EP4302029A1 - <sup2/>? <sub2/>?2?procédé de liquéfaction d'un courant riche en co - Google Patents

<sup2/>? <sub2/>?2?procédé de liquéfaction d'un courant riche en co

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Publication number
EP4302029A1
EP4302029A1 EP22710054.2A EP22710054A EP4302029A1 EP 4302029 A1 EP4302029 A1 EP 4302029A1 EP 22710054 A EP22710054 A EP 22710054A EP 4302029 A1 EP4302029 A1 EP 4302029A1
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EP
European Patent Office
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liquid
gas
heat exchanger
temperature
pressure
Prior art date
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Pending
Application number
EP22710054.2A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Michael Tran
Mathieu LECLERC
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP4302029A1 publication Critical patent/EP4302029A1/fr
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    • F25J2290/34—Details about subcooling of liquids

Definitions

  • the present invention relates to a process for liquefying a stream rich in CO 2 .
  • the present invention relates to a process for the liquefaction of a gas rich in CO 2 where the gas rich in CO 2 is itself used as refrigerant of the refrigeration cycle, following its liquefaction. Its pressure is increased by means of a compressor, which will allow it to be relaxed in order to lower its temperature to a level compatible with the liquefaction of the supply current. But before its expansion, the gas rich in CO 2 must be cooled, thus allowing a sufficient drop in temperature. During this operation, the density of the gas rich in CO 2 will increase significantly. The density of the CO 2 -rich gas is very sensitive to pressure and temperature conditions when it is in the supercritical state.
  • the object of the present invention is to limit the effects of the variation in temperature of the fluid used to cool the gas rich in CO 2 in particular that due to the variation in the ambient temperature.
  • FR3088416 allows adaptability according to the composition (H 2 and/or N 2 ).
  • the present invention proposes to compress a CO 2 feed stream concentrated in CO 2 (>95% molar) and the rest mainly in lighter components called “incondensables” (CO, N 2 , O 2 for example) at a pressure beyond the critical pressure of CO 2 (73.3 bara).
  • CO incondensables
  • This makes it possible to obtain a CO 2 -rich gas that is as dense as possible after cooling if the cooling fluid used (air, water for example) has a temperature that is too high to condense the CO 2 -rich gas.
  • This CO 2 is then injected into a main heat exchanger called the second heat exchanger which can be a brazed aluminum plate exchanger.
  • the heat exchanger before entering the heat exchanger, it is initially cooled to the maximum by means of a dedicated cooling fluid (water, air for example) making it possible to densify the high pressure fluid to a value of approximately between 370 and 900 kg/m3.
  • a dedicated cooling fluid water, air for example
  • the temperature at the outlet of this heat exchanger is therefore subject to variations in the ambient temperature via the cooling fluid.
  • the high pressure and partially cooled main fluid is directed to a first heat exchanger which can be shell and tube or plate heat exchanger for example.
  • the fluid rich in CO 2 comes out with a temperature between 5°C and 25°C.
  • the cooling of the CO 2 is provided by the CO 2 itself which is expanded to a pressure between 45 bara and 60 bara.
  • the gas generated by the expansion can be directed to the second heat exchanger (main exchanger) to be liquefied there or recycled to the compressor.
  • Part of the liquid from the separator is recycled to the first heat exchanger acting as a cold stream to this exchanger.
  • the other part is sent to the main exchanger to be subcooled there. Expansion allows the fluid to pass from the supercritical state to the liquid state whose density is more stable and less sensitive to temperature variations.
  • a gas 1 containing at least 80% mol, preferably at least 95% mol of carbon dioxide as well as impurities such as carbon monoxide, nitrogen or oxygen is compressed in the first part 10 of a compressor , comprising at least one floor. Then it is compressed in the second part 20 of the compressor, comprising at least one stage, to reach a pressure above the critical pressure.
  • the supercritical fluid 2 is cooled in a cooler 30 by a refrigerant whose temperature is likely to change with the ambient temperature, for example air or water to form a supercritical fluid 3 with a density between 370 and 900 kg/ m 3 .
  • Gas 3 is cooled in a heat exchanger 40 to reach a subcritical temperature, for example between 5°C and 25°C.
  • the fluid 4 formed is expanded in a valve 50 to a pressure between 45 and 60 bara to form a two-phase fluid which is then separated in a phase separator 60.
  • Part 8 of the phase separator liquid 60 is used to cool the first heat exchanger 40.
  • the liquid 8 vaporizes in the exchanger 40 and is returned to the gas to be separated 1 between the two parts 10, 20 of the compressor .
