EP2872818A2 - Procede et appareil de vaporisation de liquide riche en dioxyde de carbone - Google Patents

Procede et appareil de vaporisation de liquide riche en dioxyde de carbone

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EP2872818A2
EP2872818A2 EP13744701.7A EP13744701A EP2872818A2 EP 2872818 A2 EP2872818 A2 EP 2872818A2 EP 13744701 A EP13744701 A EP 13744701A EP 2872818 A2 EP2872818 A2 EP 2872818A2
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EP
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flow
liquid
heat exchanger
carbon dioxide
vaporized
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Alain Briglia
Arthur Darde
Ludovic Granados
Christophe Szamlewski
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F17C2265/02—Mixing fluids
    • F17C2265/022—Mixing fluids identical fluid

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for vaporization of carbon dioxide-rich liquid.
  • US-A-2008/1 10181 discloses a method according to the preamble of claim 1.
  • This process is efficient because it allows a high efficiency of CO2 recovery at relatively low energy cost (compared to alternatives). It also offers the possibility of not introducing other refrigerant gases to the site, particularly in the context of a CO2 liquefier.
  • the main disadvantage is that in case of depressurization of the zones containing liquid CO2, and mainly of the zone corresponding to the vaporization of the low pressure CO2 which is the closest to the triple point, there is a risk of rapidly relaxing the liquid with production of two phases: solid and gaseous. Indeed, the CO2 phase diagram prohibits the liquid phase at a pressure of less than about 5.1 bars. This solid CO2 could clog the pipes and especially the channels of a plate heat exchanger. On the other hand, the sublimation or melting of this solid CO2 will be difficult because in the event that a liquid or solid fraction is trapped between two ice caps, the change of state could lead to breaking the equipment by overpressure. This risk during warming is accentuated by the fact that the CO2 ice is denser than the liquid, thus, when setting in ice, there is little chance of breaking equipment (contrary to what happens with 'water).
  • the invention aims to protect equipment most sensitive to the presence of solid CO2, namely the pipes and especially the brazed aluminum heat exchanger where the hydraulic diameters are very small (of the order of a few millimeters).
  • the principle is to increase the vaporization pressure of the liquid in the exchanger and to ensure mechanically that if the pressure of the system drops, the setting in ice will begin elsewhere than in areas with small hydraulic diameters.
  • a method for vaporizing a liquid flow rich in carbon dioxide in which a first liquid flow rich in carbon dioxide is withdrawn from a chamber containing liquid rich in carbon dioxide and a gas rich in carbon dioxide, the gas being at a pressure P1, the first liquid flow is sent to a heat exchanger where it vaporizes, all the liquid of the first flow vaporizing in the heat exchanger at a pressure or more pressures greater than P1, the first vaporized flow is removed from the heat exchanger, expanded in a first expansion valve and returned to the heat exchanger where it heats up characterized in that the liquid level in the enclosure is located at a higher level above the ground than the level at which the last drop of carbon dioxide-rich liquid vaporizes in the exchanger, the difference between the two levels being H.
  • H is at least 2m, preferably at least 5m.
  • enclosure gas is heated in the heat exchanger.
  • the vaporized flow rate expanded in the valve is mixed with the enclosure gas and heated in the heat exchanger.
  • the vaporized flow rate expanded in the valve is sent to the enclosure, the vaporized flow expanded in the first valve and heated in the heat exchanger exits the heat exchanger, is expanded in a second expansion valve and sent to a compressor to be compressed.
  • a portion of the second vaporized liquid flow is expanded and sent to the compressor inlet.
  • a device for vaporization of a liquid flow rich in carbon dioxide comprising an enclosure containing liquid rich in carbon dioxide and carbon dioxide-rich gas, the gas being a pressure P1, a heat exchanger, a pipe for withdrawing a first carbon dioxide-rich liquid flow from the enclosure and connected to the heat exchanger, pressurizing means for increasing the pressure of all the liquid of the first flow at least one vaporization pressure greater than P1, a pipe for outputting the first vaporized flow of the heat exchanger connected to a first expansion valve for expanding the first vaporized flow to form a relaxed flow and a pipe for returning the expanded flow rate to the heat exchanger characterized in that the liquid level in the enclosure is located at a higher level above the ground than the level at which the last drop of carbon dioxide-rich liquid vaporizes in the exchanger, the difference between the two levels being H.
  • H is at least 2m, preferably at least 5m.
