EP4673253A1 - Dispositif de fusion d'un gaz à l'état solide - Google Patents

Dispositif de fusion d'un gaz à l'état solide

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Publication number
EP4673253A1
EP4673253A1 EP24710147.0A EP24710147A EP4673253A1 EP 4673253 A1 EP4673253 A1 EP 4673253A1 EP 24710147 A EP24710147 A EP 24710147A EP 4673253 A1 EP4673253 A1 EP 4673253A1
Authority
EP
European Patent Office
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gas
closed circuit
branch
state
solid state
Prior art date
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Pending
Application number
EP24710147.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Benjamin CHARPENTIER
Pavel BORISEVICH
Fabrice Lombard
Maroun Nemer
Egoï ORTEGO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Gaztransport et Technigaz SA
Original Assignee
Gaztransport et Technigaz SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Gaztransport et Technigaz SA filed Critical Gaztransport et Technigaz SA
Publication of EP4673253A1 publication Critical patent/EP4673253A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/008—Processes carried out under supercritical conditions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00—Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/04—Pressure vessels, e.g. autoclaves
    • B01J3/044—Pressure vessels, e.g. autoclaves in the form of a loop
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00—Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B01J4/007—Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes provided with moving parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J6/00—Heat treatments such as Calcining; Fusing ; Pyrolysis
    • B01J6/005—Fusing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J7/00—Apparatus for generating gases
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/50—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2204/00—Aspects relating to feed or outlet devices; Regulating devices for feed or outlet devices
    • B01J2204/002—Aspects relating to feed or outlet devices; Regulating devices for feed or outlet devices the feeding side being of particular interest
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2204/00—Aspects relating to feed or outlet devices; Regulating devices for feed or outlet devices
    • B01J2204/007—Aspects relating to the heat-exchange of the feed or outlet devices

Definitions

  • the present invention relates to the field of fusion of a gas in the solid state, such as carbon dioxide.
  • This chain involves a first phase of capturing the gas, a second phase of transporting this gas and a final phase of burying the gas in sites very far from the capture sites.
  • the transport phase of this gas is optimal when the carbon dioxide is in a solid state; particularly when it comes to maritime transport. Indeed, carbon dioxide is in a solid state at atmospheric pressure.
  • the present invention aims to change the solidified gas to the liquid state for transport before changing it to the supercritical state.
  • the present invention at least partially overcomes the drawbacks of the prior art, by providing a gas treatment device by phase change, comprising a device for melting a gas in the solid state, which can be implemented by a fusion method according to the invention.
  • the invention proposes a device for melting a gas in the solid state comprising a closed circuit in which the same gas as the gas in the solid state is intended to circulate in the liquid state and in a loop, the closed circuit comprising at least one inlet for receiving the gas in the solid state and an outlet through which a portion of the gas in the liquid state is intended to exit the closed circuit, the melting device comprising at least one heat exchanger intended to implement a heat exchange between the gas in the liquid state intended to circulate in a loop within the closed circuit and another fluid, so as to heat the gas in the liquid state intended to circulate in the closed circuit in order to melt the gas in the solid state in the closed circuit, the outlet being positioned on the closed circuit.
  • the fusion device comprises a closed circuit which is configured to transform the gas in the solid state into a gas in the liquid state, by fusion.
  • the heat exchanger's role is to heat the liquid gas circulating within the closed circuit in order to melt the solid gas that has been continuously introduced into the closed circuit.
  • the heat exchanger thus maintains the appropriate temperature conditions so that the gas circulating within the closed circuit remains in the liquid state.
  • the fusion device comprises a solid-state gas destructuring member to generate solid-state gas particles, said destructuring member being in communication with the inlet of the closed circuit. It is understood here that the destructuring member is fluidically connected to this inlet, directly or via at least one other component.
  • the solid gas is reduced to particles by the destructuring organ. It is thus easier to incorporate it into the liquid gas.
  • the reduction of the solid gas to particles also makes it possible to reduce the fusion time, since the solid gas flakes are of dimensions which reduce their time in which they remain in the solid state.
  • the destructuring organ can for example be a crusher into which the gas in the solid state in the form of blocks is poured, and which transforms these blocks of gas in the solid state into particles or flakes.
  • the closed circuit comprises at least a first branch and a third branch, at least the first branch extending vertically, the closed circuit comprising a second branch and a fourth branch which connect the first branch to the third branch.
  • the branches may extend along a straight line.
  • the branches may be serpentine or have angles. These branches are in practice pipes assembled to form the closed circuit.
  • the first branch is vertical in order to promote the heat transfer from the liquid gas flow to the solid gas that enters the closed circuit through the closed circuit inlet.
  • the vertical configuration reduces the residence time of the solid gas while preventing the mixture from stratifying and the liquid flow from freezing, due to the supply of solid gas within the liquid gas that circulates in the closed circuit loop.
  • the solid-state gas destructuring member is arranged vertically above the fourth branch. Such an arrangement makes it possible to limit the propensity of the liquid-state gas to penetrate into the destructuring member.
  • the fourth branch comprises at least a first portion and a second portion, the first portion being arranged at the entrance, the first portion having a passage section of the gas flow in the liquid state strictly greater than a passage section of the second portion.
  • the first portion is used by a mixture of the gas in the solid state and the gas in the liquid state. On contact with the gas flow in the liquid state, the gas in the solid state melts in the gas flow in the liquid state.
  • the first portion has a larger volume than the second portion, so as to reduce the flow rate of the liquid gas flow in this first portion relative to the rate within the second portion. Decreasing the flow rate in the first portion allows the height of the first branch to be reduced.
  • a volume of the first branch is strictly greater than a volume of the second branch or a volume of the third branch or a volume of the fourth branch.
  • the flow rate of the mixture consisting of the gas in the liquid state and the gas particles in the solid state within the first branch is thus less than the flow rate of the gas in the liquid state within the second branch or third branch or fourth branch.
  • the first branch of the closed circuit receives both the liquid gas flow and the solid gas, thus requiring a larger volume compared to the volume of the other branches where the solid gas has largely previously merged within the first branch.
  • the heat exchanger is arranged within the third branch or within the second branch or between a start of the fourth branch and the inlet of the closed circuit.
  • the heat exchanger is installed at a location in the closed circuit where the liquid gas flow is free of solid-state gas particles.
  • the heat exchanger is configured to heat the liquid gas circulating within the closed circuit, thus participating in the transition from the solid state to the liquid state of the gas.
  • a device for circulating the flow of gas in the liquid state within the closed circuit is provided, said circulation device being arranged within the second branch, or within the fourth branch or between a start of the third branch and the heat exchanger.
  • the heat exchanger is arranged within the third branch.
  • the circulation device is configured to set the fluid in motion in the liquid state within the closed circuit. This setting in motion impacts the time required to operate the fusion.
  • the heat exchanger placed between the circulation device and the liquid gas outlet allows the liquid gas flow to be heated in order to dissolve any residual solid gas particles before part of the liquid gas flow is extracted through the closed circuit outlet.
  • the circulation device is a pump configured to accept the presence of solid particles at its inlet.
  • the closed circuit comprises a mixing zone arranged opposite the inlet of the closed circuit, between the outlet of the closed circuit and the heat exchanger.
  • a mixing zone promotes the homogeneity of the mixture of gas in the solid state within the flow of gas in the liquid state.
  • Such a mixing zone may comprise a static or dynamic mixer. A die for extruding the gas in the solid state opens into the mixing zone.
  • the gas in the solid state and the gas in the liquid state are carbon dioxide.
  • the gas in these two states is therefore part of the fusion device.
  • the fusion device comprises a mixer, static or dynamic, incorporated into the closed circuit in order to create turbulence in the liquid gas flow so as to homogenize the gas particles in the solid state in said gas flow in the liquid state.
  • the invention also covers a phase change gas treatment device which comprises a fusion device as described herein, at at least one hopper configured to contain the gas in the solid state, at least one member for pressurizing the gas in the solid state connected to the inlet of the closed circuit, at least one shutoff valve and at least one extrusion die both arranged between the pressurizing member and the inlet of the closed circuit, the device for treating a gas by phase change comprising at least one high-pressure pump connected to the outlet of the closed loop and at least one first heat exchanger, the high-pressure pump and the first heat exchanger being respectively configured to increase the pressure and the temperature of the gas in the liquid state so as to make it pass to the supercritical state.
  • a phase change gas treatment device which comprises a fusion device as described herein, at at least one hopper configured to contain the gas in the solid state, at least one member for pressurizing the gas in the solid state connected to the inlet of the closed circuit, at least one shutoff valve and at least one extrusion die both arranged between the pressurizing
  • the hopper is in the form of a tank containing the gas in solid state.
  • the phase change gas treatment device comprises an extrusion die configured to extrude the gas in the solid state in the form of longitudinal and continuous elements.
  • the speed of the flow of gas in the liquid state circulating in the closed circuit breaks these longitudinal and continuous elements to form particles, entraining the latter within the fourth branch towards the first branch of the closed circuit.
  • the pressurizing member is for example a rotor/stator assembly or one or more worm screws whose role is to push the gas in the solid state into the extrusion die in order to transform it into longitudinal and continuous elements.