  • the transfer of cold to the heat exchanger can be achieved through another means, so the liquid 8 is not necessarily sent itself to the first exchanger 40.
  • valve 50 may produce a single phase liquid.
  • the phase separator 60 is not necessary. Part of this liquid will thus be used to supply cold to the first exchanger 40.
  • Certain uses of the liquid expanded in valve 50 or types of exchangers for subcooling it support the presence of a certain quantity of gas in the liquid. In these cases also, the presence of the phase separator 60 is optional.
  • the liquid produced after the expansion in the valve 50 can constitute the product of the process, without subsequent purification in a column or the like. It is the same for the liquid 5 of the phase separator.
  • the liquid 5 (or the liquid expanded in the valve 50 if the separator 60 is not present) is divided into two parts. Part 8 already mentioned serves to cool the first exchanger and part 9 is cooled in the heat exchanger 70 which is a brazed aluminum plate exchanger.
  • the liquid 9 is cooled to an intermediate temperature, then divided into two to form two flows 11, 12.
  • the first flow 11 leaves the exchanger 70 at an intermediate temperature, is expanded in a valve 110 then sent to the distillation column 80 at an intermediate level thereof.
  • the second flow 12 cools down to the cold end of the exchanger 70, is expanded in a valve 100 and is sent to the top of the column 80. It is also possible to envisage other ways of feeding the column, for example by sending a single liquid flow to the column.
  • the column can also be replaced by at least one phase separator.
  • the bottom liquid of column 80 enriched in carbon dioxide is divided into three parts. Part 13 is heated in exchanger 70 and sent to the bottom of column 80 to provide heat. Part 19 is subcooled in exchanger 80 to form a liquid product of the process.
  • Part 17 is expanded in valve 120 and vaporizes in heat exchanger 70 to form gas which mixes with gas 1 and is compressed in compressor 10, 20.
  • the gas 7 from the phase separator 60 can be sent to the air and/or cooled in the heat exchanger 70 as gas 10, expanded and sent to feed the column 80 and/or sent to the compressor 10, 20 to be compressed with gas 1.
  • the cooler 30 is cooled by a refrigerant at variable temperature, for example air or water.
  • the density of the gas 3 cooled in the cooler can vary between 370 and 900 kg/m 3 .
  • the density of the liquid obtained after the valve 50 remains between 750 and 950 kg/m 3 , or even between 820 and 850 kg/m 3 whatever the temperature of the refrigerant fluid.
  • the variation in density is largely attenuated for the liquid produced.
  • the compressor 10, 20 produces a flow 2 at higher pressure to reach the desired density.
  • the compressor 10, 20 produces a flow 2 at a lower pressure to reach the same desired density.
  • the quantity of cold sent to the first heat exchanger 40 will be reduced, for example by reducing the flow of gas 8 sent to the heat exchanger 40 to cool it. This makes it possible to obtain a constant density downstream of the valve 50.
  • heat exchanger 40 allows direct heat exchange between flow 3 and flow 8 only.
  • phase separator 60 sends more gas 7 to the atmosphere so that the liquid product 5 of phase separator 60 has an almost constant composition. This allows the heat exchanger 70 (if present) to cool a composition-stabilized liquid.
  • Mollier's painting of the illustrates the cooling of a flow of pure CO 2 .
  • the CO 2 is at 40°C (counting 5°C approach) and if a density of 600kg/m3 is considered sufficient in entrance to the exchanger 40, there must be a pressure of more than 90bara (point 1).
  • the water is colder, 30°C for example, the CO 2 is at 35°C and with the same density we only need 80bara (point 2).
  • the water is at 15°C, the CO 2 at 20°C, we will liquefy it at around 60bara (point 3).
  • the compressor 10, 20 will be regulated with an outlet pressure value which is a function of the temperature of the CO 2 obtained after cooling by the refrigerant.
  • pressure setpoints can be defined in advance for several weeks/months. With the example above, one could imagine operating in summer at more than 90bara, in winter at around 60bara and the rest of the time at 80bara. We will play on the guide vanes (in English "inlet guide vanes") of the compressor 10, 20 in order to modify the outlet pressure.
  • the example of the Mollier table above is for pure CO 2 . With light impurities, it would be necessary to increase the pressure higher to reach the same density. After cooling and expansion, the vapor fraction generated (point 10 in the case of pure CO 2 ) is concentrated in light impurities. And the more light impurities there are, the more the vapor fraction will increase and therefore its flow rate. As the steam flow increases, the pressure within the pot 60 will increase. It will be possible to decide to open a valve towards venting 7 when the value reached is too high.
