EP4682423A1 - Procédé et appareil de liquéfaction de co2 - Google Patents

Procédé et appareil de liquéfaction de co2

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EP4682423A1
EP4682423A1 EP25187464.0A EP25187464A EP4682423A1 EP 4682423 A1 EP4682423 A1 EP 4682423A1 EP 25187464 A EP25187464 A EP 25187464A EP 4682423 A1 EP4682423 A1 EP 4682423A1
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EP
European Patent Office
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liquid
rich
stream
temperature
contacting
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Pending
Application number
EP25187464.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Mathieu LECLERC
Thomas Morel
Renyao DONG
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.)
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Publication of EP4682423A1 publication Critical patent/EP4682423A1/fr
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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for the liquefaction of CO2.
  • a gaseous or liquid stream rich in CO2 contains at least 60% mol of CO2, at least 70% mol of CO2, at least 80% mol of CO2, or even at least 90% mol of CO2 or even at least 95% mol of CO2.
  • Heat inputs are extremely dependent on the operating conditions of the storage facility and its associated loading units. Indeed, during operation without loading/unloading, heat inputs are limited to the pipes surrounding the storage facility and the storage facility itself. These heat inputs are then very stable, generating a small and consistent amount of evaporated gas over time. However, during loading (of a ship, for example), pumps are suddenly activated, other pipes are used, and the ship is connected to the storage facility, releasing carbon dioxide vapors, generally at a temperature above [temperature value missing in original text]. of 0°C that it contains. These devices generate additional heat inputs that can represent more than twice the value of the heat inputs during normal operation without loading/unloading.
  • the evaporated gases requiring liquefaction can suddenly triple compared to normal operation, and the liquefaction unit (refrigeration unit or gas-liquid contactor) must be designed accordingly to handle this additional gas.
  • the liquefaction unit refrigeration unit or gas-liquid contactor
  • the invention consists of leveraging the capacity of a CO2 production unit to produce subcooled liquid CO2 at marginal cost and in a flexible manner. It involves combining storage with a CO2 production unit whose outlet temperature varies according to the storage operating mode.
  • the CO2 when the storage facility is operating without loading/unloading, the CO2 will only be subcooled to compensate for heat inputs from the transfer pipe and the storage unit (which depend on the pipe length and the storage unit size). For example, in the case of a storage facility operating at 16 bar, the CO2 temperature at the outlet of the CO2 production unit will be between -27°C and -40°C.
  • the liquid CO2 is pumped to a higher level in the storage tank, above the liquid level, to create a scrubbing effect that condenses some of the gaseous CO2 present.
  • the CO2 will be subcooled to a lower temperature to compensate for the additional heat input.
  • the temperature of the CO2 exiting the CO2 production unit will then be between -40°C and -55°C.
  • the storage can be, for example, a liquid storage with a gaseous headspace into which the gas to be liquefied and the liquid from the liquefaction and/or separation device are injected, this liquid being at the temperature required to liquefy the gas.
  • the storage can be a tower where the gas to be liquefied is brought into contact with the liquid from the liquefaction and/or separation unit, this liquid being at the temperature required to liquefy the gas.
  • the liquid from the tower can then be transferred to another storage facility and returned to the means of transport from which the gas to be liquefied originated, or to another means of transport.
  • a method for putting into operation an apparatus as described above or a method as described above in which the first liquid flow rich in CO2 is sent to the contacting means before sending the first gaseous flow rich in CO2 and before sending liquid from the contacting means to the CO2 storage of the means of transport.
  • the means of contact can consist of features that facilitate contact, such as trays or bulk or structured packing.
  • the means of contact can also simply consist of an empty space, such as the gaseous space above a liquid in a storage tank, where a liquid and a gas can mix simply by being together in the same space.
  • the temperature change of the liquid to be sent to the contacting means can be anticipated to account for the system's thermal inertia.
  • This allows the system to be ready to liquefy additional evaporated gases from a transport storage tank at the time of connection with the transport vehicle, for example.
  • This anticipation can therefore be planned in advance, for instance, upon the imminent arrival of a transport vehicle, such as a ship.