  • a pipe to send gas from the enclosure to heat up in the heat exchanger. means for mixing the expanded vaporized flow rate in the valve with the heated enclosure gas in the heat exchanger.
  • the vaporized flow rate expanded in the valve is sent to the chamber, a pipe to exit the heat exchanger the vaporized flow expanded in the first valve and heated in the heat exchanger connected to a second expansion valve and a compressor.
  • a liquid flow rich in carbon dioxide 1 is expanded in a valve V1 and sent to a phase separator S1.
  • a gas 3 rich in carbon dioxide separates from a liquid rich in carbon dioxide 5, the liquid remaining partly in the chamber of the phase separator S1 with a liquid level.
  • the gas 3 is at a pressure P1.
  • a carbon dioxide-rich liquid is withdrawn from the S1 phase separator at a pressure above P1, through the liquid bath in the phase separator and down to the lowest level of a plate heat exchanger. brazed aluminum 7. The height traveled further increases its pressure.
  • the liquid 5 vaporizes in a passage of the heat exchanger forming a column of liquid.
  • the liquid vaporizes gradually, the last drop of liquid vaporizing at a point A, at a level h1 above the bottom of the heat exchanger.
  • the liquid column has a height h1.
  • the difference in height between the level A and the liquid level in the enclosure S1 is equal to H, H being greater than 1 m, or even greater than 5 m.
  • the vaporized liquid 9 leaves the exchanger shortly after the level A and is expanded in a valve V2, for example up to the pressure P1.
  • the addition of the valve V2 after vaporization of CO2 at low pressure makes it possible to raise the liquid CO2 pressure in the exchanger.
  • This pressure drop can serve to raise the phase separator S1 containing the current liquid supply supplying the vaporization of CO2 at low pressure and thus reduce its pressure with respect to the pressure experienced in the exchanger 7.
  • a hydrostatic head H of 6 meters leads to about 600mbars of pressure difference or about 10% of the 5.1 bars of the triple point.
  • the gas expanded in the valve V2 is returned to the exchanger 7 at a level B above A, reheated and exits the exchanger 7 as flow 13.
  • the flow 13 can be expanded in a valve V5 or can be short. circuit it.
  • the flow 13 becoming 15 is sent to a first stage C1 of a compressor, compressed to form a flow 19, compressed in a second stage C2 of the compressor and produced as product 21 which is a gas rich in carbon dioxide.
  • the gas 3 from the phase separator S1 is mixed with the vaporized flow rate 9 downstream of the expansion valve V2.
  • the pressure of the phase separator S1 will remain at the pressure of the triple point, until all the liquid has been transformed into solid and gas.
  • the best known analog is a boiling liquid: as long as the whole liquid phase is not evaporated, the temperature does not rise regardless of the heating.
  • the zone at the pressure of the triple point goes down.
  • the pressure of the triple point must be at the liquid-gas interface, therefore in a steady state (non-turbulent), at the surface, since the weight of the liquid increases the pressure as one sinks beneath the surface.
  • this interface goes down in the supply pipe of the liquid 5 of the exchanger 7, the pressure in the latter also drops, since the hydrostatic height decreases (height H in the figure below), it then approaches the appearance of the solid phase in the exchanger 7.
  • the CO2 5 is pure or at best free of heavy elements, it is possible to reduce the vaporized CO2 9 in the phase separator S1 from which the gaseous fraction 3 escapes at the head. The interest is then that the risk of sending liquid CO2 to the hot end of the exchanger E1 is reduced when the calories are not available in sufficient quantity for the vaporization of all the liquid.
  • the liquid outlet 5 of the phase separator S1 should be positioned in such a way as to avoid entrainment of CO2 cubes if they have formed in the separator S1.
  • a protective grid or a baffle plate could do the trick, combined with the fact that the intake of liquid does not take place at a low point. It must be remembered that CO2 ice will flow into the liquid (unlike water ice).
  • valve V3 at. returning a portion 29 of CO2 vaporized at higher pressure to the suction of CO2 at low pressure (valve V3); b. the addition of a valve V5 to increase the pressure difference between the phase separator S1 and the suction of the compressor C1, C2, this gives a little more time to react in case of pressure drop at the suction of the compressor, it can thus gradually close this valve when the pressure drops;
  • IGV Inlet Guide Vanes
  • a new invention is to improve the energy of the system thus obtained.
  • FIG. 2 shows in more detail the phase separator S1 and its connections.