  • the density at 45 bara is 870 kg/m3 and 765 kg/m3 at 60 bara if it was pure CO 2 . With a little light, this density will vary downwards.

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Abstract

Dans un procédé de liquéfaction d'un gaz riche en dioxyde de carbone, le gaz (1) est comprimé jusqu'à une première pression supérieure à sa pression critique dans un compresseur (10, 20) pour former un gaz comprimé, le gaz comprimé se refroidit par échange de chaleur avec un fluide frigorigène à température variable pour former un gaz comprimé refroidi (3) avec une densité entre 370 et 900 kg/m3, le gaz comprimé refroidi se refroidit à la pression supercritique dans un premier échangeur de chaleur (40) jusqu'à une température en dessous de la température critique, le gaz refroidi en dessous de la température critique est détendu jusqu'à une deuxième pression entre 45 et 60 bara pour former un fluide diphasique que l'on sépare dans un séparateur de phases (60) pour former un liquide et un gaz et une partie du liquide (5) provenant du séparateur de phases fournit du froid au premier échangeur de chaleur.

Description

    Procédé de liquéfaction d’un courant riche en CO2
  • La présente invention est relative à un procédé de liquéfaction d’un courant riche en CO2.
  • Dans un procédé de liquéfaction de CO2 d’alimentation riche en CO2 (>_80% molaire, voire >95% molaire) composée pour le reste majoritairement d’impuretés légères (CO, N2, O2 par exemple), le CO2 est comprimé jusqu’à une pression supercritique. Ce dernier est dirigé vers un échangeur de chaleur principal en passant par un premier échangeur de chaleur permettant de refroidir au maximum le CO2 en utilisant un fluide de refroidissement dédié (air, eau par exemple), puis un second échangeur de chaleur dont le rôle est de refroidir le CO2 au-delà de la limite imposée par le fluide de refroidissement dédié et enfin une vanne de détente à une pression en deçà de la pression critique permettant de refroidir le CO2 dans le second échangeur de chaleur par une partie du CO2 liquide obtenu. Cette association permet une flexibilité dans la composition en alimentation et les conditions ambiantes. Ainsi la conséquence sur le rendement du schéma ainsi que sur le compresseur et échangeur principal est limitée.
  • La présente invention est relative à un procédé de liquéfaction d’un gaz riche en CO2 où le gaz riche en CO2 est lui-même employé comme réfrigérant du cycle de réfrigération, suite à sa liquéfaction. Sa pression est augmentée grâce à un compresseur, ce qui permettra de le détendre afin d’en abaisser la température jusqu’à un niveau compatible avec la liquéfaction du courant d’alimentation. Mais avant sa détente, le gaz riche en CO2 doit être refroidi permettant ainsi une chute de température suffisante. Lors de cette opération, la densité du gaz riche en CO2 va augmenter significativement. La densité du gaz riche en CO2 est très sensible aux conditions de pression et de température lorsqu’il est à l’état supercritique. Dans le cas d’un refroidissement du gaz riche en CO2 comprimé par le biais d’air ambiant ou d’eau de refroidissement elle-même refroidie à l’air ambiant, sa densité est sujette aux variations de la température ambiante. Cela peut générer des instabilités d’opération lors de la liquéfaction du courant d’alimentation entre le jour et la nuit, l’hiver et l’été. La présente invention a pour objectif de limiter les effets de la variation de température du fluide utilisée pour refroidir le gaz riche en CO2 en particulier celle due à la variation de la température ambiante.
  • La liquéfaction du CO2 avec le CO2 comme réfrigérant est une technologie étudiée et connue (voir FR2975478 et FR2934170). Le procédé de FR3088416 permet une adaptabilité en fonction de la composition (H2 et/ou N2).
  • US2014/026611 décrit un procédé selon le préambule de la revendication 1.