  • the pressurizing member raises the pressure of the gas in the solid state to a value higher than the pressure of the flow of gas in the liquid state circulating in the closed circuit, in order to combat the pressure losses of the components present between the outlet of the pressurizing member and the inlet of the closed circuit, in particular the extrusion die.
  • the treatment device comprises a thermodynamic circuit provided with at least one compression device, the first heat exchanger configured to transform the gas in the liquid state coming from the high-pressure pump into the supercritical state, an expansion member and a second heat exchanger operating as an evaporator.
  • the first heat exchanger is operated as a condenser within the thermodynamic circuit. This first heat exchanger thus heats the gas in the liquid state extracted from the closed circuit in order to change its state, that is to say to pass it to the supercritical state.
  • the invention also covers a method for melting a gas in the solid state which uses a melting device as described in the present document, the method comprising at least one step of circulating the gas in the liquid state within the closed circuit; a step of bringing the gas in the solid state, entering the closed circuit via the inlet, into contact with the gas in the liquid state circulating within the closed circuit; a step of raising the temperature of the gas in the liquid state circulating within the closed circuit and a step of releasing a portion of the gas in the liquid state via the outlet.
  • the fusion method comprises a fusion step within the first branch of the gas in the solid state with the gas in the liquid state.
  • the fusion method comprises a step of destructuring the gas in the solid state by means of the destructuring member.
  • the invention also covers a method of treating gas by phase change which implements at least one fusion method as presented above, the treatment method comprising at least one step of pressurizing the gas in the solid state prior to the destructuring step and a step of passing the gas flow from the liquid state to the supercritical state after the step of compressing said gas in the liquid state.
  • the pressurization step makes it possible to raise the pressure of the gas in the solid state to a value equal to or greater than the pressure prevailing within the closed circuit. In doing so, the gas in the solid state is transferred to the fusion device according to the invention.
  • FIG. 1 represents an embodiment of the fusion device which is the subject of the invention
  • FIG. 2 shows in section a gas destructuring organ in the solid state which comprises the fusion device of figure 1;
  • FIG. 3 shows another sectional view of the solid-state gas destructuring member illustrated in Figure 2;
  • FIG. 4 schematically represents a mixer of the gas in the solid state which comprises the fusion device
  • FIG. 5 schematically represents a device for treating a gas by phase change, comprising the fusion device according to figure 1 associated with a device for transition to the supercritical state.
  • This document uses the words upstream and downstream to define the relative arrangement of certain components. These words are assessed according to the direction of circulation of the fluid which passes through said components or which circulates within the circuit concerned.
  • FIG 1 illustrates a fusion device 8 according to the invention responsible for changing a gas initially in the solid state 2 to the liquid state.
  • a fusion device 8 comprises a closed circuit 12 in which the same gas as the gas in the solid state 2 circulates in a loop and in liquid form, in other words, a flow of gas in the liquid state 6.
  • the closed circuit 12 comprises at least one inlet 14 for receiving the solid-state gas 2. This inlet 14 forms the zone through which the solid-state gas 2 is introduced into the closed circuit 12.
  • the closed circuit 12 also comprises an outlet 16 through which a portion of the liquid gas flow 6 exits.
  • this outlet 16 is the mouth through which the liquid gas flow 6 is extracted from the closed circuit 12.
  • This fusion device 8 operates continuously.
  • a liquid gas flow 6 rotates continuously within the closed circuit 12.
  • a determined volume of solid gas 2 is incorporated into this liquid gas flow 6 at a first point of the closed circuit 12, namely the inlet 14.
  • a mass of liquid gas flow 6 substantially identical to the mass of solid gas 2 incorporated is extracted at a second point of the closed circuit 12, namely the outlet 16.
  • the volume of liquid gas 6 extracted is determined as a function of the volume flow rate of the liquid gas flow 6 measured at the outlet 16 of the closed circuit 12.
  • the volume of solid gas 2 incorporated is determined as a function of the level of liquid gas 6 measured at the expansion tank 9.
  • the incorporated mass and the extracted mass represent a mass between one eleventh and one twelfth of the mass corresponding to the flow of gas in the liquid state present in the closed circuit 12.
  • an expansion tank 9 is part of the closed circuit 12.
  • the expansion tank 9 is arranged immediately upstream of the outlet 16 of the closed circuit 12.
  • This expansion vessel 9 absorbs the volume variations of the flow of gas in the liquid state 6 circulating within the closed circuit 12, during the start-up and shutdown phases, during fluctuations in the temperature of the mixture of gas in the liquid state and gas in the solid state and to balance the mass differences between the gas in the solid state which integrates the closed circuit 12 and the gas in the liquid state which is drawn off at the outlet 16 of the closed circuit 12.
  • the fusion device 8 also comprises at least one heat exchanger 18 which implements a heat exchange between the flow of gas in the liquid state 6 which circulates in a loop within the closed circuit 12 and another fluid.
  • This other fluid is for example glycol.
  • the outlet 16 is advantageously positioned downstream of the heat exchanger 18. This positioning reduces the risk of having gas in the solid state at the outlet 16.
  • the outlet 16 can also be positioned upstream of the heat exchanger 18.
  • the outlet 16 can be positioned upstream of a circulation device 30 configured to ensure the movement of the flow of gas in the liquid state 6 within the closed circuit 12.
  • Such alternative positions of the outlet 16 are made possible when the fusion of the gas in the solid state into gas in the liquid state has taken place previously, that is to say upstream, in the closed circuit.
  • the closed circuit 12 comprises at least a first branch 20 and a third branch 24.
  • the first branch 20 extends vertically, or substantially vertically, which promotes the fusion of the gas in the solid state within the gas in the liquid.
  • the third branch 24 is also substantially vertical.
  • the closed circuit 12 also comprises a second branch 22 and a fourth branch 26 which connect the first branch 20 to the third branch 24 in order to form a loop structuring the closed circuit 12.
  • the first, second, third and fourth branches referenced 20, 22, 24 and 26 thus have the objective of transporting the flow of gas in the liquid state 6 from the inlet 14 to the outlet 16 of the closed circuit 12.
  • the first branch 20 has a volume strictly greater than the volume of the other branches.
  • the first branch 20 contains the gas in the solid state 2 which comes from the inlet 14 of the closed circuit 12. This volume of the first branch 20 makes it possible to slow down the speed of the flow within this branch, compared to the speed of the flow in the other branches. This increases the contact time between the particles of gas in the solid state 2 and the gas in the liquid state 6.
  • the third branch 24 has a volume smaller than that of the first branch 20 because, at this point in the closed circuit 12, the gas in the solid state 2 has already largely melted in the first branch 20 and in the second branch 22, thus making it possible to limit the section of the third branch 24, compared to the section of the first branch 20.
  • the expansion tank 9 is a volume in which a volume of the gas in the liquid state increases or decreases.
  • This expansion tank 9 is installed at the junction of the third branch 24 and the fourth branch 26, the latter being connected to the expansion tank at a point vertically lower than an inlet point by which the third branch 24 is connected to the expansion tank 9.
  • the third branch 24 comprises the heat exchanger 18 arranged upstream of the expansion tank 9.
  • the role of the heat exchanger 18 is to heat the flow of gas in the liquid state 6, in order to melt the gas in the solid state 2 mixed with the flow of gas in the liquid state 6 circulating within the closed circuit 12.
  • the outlet 16 is configured to extract a portion of the flow of gas in the liquid state 6 previously heated by the heat exchanger 18.
  • the heat exchanger 18 is arranged within the second branch 22 or within the fourth branch 26.
  • the heat exchanger 18 is located downstream of a circulation device 30, the latter being arranged within the second branch 2.
  • the circulation device 30 is configured to ensure the movement of the liquid gas flow 6 within the closed circuit 12.
  • a circulation device 30 is for example a pump.
  • the circulation device 30 is here arranged between an end of the first branch 20 and the heat exchanger 18.
  • the fourth branch 26 of the closed circuit 12 comprises a first portion 36 and a second portion 38.
  • the first portion 36 has a passage section of the liquid gas 6 strictly greater than a passage section of the second portion 38.
  • the first portion 36 is arranged vertically in line with the inlet 14 of the closed circuit 12. It is through this inlet 14 that the gas in the solid state 2 deconstructed into particles 32 enters the closed circuit 12.
  • the passage section of the first portion 36 is greater than the passage section of the second portion 28 in order to reduce the flow rate of the liquid gas flow 6 in the passage section where the particles 32 and the liquid gas flow 6 coexist, namely the first portion 36, to allow the liquid gas flow 6 to envelop the solid gas particles.
  • the passage section of the second portion 28 which is less than the passage section of the first portion 36, makes it possible to save a volume of liquid gas 6 present in the closed circuit and makes it possible to save the material required for manufacturing the closed circuit 12.
  • the fusion device according to the invention is configured so that the flow of gas in the liquid state 6 circulates in an anti-clockwise direction within the closed circuit 12, passing from the second portion 38 to the first portion 36.
  • a portion of the flow of gas in the liquid state 6 not extracted from the closed circuit 12 continues its circulation from the fourth branch 26 to the first branch 20, thanks to the circulation device 30, according to a substantially horizontal flow in order to perpetuate the circulation of the flow of gas in the liquid state 6 within the closed circuit 12 and thus ensure a device whose operation is continuous.