  • the liquid flow rich in carbon dioxide 1 is expanded in the valve V1 and sent to the phase separator S1.
  • a gas 3 rich in carbon dioxide separates from a liquid rich in carbon dioxide 5, the liquid remaining partly in the chamber of the phase separator S1 with a liquid level.
  • the gas 3 is at a pressure P1.
  • a carbon dioxide-rich liquid is withdrawn from the S1 phase separator at a temperature of pressure above P1, thanks to the liquid bath in the phase separator.
  • the opening of the valve V1 is controlled by the liquid level in the phase separator S1.
  • phase separator S1 It is intended to operate continuously with the phase separator S1 at the pressure of the triple point. There will thus be constant concomitance of the three phases.
  • the pressure of the phase separator S1 will thus be stabilized because as long as it contains liquid and solid, the pressure can not move away from that of the triple point.
  • the suction pressure of the compressor will thus be stabilized. If it sucks too much, solid will be created in the separator S1 by rapid formation of liquid in solid and gas. If it does not suck enough, the level of the separator S1 will tend to rise and the supply valve V1 will close.
  • a deflector plate 41 and grid system 43, combined with a lateral liquid outlet 35, 37 will help to avoid driving most of the solid.
  • the liquid outlets 35, 37 are connected to the vertical wall of the phase separator and not to the tank.
  • the liquid withdrawn by the pipe 35 and the open valve V8 and the liquid drawn off by the pipe 37 and the open valve V7 are mixed to form the liquid flow 5.
  • the grids 43 are installed around the liquid outlets to prevent the solid from coming out.
  • a baffle plate is installed above each outlet 35, 37 to prevent the solid from descending to the outlet.
  • a liquid rich in carbon dioxide contains at least 75 mol%. of carbon dioxide, or at least 85 mol%. of carbon dioxide, or even at least 95 mol%. of carbon dioxide.

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Abstract

Dans un procédé de vaporisation d'un débit liquide riche en dioxyde de carbone dans lequel un premier débit liquide (5) riche en dioxyde de carbone est soutiré d'une enceinte (S1) contenant du liquide riche en dioxyde de carbone et du gaz riche en dioxyde de carbone, le gaz étant à une pression P1,le premier débit liquide est envoyé à un échangeur de chaleur (7) où il se vaporise,tout le liquide du premier débit se vaporise dans l'échangeur de chaleur à une pression ou plusieurs pressions supérieure(s) à P1,le premier débit vaporisé est sorti de l'échangeur de chaleur, détendu dans une première vanne de détente (V2) et renvoyé à l'échangeur de chaleur où il se réchauffe.

Description

Procédé et appareil de vaporisation de liquide riche en dioxyde de carbone La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de vaporisation de liquide riche en dioxyde de carbone.
L'un des défis du traitement cryogénique de flux chargés en CO2 pour séparer ce dernier par condensation partielle est d'éviter de geler brutalement le CO2 liquide qui se trouve en général proche du point triple.
En effet, afin d'optimiser l'énergie de séparation et surtout le rendement de récupération de CO2, il convient de refroidir le mélange dont on veut extraire du CO2 le plus froid possible. La limite physique qui apparaît est celle de la température de solidification du liquide obtenu par condensation partielle.
US-A-2008/1 10181 décrit un procédé selon le préambule de la revendication 1 .
Dans l'art antérieur, il était connu de vaporiser du CO2 liquide à la plus basse pression possible pour fournir le froid nécessaire à la condensation partielle. Ainsi, du CO2 liquide presque pur est vaporisé à une pression la plus proche possible du point triple car c'est ainsi que l'on génère la température la plus froide. Le CO2 vaporisé est réchauffé et comprimé pour servir de molécules de cycle (dans le cas d'un liquéfacteur de CO2) ou pour être exportées en tant que produit ou pour les deux applications.
Ce procédé est efficace car il permet un haut rendement de récupération de CO2 à relativement faible coût énergétique (par rapport aux alternatives). Il offre aussi la possibilité de ne pas introduire d'autres gaz réfrigérants sur le site, notamment dans le cadre d'un liquéfacteur de CO2.
