EP4526610A1 - Procédé et appareil de séparation à basse température d'un gaz contenant du co2 pour produire un fluide riche en co2 - Google Patents

Procédé et appareil de séparation à basse température d'un gaz contenant du co2 pour produire un fluide riche en co2

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EP4526610A1
EP4526610A1 EP23727952.6A EP23727952A EP4526610A1 EP 4526610 A1 EP4526610 A1 EP 4526610A1 EP 23727952 A EP23727952 A EP 23727952A EP 4526610 A1 EP4526610 A1 EP 4526610A1
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EP
European Patent Office
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gas
liquid
rich
compressor
cooler
Prior art date
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Pending
Application number
EP23727952.6A
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German (de)
English (en)
Inventor
Michele MURINO
Ludovic Granados
Abigail Bonifacio
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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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Publication date
Priority claimed from FR2207891A external-priority patent/FR3127556B1/fr
Priority claimed from FR2207892A external-priority patent/FR3127558B1/fr
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    • F25J2270/902—Details about the refrigeration cycle used, e.g. composition of refrigerant, arrangement of compressors or cascade, make up sources, use of reflux exchangers etc.
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the present invention relates to a process and apparatus for separating a gas containing CO2 at low temperature to produce a fluid rich in CO2.
  • the mixture to be separated contains CO2 and at least one component lighter than CO2, such as carbon monoxide, hydrogen, nitrogen, oxygen, methane.
  • the process can treat a gas resulting from combustion, for example an oxycombustion process, to form a product rich in CO2, for example containing at least 80 mol% of CO2, or even at least 90 mol% of CO2.
  • a gas resulting from combustion for example an oxycombustion process
  • a gas containing CO2 for example a waste gas from a PSA H2 or a PSA CO2.
  • Low temperature separation operates at temperatures below 0°C, or even below -40°C.
  • a process for separating a CO2-containing gas at low temperature to produce a CO2-rich fluid in which a gas containing CO2 and at least one component lighter than CO2 is compressed in a compressor comprising at least two stages, the gas being cooled downstream of a last of the stages first in a cooler and then cooled by heat exchange with water at ambient temperature or the opposite and then cooled in a first exchanger heat, the gas cooled in the first heat exchanger is separated at low temperature by partial condensation to produce a liquid enriched in CO2 and depleted in the component lighter than CO2 and a gas depleted in CO2 and enriched in the lighter component than CO2, the gas depleted in CO2 is heated first in the first heat exchanger and then in the cooler before being expanded in a turbine and the liquid enriched in CO2 is separated by distillation to form at least one rich fluid in CO2.
  • a low temperature separation apparatus for a gas containing CO2 to produce a fluid rich in CO2 comprising a compressor comprising at least two stages, a cooler, a water cooler, a first heat exchanger, a phase separator, a turbine and at least one distillation column, means for sending a gas containing CO2 and at least one component lighter than CO2 to the compressor comprising at least two stages, means for sending the compressed gas from the compressor to cool in the chiller and the water chiller, means for sending the cooled gas into the chiller and the water chiller in the first heat exchanger, means for sending the gas cooled in the first heat exchanger to the phase separator to form a liquid enriched in CO2 and depleted in the component lighter than CO2 and a gas depleted in CO2 and enriched in the component lighter than CO2, means for sending the CO2-depleted gas being heated first in the first heat exchanger and then in the cooler, means for sending the CO2-depleted gas heated in the cooler to expand in the turbine
  • a low temperature separation apparatus for a gas containing CO2 to produce a fluid rich in CO2 comprising a compressor comprising at least two stages, a first heat exchanger, a cooler , a distillation system comprising at least one phase separator and/or at least one distillation column, a turbine, means for sending a gas containing CO2 and at least one component lighter than CO2 to be compressed in the compressor, means for sending compressed gas to cool downstream of at least one of the stages in the cooler, means for sending the compressed and cooled gas to cool in the first heat exchanger, means for sending the cooled gas to the first exchanger of heat separate by partial condensation and/or distillation to produce a fluid rich in CO2 and depleted in the component lighter than CO2 and a gas depleted in CO2 and enriched in the component lighter than CO2, means for sending the CO2-depleted gas is heated first in the first heat exchanger and then in the cooler and means for sending the CO2-depleted gas heated in the cooler to expand in the turbine
  • FIG. 1 schematically represents a process using a single distillation column to remove a component lighter than CO2 in a first column.