  • Figures 2 and 3 illustrate a destructuring member 34 of the gas in the solid state 2. This is arranged upstream of the inlet 14 of the closed circuit 12, so that the particles of gas in the solid state penetrate into the flow of gas in the liquid state.
  • the destructuring member 34 of the fluid in the solid state 2 is configured to generate particles 32 of gas in the solid state 2.
  • the fusion device 8 comprises a mixing zone 40 of the gas in the solid state 2 with the flow of gas in the liquid state 6, where the particles 32 of gas in the solid state 2 previously destructured by the destructuring member 34 are carried by the flow of gas in the liquid state 6 of the closed circuit 12.
  • the particles 32 of the gas in the solid state 2 pass through the mixing zone 40 arranged in the closed circuit 12.
  • this mixing zone 40 is part of the fourth branch 26.
  • This mixing zone 40 is interposed between the outlet 16 of the closed circuit 12 and the first branch 20. More precisely, this mixing zone 40 is arranged between the outlet 16 of the closed circuit 12 and the first portion 36 of the fourth branch 26.
  • the destructuring member 34 receives from a hopper 46 the gas in the solid state 2 aggregated in the form of large blocks. These blocks then pass through a reducing member 47 in order to reduce them to particles that can penetrate into the pressurizing member 50.
  • the reducing member 47 may for example be a grinder.
  • a pressurizing member 50 of the gas in the solid state feeds a pressurizing member 50 of the gas in the solid state.
  • a pressurizing member 50 takes the form of a double screw pump 37 making it possible to raise the pressure of the gas in the solid state 2 to a pressure equivalent to or greater than the pressure which prevails within the closed circuit 12.
  • the pressurizing member 50 therefore raises the pressure of the gas in the solid state to a pressure greater than or equal to, for example, 30 bars.
  • a shut-off valve 39 is also provided, the role of which is to prevent any rise of the liquid gas 6 towards the pressurization pump 50. Once the particles of solid gas 2 have passed through a shut-off valve 39, they are extruded by an extrusion die 41 so as to form a plurality of longitudinal and continuous elements.
  • the longitudinal and continuous elements are subsequently sectioned by the flow of gas in the liquid state 6 circulating in the closed circuit 12, transforming said elements into particles 32.
  • These particles 32 mix with the flow of gas in the liquid state 6 under the effect of a mixer 43 which generates turbulence in the flow of gas in the liquid state 6 leading to a homogeneous distribution of the particles 32 in the flow of gas in the liquid state 6.
  • a mixer 43 is for example dynamic or static. In the latter case, it may be a double helix as visible in Figure 4.
  • a rotary feed valve is provided into which the solid-state gas particles 2 fall, after having been crushed by the reducing member 47. The rotary feed valve then feeds the double feed screw 35.
  • This rotary feed valve is thus arranged in the feed cone which leads the solid-state gas particles 2 to the double feed screw 35.
  • the role of the rotary feed valve is to prevent any obstruction of the double feed screw 35, by regularly delivering a determined quantity of solid-state gas particles 2 to it.
  • Figure 5 illustrates a gas treatment device by phase change 1 comprising at least the fusion device 8 as described above, in particular equipped with its destructuring member 34, as well as a device for transforming the liquid state into the supercritical state 10.
  • the gas treatment device by phase change 1 can also comprise the hopper 46, the pressurization member 50, the shut-off valve 39 and the extrusion die 41.
  • the gas treatment device by phase change 1 aims to change a gas in the solid state 2 to a gas in the supercritical state 66, by passing through a liquid state, in order to store the gas in supercritical form in an underground pocket, for example.
  • the gas treatment device by phase change 1 comprises the fusion device 8 described above and at least one hopper 46, a destructuring member 34, a pressurization member 50, a high pressure pump 52 and a thermodynamic circuit 54 as will be detailed below.
  • the hopper 46 is configured to contain the gas in the solid state 2 supplied for example by a belt conveyor, not shown in the figures.
  • the hopper 46 communicates with the destructuring member 34 in order to bring the gas in the solid state 2 contained in the hopper 46 to the pressurizing member 50 of this same gas in the solid state 2.
  • the pressurizing member 50 communicates fluidically with the fusion device 8, in which the gas in the solid state 2 passes to the liquid state by fusion, as explained above.
  • the high pressure pump 52 is configured to raise the pressure of the liquid gas flow 6 extracted from the closed circuit 12 via the outlet 16 to a value of approximately 100 bars, in order to reach the supercritical state 66 of the gas when the latter is carbon dioxide and its temperature is high.
  • Figure 5 also shows the fusion device 8 which comprises the circulation device 30, the heat exchanger 18 and the outlet 16 connected to each other according to the loop configuration of the closed circuit 12.
  • the portion of gas in the liquid state which leaves the closed circuit 12 through the outlet 16 interacts thermally with the thermodynamic circuit 54, being transported by a first pipe 56 shown in dotted lines in Figure 5-
  • the thermodynamic circuit 54 comprises a first heat exchanger 58 as well as an expansion member 60, a compression device 62 and a second heat exchanger 64, these elements being installed in series with respect to each other to form the thermodynamic circuit 54.
  • This thermodynamic circuit 54 is traversed by a refrigerant fluid, for example carbon dioxide or ammonia, not shown in this figure.
  • the thermodynamic circuit 54 belongs to the phase change device from the liquid state to the supercritical state 10.
  • the first heat exchanger 58 is traversed by the flow of gas in the liquid state 6 extracted by the outlet 16 of the closed circuit 12. This gas in the liquid state is compressed to a pressure of approximately 100 bars by the high-pressure pump 52 arranged within the first pipe 56, then circulates in said first heat exchanger 58.
  • the first heat exchanger 58 is simultaneously traversed by the refrigerant fluid circulating within the thermodynamic circuit 54.
  • the first heat exchanger 58 is used as a condenser. The refrigerant fluid thus tends to condense upon thermal contact with the liquid gas 6.
  • the refrigerant fluid leaving the first heat exchanger 58 is directed towards the expansion member 60, the role of which is to lower the pressure of the refrigerant fluid.
  • the refrigerant continues its circulation towards the second heat exchanger 64.
  • the second heat exchanger 64 is arranged between the expansion member 60 and the compression device 62. From the point of view of the refrigerant which circulates in the thermodynamic circuit 54, the second heat exchanger 64 is used as an evaporator.
  • the refrigerant passes through the compression device 62 placed downstream of the second heat exchanger 64, in order to compress said refrigerant and to raise its pressure, and correlatively its temperature.
  • the temperature and pressure parameters are combined to allow the passage of the extracted gas at the level from outlet 16 initially in the liquid state and raised to a pressure of approximately 100 bars by the high pressure pump 52 to a supercritical state 66.
  • the second heat exchanger 64 is traversed by a heat supply circuit 68.
  • a heat supply circuit can be traversed by sea water or by glycol.
  • the fluid which passes through the heat exchanger 18 is channelled within a heat supply section 80.
  • a heat supply section 80 can be passed through by glycol and this is how the flow of gas in the liquid state 6 which circulates in the closed circuit 12 of the fusion device 8 according to the invention is heated.
  • the invention also relates to a fusion method which implements the fusion device 8 set out above.
  • This fusion method comprises a first step of circulating the flow of gas in the liquid state 6 within the closed circuit 12, more particularly within the four branches 20, 22, 24 and 26 defining the closed circuit 12.
  • Such movement of the gas in the liquid state 6 is for example carried out by means of the circulation device 30, also arranged within the closed circuit 12.
  • the fusion process comprises a second step of bringing the gas in the solid state 2, entering the closed circuit 12 via the inlet 14, into contact with the flow of gas in the liquid state 6 circulating within the closed circuit 12.
  • the bringing into contact causes the mixing and melting of the gas in the solid state 2 previously reduced to particles 32 by the destructuring member 34.
  • the melting process comprises a third step of raising the temperature of the flow of gas in the liquid state 6 circulating within the closed circuit 12.
  • the temperature of the flow of gas in the liquid state 6 is raised using the heat exchanger 18 arranged within the closed circuit 12 in order to best eliminate any trace of particles 32 of gas in the solid state 2 produced by the destructuring member 34, by accelerating the melting phenomenon of these particles.
  • the fusion method comprises a fourth step of exiting a portion of the liquid gas flow 6 through the outlet 16 arranged within the closed circuit 12.
  • This portion of the liquid gas flow 6 extracted from the closed circuit 12 is intended to be compressed to approximately 100 bar and then directed towards a thermodynamic circuit 54 configured to pass said liquid gas flow 6 to the supercritical state, in order to produce a supercritical gas 66 with a view to being stored in an underground pocket, for example.
  • the invention also relates to a method for treating a gas by changing its state which comprises the steps set out above of the fusion method.
  • this method for treating a gas by changing its state comprises a first step of pressurizing the gas in the solid state 2, for example prior to a step of destructuring the gas in the solid state.
  • the gas in the solid state 2 present inside the hopper 46 needs to be reduced to particles 32 in order to facilitate their melting in the flow of gas in the liquid state 6 circulating in the closed circuit 12. This is the role of the destructuring member 34 as described above.