  • Selon un objet de l’invention, il est prévu un procédé de liquéfaction d’un gaz riche en dioxyde de carbone dans lequel :
    1. Le gaz est comprimé jusqu’à une première pression supérieure à sa pression critique, voire supérieure à 80 bara, dans un compresseur pour former un gaz comprimé
    2. Le gaz comprimé se refroidit par échange de chaleur avec un fluide frigorigène à température variable pour former un fluide comprimé refroidi avec une densité entre 370 et 900 kg/m3 ,, voire entre 450 et 750 kg/m3
    3. Le fluide comprimé refroidi se refroidit à la pression supercritique dans un premier échangeur de chaleur jusqu’à une température en dessous de la température critique par exemple entre 5°C et 25°C
    4. Le gaz refroidi en dessous de la température critique est détendu jusqu’à une deuxième pression entre 45 et 60 bara pour former un liquide ou un fluide diphasique que l’on sépare éventuellement dans un séparateur de phases pour former un liquide et un gaz
    5. Une partie du liquide ou du fluide diphasique de l’étape iv) ou du liquide provenant du séparateur de phases fournit du froid au premier échangeur de chaleur et
    6. Une partie du liquide ou du fluide diphasique de l’étape iv) ou du liquide provenant du séparateur de phases est sousfroidi pour former un liquide sousrefroidi caractérisé en ce que
    7. si la température du fluide frigorigène de l’étape ii) réduit, on réduit la première pression et si la température du fluide frigorigène de l’étape ii) augmente, on augmente la première pression et/ou
    8. si la température du fluide frigorigène de l’étape ii) réduit, on réduit le débit de liquide (9) ou de fluide diphasique envoyé au premier échangeur de chaleur (80) et si la température du fluide frigorigène, par exemple de l’air ou de l’eau, de l’étape ii) augmente, on augmente le débit de liquide ou de fluide diphasique envoyé au premier échangeur de chaleur.
  • Selon d’autres aspects facultatifs qui peuvent être combinés entre eux de toute manière compatible avec la science et la logique :
    • la partie du liquide ou du fluide diphasique qui fournit du froid dans le premier échangeur de chaleur se réchauffe dans le premier échangeur de chaleur et de préférence s’y vaporise.
    • la partie du liquide ou du fluide diphasique qui fournit du froid au premier échangeur de chaleur est envoyée après vaporisation se mélanger avec le gaz à comprimer.
    • la partie du liquide ou du fluide diphasique de l’étape iv) ou la partie du liquide provenant du séparateur de phases est sous-refroidie dans un deuxième échangeur de chaleur et envoyée se séparer dans une colonne de distillation et un liquide enrichi en dioxyde de carbone est soutiré de la colonne de distillation comme produit.
    • une partie du liquide de cuve de la colonne de distillation se vaporise dans le deuxième échangeur de chaleur et est envoyée au compresseur pour s’y comprimer avec le gaz à séparer.
    • le compresseur comprend au moins deux étages et le liquide de cuve vaporisé est envoyé au compresseur à une pression plus basse que celle à laquelle le liquide vaporisé dans le premier échangeur de chaleur y est envoyé.
    • au moins une partie du gaz formé dans le séparateur de phase est rejetée à l’atmosphère et/ou se refroidit dans le deuxième échangeur de chaleur avant d’être envoyée à la colonne de distillation et/ou est envoyée au compresseur pour s’y comprimer avec le gaz à séparer.
    • si le gaz à liquéfier devient moins riche en dioxyde de carbone, le débit de gaz formé dans le séparateur de phases rejeté à l’atmosphère est augmenté.
    • si la teneur en en dioxyde de carbone du gaz à liquéfier passe en dessous d’un seuil, le débit de gaz formé dans le séparateur de phases rejeté à l’atmosphère est augmenté.
    • le gaz à séparer est comprimé dans les au moins deux étages du compresseur.
    • la densité du liquide de l’étape iv) ou du fluide diphasique est entre 750 et 950 kg/m3, voire entre 820 et 850 kg/m3.
    • le gaz comprimé refroidi se refroidit à la pression supercritique dans le premier échangeur de chaleur jusqu’à une température entre 15°C et 25°C
    • la première pression est réglée pour avoir une de N pressions, N étant un nombre entier entre 2 et 5, quelle que soit la température du fluide frigorigène.
    • lors d’une première période, le fluide frigorigène est à une température moyenne de T °C et lors d’une deuxième période, le fluide frigorigène est à une température moyenne de T +20°C et dans lequel la densité du liquide de l’étape iv) ou de la fraction liquide du fluide diphasique pendant la première période ne diffère de celle pendant la deuxième période que d’au plus 100kg/m3 .
  • Dans un schéma de liquéfaction d’un gaz riche en CO2 où le gaz riche en CO2 est lui-même employé comme réfrigérant du cycle de réfrigération, la présente invention propose de comprimer un courant d’alimentation de CO2 concentré en CO2 (>95% molaire) et le reste majoritairement en composant plus légers dits « incondensables » (CO, N2, O2 par exemple) à une pression au- delà de la pression critique du CO2 (73.3 bara). Ceci permet d'obtenir un gaz riche en CO2 le plus dense possible après refroidissement si le fluide de refroidissement utilisé (air, eau par exemple) a une température trop élevée pour condenser le gaz riche en CO2. Ce CO2 est ensuite injecté dans un échangeur de chaleur principal dit deuxième échangeur de chaleur qui peut être un échangeur à plaques en aluminium brasées.