  • a gas flow 1 is compressed in a multi-stage compressor, here four stages C1, C2, C3, R4, here with a cooler R1, R2, R3 between each pair of stages and two coolers R4, R5 downstream of the last stage .
  • This flow rate1 can for example be the residual of a PSA H2 or CO2 and can be compressed up to at least 35 bars abs in the compressor stages C1 to C4.
  • Chillers R1 to R3 are cooled by CW cooling water only, just like chiller R5.
  • Gas flow 1 contains CO2 and at least one lighter component which may be hydrogen, carbon monoxide, nitrogen or oxygen.
  • the gas flow is rich in nitrogen.
  • the gas flow 1 contains less than 1% mol. of methane.
  • the gas flow cooled in the two coolers R4, R5 downstream of the last stage is cooled to a temperature below -50°C in a first heat exchanger E by heat exchange with at least one fluid resulting from the separation cold.
  • This exchanger E can be of the brazed aluminum plate and fin type.
  • the gas flow 1 partially condenses in the first heat exchanger E and the two-phase flow formed is separated in a phase separator S forming a gas 3 enriched in at least one lighter component, here at least nitrogen.
  • This gas heats up in the first exchanger E to a temperature higher than the ambient temperature, for example higher than 30°C and then heats up in the first cooler R4 directly following the last stage C4 of the compressor from a temperature of 30°C. C up to a temperature of 100°C, being the only cooling fluid sent to this first R4 cooler. Then the gas cooled in the first cooler R4 cools in a second cooler R5 against cooling water CW at an ambient temperature below 40°C, or even below 30°C.
  • the gas flow 3 enriched with at least one light component can cool the compressed gas in the second cooler R5, the first being cooled by water.
  • the gas flow cooled in the two coolers R4, R5 downstream of the last stage is cooled to a temperature below -50°C in a first heat exchanger E by heat exchange with at least one fluid resulting from the separation cold.
  • This exchanger E can be of the brazed aluminum plate and fin type.
  • the flow enriched with the at least one light component can cool the compressed gas in a cooler R1, R2, R3 between two stages of the compressor.
  • the exchanger E, the phase separator S and the column C are inside a thermally insulated CB enclosure.

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Abstract

Dans un procédé de séparation à basse température d'un gaz contenant du CO2 pour produire un fluide riche en CO2, un gaz contenant du CO2 et au moins un composant plus léger que le CO2 est comprimé dans un compresseur (C1, C2, C3, C4) comprenant au moins deux étages, le gaz étant refroidi en aval d'au moins un des étages dans un refroidisseur (R4) et par échange de chaleur avec de l'air (CW) et ensuite refroidi dans un premier échangeur de chaleur (E), le gaz refroidi dans le premier échangeur de chaleur est séparé à basse température par condensation partielle et/ou distillation pour produire un fluide riche en CO2 et appauvri en le composant plus léger que le CO2 (9) et un gaz (3) appauvri en CO2 et enrichi en le composant plus léger que le CO2, le gaz appauvri en CO2 se réchauffe d'abord dans le premier échangeur de chaleur et ensuite dans le refroidisseur avant d'être détendu dans une turbine (T).

Description

    Procédé et appareil de séparation à basse température d’un gaz contenant du CO2 pour produire un fluide riche en CO2
  • La présente invention est relative à un procédé et appareil de séparation à basse température d’un gaz contenant du CO2 pour produire un fluide riche en CO2. Le mélange à séparer contient du CO2 et au moins un composant plus léger que le CO2, tel que du monoxyde de carbone, de l’hydrogène, de l’azote, de l’oxygène, du méthane.