  • the method for treating a gas by changing its state also comprises a second step which consists of a transformation to the supercritical state of the gas flow in the liquid state 6 after the step of exiting said gas flow in the liquid state 6 carried out during the fusion process, so as to inject it in the supercritical state into an underground pocket.
  • the gas in the solid state 2 and the gas flow in the liquid state 6 are the same gas. It is preferably carbon dioxide.
  • the means and the organization of the fusion device 8 and of the gas treatment device by phase change 1 are particularly adapted to this gas.
  • the invention achieves its intended purpose, namely to propose an optimized solution for industrially melting a large quantity of gas stored in the solid state, then converting it to the supercritical state and injecting it into a landfill site. Applied to carbon dioxide, such a solution makes it possible to reduce greenhouse gas emissions.
  • the present invention cannot, however, be limited to the means and configurations described and illustrated here and it also extends to any equivalent means and configuration as well as to any technically operative combination of such means.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de fusion (8) d'un gaz à l'état solide (2), comprenant un circuit fermé (12) dans lequel circule à l'état liquide (6) et en boucle un même gaz que le gaz à l'état solide (2), le circuit fermé (12) comprenant au moins une entrée (14) pour recevoir le gaz à l'état solide (2) et une sortie (16) par laquelle le gaz à l'état liquide (6) sort du circuit fermé (12), le dispositif de fusion (8) comprenant au moins un échangeur thermique (18) qui met en œuvre un échange de chaleur entre le gaz à l'état liquide (6) qui circule en boucle au sein du circuit fermé (12) et un autre fluide.

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention : Dispositif de fusion d’un gaz à l’état solide
La présente invention se rapporte au domaine de la fusion d’un gaz à l’état solide, tel que du gaz carbonique.
Actuellement, une nouvelle chaîne logistique de traitement d’un gaz comme le gaz carbonique est en train de se développer. Cette chaîne implique une première phase de capture du gaz, une deuxième phase de transport de ce gaz et une phase finale d’enfouissement du gaz en des sites très éloignés des sites de capture.
La phase de transport de ce gaz est optimale lorsque le gaz carbonique est à l’état solide ; notamment quand il s’agit de transport maritime. En effet, le dioxyde de carbone est à l’état solide à pression atmosphérique.
Pour enfouir ce gaz en des sites très éloignés des sites de capture, il convient donc d’utiliser des moyens qui changent l’état du gaz pour le faire passer de l’état solide à l’état supercritique. L’état supercritique est imposé pour des contraintes de séquestration géologique.
Un tel changement d’état du gaz nécessite un passage par une phase intermédiaire. La présente invention vise à faire passer à l’état liquide le gaz solidifié pour le transport avant de le faire passer à l’état supercritique.
Il existe des moyens techniques pour faire passer un gaz de l’état solide à l’état liquide. Ces moyens ne sont cependant pas adaptés à la chaîne logistique évoquée plus haut, notamment quand il s’agit de dioxyde de carbone. En effet, cette chaîne implique des volumes considérables de gaz à traiter, selon un processus continu et une inexistence du dioxyde de carbone à l’état liquide à une pression en dessous de 5,2 bar. Par ailleurs, le traitement doit respecter les contraintes environnementales et consommer le moins d’énergie possible. Les moyens techniques connus à ce jour ne permettent pas de résoudre ces difficultés.
La présente invention remédie au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur, en fournissant un dispositif de traitement de gaz par changement de phases, comprenant un dispositif de fusion d’un gaz à l’état solide, qui peut être mis en oeuvre par un procédé de fusion selon l’invention.
A cette fin, l’invention propose un dispositif de fusion d’un gaz à l’état solide comprenant un circuit fermé dans lequel est destiné à circuler à l’état liquide et en boucle un même gaz que le gaz à l’état solide, le circuit fermé comprenant au moins une entrée pour recevoir le gaz à l’état solide et une sortie par laquelle une partie du gaz à l’état liquide est destinée à sortir du circuit fermé, le dispositif de fusion comprenant au moins un échangeur thermique destiné à mettre en oeuvre un échange de chaleur entre le gaz à l’état liquide destiné à circuler en boucle au sein du circuit fermé et un autre fluide, de sorte à chauffer le gaz à l’état liquide destiné à circuler dans le circuit fermé afin de faire fondre le gaz à l’état solide dans le circuit fermé, la sortie étant positionnée sur le circuit fermé.
Le dispositif de fusion comprend un circuit fermé qui est configuré pour transformer le gaz à l’état solide en un gaz à l’état liquide, par fusion.
L’échangeur thermique a pour rôle de chauffer le gaz à l’état liquide circulant au sein du circuit fermé afin de faire fondre le gaz à l’état solide qui a été introduit continuellement dans le circuit fermé. L’échangeur thermique maintient ainsi les conditions de température adéquates pour que le gaz circulant au sein du circuit fermé demeure à l’état liquide.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le dispositif de fusion comprend un organe de déstructuration du gaz à l’état solide pour générer des particules de gaz à l’état solide, ledit organe de déstructuration étant en communication avec l'entrée du circuit fermé. On comprend ici que l’organe de déstructuration est fluidiquement relié à cette entrée, de manière directe ou via au moins un autre composant.
Le gaz à l’état solide est réduit en particules par l’organe de déstructuration. Il est ainsi plus facile à incorporer au gaz à l’état liquide. La réduction en particules du gaz à l’état solide permet aussi de réduire le temps de fusion, puisque les paillettes de gaz à l’état solide sont de dimensions qui réduisent leur temps où elles demeurent à l’état solide. L’organe de déstructuration peut par exemple être un broyeur dans lequel le gaz à l’état solide sous forme de blocs est déversé, et qui transforme ces blocs de gaz à l’état solide en particules ou paillettes.
Selon une autre caractéristique, le circuit fermé comprend au moins une première branche et une troisième branche, au moins la première branche s’étendant verticalement, le circuit fermé comprenant une deuxième branche et une quatrième branche qui relient la première branche à la troisième branche.
Les branches peuvent s’étendre le long d’une droite. Selon une alternative, les branches peuvent être sous forme de serpentin ou présenter des angles. Ces branches sont en pratique des tuyaux assemblés pour former le circuit fermé.
La première branche est verticale afin de favoriser le transfert thermique du flux de gaz à l’état liquide vers le gaz à l’état solide qui entre dans le circuit fermé par l’entrée du circuit fermé. En favorisant ce transfert, la configuration verticale réduit le temps de séjour du gaz à l’état solide tout en empêchant que le mélange stratifie et que le flux liquide ne gèle, en raison de l’apport de gaz à l’état solide au sein du gaz à l’état liquide qui circule dans la boucle du circuit fermé.
Selon une caractéristique optionnelle, l’organe de déstructuration du gaz à l’état solide est disposé verticalement au-dessus de la quatrième branche. Une telle disposition permet de limiter la propension du gaz à l’état liquide à pénétrer dans l’organe de déstructuration.
Selon une autre caractéristique optionnelle, la quatrième branche comprend au moins une première portion et une deuxième portion, la première portion étant disposée au droit de l’entrée, la première portion présentant une section de passage du flux de gaz à l’état liquide strictement supérieure à une section de passage de la deuxième portion. La première portion est empruntée par un mélange du gaz à l’état solide et du gaz à l’état liquide. Au contact du flux de gaz à l’état liquide, le gaz à l’état solide fond dans le flux de gaz à l’état liquide. Afin d’optimiser le phénomène de fusion et ainsi réduire la distance de séjour du gaz à l’état solide au sein du circuit fermé, la première portion présente un volume plus important que la deuxième portion, de manière à réduire la vitesse d’écoulement du flux de gaz à l’état liquide dans cette première portion par rapport à la vitesse au sein de la deuxième portion. La diminution de la vitesse d’écoulement dans la première portion permet de réduire la hauteur de la première branche.
Selon une autre caractéristique, un volume de la première branche est strictement supérieur à un volume de la deuxième branche ou à un volume de la troisième branche ou à un volume de la quatrième branche. La vitesse d’écoulement du mélange constitué du gaz à l’état liquide et des particules de gaz à l’état solide au sein de la première branche est ainsi inférieure à la vitesse d’écoulement du gaz à l’état liquide au sein de la deuxième branche ou de troisième branche ou de la quatrième branche.
La première branche du circuit fermé reçoit à la fois le flux de gaz à l’état liquide et le gaz à l’état solide, nécessitant alors un volume plus important comparativement au volume des autres branches où le gaz à l’état solide a en grande partie préalablement fusionné au sein de la première branche.
Selon une autre caractéristique optionnelle, l’échangeur thermique est disposé au sein de la troisième branche ou au sein de la deuxième branche ou entre un début de la quatrième branche et l’entrée du circuit fermé. L’échangeur thermique est installé en un endroit du circuit fermé où le flux de gaz liquide est dépourvu de particules de gaz à l’état solide.
L’échangeur thermique est configuré pour chauffer le gaz à l’état liquide circulant au sein du circuit fermé, participant ainsi au passage de l’état solide à l’état liquide du gaz.