  • Ainsi, avant son entrée dans l’échangeur de chaleur, il est dans un premier temps refroidi au maximum au moyen d’un fluide de refroidissement dédié (eau, air par exemple) permettant de densifier le fluide haute pression à une valeur d’environ comprise entre 370 et 900 kg/m3. La température en sortie de cet échangeur de chaleur est donc sujette aux variations de la température ambiante via le fluide de refroidissement.
  • Le fluide principal haute pression et partiellement refroidi est dirigé vers un premier échangeur de chaleur pouvant être à tubes et calandre ou à plaques par exemple. Le fluide riche en CO2 en ressort avec une température comprise entre 5°C et 25°C.
  • Le refroidissement du CO2 est fourni par le CO2 lui-même qui est détendu à une pression entre 45 bara et 60 bara. Le gaz généré par la détente, si présent, peut être dirigé vers le deuxième échangeur de chaleur (échangeur principal) pour y être liquéfié ou recyclé vers le compresseur. Une partie du liquide issu du séparateur est recyclée vers le premier échangeur de chaleur jouant le rôle de courant froid à cet échangeur. L’autre partie est dirigée vers l’échangeur principal pour y être sous refroidie. La détente permet au fluide de passer de l’état supercritique à l’état liquide dont la densité est plus stable et moins sensible aux variations de température.
  • Cette configuration a trois avantages:
    • Lorsque la température ambiante varie, l’impact sur la zone de liquéfaction constituée de l'échangeur principal est moindre puisqu’il est pris en charge par le premier échangeur de chaleur.
    • Lorsque la température ambiante est élevée, le compresseur du gaz riche en CO2 va fournir la pression de décharge maximale pour densifier au maximum le courant. Lorsque la température ambiante diminue, la pression de décharge pourra être diminuée et le premier échangeur va également réduire sa charge (en minimisant la part du CO2 vaporisée et recyclée au compresseur) afin d’obtenir une densité constante à l’entrée de l’échangeur principal (70).
    • De même lorsque la composition de l’alimentation est dégradée et est enrichie par des incondensables, le séparateur de phases (si présent) permet de purger le surplus de composés légers pour permettre à l’échangeur principal de toujours opérer dans des conditions proches en termes de fluide en entrées.
  • L’invention va maintenant être décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures.
  • illustre un procédé selon l’invention.
  • est un tableau de Mollier montrant plusieurs étapes de refroidissement selon l’invention.
  • Un gaz 1 contenant au moins 80% mol, de préférence au moins 95% mol de dioxyde de carbone ainsi que des impuretés tels que le monoxyde de carbone, l’azote ou l’oxygène est comprimé dans la première partie 10 d’un compresseur, comprenant au moins un étage. Ensuite il est comprimé dans la deuxième partie 20 du compresseur, comprenant au moins un étage, pour atteindre une pression supérieure à la pression critique. Le fluide supercritique 2 est refroidi dans un refroidisseur 30 par un fluide frigorigène dont la température est susceptible à changer avec la température ambiante, par exemple l’air ou l’eau pour former un fluide supercritique 3 avec une densité entre 370 et 900 kg/m3. Le gaz 3 est refroidi dans un échangeur de chaleur 40 pour atteindre une température subcritique, par exemple entre 5°C et 25°C. Le fluide 4 formé est détendu dans une vanne 50 jusqu’à une pression entre 45 et 60 bara pour former un fluide diphasique qui est ensuite séparé dans un séparateur de phases 60.
  • Une partie 8 du liquide du séparateur de phases 60 sert à refroidir le premier échangeur de chaleur 40. Dans cet exemple le liquide 8 se vaporise dans l’échangeur 40 et est renvoyé au gaz à séparer 1 entre les deux parties 10, 20 du compresseur.
  • En plus le transfert de froid vers l’échangeur de chaleur peut se réaliser à travers un autre moyen, donc le liquide 8 n’est pas nécessairement envoyé lui-même dans le premier échangeur 40.
  • Il est également possible que la détente dans la vanne 50 peut produire un liquide monophasique. Dans ce cas, le séparateur de phases 60 n’est pas nécessaire. Une partie de ce liquide servira ainsi à fournir du froid au premier échangeur 40.
  • Certains usages du liquide détendu dans la vanne 50 ou de types d’échangeurs pour le sousrefroidir supportent la présence d’une certaine quantité de gaz dans le liquide. Dans ces cas aussi, la présence du séparateur de phases 60 est optionnelle.