  • En particulier le procédé peut traiter un gaz issu d’une combustion, par exemple un procédé d’oxycombustion, pour former un produit riche en CO2, par exemple contenant au moins 80% mol de CO2, voire au moins 90% mol de CO2.
  • Un gaz contenant du CO2, par exemple un gaz résiduaire d’un PSA H2 ou d’un PSA CO2.
  • Une séparation à basse température opère à des températures inférieures à 0°C, voire inférieures à -40°C.
  • Selon l’invention, il est prévu un procédé de séparation à basse température d’un gaz contenant du CO2 pour produire un fluide riche en CO2 dans lequel un gaz contenant du CO2 et au moins un composant plus léger que le CO2 est comprimé dans un compresseur comprenant au moins deux étages, le gaz étant refroidi en aval d’ un dernier des étages d’abord dans un refroidisseur et ensuite refroidi par échange de chaleur avec de l’eau à température ambiante ou le contraire et ensuite refroidi dans un premier échangeur de chaleur, le gaz refroidi dans le premier échangeur de chaleur est séparé à basse température par condensation partielle pour produire un liquide enrichi en CO2 et appauvri en le composant plus léger que le CO2 et un gaz appauvri en CO2 et enrichi en le composant plus léger que le CO2, le gaz appauvri en CO2 se réchauffe d’abord dans le premier échangeur de chaleur et ensuite dans le refroidisseur avant d’être détendu dans une turbine et le liquide enrichi en CO2 est séparé par distillation pour former au moins un fluide riche en CO2.
  • Selon d’autres caractéristiques facultatives :
    • l’au moins un fluide riche en CO2 est un liquide et au moins une partie du fluide riche en CO2 se vaporise dans le premier échangeur de chaleur.
    • l’au moins un fluide riche en CO2 vaporisé est comprimé dans un compresseur entraîné par la turbine.
    • le liquide enrichi en CO2 est détendu et envoyé en tête d’une colonne d’épuisement et l’au moins un fluide riche en CO2 est un liquide de cuve de la colonne d’épuisement.
    • le liquide enrichi en CO2 est envoyé en tête d’une colonne de lavage et le liquide de la colonne de lavage alimente une colonne de distillation.
    • un gaz de tête de la colonne de distillation est comprimé dans un compresseur entraîné par la turbine.
    • le gaz appauvri en CO2 rentre dans le refroidisseur à une température supérieure à la température ambiante, par exemple supérieure à 30°C.
    • le gaz à séparer est séparé par condensation partielle (S) pour produire le gaz appauvri en CO2 ainsi qu’un liquide, le liquide est séparé par distillation dans une colonne de distillation pour produire le fluide riche en CO2, qui est de préférence un liquide riche en CO2
    • au moins une partie du froid est fournie par un cycle fermé de réfrigération comprenant au moins un compresseur de cycle entraîné par la turbine.
    • l’au moins un fluide riche en CO2 est un gaz qui se réchauffe dans le premier échangeur de chaleur avant d’être comprimé.
  • Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un appareil de séparation à basse température d’un gaz contenant du CO2 pour produire un fluide riche en CO2 comprenant un compresseur comprenant au moins deux étages, un refroidisseur, un refroidisseur à eau, un premier échangeur de chaleur, un séparateur de phase, une turbine et au moins une colonne de distillation, des moyens pour envoyer un gaz contenant du CO2 et au moins un composant plus léger que le CO2 au compresseur comprenant au moins deux étages, des moyens pour envoyer le gaz comprimé du compresseur pour se refroidir dans le refroidisseur et le refroidisseur à l’eau , des moyens pour envoyer le gaz refroidi dans le refroidisseur et le refroidisseur à l’eau dans le premier échangeur de chaleur, des moyens pour envoyer le gaz refroidi dans le premier échangeur de chaleur au séparateur de phase pour former un liquide enrichi en CO2 et appauvri en le composant plus léger que le CO2 et un gaz appauvri en CO2 et enrichi en le composant plus léger que le CO2, des moyens pour envoyer le gaz appauvri en CO2 se réchauffer d’abord dans le premier échangeur de chaleur et ensuite dans le refroidisseur, des moyens pour envoyer le gaz appauvri en CO2 réchauffé dans le refroidisseur se détendre dans la turbine et des moyens pour envoyer le liquide enrichi en CO2 est séparé dans l’au moins une colonne de distillation pour former au moins un fluide riche en CO2.