Selon une autre caractéristique optionnelle, il est prévu un dispositif de mise en circulation du flux de gaz à l’état liquide au sein du circuit fermé, ledit dispositif de mise en circulation étant disposé au sein de la deuxième branche, ou au sein de la quatrième branche ou entre un début de la troisième branche et l’échangeur thermique. Dans ce dernier cas, l’échangeur thermique est disposé au sein de la troisième branche. Le dispositif de mise en circulation est configuré pour mettre en mouvement le fluide à l’état liquide au sein du circuit fermé. Cette mise en mouvement impacte le temps nécessaire pour opérer la fusion.
Plus la vitesse différentielle entre le gaz à l’état liquide et le gaz à l’état solide induite par l’organe de mise en circulation est importante, plus le coefficient d’échange est important et plus le temps de fusion du gaz à l’état solide dans le gaz à l’état liquide sera rapide.
L’échangeur thermique placé entre le dispositif de mise en circulation et la sortie de gaz à l’état liquide permet de réchauffer le flux de gaz à l’état liquide afin de dissoudre la présence éventuelle de particules de gaz à l’état solide résiduelles avant qu’une partie du flux de gaz à l’état liquide soit extraite par la sortie du circuit fermé.
Selon un exemple de réalisation, le dispositif de mise en circulation est une pompe configurée pour accepter la présence de particules solides à son admission.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le circuit fermé comprend une zone de mélange disposée en regard de l’entrée du circuit fermé, entre la sortie du circuit fermé et l’échangeur thermique. Une telle zone de mélange favorise l’homogénéité du mélange de gaz à l’état solide au sein du flux de gaz à l’état liquide. Une telle zone de mélange peut comprendre un mélangeur statique ou dynamique. Une matrice d’extrusion du gaz à l’état solide débouche dans la zone de mélange.
Selon une caractéristique du dispositif de fusion, le gaz à l’état solide et le gaz à l’état liquide sont du dioxyde de carbone. Le gaz dans ces deux états fait donc partie du dispositif de fusion.
Selon une option de l’invention, le dispositif de fusion comprend un mélangeur, statique ou dynamique, incorporé au circuit fermé afin de créer des turbulences dans le flux de gaz liquide de manière à homogénéiser les particules de gaz à l’état solide dans ledit flux de gaz à l’état liquide.
L’invention couvre également un dispositif de traitement de gaz par changement de phases qui comprend un dispositif de fusion tel que décrit dans le présent document, au moins une trémie configurée pour contenir le gaz à l’état solide, au moins un organe de mise en pression du gaz à l’état solide connecté à l’entrée du circuit fermé, au moins une vanne de sectionnement et au moins une matrice d’extrusion toutes deux disposées entre l’organe de mise en pression et l’entrée du circuit fermé, le dispositif de traitement d’un gaz par changement de phases comprenant au moins une pompe haute pression connectée à la sortie de la boucle fermée et au moins un premier échangeur de chaleur, la pompe haute pression et le premier échangeur de chaleur étant respectivement configurés pour augmenter la pression et la température du gaz à l’état liquide de sorte à le faire passer à l’état supercritique.
La trémie se présente sous forme d’un réservoir contenant le gaz à l’état solide.
Le dispositif de traitement de gaz par changement de phases comprend une matrice d’extrusion configurée pour extruder le gaz à l’état solide sous forme d’éléments longitudinaux et continus. La vitesse du flux de gaz à l’état liquide circulant dans le circuit fermé casse ces éléments longitudinaux et continus pour former des particules, entraînant ces dernières au sein de la quatrième branche en direction de la première branche du circuit fermé.
L’organe de mise en pression est par exemple un ensemble rotor/ stator ou une ou plusieurs vis sans fin dont le rôle est de pousser le gaz à l’état solide dans la matrice d’extrusion en vue de le transformer en éléments longitudinaux et continus. De plus, l’organe de mise en pression élève la pression du gaz à l’état solide à une valeur supérieure à la pression du flux de gaz à l’état liquide circulant dans le circuit fermé, afin de combattre les pertes de charges des composants présents entre la sortie de l’organe de mise en pression et l’entrée du circuit fermé, notamment la matrice d’extrusion.
Selon une autre caractéristique optionnelle, le dispositif de traitement comprend un circuit thermodynamique pourvu d’au moins un dispositif de compression, du premier échangeur de chaleur configuré pour transformer à l’état supercritique le gaz à l’état liquide provenant de la pompe haute pression, d’un organe de détente et d’un deuxième échangeur de chaleur opérant comme un évaporateur. Le premier échangeur de chaleur est opéré en tant que condenseur au sein du circuit thermodynamique. Ce premier échangeur de chaleur chauffe ainsi le gaz à l’état liquide extrait du circuit fermé en vue de le faire changer d’état, c’est-à-dire pour le passer à l’état supercritique.
L’invention couvre également un procédé de fusion d’un gaz à l’état solide qui met en oeuvre un dispositif de fusion tel que décrit dans le présent document, le procédé comprenant au moins une étape de mise en circulation du gaz à l’état liquide au sein du circuit fermé ; une étape de mise en contact du gaz à l’état solide, pénétrant dans le circuit fermé par l’entrée, avec le gaz à l’état liquide circulant au sein du circuit fermé ; une étape d’élévation de la température du gaz à l’état liquide circulant au sein du circuit fermé et une étape de sortie d’une partie du gaz à l’état liquide par la sortie.
Selon un aspect optionnel, le procédé de fusion comprend une étape de fusion au sein de la première branche du gaz à l’état solide avec le gaz à l’état liquide.
Quand le dispositif de fusion comprend un organe de déstructuration du gaz à l’état solide, le procédé de fusion comprend une étape de déstructuration du gaz à l’état solide au moyen de l’organe de déstructuration.
L’invention couvre également un procédé de traitement de gaz par changement de phases qui met en oeuvre au moins un procédé de fusion tel que présenté ci-dessus, le procédé de traitement comprenant au moins une étape de mise en pression du gaz à l’état solide préalablement à l’étape de déstructuration et une étape de passage du flux de gaz à l’état liquide à l’état supercritique postérieurement à l’étape de compression dudit gaz à l’état liquide.
L’étape de mise en pression permet d’élever la pression du gaz à l’état solide à une valeur égale ou supérieure à la pression qui règne au sein du circuit fermé. Ce faisant, le gaz à l’état solide est transféré au dispositif de fusion selon l’invention.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description d’un mode de réalisation détaillé qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés, sur lesquels la :
[Fig. 1] représente un mode de réalisation du dispositif de fusion objet de l’invention ; [Fig. 2] représente en coupe un organe de déstructuration du gaz à l’état solide que comprend le dispositif de fusion de la figure 1 ;
[Fig. 3] représente une autre vue en coupe de l’organe de déstructuration du gaz à l’état solide illustré à la figure 2 ;
[Fig. 4] représente schématiquement un mélangeur du gaz à l’état solide que comprend le dispositif de fusion ;
[Fig. 5] représente schématiquement un dispositif de traitement d’un gaz par changement de phases, comprenant le dispositif de fusion selon la figure 1 associé à un dispositif de passage à l’état supercritique.
Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention, telles qu’elles ont été décrites ou telles qu’elles vont être présentées dans la description détaillée qui va suivre, peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
Le présent document utilise les mots amont et aval pour définir la disposition relative de certains composants. Ces mots s’apprécient en fonction du sens de circulation du fluide qui traverse lesdits composants ou qui circule au sein du circuit concerné.
La figure 1 illustre un dispositif de fusion 8 selon l’invention chargé de faire passer à l’état liquide un gaz initialement à l’état solide 2. Un tel dispositif de fusion 8 comprend un circuit fermé 12 dans lequel circule en boucle et sous forme liquide un même gaz que le gaz à l’état solide 2, autrement dit, un flux de gaz à l’état liquide 6. Un tel flux est représenté en pointillés sur la figure 1. Selon un aspect de l’invention, le circuit fermé 12 comprend au moins une entrée 14 pour recevoir le gaz à l’état solide 2. Cette entrée 14 forme la zone par laquelle le gaz à l’état solide 2 est introduit dans le circuit fermé 12.
Le circuit fermé 12 comprend également une sortie 16 par laquelle une partie du flux de gaz à l’état liquide 6 sort. Autrement dit, cette sortie 16 est la bouche par laquelle le flux de gaz à l’état liquide 6 est extrait du circuit fermé 12.
Ce dispositif de fusion 8 fonctionne en continu. Un flux de gaz à l’état liquide 6 tourne en permanence au sein du circuit fermé 12. Un volume déterminé de gaz à l’état solide 2 est incorporé à ce flux de gaz à l’état liquide 6 en un premier point du circuit fermé 12, à savoir l’entrée 14. Une masse de flux de gaz à l’état liquide 6 sensiblement identique à la masse de gaz à l’état solide 2 incorporé est extrait en un second point du circuit fermé 12, à savoir la sortie 16. Le volume de gaz à l’état liquide 6 extrait est déterminé en fonction du débit volumique du flux de gaz à l’état liquide 6 mesuré au niveau de la sortie 16 du circuit fermé 12. Le volume de gaz à l’état solide 2 incorporé est déterminé en fonction du niveau de gaz à l’état liquide 6 mesuré au niveau du vase d’expansion 9. Dans le cas de l’invention où le gaz à l’état solide 2 et le flux de gaz à l’état liquide 6 sont du dioxyde de carbone, la masse incorporée et la masse extraite représentent une masse comprise entre un onzième et un douzième de la masse correspondant au flux de gaz à l’état liquide présent dans le circuit fermé 12.