L'inconvénient principal est qu'en cas de dépressurisation des zones contenant du CO2 liquide, et principalement de la zone correspondant à la vaporisation du CO2 à basse pression qui est la plus proche du point triple, il y a un risque de détendre rapidement le liquide avec production de deux phases : solide et gazeuse. En effet, le diagramme de phase du CO2 interdit la phase liquide à une pression inférieure à 5,1 bars environ. Ce CO2 solide pourrait boucher les tuyaux et surtout les canaux d'un échangeur à plaques. D'autre part, la sublimation ou fusion de ce CO2 solide sera malaisée car dans l'hypothèse où une fraction liquide ou solide est piégée entre deux bouchons de glace, le changement d'état pourrait conduire à casser l'équipement par surpression. Ce risque lors du réchauffement est accentué par le fait que la glace de CO2 est plus dense que le liquide, ainsi, lors de la prise en glace, il y a peu de chance de casser des équipements (contrairement à ce qui se passe avec l'eau).
L'invention vise à protéger les équipements les plus sensibles à la présence de CO2 solide, à savoir les tuyaux et surtout l'échangeur en aluminium brasé où les diamètres hydrauliques sont très faibles (de l'ordre de quelques millimètres).
Le principe est d'élever la pression de vaporisation du liquide dans l'échangeur et d'assurer mécaniquement que si la pression du système chute, la prise en glace commencera ailleurs que dans les zones à faibles diamètres hydrauliques.
Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de vaporisation d'un débit liquide riche en dioxyde de carbone dans lequel un premier débit liquide riche en dioxyde de carbone est soutiré d'une enceinte contenant du liquide riche en dioxyde de carbone et du gaz riche en dioxyde de carbone, le gaz étant à une pression P1 , le premier débit liquide est envoyé à un échangeur de chaleur où il se vaporise, tout le liquide du premier débit se vaporisant dans l'échangeur de chaleur à une pression ou plusieurs pressions supérieure(s) à P1 , le premier débit vaporisé est sorti de l'échangeur de chaleur, détendu dans une première vanne de détente et renvoyé à l'échangeur de chaleur où il se réchauffe caractérisé en ce que le niveau de liquide dans l'enceinte est situé à un niveau plus élevée au dessus du sol que le niveau auquel la dernière goutte de liquide riche en dioxyde de carbone se vaporise dans l'échangeur, la différence entre les deux niveaux étant H.
Selon d'autres objets facultatifs de l'invention :
H est au moins égale à 2m, de préférence au moins égale à 5m. du gaz de l'enceinte se réchauffe dans l'échangeur de chaleur. le débit vaporisé détendu dans la vanne est mélangé avec le gaz de l'enceinte et réchauffé dans l'échangeur de chaleur.
le débit vaporisé détendu dans la vanne est envoyé à l'enceinte, le débit vaporisé détendu dans la première vanne et réchauffé dans l'échangeur de chaleur sort de l'échangeur de chaleur, est détendu dans une deuxième vanne de détente et envoyé à un compresseur pour être comprimé.
un deuxième débit liquide riche en dioxyde de carbone à une pression supérieure à celui auquel le premier débit sort de l'enceinte se vaporise dans l'échangeur de chaleur et est envoyé à un niveau intermédiaire du compresseur, le premier débit vaporisé étant envoyé à l'entrée du compresseur.
on détend une partie du deuxième débit liquide vaporisé et on l'envoie à l'entrée du compresseur.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de vaporisation d'un débit liquide riche en dioxyde de carbone comprenant une enceinte contenant du liquide riche en dioxyde de carbone et du gaz riche en dioxyde de carbone, le gaz étant à une pression P1 , un échangeur de chaleur, une conduite pour soutirer un premier débit liquide riche en dioxyde de carbone de l'enceinte et reliée à l'échangeur de chaleur, des moyens de pressurisation pour augmenter la pression de tout le liquide du premier débit à au moins une pression de vaporisation supérieure(s) à P1 , une conduite pour sortir le premier débit vaporisé de l'échangeur de chaleur reliée à une première vanne de détente pour détendre le premier débit vaporisé pour former un débit détendu et une conduite pour renvoyer à l'échangeur de chaleur le débit détendu caractérisé en ce que le niveau de liquide dans l'enceinte est situé à un niveau plus élevée au dessus du sol que le niveau auquel la dernière goutte de liquide riche en dioxyde de carbone se vaporise dans l'échangeur, la différence entre les deux niveaux étant H.