  • Selon d’autres aspects facultatifs :
    • l’appareil comprend un compresseur de cycle couplé à la turbine.
    • l’appareil comprend un compresseur de produit riche en CO2 couplé à la turbine.
    • une partie du gaz comprimé dans le compresseur de produit est liquéfiée et renvoyée à l’au moins une colonne de distillation comme reflux.
    • l’appareil comprend une colonne de distillation alimentée par le liquide enrichi en CO2 venant du séparateur de phases et une colonne d’élimination de NOX alimentée par un liquide de cuve de la colonne de distillation.
  • Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un appareil de séparation à basse température d’un gaz contenant du CO2 pour produire un fluide riche en CO2 comprenant un compresseur comprenant au moins deux étages, un premier échangeur de chaleur, un refroidisseur, un système de distillation comprenant au moins un séparateur de phases et/ou au moins une colonne de distillation, une turbine, des moyens pour envoyer un gaz contenant du CO2 et au moins un composant plus léger que le CO2 être comprimé dans le compresseur, des moyens pour envoyer gaz comprimé se refroidir en aval d’au moins un des étages dans le refroidisseur, des moyens pour envoyer le gaz comprimé et refroidi se refroidir dans le premier échangeur de chaleur, des moyens pour envoyer le gaz refroidi dans le premier échangeur de chaleur se séparer par condensation partielle et/ou distillation pour produire un fluide riche en CO2 et appauvri en le composant plus léger que le CO2 et un gaz appauvri en CO2 et enrichi en le composant plus léger que le CO2, des moyens pour envoyer le gaz appauvri en CO2 se réchauffer d’abord dans le premier échangeur de chaleur et ensuite dans le refroidisseur et des moyens pour envoyer le gaz appauvri en CO2 réchauffé dans le refroidisseur se détendre dans la turbine.
  • L’invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures :
  • représente schématiquement un procédé selon l’invention.
  • représente schématiquement un procédé selon l’invention.
  • représente schématiquement un procédé utilisant une seule colonne de distillation pour éliminer un composant plus léger que CO2 dans une première colonne.
  • Un débit gazeux 1 est comprimé dans un compresseur à plusieurs étages, ici quatre étages C1, C2, C3, R4, ici avec un refroidisseur R1, R2, R3 entre chaque paire d’étages et deux refroidisseurs R4, R5 en aval du dernier étage. Ce débit1 peut par exemple être le résiduaire d’un PSA H2 ou CO2 et peut être comprimé jusqu’à au moins 35 bars abs dans les étages du compresseur C1 à C4. Les refroidisseurs R1 à R3 sont refroidis uniquement par de l’eau de refroidissement CW, tout comme le refroidisseur R5.
  • Le débit gazeux 1 contient du CO2 et au moins un composant plus léger pouvant être de l’hydrogène, du monoxyde de carbone, de l’azote ou de l’oxygène. Dans cet exemple, le débit gazeux est riche en azote. De préférence le débit gazeux 1 contient moins qu’1% mol. de méthane.
  • Le débit gazeux refroidi dans les deux refroidisseurs R4, R5 en aval du dernier étage est refroidi jusqu’à une température en dessous de -50°C dans un premier échangeur de chaleur E par échange de chaleur avec au moins un fluide issu de la séparation froide. Cet échangeur E peut être de type en aluminium brasé à plaques et à ailettes.