On obtient ainsi un volume de mélange de gaz liquide 6 et de gaz solide 2 constant au sein du circuit fermé ainsi qu’une bonne homogénéité du mélange et une transmission rapide et importante de la chaleur du gaz à l’état liquide 6 au gaz à l’état solide 2. Le ratio de débit permet d’avoir un écart de température important entre le gaz à l’état solide 2 et le flux de gaz à l’état liquide 6 conduisant à un transfert thermique élevé et par conséquent permettre une fusion plus rapide. Par ailleurs, le transfert thermique élevé permet d’éviter un gel local du flux de gaz à l’état liquide 6 au contact du gaz à l’état solide 2 au sein du circuit fermé 12.
Cependant, il faut toutefois prendre en compte les phases de mise en service ou d’arrêt du dispositif de fusion 8 ainsi que la fluctuation de la température du mélange qui peuvent générer un écart de volume au sein du circuit fermé 12. C’est la raison pour laquelle un vase d’expansion 9 fait partie du circuit fermé 12. Le vase d’expansion 9 est disposé immédiatement en amont de la sortie 16 du circuit fermé 12.
Ce vase d’expansion 9 absorbe les variations de volume du flux de gaz à l’état liquide 6 circulant au sein du circuit fermé 12, lors des phases de mise en fonctionnement, d’arrêt, lors des fluctuations de la température du mélange de gaz à l’état liquide et de gaz à l’état solide et pour équilibrer les différences massiques entre le gaz à l’état solide qui intègre le circuit fermé 12 et le gaz à l’état liquide qui est soutiré au niveau de la sortie 16 du circuit fermé 12.
C’est ainsi par l’adjonction du gaz à l’état solide 2 dans le flux de gaz à l’état liquide 6 que l’étape du passage de l’état solide à l’état liquide du gaz est opérée, au moyen du dispositif de fusion 8 selon l’invention.
Le dispositif de fusion 8 selon l’invention comprend également au moins un échangeur thermique 18 qui met en oeuvre un échange de chaleur entre le flux de gaz à l’état liquide 6 qui circule en boucle au sein du circuit fermé 12 et un autre fluide. Cet autre fluide est par exemple du glycol.
Dans ce qui suit, et tel que cela est représenté sur la figure 1, la sortie 16 est avantageusement positionnée en aval de l’échangeur thermique 18. Ce positionnement réduit le risque d’avoir du gaz à l’état solide au niveau de la sortie 16. Toutefois, la sortie 16 peut également être positionnée en amont de l’échangeur thermique 18. De même, la sortie 16 peut être positionnée en amont d’un dispositif de mise en circulation 30 configuré pour assurer la mise en mouvement du flux de gaz à l’état liquide 6 au sein du circuit fermé 12. De tels positionnements alternatifs de la sortie 16 sont rendus possibles lorsque la fusion du gaz à l’état solide en gaz à l’état liquide a eu lieu préalablement, c’est-à-dire en amont, dans le circuit fermé.
Le circuit fermé 12 comprend au moins une première branche 20 et une troisième branche 24. La première branche 20 s’étend verticalement, ou sensiblement verticalement, ce qui favorise la fusion du gaz à l’état solide au sein du gaz à l’état liquide. De manière optionnelle, la troisième branche 24 est également sensiblement verticale.
Le circuit fermé 12 comprend également une deuxième branche 22 et une quatrième branche 26 qui relient la première branche 20 à la troisième branche 24 afin de former une boucle structurant le circuit fermé 12.
Les première, deuxième, troisième et quatrième branches référencées 20, 22, 24 et 26 ont ainsi pour objectif de transporter le flux de gaz à l’état liquide 6 de l’entrée 14 à la sortie 16 du circuit fermé 12. La première branche 20 présente un volume strictement supérieur au volume des autres branches. La première branche 20 contient le gaz à l’état solide 2 qui provient de l’entrée 14 du circuit fermé 12. Ce volume de la première branche 20 permet de ralentir la vitesse du flux au sein de cette branche, comparée à la vitesse du flux dans les autres branches. On augmente ainsi le temps de contact entre les particules de gaz à l’état solide 2 et le gaz à l’état liquide 6.
A contrario, la troisième branche 24 présente un volume inférieur à celui de la première branche 20 car, à cet endroit du circuit fermé 12, le gaz à l’état solide 2 a déjà fondu en grande partie dans la première branche 20 et dans la deuxième branche 22, permettant ainsi de limiter la section de la troisième branche 24, comparée à la section de la première branche 20.
Le vase d’expansion 9 est un volume dans lequel un volume du gaz à l’état liquide augmente ou diminue. Ce vase d’expansion 9 est installé à la jonction de la troisième branche 24 et de la quatrième branche 26, cette dernière étant raccordée au vase d’expansion en un point verticalement plus bas qu’un point d’entrée par lequel la troisième branche 24 est connectée au vase d’expansion 9.
La troisième branche 24 comprend l’échangeur thermique 18 disposé en amont du vase d’expansion 9. L’échangeur thermique 18 a pour rôle de chauffer le flux de gaz à l’état liquide 6, afin de faire fondre le gaz à l’état solide 2 mélangé au flux de gaz à l'état liquide 6 circulant au sein du circuit fermé 12. La sortie 16 quant à elle est configurée pour extraire une partie du flux de gaz à l’état liquide 6 préalablement réchauffée par l’échangeur thermique 18. Alternativement, l’échangeur thermique 18 est disposé au sein de la deuxième branche 22 ou au sein de la quatrième branche 26.
L’échangeur thermique 18 est situé en aval d’un dispositif de mise en circulation 30, ce dernier étant disposé au sein de la deuxième branche 2.
Le dispositif de mise en circulation 30 est configuré pour assurer la mise en mouvement du flux de gaz à l’état liquide 6 au sein du circuit fermé 12. Un tel dispositif de mise en circulation 30 est par exemple une pompe. Plus la vitesse différentielle induite par le dispositif de mise en circulation 30 entre le flux de gaz à l’état liquide 6 et le gaz à l’état solide 2 est importante, plus le coefficient d’échange sera important et plus le temps de fusion du gaz à l’état solide 2 dans le flux de gaz à l’état liquide 6 sera court. Le dispositif de mise en circulation 30 est ici disposé entre une fin de la première branche 20 et l’échangeur thermique 18. La quatrième branche 26 du circuit fermé 12 comprend une première portion 36 et une deuxième portion 38. La première portion 36 présente une section de passage du gaz à l’état liquide 6 strictement supérieure à une section de passage de la deuxième portion 38.
La première portion 36 est disposée verticalement au droit de l’entrée 14 du circuit fermé 12. C’est par cette entrée 14 que le gaz à l’état solide 2 déstructuré en particules 32 entre dans le circuit fermé 12. La section de passage de la première portion 36 est supérieure à la section de passage de la deuxième portion 28 afin de réduire la vitesse d’écoulement du flux de gaz liquide 6 dans la section de passage où les particules 32 et le flux de gaz liquide 6 cohabitent, à savoir la première portion 36, pour permettre au flux de gaz à l’état liquide 6 d’envelopper les particules de gaz à l’état solide. La section de passage de la deuxième portion 28 inférieure à la section de passage de la première portion 36 permet d’économiser un volume de gaz à l’état liquide 6 présent dans le circuit fermé et permet d’économiser de la matière nécessaire à la fabrication du circuit fermé 12.
Le dispositif de fusion selon l’invention est configuré pour que le flux de gaz à l’état liquide 6 circule selon un sens anti-horaire au sein du circuit fermé 12, en passant de la deuxième portion 38 à la première portion 36. Une partie du flux de gaz à l’état liquide 6 non extraite du circuit fermé 12 poursuit sa circulation de la quatrième branche 26 vers la première branche 20, grâce au dispositif de mise en circulation 30, selon un flux sensiblement horizontal afin de perpétuer la circulation du flux de gaz à l’état liquide 6 au sein du circuit fermé 12 et ainsi assurer un dispositif dont le fonctionnement est continu.
Les figures 2 et 3 illustrent un organe de déstructuration 34 du gaz à l’état solide 2. Celui-ci est disposé en amont de l’entrée 14 du circuit fermé 12, de manière à ce que les particules de gaz à l’état solide pénètrent dans le flux de gaz à l’état liquide. L’organe de déstructuration 34 du fluide à l’état solide 2 est configuré pour générer des particules 32 de gaz à l’état solide 2.
Le dispositif de fusion 8 comprend une zone de mélange 40 du gaz à l’état solide 2 avec le flux de gaz à l’état liquide 6, où les particules 32 de gaz à l’état solide 2 préalablement déstructurées par l’organe de déstructuration 34 sont emportées par le flux de gaz à l’état liquide 6 du circuit fermé 12. Les particules 32 du gaz à l’état solide 2 traversent la zone de mélange 40 disposée dans le circuit fermé 12. Comme cela est visible sur la figure 1, cette zone de mélange 40 fait partie de la quatrième branche 26. Cette zone de mélange 40 est interposée entre la sortie 16 du circuit fermé 12 et la première branche 20. Plus précisément, cette zone de mélange 40 est disposée entre la sortie 16 du circuit fermé 12 et la première portion 36 de la quatrième branche 26.