Selon d'autres objets facultatifs de l'invention :
H est au moins égale à 2m, de préférence au moins égale à 5m. une conduite pour envoyer du gaz de l'enceinte se réchauffer dans l'échangeur de chaleur. des moyens pour mélanger le débit vaporisé détendu dans la vanne avec le gaz de l'enceinte réchauffé dans l'échangeur de chaleur.
le débit vaporisé détendu dans la vanne est envoyé à l'enceinte, une conduite pour sortir de l'échangeur de chaleur le débit vaporisé détendu dans la première vanne et réchauffé dans l'échangeur de chaleur reliée à une deuxième vanne de détente et à un compresseur.
des moyens pour envoyer un deuxième débit liquide riche en dioxyde de carbone à une pression supérieure à celui auquel le premier débit sort de l'enceinte se vaporiser dans l'échangeur de chaleur et une conduite pour envoyer le deuxième débit liquide vaporisé à un niveau intermédiaire du compresseur, le premier débit vaporisé étant envoyé à l'entrée du compresseur.
des moyens de détente d'une partie du deuxième débit liquide vaporisé reliés l'entrée du compresseur.
L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la Figure 1 qui représente un procédé selon l'invention et à la Figure 2 qui représente un détail de la Figure 1 .
Un débit liquide riche en dioxyde de carbone 1 est détendu dans une vanne V1 et envoyé à un séparateur de phases S1 . Ici un gaz 3 riche en dioxyde de carbone se sépare d'un liquide riche en dioxyde de carbone 5, le liquide restant en partie dans l'enceinte du séparateur de phases S1 avec un niveau de liquide. Le gaz 3 se trouve à une pression P1 . Un liquide riche en dioxyde de carbone 5 est soutiré du séparateur de phases S1 à une pression au-dessus de P1 , grâce au bain de liquide dans le séparateur de phases et descend vers le niveau le plus bas d'un échangeur de chaleur à plaques en aluminium brasé 7. La hauteur parcourue élève encore plus sa pression. Le liquide 5 se vaporise dans un passage de l'échangeur de chaleur formant une colonne de liquide. Dans cette colonne, le liquide se vaporise graduellement, la dernière goutte de liquide se vaporisant à un point A, à un niveau h1 au dessus du bas de l'échangeur de chaleur. Ainsi la colonne de liquide a une hauteur h1 . La différence de hauteur entre le niveau A et le niveau de liquide dans l'enceinte S1 est égal à H, H étant supérieure à 1 m, voire supérieure à 5m. Le liquide vaporisé 9 sort de l'échangeur peu après le niveau A et est détendu dans une vanne V2, par exemple jusqu'à la pression P1 . Comme on peut le voir sur le schéma ci-joint, l'ajout de la vanne V2 après la vaporisation de CO2 à basse pression permet d'élever la pression de CO2 liquide dans l'échangeur. Cette perte de charge peut servir à élever le séparateur de phases S1 contenant la réserve courante de liquide alimentant la vaporisation de CO2 à basse pression et ainsi à réduire sa pression par rapport à la pression subie dans l'échangeur 7. Une hauteur hydrostatique H de 6 mètres conduit à environ 600mbars d'écart de pression soit environ 10% des 5,1 bars du point triple.
Le gaz détendu dans la vanne V2 est renvoyé à l'échangeur 7 à un niveau B au-dessus de A, réchauffé et sort de l'échangeur 7 comme débit 13. Le débit 13 peut être détendu dans une vanne V5 ou peut court-circuiter celle-ci. Le débit 13 devenu 15 est envoyé à un premier étage C1 d'un compresseur, comprimé pour former un débit 19, comprimé dans un deuxième étage C2 du compresseur et produit comme produit 21 qui est un gaz riche en dioxyde de carbone.
Le gaz 3 provenant du séparateur de phases S1 est mélangé avec le débit vaporisé 9 en aval de la vanne de détente V2.
Si le compresseur C1 , C2 traitant le CO2 vaporisé à basse pression s'emballe et aspire trop de CO2, toute la pression en amont va chuter. La pression dans l'échangeur 7 va donc baisser, mais avant qu'elle n'atteigne la pression du point triple (conduisant à la formation de neige carbonique), la pression du séparateur de phases S1 va atteindre cette pression et du liquide va détendre pour former du solide et une phase gaz. Les proportions approximatives des produits sont d'un tiers de gaz pour deux tiers de solide. Cette fraction gazeuse va alimenter l'aspiration du compresseur C1 , C2 et donner ainsi un peu plus de temps pour réduire le rythme d'aspiration de celui-ci avant d'avoir transformé en solide et gaz tout le liquide du séparateur de phases S1 .