  • subcooling can be limited at the end of the loading phase, in advance of the initial phase, to take advantage of the system's thermal inertia, as it is still cold.
  • FIG.1 shows a CO2 storage apparatus with a thermally insulated chamber S containing liquid CO2, in which gaseous CO2 is generated, for example, by heat inputs.
  • the liquid stored in chamber S comes from a CO2 liquefier or a CO2 separation apparatus CC in which a CO2-containing stream is liquefied and/or separated by partial condensation and/or distillation and/or solidification, forming a stream of liquid CO2 1.
  • This liquid is preferably subcooled by sending it to cool in a
  • the heat exchanger E is then sent as subcooled liquid L1 to the top of enclosure S, via distribution means, into the gaseous space above the liquid level.
  • the liquid can also be sent to other levels of enclosure S; for example, subcooled liquid L2 is sent to a lower level of enclosure S.
  • the liquid descending in enclosure S encounters the gas formed at the top of enclosure S. The gas is thus at least partially liquefied, and the resulting liquid falls back into enclosure S.
  • liquid L3 is sent from the tank in enclosure S to another element B, which could be a liquid CO2 storage unit belonging to a means of transport, for example, a ship, train, tanker truck, pipeline, or railcar.
  • element B could be a pipeline that constitutes a means of transporting CO2 and allows for its temporary storage.
  • component B Upon arrival at component B (or at the time of its connection, in the case of a pipeline), it may contain gaseous CO2 resulting from previous transport. Alternatively, the arrival of liquid CO2 in component B at a temperature above that of the liquid CO2 can also generate gaseous CO2.
  • the storage S includes a gas vent line, potentially to air V1, equipped with a valve J allowing gas to be sent to the air if the pressure of the gas head above the liquid level becomes excessive.
  • this gas V2 is sent to storage S at a level below the arrival of liquid L1 as the first gaseous flow rich in CO2, so that it is liquefied by direct contact with liquid L1.
  • the liquid from device CC can be introduced into the storage through a single opening but preferably is sent to different places at the same level of the enclosure S in order to wet a larger surface of the enclosure S.
  • liquid L2 is introduced at a lower level of the storage S than liquid L1.
  • the process uses means to modify the temperature of the washing liquid L1, L2 sent to the chamber S.
  • These can take several forms, the simplest, illustrated here, consisting of bypassing a portion 1A of the liquid around the heat exchanger so that a variable fraction of the liquid is cooled in the exchanger, the remainder that has not been cooled being mixed with the variable fraction to form liquid L1.
  • a PIC pressure sensing device measures the pressure in the enclosure and when it exceeds a threshold, regulates the temperature of liquid L1, for example by closing valve 2 to prevent liquid 1A from bypassing the subcooling, to reduce the temperature of liquid L1, L2
  • the temperature of liquid L1 and/or L2 is reduced when an increase in gas flow rate and/or gas temperature is anticipated, so that the cooling capacity supplied to storage S is sufficient to liquefy the gas.
  • the pressure in chamber S rises, and reducing the temperature of liquid L1 limits or even eliminates this pressure increase.
  • the temperature of liquid L1 decreases when a reduction in gas flow and/or a reduction in the temperature of gas V1 is expected, for example when the arrival of a means of transport B is expected but before gas V2 arrives in storage.
  • the device may include a flow detection means FIC and/or a temperature detection means TIC to measure the flow rate and/or temperature respectively of the first gaseous flow sent or to be sent to storage S.
  • the overall system has a certain thermal inertia, it is recommended to reduce the temperature of liquid L1 before the flow rate and/or temperature of the gas increases, so that the upper part of the storage tank S is at the correct temperature to ensure liquefaction.
  • the temperature of liquid L1 is reduced in anticipation of the arrival of gas V2.
  • FIG.2 This shows a variant of the process comprising a contacting tower K, which is a tower containing trays or bulk or structured packing as contacting means.
  • This tower is located between apparatus CC and the storage to receive the first CO2-rich liquid stream L1 from apparatus CC and the first CO2-rich gas stream V2 from a transport means B.
  • the gas is liquefied by direct contact with the liquid L1, but in this figure, it enters at the bottom of tower K and rises in the tower, meeting the liquid descending the tower.