  • Le débit gazeux 1 se condense partiellement dans le premier échangeur de chaleur E et le débit diphasique formé est séparé dans un séparateur de phase S formant un gaz 3 enrichi en l’au moins un composant plus léger, ici au moins l’azote. Ce gaz se réchauffe dans le premier échangeur E jusqu’à une température supérieure à la température ambiante, par exemple supérieure à 30°C et ensuite se réchauffe dans le premier refroidisseur R4 suivant directement le dernier étage C4 du compresseur depuis une température de 30°C jusqu’à une température de 100°C, étant le seul fluide de refroidissement envoyé à ce premier refroidisseur R4. Ensuite le gaz refroidi dans le premier refroidisseur R4 se refroidit dans un deuxième refroidisseur R5 contre de l’eau de refroidissement CW à une température ambiante inférieure à 40°C, voire inférieure à 30°C.
  • Alternativement le débit gazeux 3 enrichi en l’au moins un composant léger peut refroidir le gaz comprimé dans le deuxième refroidisseur R5, le premier étant refroidi par de l’eau.
  • Alternativement ou en addition, le débit enrichi en l’au moins un composant léger peut refroidir le gaz comprimé dans un refroidisseur R1, R2, R3 entre deux étages du compresseur.
  • Ainsi le gaz 3 à détendre dans une turbine T est préchauffé contre le gaz comprimé dans le compresseur C1 à C4, de sorte que la chaleur de compression permet de produire plus d’énergie dans la turbine.
  • Le débit gazeux 3 enrichi en composant léger réchauffé dans le premier refroidisseur R4 se trouve à 8 bar et est détendu dans la turbine T depuis cette pression jusqu’à environ la pression atmosphérique. Le débit gazeux enrichi en composant léger 3 peut servir ensuite à régénérer des adsorbants pour sécher le gaz alimentant le PSA pour produire le débit 1.
  • Le liquide 5 du séparateur de phases S est détendu et ensuite envoyé en tête d’une colonne de distillation C qui est une colonne d’épuisement dont un liquide 9 enrichi en CO2 et appauvri en l’au moins composant léger est soutiré en cuve. Ce liquide peut former au moins une partie du produit du procédé. Au moins une partie du liquide est pressurisée par une pompe P et peut être envoyée se vaporiser dans le premier échangeur de chaleur E, une partie 11 du liquide vaporisé étant éventuellement envoyée en cuve de la colonne C comme rebouillage. Au moins une partie 13 du liquide vaporisé peut être comprimée dans un compresseur de produit C5 entrainé par la turbine T pour produire un gaz riche en CO2. Le gaz est ensuite comprimé par d’autres étages de compression C6, C7, avec un refroidisseur à l’eau CW entre chaque paire d’étages (R6 entre C5 et C6) et un dernier refroidisseur en aval de l’étage C7. Le gaz comprimé dans C7 constitue le produit gazeux riche en CO2 dans cet exemple.
  • Le gaz de tête 7 de la colonne C se réchauffe dans le premier échangeur E.
  • L’échangeur E, le séparateur de phase S et la colonne C sont à l’intérieur d’une enceinte CB isolée thermiquement.
  • Deux moyens de production de froid sont utilisés :
    • Un cycle fermé dans lequel du CO2 est comprimé dans un compresseur de cycle CC et renvoyé au premier échangeur de chaleur où il est refroidi, liquéfié, séparé et détendu dans deux vannes différentes pour former deux débits à 5.5 and 9.5 bar abs. Ces deux débits sont réchauffés dans le premier échangeur de chaleur E pour fournir du froid puis sont renvoyés au compresseur de cycle CC.
    • Vaporisation du liquide 9 dans l’échangeur E.
  • Evidemment le système peut comprendre plusieurs séparateurs de phase, en série et/ou en parallèle et en amont de la distillation ainsi qu’au moins une colonne de distillation.
  • Si le système ne comprend pas de séparateur de colonne, le gaz détendu dans la turbine sera pris en haut de la colonne de distillation.
  • représente schématiquement un procédé utilisant deux colonnes pour éliminer un composant plus léger que CO2 dans une première colonne et un composant plus lourd que le CO2 dans une deuxième colonne.