  • Le liquide produit après la détente dans la vanne 50 peut constituer le produit du procédé, sans purification ultérieure dans une colonne ou autre. Il en est de même pour le liquide 5 du séparateur de phases.
  • En variante, comme illustré à la figure, le liquide 5 (ou le liquide détendu dans la vanne 50 si le séparateur 60 n’est pas présent) est divisé en deux parties. La partie 8 déjà mentionnée sert à refroidir le premier échangeur et la partie 9 est refroidie dans l’échangeur de chaleur 70 qui est un échangeur à plaques en aluminium brasées.
  • Dans cet exemple, le liquide 9 est refroidi jusqu’à une température intermédiaire, puis divisé en deux pour former deux débits 11, 12. Le premier débit 11 sort de l’échangeur 70 à une température intermédiaire, est détendu dans une vanne 110 puis envoyé à la colonne de distillation 80 à un niveau intermédiaire de celle-ci. Le deuxième débit 12 se refroidit jusqu’au bout froid de l’échangeur 70, est détendu dans une vanne 100 et est envoyé en tête de la colonne 80. Il est également possible d’envisager d’autres façons d’alimenter la colonne, par exemple en y envoyant un seul débit liquide à la colonne. La colonne peut aussi être remplacée par au moins un séparateur de phases.
  • Le liquide de cuve de la colonne 80 enrichi en dioxyde de carbone est divisé en trois parties. Une partie 13 est réchauffée dans l’échangeur 70 et envoyée en cuve de la colonne 80 pour apporter de la chaleur. Une partie 19 est sousrefroidie dans l’échangeur 80 pour former un produit liquide du procédé.
  • Une partie 17 est détendue dans une vanne 120 et se vaporiser dans l’échangeur de chaleur 70 pour former un gaz qui se mélange avec le gaz 1 et est comprimé dans le compresseur 10, 20.
  • Le gaz 7 du séparateur de phases 60, si présent, peut être envoyé à l’air et/ou refroidi dans l’échangeur de chaleur 70 comme gaz 10, détendu et envoyé alimenter la colonne 80 et/ou envoyé au compresseur 10, 20 pour être comprimé avec le gaz 1.
  • Le refroidisseur 30 est refroidi par un fluide frigorigène à température variable, par exemple de l’air ou de l’eau. Selon la température du fluide, la densité du gaz 3 refroidi dans le refroidisseur peut varier entre 370 et 900 kg/m3. Du fait de l’usage du premier échangeur de chaleur, la densité du liquide obtenu après la vanne 50 reste entre 750 et 950 kg/m3, voire entre 820 et 850 kg/m3 quelle que soit la température du fluide frigorigène. Ainsi la variation de densité est largement atténuée pour le liquide produit.
  • Si la température du fluide frigorigène augmente (par exemple si la température ambiante augmente dans le cas de l’eau et de l’air), le compresseur 10, 20 produit un débit 2 à pression plus élevée pour atteindre la densité recherchée.
  • Si la température du fluide frigorigène réduit (par exemple si la température ambiante réduit dans le cas de l’eau et de l’air), le compresseur 10, 20 produit un débit 2 à pression moins élevée pour atteindre la même densité recherchée. Dans ce cas, la quantité de froid envoyée au premier échangeur de chaleur 40 sera réduite, par exemple en réduisant le débit de gaz 8 envoyé à l’échangeur de chaleur 40 pour le refroidir. Ceci permet d’obtenir une densité constante en aval de la vanne 50.
  • De préférence, l’échangeur de chaleur 40 permet l’échange de chaleur direct entre le débit 3 et le débit 8 uniquement.
  • Si la composition du débit 1 varie et devient moins riche en dioxyde de carbone, le séparateur de phases 60 envoie plus de gaz 7 à l’atmosphère pour que le produit liquide 5 du séparateur de phases 60 ait une composition quasi-constante. Ceci permet à l’échangeur de chaleur 70 (si présent) de refroidir un liquide à composition stabilisée.
  • Le tableau de Mollier de la permet d’illustrer le refroidissement d’un débit de CO2 pur.
  • Si le fluide frigorigène, par exemple de l'eau de refroidissement est à 35°C, le CO2 est à 40°C (en comptant 5°C d'approche) et si on considère une densité de 600kg/m3 comme suffisante en entrée de l’échangeur 40, on doit avoir une pression de plus de 90bara (point 1) . Par contre, si l'eau est plus froide, 30°C par exemple, le CO2 est à 35°C et avec la même densité on a seulement besoin de 80bara (point 2). Enfin si l'eau est à 15°C, le CO2 à 20°C on va le liquéfier aux environs de 60bara (point 3). 