  • the gas V2 is thus liquefied and the liquid formed in tank L2 is sent to a storage S.
  • the liquid from tank L3 of storage S is pressurized by a pump P2 to supply the means of transport B.
  • tower K can also be used to liquefy the gas V1 formed in storage S, for example, by heat inputs. Gases V1 and V2 are mixed to form a gas V' which arrives at the bottom of tower K. Alternatively, some of the liquid from unit CC can be sent directly to storage S, with only a portion of the liquid feeding the top of tower K.
  • the V1 gas passes through a valve (not shown) as in the FIG.1 which regulates the pressure of storage S.
  • a PIC pressure detector (not shown) in tower K regulates the opening of valve 2.

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Abstract

Un appareil de liquéfaction de CO2 comprend une enceinte (S), des moyens de mise en contact direct d'un premier flux liquide riche en CO2 (L1) et d'un premier flux gazeux (V2) riche en CO2 disposés dans l'enceinte afin de condenser au moins une partie du premier flux gazeux formant du gaz condensé riche en CO2, des moyens pour relier un moyen de transport (B) comprenant un stockage de CO2 liquide aux moyens de mise en contact pour recevoir le gaz condensé riche en CO2 provenant des moyens de mise en contact, des moyens d'envoi du premier flux liquide vers les moyens de mise en contact et des moyens (1A,2) pour réguler la température du premier flux liquide en amont des moyens de mise en contact en fonction de la pression des moyens de mise en contact.

Description

  • La présente invention est relative à un procédé et un appareil de liquéfaction de CO2.
  • Lors de l'envoi de CO2 liquide provenant d'unités de séparation et/ou de liquéfaction du CO2 vers un stockage, des entrées thermiques peuvent générer la vaporisation partielle du CO2. De plus, au sein du stockage et au sein des installations recevant le CO2 (de camions, trains ou bateaux), les entrées thermiques vont aussi générer des vapeurs par vaporisation du liquide (en anglais « Boil-Off Gas » ou « BOG »). Des vapeurs de CO2 sont aussi contenues dans des moyens de transport, comprenant ou constitués par un stockage de CO2 liquide, tels que les camions, trains ou bateaux ; ces vapeurs peuvent être mises en commun avec le stockage lors du remplissage du stockage du moyen de transport. Il est aussi souhaitable de récupérer le CO2 gazeux restant dans les stockages des moyens de transport qui ne sont pas complètement vides et qui viennent être remplis par un liquéfacteur de CO2 ou un appareil de capture de CO2. Afin de limiter les pertes de CO2 et donc les émissions à l'atmosphère, il est important de minimiser cette génération de vapeur et/ou de chercher à liquéfier les vapeurs de CO2 présentes dans les moyens de transport.
  • Ce problème est discuté dans le rapport « Pre-feasibility study for CO2 pipeline and storage » de Amager Ressource Center, octobre 2020. Dans le cas de la capture et séquestration du CO2, la distance entre les unités de séparation et/ou de liquéfaction du CO2 et le stockage peut être très élevée (parfois de l'ordre de plusieurs kilomètres), les stockages étant positionnés près des moyens de transport (un port par exemple).
    • Etat de l'art
  • Dans l'industrie cryogénique, il est typique de procéder au sousrefroidissement du liquide produit par un liquéfacteur afin d'éviter sa vaporisation lors de son transport.
  • Il est aussi typique d'installer des unités de liquéfaction des gaz qui s'évaporent dans les stockages de liquide proches des stockages. Dans le cas du CO2, des groupes frigorifiques à l'ammoniac ou au propane ou propylène sont classiquement employés dans ce but.
  • Dans l'industrie de la liquéfaction du gaz naturel, l'usage d'un contacteur gaz liquide en amont des stockages est connu de l'homme de l'art. Le liquide produit sous-refroidi est mis en contact avec les vapeurs générées dans les stockages afin de les liquéfier par contact direct. Il est aussi connu de procéder à la liquéfaction des vapeurs directement dans des stockages par contact entre le liquide produit et leur ciel gazeux.
  • Un flux gazeux ou liquide riche en CO2 contient au moins 60% mol de CO2, au moins 70% mol de CO2, au moins 80% mol de CO2, voire au moins 90% mol de CO2 ou même au moins 95% mol de CO2.