  • Un débit gazeux 1 est comprimé dans un compresseur à plusieurs étages, ici quatre étages C1, C2, C3, C4, ici avec un refroidisseur R1, R2, R3 entre chaque paire d’étages et deux refroidisseurs R4, R5 en aval du dernier étage. Ce débit 1 peut par exemple être le résiduaire d’un PSA H2 ou CO2 et peut être comprimé jusqu’à au moins 35 bars abs dans les étages du compresseur C1 à C4. Les refroidisseurs R1 à R3 sont refroidis uniquement par de l’eau de refroidissement CW, tout comme le refroidisseur R5.
  • Le débit gazeux 1 contient du CO2 et au moins un composant plus léger pouvant être de l’hydrogène, du monoxyde de carbone, de l’azote ou de l’oxygène. Dans cet exemple, le débit gazeux est riche en azote. De préférence le débit gazeux 1 contient moins qu’1% mol. de méthane.
  • Le débit gazeux refroidi dans les deux refroidisseurs R4, R5 en aval du dernier étage est refroidi jusqu’à une température en dessous de -50°C dans un premier échangeur de chaleur E par échange de chaleur avec au moins un fluide issu de la séparation froide. Cet échangeur E peut être de type en aluminium brasé à plaques et à ailettes.
  • Le débit gazeux 1 se condense partiellement dans le premier échangeur de chaleur E et le débit diphasique formé est séparé dans un séparateur de phase S formant un gaz 3 enrichi en l’au moins un composant plus léger, ici au moins l’azote. Ce gaz se réchauffe dans le premier échangeur E jusqu’à une température supérieure à la température ambiante, par exemple supérieure à 30°C et ensuite se réchauffe dans le premier refroidisseur R4 suivant directement le dernier étage C4 du compresseur depuis une température de 30°C jusqu’à une température de 100°C, étant le seul fluide de refroidissement envoyé à ce premier refroidisseur R4. Ensuite le gaz refroidi dans le premier refroidisseur R4 se refroidit dans un deuxième refroidisseur R5 contre de l’eau de refroidissement CW à une température ambiante inférieure à 40°C, voire inférieure à 30°C.
  • Alternativement le débit gazeux 3 enrichi en l’au moins un composant léger peut refroidir le gaz comprimé dans le deuxième refroidisseur R5, le premier étant refroidi par de l’eau.
  • Alternativement ou en addition, le débit enrichi en l’au moins un composant léger peut refroidir le gaz comprimé dans un refroidisseur R1, R2, R3 entre deux étages du compresseur.
  • Ainsi le gaz 3 à détendre dans une turbine T est préchauffé contre le gaz comprimé dans le compresseur C1 à C4, de sorte que la chaleur de compression permet de produire plus d’énergie dans la turbine.
  • Le débit gazeux 3 enrichi en composant léger réchauffé dans le premier refroidisseur R4 se trouve à 8 bar et est détendu dans la turbine T depuis cette pression jusqu’à environ la pression atmosphérique. Le débit gazeux enrichi en composant léger 3 peut servir ensuite à régénérer des adsorbants pour sécher le gaz alimentant le PSA pour produire le débit 1. En addition ou alternativement le débit détendu 3 peut alimenter l’unité PSA pour récupérer le CO2 qu’il contient.
  • Le liquide 5 du séparateur de phases S est détendu et ensuite envoyé en tête d’une colonne de distillation C dont un liquide 9 enrichi en CO2 et appauvri en l’au moins composant léger est soutiré en cuve. Au moins une partie du liquide est pressurisée par une pompe P et peut être envoyée se vaporiser dans le premier échangeur de chaleur E, une partie 11 du liquide vaporisé étant éventuellement envoyée en cuve de la colonne C comme rebouillage et l’autre partie 19 étant envoyée alimenter la colonne N en cuve. Le gaz de tête 7 de la colonne C se réchauffe dans le premier échangeur E.