  • En opération, le compresseur 10, 20 sera réglé avec une valeur de pression de sortie qui est fonction de la température du CO2 obtenu après refroidissement par le fluide frigorigène. Afin d'éviter des fluctuations trop importantes et trop fréquentes (par exemple entre le jour et la nuit), on peut définir des points de consigne de pression à l'avance pour plusieurs semaines/mois. Avec l'exemple ci-dessus, on pourrait imaginer d'opérer en été à plus de 90bara, en hiver à environ 60bara et le reste du temps à 80bara. On jouera sur les aubes directrices (en anglais « inlet guide vanes ») du compresseur 10, 20 afin de modifier la pression de sortie.
  • Si on continue le procédé, on va refroidir jusqu'à une température de 20°C selon l'exemple précédent (points 4 et 5) puis détendre jusqu'à une pression inférieure à la pression critique, 50 bara dans l'exemple (points 7,8,9). On observe alors la formation d’un mélange liquide / vapeur et donc que quel que soit le point de départ (parmi les points 1,2,3) on obtient des points très proches et à la même densité. Le liquide peut donc aller dans la partie cryogénique avec les mêmes conditions, quelle que soit la température de la fluide frigorigène (point 6). La seule différence est la fraction gaz / liquide obtenue, mais les points 7,8,9 sont très proches, la fraction étant alors peu impactée.
  • L'exemple du tableau de Mollier ci-dessus est pour du CO2 pur. Avec des impuretés légères, il serait nécessaire de monter plus haut en pression pour atteindre la même densité. Après refroidissement et détente, la fraction vapeur générée (point 10 dans le cas du CO2 pur) est concentrée en impuretés légères. Et plus il y aura des impuretés légères, plus la fraction vapeur va augmenter et donc son débit. Le débit de vapeur augmentant, la pression au sein du pot 60 va augmenter. On pourra décider d'ouvrir une vanne vers la mise à l'atmosphère 7 quand la valeur atteinte sera trop haute.
  • En aval de la vanne, la densité à 45 bara est de 870 kg/m3 et de 765 kg/m3 à 60 bara s’il s’agissait de CO2 pur. Avec un peu de légers, cette densité va varier à la baisse.

Claims (14)

  1. Procédé de liquéfaction d’un gaz riche en dioxyde de carbone dans lequel :
    1. Le gaz (1) est comprimé jusqu’à une première pression supérieure à sa pression critique dans un compresseur (10, 20) pour former un gaz comprimé
    2. Le gaz comprimé se refroidit par échange de chaleur avec un fluide frigorigène à température variable pour former un gaz comprimé refroidi (3) avec une densité entre 370 et 900 kg/m3, voire entre 450 et 750 kg/m3
    3. Le gaz comprimé refroidi se refroidit à la pression supercritique dans un premier échangeur de chaleur (40) jusqu’à une température en dessous de la température critique par exemple entre 5°C et 25°C
    4. Le gaz refroidi en dessous de la température critique est détendu jusqu’à une deuxième pression entre 45 et 60 bara pour former un liquide ou un fluide diphasique que l’on sépare éventuellement dans un séparateur de phases (60) pour former un liquide et un gaz
    5. Une partie du liquide ou du fluide diphasique de l’étape iv) ou du liquide (5) provenant du séparateur de phases fournit du froid au premier échangeur de chaleur et
    6. Une partie du liquide ou du fluide diphasique de l’étape iv) ou du liquide provenant du séparateur de phases est sousfroidie pour former un liquide sousrefroidi (11, 12)
    caractérisé en ce que si la température du fluide frigorigène de l’étape ii) réduit, on réduit la première pression et/ou si la température du fluide frigorigène de l’étape ii) augmente, on augmente la première pression et/ou
    si la température du fluide frigorigène de l’étape ii) réduit, on réduit le débit de liquide (9) ou de fluide diphasique envoyé au premier échangeur de chaleur (80) et/ou si la température du fluide frigorigène, par exemple de l’air ou de l’eau, de l’étape ii) augmente, on augmente le débit de liquide ou de fluide diphasique envoyé au premier échangeur de chaleur.
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la partie (8) du liquide ou du fluide diphasique qui fournit du froid dans le premier échangeur de chaleur (40) se réchauffe dans le premier échangeur de chaleur et de préférence s’y vaporise.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la partie (8) du liquide ou du fluide diphasique qui fournit du froid au premier échangeur de chaleur (40) est envoyée après vaporisation se mélanger avec le gaz à comprimer.
