comme fluide de refroidissement dans la série des échangeurs situés en amont en se référant au sens d'écoulement du gaz chaud. 5. Process for cooling gas according to claims 1, 2, 3 and 4 making it possible to recover part of the cooling energy by using the cooled gas recovered at the end of the process as cooling fluid in the series of exchangers located in upstream by referring to the direction of flow of the hot gas. 6. Procédé d'extraction du CO2d'un flux de fumée de gaz selon les revendications 1, 2, 3 et 5, basé sur un ensemble d'échangeurs thermiques montés en série, un cyclone et une valve rotative pour la collecte de CO2sous forme de neige carbonique. Ledit procédé comprenant plusieurs étapes :a)passage de la fumée dans un ensemble d'échangeurs thermiques, connectés en série, dans lesquels un ou plusieurs échangeurs sont retro-alimenté par le gaz froid issu de la sortie du procédé.b)des refroidissements intermédiaires avec un apport de réfrigérants externe comme l'ammoniac, l'azote ou le CO2liquide, réfrigérants externes refroidis et condensés dans des circuits fermés par des compresseurs cryogéniques raccordés aux échangeurs thermiques,c)séparation d'autres éléments comme l'eau et des acides ramenés dans des condensats.d)séparation à l'aide d'un cyclone et d'une valve rotative de la neige carbonique du flux du gaz.e)séparation d'autres éléments de gaz à effet de serre qui se solidifie d'une façon identique à celle du dioxyde de carbone, comme le dioxyde d'azote NO2par exemple, extraits à l'aide d'échangeur à surface raclée ou à l'aide de cyclone,f)Réinjection du gaz froid dans les échangeurs utilisés à l'étape a). 6. Method for extracting CO2 from a gas smoke stream according to claims 1, 2, 3 and 5, based on a set of heat exchangers connected in series, a cyclone and a rotary valve for the collection of CO2 in the form dry ice. Said process comprising several steps: a) passage of the smoke through a set of heat exchangers, connected in series, in which one or more exchangers are fed back by the cold gas from the outlet of the process. b) intermediate cooling with a supply of external refrigerants such as ammonia, nitrogen or liquid CO2, external refrigerants cooled and condensed in closed circuits by cryogenic compressors connected to heat exchangers, c) separation of other elements such as water and acids returned in condensates.d) separation using a cyclone and a rotary valve of dry ice from the gas stream.e) separation of other greenhouse gas elements which solidifies from a way identical to that of carbon dioxide, such as nitrogen dioxide NO2 for example, extracted using a scraped surface exchanger or using a cyclone, f) Reinjection of the cold gas into the exchangers used at the step a). 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisée en ce qu'il permet la récupération d'un flux gazeux exempt de CO2ou contenant une proportion finale très inférieure de CO2à la proportion initiale de CO2dans le flux à traiter, caractérisée en ce qu'il comprend, à l'étapec), une étape de condensation du flux pour en éliminer au moins une partie de la vapeur d'eau qu'il contient, et au moins une partie des autres composantes condensables à cette température dans un échangeur thermique refroidi par un fluide. 7. Method according to claim 6 characterized in that it allows the recovery of a gas stream free of CO2 or containing a much lower final proportion of CO2 than the initial proportion of CO2 in the stream to be treated, characterized in that it comprises, in step c), a step of condensing the stream in order to eliminate therefrom at least a part of the water vapor which it contains, and at least a part of the other components condensable at this temperature in a heat exchanger cooled by a fluid . 8. Procédé selon l'une les revendications précédentes, caractérisé en ce que le refroidissement d'au moins un échangeur est assuré avec le gaz froid du retour dans lequel le CO2est déjà extrait et qui est acheminé à travers des conduits pour le libérer dans l'atmosphère. 8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling of at least one exchanger is ensured with the cold return gas in which the CO2 is already extracted and which is routed through ducts to release it into the 'atmosphere. 