  • La colonne N est une colonne d’élimination de NOx plus lourds que le CO2, le NOx étant une dénomination couvrant les composés suivants : le monoxyde d'azote (NO), le dioxyde d'azote (NO2), le protoxyde d'azote (N2O), le tétraoxyde de diazote (N2O4), le trioxyde d'azote (N2O3). Le NO étant plus léger que le CO2, la colonne N sert à éliminer le dioxyde d'azote (NO2), le protoxyde d'azote (N2O), le tétraoxyde de diazote (N2O4), le trioxyde d'azote (N2O3), si présents dans le liquide.
  • Dans cette colonne alimentée par le débit 19, au moins une impureté plus lourde que le CO2 sont lavées par un reflux intermédiaire de CO2 15 et un reflux de tête 23 de CO2 pur pour produire en cuve un liquide enrichi en l’au moins une impureté plus lourde 25, telle que les NOX, par exemple le NO2.
  • Le liquide enrichi en l’au moins impureté plus lourde 25 se vaporise dans le premier échangeur E.
  • Le gaz de tête 21 de la colonne N constitue le produit épuré en l’au moins une impureté plus lourde et se réchauffe dans le premier échangeur E avant d’être comprimé dans un premier étage de compression C5 entraîné par la turbine T. Après refroidissement en R6, le débit est divisé, une partie 23 étant condensé dans le premier échangeur E et le reste 27 étant comprimé dans les étages de compression C6, C7 pour former un produit gazeux sous pression. Le gaz comprimé dans C7 constitue le produit gazeux riche en CO2 dans cet exemple.
  • La partie 23 est renvoyée en tête de la colonne N comme reflux.
  • L’échangeur E, le séparateur de phase S et la colonne C sont à l’intérieur d’une enceinte CB isolée thermiquement.
  • Deux moyens de production de froid sont utilisés :
    • Un cycle fermé dans lequel du CO2 est comprimé dans un compresseur de cycle CC et renvoyé au premier échangeur de chaleur où il est refroidi, liquéfié, séparé et détendu dans deux vannes différentes pour former deux débits à 5.5 and 9.5 bar abs. Ces deux débits sont réchauffés dans le premier échangeur de chaleur E pour fournir du froid puis sont renvoyés au compresseur de cycle CC.
    • Vaporisation du liquide 9 dans l’échangeur E.
  • Evidemment le système peut comprendre plusieurs séparateurs de phase, en série et/ou en parallèle et en amont de la distillation ainsi qu’au moins une colonne de distillation.
  • Si le système ne comprend pas de séparateur de colonne, le gaz détendu dans la turbine sera pris en haut de la colonne de distillation.
  • De préférence, au moins un des compresseurs de cycle CC et au moins un compresseur de produit C6, C7, sont intégrés dans une seule machine de compression.
  • La turbine peut entraîner au moins un compresseur de cycle de réfrigération, par exemple CC et/ou au moins un autre compresseur de produit C6, C7 en plus de ou à la place du compresseur C5.

Claims (15)

  1. Procédé de séparation à basse température d’un gaz contenant du CO2 pour produire un fluide riche en CO2 dans lequel un gaz contenant du CO2 et au moins un composant plus léger que le CO2 est comprimé dans un compresseur (C1, C2, C3, C4) comprenant au moins deux étages, le gaz étant refroidi en aval d’ un dernier des étages d’abord dans un refroidisseur (R4, R5) et ensuite refroidi par échange de chaleur avec de l’eau (CW) à température ambiante ou le contraire et ensuite refroidi dans un premier échangeur de chaleur (E), le gaz refroidi dans le premier échangeur de chaleur est séparé à basse température par condensation partielle pour produire un liquide (5) enrichi en CO2 et appauvri en le composant plus léger que le CO2 (9, 21) et un gaz (3) appauvri en CO2 et enrichi en le composant plus léger que le CO2, le gaz appauvri en CO2 se réchauffe d’abord dans le premier échangeur de chaleur et ensuite dans le refroidisseur avant d’être détendu dans une turbine (T) et le liquide enrichi en CO2 est séparé par distillation pour former au moins un fluide riche en CO2 (8,9,21).