Tel qu’illustré sur les figures 2 et 3, l’organe de déstructuration 34 réceptionne d’une trémie 46 le gaz à l’état solide 2 agrégé sous forme de blocs de grande taille. Ces blocs traversent ensuite un organe réducteur 47 afin de les réduire en particules pouvant pénétrer dans l’organe de mise en pression 50. L’organe réducteur 47 peut par exemple être un broyeur.
Ces particules tombent par gravité dans une double vis de gavage 35 disposée au fond d’un cône d’alimentation. La double vis de gavage 35 alimente un organe de mise en pression 50 du gaz à l’état solide. Selon un exemple, un tel organe de mise en pression 50 prend la forme d’une pompe à double vis 37 permettant d’élever la pression du gaz à l’état solide 2 à une pression équivalente ou supérieure à la pression qui règne au sein du circuit fermé 12. L’organe de mise en pression 50 élève donc la pression du gaz à l’état solide à une pression supérieure ou à égale à par exemple 30 bars.
Il est également prévu une vanne de sectionnement 39 dont le rôle est d’empêcher toute remontée du gaz à l’état liquide 6 vers la pompe de mise ne pression 50. Une fois que les particules de gaz à l’état solide 2 de gaz à l’état solide 2 ont traversé une vanne de sectionnement 39, elles sont extrudées par une matrice d’extrusion 41 de sorte à former une pluralité d’éléments longitudinaux et continus.
Tel que détaillé sur la figure 4, les éléments longitudinaux et continus sont par la suite sectionnés par le flux de gaz à l’état liquide 6 circulant dans le circuit fermé 12, transformant lesdits éléments en particules 32. Ces particules 32 se mélangent avec le flux de gaz à l’état liquide 6 sous l’effet d’un mélangeur 43 qui génère des turbulences dans le flux de gaz à l’état liquide 6 conduisant à une répartition homogène des particules 32 dans le flux de gaz à l’état liquide 6. Un tel mélangeur 43 est par exemple dynamique ou statique. Dans ce dernier cas, il peut s’agir d’une double hélice telle que visible sur figure 4. Selon une alternative, il est prévu une vanne d’alimentation rotative dans laquelle tombent les particules de gaz à l’état solide 2, après avoir été concassées par l’organe réducteur 47. La vanne d’alimentation rotative alimente ensuite la double vis de gavage 35. Cette vanne d’alimentation rotative est ainsi disposée dans le cône d’alimentation qui conduit les particules de gaz à l’état solide 2 à la double vis de gavage 35. Le rôle de la vanne d’alimentation rotative est d’éviter toutes obstructions de la double vis de gavage 35, en lui délivrant régulièrement une quantité déterminée de particules de gaz à l’état solide 2.
La figure 5 illustre un dispositif de traitement de gaz par changement de phases 1 comportant au moins le dispositif de fusion 8 tel que décrit ci-dessus, notamment équipé de son organe de déstructuration 34, ainsi qu’un dispositif de transformation de l’état liquide à l’état supercritique 10. Le dispositif de traitement de gaz par changement de phases 1 peut également comprendre la trémie 46, l’organe de mise en pression 50, la vanne de sectionnement 39 et la matrice d’extrusion 41. Le dispositif de traitement de gaz par changement de phases 1 a pour but de faire passer un gaz à l’état solide 2 à un gaz à l’état supercritique 66, par passage par l’intermédiaire d’un état liquide, afin de stocker le gaz sous forme supercritique dans une poche sous- terraine, par exemple.
Tel que détaillé sur la figure 5, le dispositif de traitement de gaz par changement de phases 1 comporte le dispositif de fusion 8 décrit ci-dessus et au moins une trémie 46, un organe de déstructuration 34, un organe de mise en pression 50, une pompe haute pression 52 et un circuit thermodynamique 54 tel qu’il sera détaillé ci- après.
La trémie 46 est configurée pour contenir le gaz à l’état solide 2 apporté par exemple par un convoyeur à bande, non représenté sur les figures. La trémie 46 communique avec l’organe de déstructuration 34 afin d’amener le gaz à l’état solide 2 contenu dans la trémie 46 vers l’organe de mise en pression 50 de ce même gaz à l’état solide 2.
L’organe de mise en pression 50 communique fluidiquement avec le dispositif de fusion 8, dans lequel le gaz à l’état solide 2 passe à l’état liquide par fusion, comme expliqué ci- dessus.
La pompe haute pression 52 est configurée pour élever la pression du flux de gaz liquide 6 extrait du circuit fermé 12 via la sortie 16 à une valeur d’environ 100 bars, afin d’atteindre l’état supercritique 66 du gaz quand ce dernier est du dioxyde de carbone et que sa température est élevée.
La figure 5 montre également le dispositif de fusion 8 qui comprend le dispositif de mise en circulation 30, l’échangeur thermique 18 et la sortie 16 reliés les uns aux autres selon la configuration en boucle du circuit fermé 12. La partie de gaz à l’état liquide qui sort du circuit fermé 12 par la sortie 16 interagit thermiquement avec le circuit thermodynamique 54, en étant transportée par une première canalisation 56 représentée en pointillés sur la figure 5-
Le circuit thermodynamique 54 comprend un premier échangeur de chaleur 58 ainsi qu’un organe de détente 60, un dispositif de compression 62 et un deuxième échangeur de chaleur 64, ces éléments étant installés en série les uns par rapport aux autres pour former le circuit thermodynamique 54. Ce circuit thermodynamique 54 est parcouru par un fluide frigorigène, par exemple du dioxyde de carbone ou de l’ammoniac, non représenté sur cette figure. Le circuit thermodynamique 54 appartient au dispositif de changement de phase de l’état liquide à l’état supercritique 10.
Le premier échangeur de chaleur 58 est parcouru par le flux de gaz à l’état liquide 6 extrait par la sortie 16 du circuit fermé 12. Ce gaz à l’état liquide est comprimé à une pression d’environ 100 bars par la pompe haute pression 52 disposé au sein de la première canalisation 56, puis circule dans ledit premier échangeur de chaleur 58. Le premier échangeur de chaleur 58 est simultanément parcouru par le fluide frigorigène circulant au sein du circuit thermodynamique 54.
L’augmentation de la température du flux de gaz à l’état liquide 6 traversant le premier échangeur de chaleur 58, combinée à sa pression, génère un changement de phase, le gaz initialement à l’état liquide passant à l’état supercritique 66. Du point de vue du fluide frigorigène qui circule dans le circuit thermodynamique 54, le premier échangeur de chaleur 58 est utilisé en tant que condenseur. Le fluide frigorigène a ainsi tendance à se condenser au contact thermique du gaz à l’état liquide 6.
Le fluide frigorigène sortant du premier échangeur de chaleur 58 est dirigé vers l’organe de détente 60, qui a pour rôle d’abaisser la pression du fluide frigorigène.
Le fluide frigorigène poursuit sa circulation vers le deuxième échangeur de chaleur 64. Le deuxième échangeur de chaleur 64 est disposé entre l’organe de détente 60 et le dispositif de compression 62. Du point de vue du fluide frigorigène qui circule dans le circuit thermodynamique 54, le deuxième échangeur de chaleur 64 est utilisé en tant qu’évaporateur.
Le fluide frigorigène traverse le dispositif de compression 62 placé en aval du deuxième échangeur de chaleur 64, afin de comprimer ledit fluide frigorigène et d’élever sa pression, et corrélativement sa température. A l’issue du passage du fluide frigorigène par l’ensemble des éléments composant le circuit thermodynamique 54, les paramètres de température et de pression sont réunis pour permettre le passage du gaz extrait au niveau de la sortie 16 initialement à l’état liquide et élevée à une pression d’environ 100 bars par la pompe haute pression 52 vers un état supercritique 66.
Afin d’apporter des calories et ainsi évaporer le fluide frigorigène circulant au sein du circuit thermodynamique 54, le deuxième échangeur de chaleur 64 est parcouru par un circuit d’apport calorifique 68. Un tel circuit d’apport calorifique peut être parcouru par de l’eau de mer ou par du glycol.
Le fluide qui parcourt l’échangeur thermique 18 est canalisé au sein d'une section d’apport calorifique 80. Une telle section peut être parcourue par du glycol et c’est ainsi que le flux de gaz à l’état liquide 6 qui circule dans le circuit fermé 12 du dispositif de fusion 8 selon l’invention est chauffé.
L’invention vise également un procédé de fusion qui met en oeuvre le dispositif de fusion 8 exposé ci-dessus. Ce procédé de fusion comprend une première étape de mise en circulation du flux de gaz à l’état liquide 6 au sein du circuit fermé 12, plus particulièrement au sein des quatre branches 20, 22, 24 et 26 définissant le circuit fermé 12. Une telle mise en mouvement du gaz à l’état liquide 6 est par exemple opérée au moyen du dispositif de mise en circulation 30, également disposé au sein du circuit fermé 12.