En effet, la pression du séparateur de phases S1 restera à la pression du point triple, tant que tout le liquide n'aura pas été transformé en solide et gaz. L'analogue le plus connu concerne un liquide bouillant : tant que toute la phase liquide n'est pas évaporée, la température ne monte pas quel que soit le chauffage. En revanche, lorsque le niveau de liquide du séparateur de phases S1 chute, la zone à la pression du point triple descend. En pratique, la pression du point triple doit se trouver à l'interface liquide - gaz, donc en régime stable (non turbulent), à la surface, puisque le poids du liquide fait augmenter la pression à mesure que l'on s'enfonce sous la surface. Lorsque cette interface descend dans le tuyau d'alimentation du liquide 5 de l'échangeur 7, la pression dans ce dernier chute aussi, puisque la hauteur hydrostatique diminue (hauteur H dans la figure ci-dessous), on se rapproche alors de l'apparition de la phase solide dans l'échangeur 7.
On notera en outre que le retour du CO2 vaporisé à basse pression 9 ne se fait pas dans le séparateur de phases S1 par défaut et comme illustré car si le CO2 5 contient des éléments lourds (NOx, hydrocarbures, etc.) qui ne seraient pas entièrement vaporisés, un retour dans le séparateur S1 de la phase vaporisée (fonctionnement en « thermosiphon ») conduirait à l'accumulation de ces éléments lourds dans le liquide
Par contre le CO2 5 est pur ou au mieux dépourvu d'éléments lourds, on peut envisager de ramener le CO2 vaporisé 9 dans le séparateur de phases S1 d'où la fraction gazeuse 3 s'échappe en tête. L'intérêt est alors que l'on réduit le risque d'envoyer du CO2 liquide au bout chaud de l'échangeur E1 lorsque les calories ne sont pas disponibles en quantité suffisante pour la vaporisation de tout le liquide.
Il convient de positionner la sortie liquide 5 du séparateur de phases S1 de telle manière à éviter d'entraîner des glaçons de CO2 s'ils se sont formés dans le séparateur S1 . Une grille de protection ou une plaque déflectrice pourrait faire l'affaire, combinée au fait que le prise de liquide ne s'effectue pas en point bas. Il faut se rappeler à cet égard que les glaçons de CO2 vont couler dans le liquide (contrairement à la glace d'eau).
Il existe d'autres façons d'aider à ne pas faire chuter trop vite la pression dans le séparateur S1 :
a. renvoi d'une partie 29 du CO2 25 vaporisé à plus haute pression vers l'aspiration du CO2 à basse pression (vanne V3) ; b. l'ajout d'une vanne V5 permettant d'augmenter la différence de pression entre le séparateur de phases S1 et l'aspiration du compresseur C1 , C2, cela permet de se donner un peu plus de temps pour réagir en cas de chute de pression à l'aspiration du compresseur, on peut ainsi fermer progressivement cette vanne lorsque la pression chute ;
c. l'utilisation de l'anti-pompage du compresseur C1 , C2 pour stabiliser sa pression d'aspiration (vanne V4) ;
d. l'utilisation des IGV (« Inlet Guide Vanes » ou aubages d'aspiration) pour réguler le débit aspiré.
Les mesures indiquées ci-dessus (y compris l'objet principal de l'invention) conduisent toutes à une augmentation de l'énergie spécifique de traitement du CO2, soit de façon continu (cas des vannes V2 et V5 qui augmentent la température de vaporisation dans l'échangeur et donc réduisent le rendement de récupération du CO2 car le gaz traité est moins refroidi), soit de façon exceptionnelle (cas des vannes V3 ou V4, éventuellement V5 si elle n'est utilisée que de façon exceptionnelle).
Seule la régulation sur les IGV n'affecte que très marginalement l'énergie en éloignant le compresseur de son point de fonctionnement optimal. L'inconvénient cependant de cette régulation est qu'elle est lente (plusieurs dizaines de secondes) et peu réactive et donc surtout adaptée pour des régulations longues lorsque l'on prévoit de changer la charge de l'unité par exemple.
Dans la lignée de l'invention consistant à réduire le risque de la prise en glace dans les zones proches du point triple, une nouvelle invention consiste à améliorer l'énergie du système ainsi obtenu.