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l’au moins un fluide riche en CO2 est un liquide (9) et au moins une partie du fluide riche en CO2 se vaporise dans le premier échangeur de chaleur (E).
  3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel l’au moins un fluide riche en CO2 vaporisé est comprimé dans un compresseur (C5) entraîné par la turbine (T).
  4. Procédé selon la revendication 2 ou 3 dans lequel le liquide enrichi en CO2 est détendu et envoyé en tête d’une colonne d’épuisement (C) et l’au moins un fluide riche en CO2 est un liquide de cuve (8,9) de la colonne d’épuisement.
  5. Procédé selon une des revendications précédentes dans lequel le liquide enrichi en CO2 (5) est envoyé en tête d’une colonne de lavage et le liquide de la colonne de lavage alimente une colonne de distillation.
  6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel un gaz de tête (21) de la colonne de distillation (C) est comprimé dans un compresseur (C5) entraîné par la turbine (T).
  7. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le gaz appauvri en CO2 rentre dans le refroidisseur (R4) à une température supérieure à la température ambiante, par exemple supérieure à 30°C.
  8. 8.Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le gaz à séparer est séparé par condensation partielle (S) pour produire le gaz appauvri en CO2 (3) ainsi qu’un liquide (5), le liquide est séparé par distillation dans une colonne de distillation pour produire le fluide riche en CO2 (9,21), qui est de préférence un liquide riche en CO2 (9).
  9. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel au moins une partie du froid est fournie par un cycle fermé de réfrigération comprenant au moins un compresseur de cycle entraîné par la turbine (T).
  10. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’au moins un fluide riche en CO2 est un gaz (21) qui se réchauffe dans le premier échangeur de chaleur (E) avant d’être comprimé.
  11. Appareil de séparation à basse température d’un gaz contenant du CO2 pour produire un fluide riche en CO2 comprenant un compresseur (C1, C2, C3, C4) comprenant au moins deux étages, un refroidisseur (R4, R5), un refroidisseur à eau, un premier échangeur de chaleur (E), un séparateur de phase, une turbine (T) et au moins une colonne de distillation, des moyens pour envoyer un gaz contenant du CO2 et au moins un composant plus léger que le CO2 au compresseur (C1, C2, C3, C4) comprenant au moins deux étages, des moyens pour envoyer le gaz comprimé du compresseur pour se refroidir dans le refroidisseur (R4) et le refroidisseur à l’eau (CW), des moyens pour envoyer le gaz refroidi dans le refroidisseur et le refroidisseur à l’eau dans le premier échangeur de chaleur (E), des moyens pour envoyer le gaz refroidi dans le premier échangeur de chaleur au séparateur de phase pour former un liquide enrichi en CO2 et appauvri en le composant plus léger que le CO2 (9, 21) et un gaz (3) appauvri en CO2 et enrichi en le composant plus léger que le CO2, des moyens pour envoyer le gaz appauvri en CO2 se réchauffer d’abord dans le premier échangeur de chaleur et ensuite dans le refroidisseur, des moyens pour envoyer le gaz appauvri en CO2 réchauffé dans le refroidisseur se détendre dans la turbine et des moyens pour envoyer le liquide enrichi en CO2 est séparé dans l’au moins une colonne de distillation pour former au moins un fluide riche en CO2.
  12. Appareil selon la revendication 11 comprenant un compresseur de cycle (CC) couplé à la turbine (T).
  13. Appareil selon la revendication 11 comprenant un compresseur (C5) de produit riche en CO2 couplé à la turbine (T).
  14. Appareil selon la revendication 13 dans lequel une partie (23) du gaz comprimé dans le compresseur de produit (C5) est liquéfiée et renvoyée à l’au moins une colonne de distillation (C) comme reflux.
  15. Appareil selon l’une des revendications 11 à 14 comprenant une colonne de distillation alimentée par le liquide (5) enrichi en CO2 venant du séparateur de phases et une colonne d’élimination de NOX (N) alimentée par un liquide de cuve de la colonne de distillation.
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