Le procédé de fusion comprend une deuxième étape de mise en contact du gaz à l’état solide 2, pénétrant dans le circuit fermé 12 par l’entrée 14, avec le flux de gaz à l’état liquide 6 circulant au sein du circuit fermé 12. La mise en contact provoque le mélange et la fonte du gaz à l’état solide 2 réduit préalablement en particules 32 par l’organe de déstructuration 34.
Le procédé de fusion comprend une troisième étape d’élévation de la température du flux de gaz à l’état liquide 6 circulant au sein du circuit fermé 12. L’élévation de la température du flux de gaz à l’état liquide 6 est réalisée grâce à l’échangeur thermique 18 disposé au sein du circuit fermé 12 afin d’éliminer au mieux toute trace de particules 32 de gaz à l’état solide 2 produites par l’organe de déstructuration 34, en accélérant le phénomène de fonte de ces particules. Enfin, le procédé de fusion comprend une quatrième étape de sortie d’une partie du flux de gaz à l’état liquide 6 par la sortie 16 disposée au sein du circuit fermé 12. Cette partie du flux de gaz à l’état liquide 6 extraite du circuit fermé 12 est destinée à être comprimé à environ 100 bar puis dirigée vers un circuit thermodynamique 54 configuré pour passer à l’état supercritique ledit flux de gaz à l’état liquide 6, afin de produire un gaz à l’état supercritique 66 en vue d’être stocké dans une poche sous-terraine, par exemple.
L’invention vise aussi un procédé de traitement d’un gaz par changement de son état qui comprend les étapes exposées ci-dessus du procédé de fusion. En plus de ces étapes, ce procédé de traitement d’un gaz par changement de son état comprend une première étape de mise en pression du gaz à l’état solide 2, par exemple préalablement à une étape de déstructuration du gaz à l’état solide.
Le gaz à l’état solide 2 présent à l’intérieur de la trémie 46 nécessite d’être réduit en particules 32 afin de faciliter leur fonte dans le flux de gaz à l’état liquide 6 circulant dans le circuit fermé 12. C’est le rôle de l’organe de déstructuration 34 tel que décrit ci- dessus.
Le procédé de traitement d’un gaz par changement de son état comprend également une deuxième étape qui consiste en une transformation à l’état supercritique du flux de gaz à l’état liquide 6 postérieurement à l’étape de sortie dudit flux de gaz à l’état liquide 6 opérée au cours du procédé de fusion, de manière à l’injecter à l’état supercritique dans une poche sous-terraine.
Dans la description ci-dessus, le gaz à l’état solide 2 et le flux de gaz à l’état liquide 6 sont un même gaz. Il s’agit préférentiellement du dioxyde de carbone. Les moyens et l’organisation du dispositif de fusion 8 et du dispositif de traitement de gaz par changement de phases 1 sont tout particulièrement adaptés à ce gaz.
L’invention, telle qu’elle vient d’être décrite, atteint bien le but qu’elle s’est fixée, à savoir proposer une solution optimisée pour faire fondre industriellement une grande quantité de gaz stocké à l’état solide, pour ensuite le passer à l’état supercritique et l’injecter dans un site d’enfouissement. Appliquée au dioxyde de carbone, une telle solution permet de réduire les émissions de gaz à effet de serre. La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen et toute configuration équivalente ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de fusion (8) d’un gaz à l’état solide (2), comprenant un circuit fermé (12) dans lequel est destiné à circuler à l’état liquide (6) et en boucle un même gaz que le gaz à l’état solide (2), le circuit fermé (12) comprenant au moins une entrée (14) pour recevoir le gaz à l’état solide (2) et une sortie (16) par laquelle une partie du gaz à l’état liquide (6) est destinée à sortir du circuit fermé (12), le dispositif de fusion (8) comprenant au moins un échangeur thermique (18) destiné à mettre en oeuvre un échange de chaleur entre le gaz à l’état liquide (6) destiné à circuler en boucle au sein du circuit fermé (12) et un autre fluide, de sorte à chauffer le gaz à l’état liquide destiné à circuler dans le circuit fermé afin de faire fondre le gaz à l’état solide dans le circuit fermé, la sortie (16) étant positionnée sur le circuit fermé (12).
2. Dispositif de fusion (8) selon la revendication 1, comprenant un organe de déstructuration (34) du gaz à l’état solide (2) pour générer des particules (32) de gaz à l’état solide (2), ledit organe de déstructuration (34) étant en communication avec l’entrée (14) du circuit fermé (12).
3. Dispositif de fusion (8) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le circuit fermé (12) comprend au moins une première branche (20) et une troisième branche (24), au moins la première branche (20) s’étendant verticalement, le circuit fermé (12) comprenant une deuxième branche (22) et une quatrième branche (26) qui relient la première branche (20) à la troisième branche (24).
4. Dispositif de fusion (8) selon la combinaison des revendications 2 et 3, dans lequel l’organe de déstructuration (34) du gaz à l’état solide (2) est disposé verticalement au-dessus de la quatrième branche (26).
5. Dispositif de fusion (8) selon les revendications 3 ou 4, dans lequel la quatrième branche (26) comprend au moins une première portion (36) et une deuxième portion (38), la première portion (36) étant disposée au droit de l’entrée (14), la première portion (36) présentant une section de passage du flux de gaz à l’état liquide (6) strictement supérieure à une section de passage de la deuxième portion (34).
6. Dispositif de fusion (8) selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel un volume de la première branche (20) est strictement supérieur à un volume de la deuxième branche (22) ou à un volume de la troisième branche (24) ou à un volume de la quatrième branche (26).
7. Dispositif de fusion (8) selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel l’échangeur thermique (18) est disposé au sein de la troisième branche (24) ou au sein de la deuxième branche (22) ou entre un début de la quatrième branche (26) et l’entrée (14) du circuit fermé (12).
8. Dispositif de fusion (8) selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, comprenant un dispositif de mise en circulation (30) du flux de gaz à l’état liquide (6) au sein du circuit fermé (12), ledit dispositif de mise en circulation (30) étant disposé au sein de la deuxième branche (22), ou au sein de la quatrième branche (26) ou entre un début de la troisième branche (24) et l’échangeur thermique (18).
9. Dispositif de fusion (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le circuit fermé (12) comprend une zone de mélange (40) disposée en regard de l’entrée (14) du circuit fermé (12), entre la sortie (16) du circuit fermé (12) et l’échangeur thermique (18).
10. Dispositif de fusion (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le gaz à l’état solide (2) et le gaz à l’état liquide (32) sont du dioxyde de carbone.
11. Dispositif de traitement d’un gaz par changement de phases (1), comprenant un dispositif de fusion (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, au moins une trémie (46) configurée pour contenir le gaz à l’état solide (2), au moins un organe de mise en pression (50) du gaz à l’état solide (2) connecté à l’entrée (14) du circuit fermé (12), au moins une vanne de sectionnement (39) et au moins une matrice d’extrusion (41) toutes deux disposées entre l’organe de mise en pression (50) et l’entrée (14) du circuit fermé (12), le dispositif de traitement d’un gaz par changement de phases (1) comprenant au moins une pompe haute pression (52) connectée à la sortie (16) de la boucle fermée (12) et au moins un premier échangeur de chaleur (58), la pompe haute pression (52) et le premier échangeur de chaleur (58) étant respectivement configurés pour augmenter la pression et la température du gaz à l’état liquide (6) de sorte à le faire passer à l’état supercritique.
12. Dispositif de traitement d’un gaz par changement de phases (1) selon la revendication 11, comprenant un circuit thermodynamique (54) pourvu d’au moins un dispositif de compression (62), du premier échangeur de chaleur (58) configuré pour faire passer à l’état supercritique le gaz à l’état liquide (6) provenant de la pompe haute pression (52), d’un organe de détente (60) et d’un deuxième échangeur de chaleur (64) opérant comme un évaporateur.
13. Procédé de fusion d’un gaz à l’état solide (2) mettant en oeuvre un dispositif de fusion (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant au moins : une étape de mise en circulation du gaz à l’état liquide (6) au sein du circuit fermé (12), une étape de mise en contact du gaz à l’état solide (2), pénétrant dans le circuit fermé (12) par l’entrée (14), avec le gaz à l’état liquide (6) circulant au sein du circuit fermé (12), une étape d’élévation de la température du gaz à l’état liquide (6) circulant au sein du circuit fermé (12), une étape de sortie d’une partie du gaz à l’état liquide (6) par la sortie (16).
14. Procédé de fusion selon la revendication 13, dans lequel le gaz à l’état solide (2) et le gaz à l’état liquide (32) sont du dioxyde de carbone.
15. Procédé de fusion selon la revendication 13 ou 14 en combinaison avec la revendication 2, comprenant une étape de déstructuration du gaz à l’état solide (2) au moyen de l’organe de déstructuration (34).
16. Procédé de traitement d’un gaz par changement de phases (1) mettant en oeuvre au moins un procédé de fusion selon la revendication 15 auquel s’ajoute au moins : une étape de mise en pression du gaz à l’état solide (2) préalablement à l’étape de déstructuration, une étape de passage du flux de gaz à l’état liquide (6) à l’état supercritique (66) postérieurement à l’étape de compression dudit gaz à l’état liquide (6).
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