9. Procédé cryogénique isobare pour la solidification du dioxyde de carbone (CO2) dans un flux de fumées selon les revendications 2, 5 et 6. Ledit procédé comprenant des circuits de réfrigération. Lesdits circuits de réfrigération comprennent des compresseurs de réfrigérants (14) (21) (26). Un premier étage d'échangeurs thermiques (10), configuré pour refroidir le gaz contenant du CO2, est refroidi avec le gaz froid du retour. Un second étage d'échangeurs thermiques (11), configuré pour refroidir le gaz contenant du CO2, est refroidi avec le gaz froid du retour. Un troisième étage d'échangeurs thermiques (12), configuré pour refroidir le gaz contenant du CO2, est refroidi en circuit fermé préférablement avec de l'ammoniac ou du CO2liquides. Lesdits échangeurs sont connectés à des vannes de purge afin d'évacuer les condensats. Un quatrième étage d'échangeurs thermiques (18), configuré pour refroidir le gaz contenant du CO2, est refroidi avec le gaz froid de retour. Un cinquième étage d'échangeurs thermiques (19), configuré pour refroidir le gaz contenant du CO2, est refroidi en circuit fermé préférablement avec du CO2liquide. Un sixième étage d'échangeurs thermiques (23), configuré pour refroidir le gaz contenant du CO2, est refroidi avec le gaz froid de retour. Un septième et dernier échangeur thermique en double manteau et à palettes rotatives permettant de solidifier le CO2contenu dans le gaz. Ledit échangeur est refroidi à la température de condensation solide du CO2. Ledit échangeur est préférablement refroidi avec l'azote liquide. 9. Isobaric cryogenic process for the solidification of carbon dioxide (CO2) in a flue gas stream according to claims 2, 5 and 6. Said process comprising refrigeration circuits. Said refrigeration circuits include refrigerant compressors (14) (21) (26). A first stage of heat exchangers (10), configured to cool the CO2-containing gas, is cooled with the cold return gas. A second stage of heat exchangers (11), configured to cool the CO2-containing gas, is cooled with the cold return gas. A third stage of heat exchangers (12), configured to cool the gas containing CO2, is cooled in a closed circuit preferably with ammonia or liquid CO2. Said exchangers are connected to purge valves in order to evacuate the condensates. A fourth stage of heat exchangers (18), configured to cool the CO2-containing gas, is cooled with the cold return gas. A fifth stage of heat exchangers (19), configured to cool the gas containing CO2, is cooled in a closed circuit preferably with liquid CO2. A sixth stage of heat exchangers (23), configured to cool the CO2-containing gas, is cooled with the cold return gas. A seventh and final heat exchanger with a double jacket and rotating blades to solidify the CO2 contained in the gas. Said exchanger is cooled to the solid condensation temperature of CO2. Said exchanger is preferably cooled with liquid nitrogen. 10. Procédé d'extraction du CO2d'un flux de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant en outre un cyclone (29) utilisé comme séparateur centrifugeur. Le gaz chargé de neige carbonique pénètre dans le cyclone par une entrée tangentielle (37). L'action centrifuge contraint la neige carbonique à tourner et à être précipitées contre la paroi du cylindre provoquant un tourbillon descendant de particules jusqu'à la sortie d'évacuation (38). La fumée froide dépourvue de CO2est évacuée à la cheminée centrale (39), située à l'intérieur du cyclone (29), créée par la différence de pression interne au cyclone (29). 10. A method of extracting CO2 from a gas stream according to any one of claims 1 to 9, further comprising a cyclone (29) used as a centrifugal separator. The dry ice-laden gas enters the cyclone through a tangential inlet (37). The centrifugal action forces the dry ice to spin and be precipitated against the cylinder wall causing a downward whirlwind of particles to the exhaust outlet (38). The cold smoke devoid of CO2 is evacuated to the central chimney (39), located inside the cyclone (29), created by the pressure difference inside the cyclone (29). 11. Procédé d'extraction du CO2d'un flux de gaz selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre une valve rotative (30) à vitesse variable, installée à la sortie du cyclone (29). Ladite valve rotative assure le maintien de l'étanchéité entre deux milieux différents et permet de modifier le débit de précipitation de la neige carbonique dans un réservoir en ajustant sa vitesse de rotation.11. A method of extracting CO2 from a gas stream according to any one of claims 1 to 10, further comprising a rotary valve (30) with variable speed, installed at the outlet of the cyclone (29). Said rotary valve maintains the seal between two different media and makes it possible to modify the rate of precipitation of dry ice in a reservoir by adjusting its speed of rotation.
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