La Figure 2 montre en plus de détail le séparateur de phases S1 et ses connexions. Le débit liquide riche en dioxyde de carbone 1 est détendu dans la vanne V1 et envoyé au séparateur de phases S1 . Ici un gaz 3 riche en dioxyde de carbone se sépare d'un liquide riche en dioxyde de carbone 5, le liquide restant en partie dans l'enceinte du séparateur de phases S1 avec un niveau de liquide. Le gaz 3 se trouve à une pression P1 . Un liquide riche en dioxyde de carbone 5 est soutiré du séparateur de phases S1 à une pression au-dessus de P1 , grâce au bain de liquide dans le séparateur de phases.
L'ouverture de la vanne V1 est commandée par le niveau de liquide dans le séparateur de phases S1 .
II est prévu d'opérer en continu avec le séparateur de phases S1 à la pression du point triple. Il y aura ainsi constamment concomitance des trois phases. La pression du séparateur de phases S1 sera ainsi stabilisée car tant qu'il contiendra du liquide et du solide, la pression ne pourra s'éloigner de celle du point triple. La pression à l'aspiration du compresseur sera ainsi stabilisée. S'il aspire trop, du solide sera créé dans le séparateur S1 par formation rapide de liquide en solide et gaz. S'il n'aspire pas assez, le niveau du séparateur S1 aura tendance à monter et la vanne d'alimentation V1 se fermera.
Cela permet de réduire la pression de vaporisation dans l'échangeur 7 puisqu'elle diffère de celle du séparateur S1 d'une valeur fixe liée à la hauteur hydrostatique.
Il faut alors s'assurer que la neige carbonique du séparateur S1 ne soit pas entraînée vers l'échangeur 7. Rappelons-nous que la neige carbonique est plus dense que le liquide et a donc tendance à couler. D'autre part, il est vraisemblable que cette neige carbonique soit présente sous la forme de cristaux en suspension de petite taille.
Un système de plaque déflectrice 41 et de grille 43, combiné à une prise latérale de liquide 35, 37 aidera à éviter d'entraîner l'essentiel du solide.
Les sorties de liquide 35, 37 sont reliées à la paroi verticale du séparateur de phases et non pas à la cuve. Le liquide soutiré par la conduite 35 et la vanne ouverte V8 et le liquide soutiré par la conduite 37 et la vanne ouverte V7 sont mélangés pour former le débit liquide 5.
Les grilles 43 sont installées autour des sorties de liquide pour empêcher le solide de sortir. Une plaque déflectrice est installée au-dessus de chaque sortie 35, 37 pour empêcher le solide de descendre vers la sortie.
Cependant, comme le mouvement général du liquide sera un écoulement vers la sortie liquide, la glace flottant à mi-niveau s'accumulera vraisemblablement sur la grille de protection. Une proposition pour éviter ce problème est d'avoir deux prises liquide éloignées 35, 37, ou plus. Lorsque la perte de charge augmente à travers l'une des prises, on ferme ce prélèvement et on ouvre l'autre (ou un autre). Le flux de liquide va donc changer et libérer la grille bouchée. Une possibilité est d'envoyer du liquide par la conduite 31 , 39 et la vanne ouverte V6 pour traverser la conduite 37 en allant vers le séparateur de phases et de rentrer par la grille 43. On peut aussi si ce n'est pas suffisant envisager d'injecter du CO2 liquide à plus haute pression de l'autre côté de la grille bouchée, via une ligne dédiée 31 , 33 provenant de l'alimentation du séparateur de phases S1 en ouvrant la vanne V15
Enfin, une gestion optimisée des différentes prises de liquide, combinée à la mesure des pertes de charge de chaque dispositif permettra de confiner la neige carbonique dans le pot.
Selon cette invention, un liquide riche en dioxyde de carbone contient au moins 75% mol. de dioxyde de carbone, ou au moins 85% mol. de dioxyde de carbone, voire au moins 95% mol. de dioxyde de carbone.