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel la partie du liquide ou du fluide diphasique de l’étape iv) ou la partie du liquide provenant du séparateur de phases est sous-refroidie dans un deuxième échangeur de chaleur (70) et envoyé se séparer dans une colonne de distillation (80) et un liquide (19) enrichi en dioxyde de carbone est soutiré de la colonne de distillation comme produit.
  5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel une partie (17) du liquide de cuve de la colonne de distillation (80) se vaporise dans le deuxième échangeur de chaleur (70) et est envoyée au compresseur (10, 20) pour s’y comprimer avec le gaz à séparer (1).
  6. Procédé selon les revendications 3 et 5 dans lequel le compresseur (10, 20) comprend au moins deux étages et le liquide de cuve vaporisé est envoyé au compresseur à une pression plus basse que celle à laquelle le liquide vaporisé dans le premier échangeur de chaleur (40) y est envoyé.
  7. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel au moins une partie (7, 23) du gaz formé dans le séparateur de phase (60) est rejetée à l’atmosphère.
  8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel si, de préférence uniquement si, le gaz à liquéfier (1) devient moins riche en dioxyde de carbone, le débit de gaz (7) formé dans le séparateur de phases (60) rejeté à l’atmosphère est augmenté.
  9. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel au moins une partie (7, 23) du gaz formé dans le séparateur de phase (60) se refroidit dans un deuxième échangeur de chaleur (70) avant d’être envoyée à une colonne de distillation (80)
  10. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel au moins une partie (7, 23) du gaz formé dans le séparateur de phase (60) est envoyée au compresseur (10, 20) pour s’y comprimer avec le gaz à séparer.
  11. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le gaz à séparer est comprimé dans les au moins deux étages du compresseur (10, 20).
  12. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel la densité du liquide de l’étape iv) ou du fluide diphasique est entre 750 et 950 kg/m3, voire entre 820 et 850 kg/m3.
  13. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel la première pression est réglée pour avoir une de N pressions, N étant un nombre entier entre 2 et 5, quelle que soit la température du fluide frigorigène.
  14. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel lors d’une première période, le fluide frigorigène est à une température moyenne de T °C et lors d’une deuxième période, le fluide frigorigène est à une température moyenne de T +20°C et dans lequel la densité du liquide de l’étape iv) ou de la fraction liquide du fluide diphasique pendant la première période ne diffère de celle pendant la deuxième période que d’au plus 100kg/m3 .
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3141996B1 (fr) * 2022-11-10 2024-11-15 Air Liquide Procédé et appareil de distillation de dioxyde de carbone
EP4491258A1 (fr) * 2023-07-14 2025-01-15 Linde GmbH Procédé et installation de refroidissement d'un gaz de processus
WO2025125403A1 (fr) 2023-12-15 2025-06-19 Nextchem Tech S.P.A. Procédé et système de liquéfaction du dioxyde de carbone
FR3166691A1 (fr) * 2024-09-20 2026-03-27 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé et appareil de séchage et de liquéfaction de CO2

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100275645A1 (en) * 2007-11-15 2010-11-04 Jeroen Van De Rijt method and apparatus for cooling a process stream
WO2011026960A1 (fr) * 2009-09-07 2011-03-10 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Procédé d'exploitation d'une turbine à gaz et turbine à gaz
FR2934170A3 (fr) 2009-09-28 2010-01-29 Air Liquide Procede et appareil de separation d'un debit ayant comme un des composants principaux du dioxyde de carbone
ES2624271T3 (es) * 2010-04-21 2017-07-13 General Electric Technology Gmbh Método para separar dióxido de carbono de gas de humo de plantas de combustión
EP2624935A1 (fr) * 2010-10-06 2013-08-14 L'Air Liquide Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Procédé d'élimination du dioxyde de carbone
FR2974167B1 (fr) * 2011-04-14 2015-11-06 Air Liquide Procede et appareil de liquefaction d'un gaz
FR2974166B1 (fr) * 2011-04-14 2016-05-06 Air Liquide Procede et appareil de liquefaction d'un gaz d'alimentation
FR2975478B1 (fr) 2011-05-18 2015-05-15 Air Liquide Procede et appareil de liquefaction d'un debit gazeux riche en dioxyde de carbone
KR101310025B1 (ko) * 2012-10-30 2013-09-24 한국가스공사 저장 액체의 재액화 방법
WO2016040108A1 (fr) * 2014-09-09 2016-03-17 8 Rivers Capital, Llc Production de dioxyde de carbone liquide à basse pression à partir d'un système de production d'énergie et procédé associé
FR3088416B1 (fr) 2018-11-08 2020-12-11 Air Liquide Procede et appareil de liquefaction d'un courant gazeux contenant du dioxyde de carbone

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