Claims

Revendications
1 . Procédé de vaporisation d'un débit liquide riche en dioxyde de carbone dans lequel un premier débit liquide (5) riche en dioxyde de carbone est soutiré d'une enceinte (S1 ) contenant du liquide riche en dioxyde de carbone et du gaz riche en dioxyde de carbone, le gaz étant à une pression P1 , le premier débit liquide est envoyé à un échangeur de chaleur (7) où il se vaporise, tout le liquide du premier débit se vaporisant dans l'échangeur de chaleur à une pression ou plusieurs pressions supérieure(s) à P1 , le premier débit vaporisé est sorti de l'échangeur de chaleur, détendu dans une première vanne de détente (V2) et renvoyé à l'échangeur de chaleur où il se réchauffe caractérisé en ce que le niveau de liquide dans l'enceinte (S1 ) est situé à un niveau plus élevée au dessus du sol que le niveau (A) auquel la dernière goutte de liquide riche en dioxyde de carbone se vaporise dans l'échangeur, la différence entre les deux niveaux étant H.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel H est au moins égale à 2 m, de préférence au moins égale à 5m.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel du gaz (3) de l'enceinte (S1 ) est envoyé dans l'échangeur de chaleur (7) se réchauffer.
4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel le débit vaporisé détendu dans la première vanne (V2) est mélangé avec le gaz de l'enceinte (3) et réchauffé dans l'échangeur de chaleur (7).
5. Procédé selon la revendication 3 dans lequel le débit vaporisé détendu dans la première vanne (V2) est envoyé à l'enceinte (S1 ).
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le débit vaporisé détendu dans la première vanne (V2) et réchauffé dans l'échangeur de chaleur (7) sort de l'échangeur de chaleur, est détendu dans une deuxième vanne de détente (V5) et envoyé à un compresseur (C1 ) pour être comprimé.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel un deuxième débit liquide riche en dioxyde de carbone (25) à une pression supérieure à celui auquel le premier débit sort de l'enceinte se vaporise dans l'échangeur de chaleur (7) et est envoyé à un niveau intermédiaire du compresseur (C1 , C2), le premier débit vaporisé étant envoyé à l'entrée du compresseur.
8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel on détend une partie (29) du deuxième débit liquide vaporisé et on l'envoie à l'entrée du compresseur (C1 ).
9. Appareil de vaporisation d'un débit liquide riche en dioxyde de carbone comprenant une enceinte (S1 ) contenant du liquide riche en dioxyde de carbone et du gaz riche en dioxyde de carbone, le gaz étant à une pression P1 , un échangeur de chaleur (7), une conduite pour soutirer un premier débit liquide riche en dioxyde de carbone (5) de l'enceinte et reliée à l'échangeur de chaleur, des moyens de pressurisation pour augmenter la pression de tout le liquide du premier débit à au moins une pression de vaporisation supérieure(s) à P1 , une conduite pour sortir le premier débit vaporisé de l'échangeur de chaleur reliée à une première vanne de détente (V2) pour détendre le premier débit vaporisé pour former un débit détendu et une conduite pour renvoyer à l'échangeur de chaleur le débit détendu caractérisé en ce que le niveau de liquide dans l'enceinte est situé à un niveau plus élevée au dessus du sol que le niveau auquel la dernière goutte de liquide riche en dioxyde de carbone se vaporise dans l'échangeur, la différence entre les deux niveaux étant H.
10. Appareil selon la revendication 9 dans lequel H est au moins égale à 2m, de préférence au moins égale à 5m.
1 1 . Appareil selon l'une des revendications 9 ou 10 comprenant une conduite pour envoyer du gaz de l'enceinte (S1 ) se réchauffer dans l'échangeur de chaleur (7).
12. Appareil selon la revendication 1 1 comprenant des moyens pour mélanger le débit vaporisé détendu dans la première vanne (V2) avec le gaz de l'enceinte réchauffé dans l'échangeur de chaleur (7).
13. Appareil selon l'une des revendications 9 à 12 comprenant une conduite pour sortir de l'échangeur de chaleur (7) le débit vaporisé détendu dans la première vanne (V2) et réchauffé dans l'échangeur de chaleur (7) reliée à une deuxième vanne de détente et à un compresseur (C1 ,C2).
14. Appareil selon la revendication 13 comprenant des moyens pour envoyer un deuxième débit liquide riche en dioxyde de carbone à une pression supérieure à celui auquel le premier débit sort de l'enceinte (S1 ) se vaporiser dans l'échangeur de chaleur (7) et une conduite pour envoyer le deuxième débit liquide vaporisé à un niveau intermédiaire du compresseur (C1 ,C2), le premier débit vaporisé étant envoyé à l'entrée du compresseur.
15 Appareil selon l'une des revendications 13 ou 14 comprenant des moyens de détente (V3) d'une partie (29) du deuxième débit liquide vaporisé reliés l'entrée du compresseur (C1 ,C2).
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