    • Problème résolu par l'invention
  • Les entrées de chaleur sont extrêmement dépendantes des conditions opératoires du stockage et des unités de chargement associées. En effet, en opération sans chargement/déchargement du stockage, les entrées de chaleur ne concernent que les tuyaux autour du stockage et le stockage lui-même. Ces entrées de chaleur sont alors très stables, générant une quantité de gaz évaporé faible et stable dans le temps. Par contre, lors d'un chargement (d'un bateau par exemple), soudainement des pompes sont mises en opération, d'autres tuyaux sont employés et le bateau est mis en communication avec le stockage libérant les vapeurs de dioxyde de carbone généralement à une température au-dessus de 0°C qu'il contient. Ces équipements génèrent des entrées de chaleur supplémentaires qui peuvent représenter plus de deux fois la valeur des entrées de chaleur en opération normale sans chargement/déchargement. De ce fait, les gaz évaporés devant être liquéfiés peuvent être multipliés par trois soudainement par rapport à l'opération normale et l'unité de liquéfaction (groupe frigorifique ou contacteur gaz liquide) doit être calculée en conséquence afin de pouvoir traiter ce gaz supplémentaire. Cela implique une installation particulièrement flexible et des surcoûts notables surtout dans le cas des groupes frigorifiques dont la chaleur à dissiper est directement multipliée par trois.
    • Description de l'invention
  • L'invention consiste à tirer profit de la capacité d'une unité de production de CO2 pour produire du CO2 liquide sous-refroidi à coût marginal et de manière flexible. Elle consiste à combiner le stockage avec une unité de production de CO2 dont la température de sortie va varier avec le mode d'opération du stockage.
  • En particulier, lorsque le stockage est en opération sans chargement/déchargement, le CO2 ne sera sous refroidi que pour pallier les entrées de chaleur du tuyau de transfert et du stockage (qui dépendent de la longueur du tuyau et de la taille du stockage). Dans le cas d'un stockage opéré à 16 bara par exemple, la température du CO2 en sortie de l'unité de production de CO2 sera par exemple entre -27°C et -40°C.
  • Lorsque les vapeurs de CO2 d'un moyen de transport, tel qu'un bateau, sont envoyées vers le stockage, elles font augmenter la pression du stockage donc il est nécessaire de réduire la température du CO2 liquide alimentant le stockage afin de compenser l'augmentation de pression.
  • De préférence, le CO2 liquide est envoyé à un niveau supérieur du stockage dans le ciel gazeux au-dessus du niveau de liquide afin de produire un effet de lavage qui condense une partie du CO2 gazeux présente. Lorsque qu'un bateau de transport de CO2 liquide se charge par exemple, le CO2 sera sous refroidi jusqu'à une température plus basse pour pallier les entrées de chaleur supplémentaires. Avec le même exemple que plus haut la température du CO2 en sortie de l'unité de production de CO2 sera alors entre -40°C et -55°C.
  • Le stockage peut être par exemple un stockage de liquide ayant un ciel gazeux où sont injectés le gaz à liquéfier et le liquide provenant de l'appareil de liquéfaction et/ou de séparation, ce liquide étant à la température requise pour liquéfier le gaz.
  • Sinon le stockage peut être une tour de mise en contact du gaz à liquéfier et le liquide provenant de l'appareil de liquéfaction et/ou de séparation, ce liquide étant à la température requise pour liquéfier le gaz. Le liquide de la tour peut transiter par un autre stockage et peut être renvoyé au moyen de transport dont provient le gaz à liquéfier ou vers un autre moyen de transport.
  • Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil de liquéfaction de de CO2 comprenant :
    • Une enceinte ;
    • Des moyens de mise en contact direct d'un premier flux liquide riche en CO2 et d'un premier flux gazeux riche en CO2 disposés dans l'enceinte afin de condenser au moins une partie du premier flux gazeux formant du gaz condensé riche en CO2 ;
    • Des moyens pour relier un moyen de transport (B) comprenant ou constituant un stockage de CO2 liquide aux moyens de mise en contact pour recevoir le gaz condensé riche en CO2 provenant des moyens de mise en contact ;
    • Des moyens d'envoi du premier flux liquide vers les moyens de mise en contact ;
    • Des moyens d'envoi du premier flux gazeux vers les moyens de mise en contact depuis un ou le stockage de CO2 liquide du moyen de transport ;
    caractérisé en ce qu'il comprend
    1. i) des moyens pour détecter le débit du premier flux gazeux envoyé ou à envoyer dans les moyens d'envoi du premier flux gazeux et/ou
    2. ii) des moyens pour détecter la température du premier flux gazeux envoyé ou à envoyer dans les moyens d'envoi du premier flux gazeux et/ou
    3. iii) des moyens pour détecter la pression dans l'enceinte et
    4. iv) des moyens pour réguler la température du premier flux liquide en amont des moyens de mise en contact en fonction du débit et/ou de la température du premier flux gazeux et/ou de la pression des moyens de mise en contact.
  • Selon d'autres caractéristiques facultatives :
    • l'enceinte est conçue pour stocker du liquide et ne contient pas de moyens solides pour favoriser l'échange de masse et les moyens de mise en contact sont constitués par un espace du ciel gazeux formé au-dessus du niveau de liquide quand l'appareil est en opération, les moyens d'envoi du premier flux liquide étant reliés pour envoyer le premier flux liquide au-dessus d'un point d'arrivée du premier flux gazeux.
    • l'enceinte est une tour de lavage ayant une cuve et dans lequel les moyens de mise en contact se trouvent dans la tour de lavage, ces moyens de mise en contact étant constitués par des moyens pour favoriser le transfert de chaleur et de masse au-dessus de la cuve et reliés pour recevoir le premier flux liquide à un niveau de la tour au-dessus du point d'arrivée du premier flux gazeux, la cuve de la tour étant reliée à un stockage de CO2 pour y envoyer du liquide.
    • le premier flux liquide riche en CO2 est un liquide autre qu'un liquide de cuve de l'enceinte.
  • Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de liquéfaction de CO2 dans lequel on envoie un premier flux liquide riche en CO2 vers des moyens de mise en contact dans une enceinte, on envoie un premier flux gazeux riche en CO2 vers les moyens de mise en contact de sorte que les premiers flux liquide et gazeux se mélangent et au moins une partie du premier flux gazeux se trouve condensé, on envoie du liquide des moyens de mise en contact vers un moyen de transport comprenant ou être constitué par un stockage de CO2 liquide relié aux moyens de mise en contact pour recevoir le gaz condensé riche en CO2 provenant des moyens de mise en contact, le premier flux gazeux provenant d'un ou du stockage de CO2 liquide, étant formé par évaporation partielle au-dessus du niveau de liquide dans le stockage du fait des entrées de chaleur
    caractérisé en ce que :
    1. i) l'on augmente la température du premier flux liquide riche en CO2 si le débit et/ou la température du premier flux gazeux riche en CO2 réduit et/ou si la pression dans l'enceinte baisse et on réduit la température du premier flux liquide riche en CO2 si le débit et/ou la température du premier flux gazeux augmente et/ou si la pression dans l'enceinte augmente et/ou
    2. ii) l'on augmente la température du premier flux liquide riche en CO2 en prévision d'une réduction du débit et/ou de la température du premier flux gazeux riche en CO2 et/ou de la pression de l'enceinte et on réduit la température du premier flux liquide riche en CO2 en prévision d'une augmentation du débit et/ou de la température du premier flux gazeux et/ou de la pression dans l'enceinte.
  • Selon d'autres aspects de l'invention :
    • on adapte la température du premier flux liquide riche en CO2 en fonction de son débit de telle sorte que la température des moyens de mise en contact soit suffisante pour liquéfier au moins une partie du premier flux gazeux ;
    • on modifie la température du premier flux liquide en le divisant en deux fractions variables, on refroidit une des fractions, on ne refroidit pas l'autre fraction et on mélange la fraction refroidie avec la fraction non-refroidie, les proportions des fractions étant variées pour varier la température du mélange qui constitue le premier flux liquide envoyé aux moyens de mise en contact ;
    • on envoie le premier flux liquide riche en CO2 et un autre liquide riche en CO2 à des niveaux différents de l'enceinte ;
    • on soutire le premier flux liquide riche en CO2 d'un appareil de séparation ou de liquéfaction de CO2 par distillation et/ou par condensation partielle pour l'envoyer aux moyens de mise en contact.
  • Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un procédé de mise en fonctionnement d'un appareil tel que décrit ci-dessus ou d'un procédé tel que décrit ci-dessus dans lequel on envoie le premier flux liquide riche en CO2 vers les moyens de mise en contact avant d'y envoyer le premier flux gazeux riche en CO2 et avant d'envoyer du liquide des moyens de mise en contact vers le stockage de CO2 du moyen de transport.
  • Selon d'autres aspects facultatifs :
    • l'envoi du premier flux liquide riche en CO2 est déclenché par un signal indiquant l'arrivée du moyen de transport et/ou la connexion du moyen de transport prévue dans un laps de temps ;
    • on n'envoie pas du premier flux liquide à l'enceinte si aucun débit du premier flux gazeux n'est envoyé à l'enceinte ou si aucun débit de premier flux gazeux n'est prévu d'être envoyé à l'enceinte dans un laps de temps donné ;
    • aucun débit de gaz n'est soutiré de l'enceinte.
    • le premier flux liquide riche en CO2 est un liquide autre qu'un liquide de cuve de l'enceinte.
    • le premier flux liquide riche en CO2 est envoyé aux moyens de contact directement depuis un appareil de séparation de CO2.
    • le premier flux liquide est sousrefroidi dans un échangeur de chaleur de l'appareil de séparation de CO2.
  • Selon l'invention, on ne cherche pas nécessairement à opérer le stockage à pression constante. Si l'arrivée d'un moyen de transport à charger en CO2 liquide, tel qu'un bateau, est prévue, le procédé selon l'invention peut sous refroidir les moyens prévues pour mise en contact du gaz provenant du moyen de transport, en prévisionnel, c'est-à-dire avant que le gaz arrivant du moyen de transport soit présent dans les moyens de mise en contact pour:
    1. 1. être prêt à être suffisamment froid dans les moyens de mise en contact pour reliquéfier le gaz quand il arrivera (ainsi avoir déjà vaincu l'inertie thermique des tuyaux, du stockage etc.) ;
    2. 2. pour que la pression baisse dans les moyens de mise en contact avant l'arrivée du gaz, sachant que l'arrivée du gaz va nécessairement faire augmenter la pression quand il est introduit dans les moyens de mise en contact. Cela permet, même si on ne reliquéfie pas instantanément le gaz, d'au moins le ralentir voire le stocker dans les moyens de mise en contact sans atteindre la pression maximum de l'enceinte qui contient les moyens de mise en contact et donc d'éviter de le perdre pendant le temps nécessaire à leur reliquéfaction (par exemple en s'échappant par une conduite de sécurité de mise à l'air).
  • A noter que les moyens de mise en contact peuvent être constitués par des moyens favorisant le contact, tels que des plateaux ou des garnissages en vrac ou structurés. Mais les moyens de mise en contact peuvent être constitués simplement par un espace vide, tel que le ciel gazeux au-dessus d'un corps de liquide dans un stockage où un liquide et un gaz peuvent se mélanger simplement par le fait d'être ensemble dans le même espace.
  • Le changement de température du liquide à envoyer aux moyens de mise en contact, par exemple en sortie d'une unité de production de CO2 peut être anticipé pour prendre en compte l'inertie thermique du système et donc être prêt à liquéfier les gaz évaporés supplémentaires provenant d'un stockage d'un moyen de transport au moment de la connexion avec le moyen de transport, par exemple. Cette anticipation peut donc être prévue en avance, lors de l'arrivée prochaine d'un moyen de transport, par exemple un bateau. De la même manière, afin d'optimiser la consommation énergétique de l'unité de production de CO2, le sous refroidissement peut être limité en fin de chargement en avance de phase pour profiter de l'inertie thermique du système qui est encore froid.
  • Le sous refroidissement du CO2 du côté de l'unité de production de CO2 peut être réalisé de la manière suivante:
    • Le CO2 liquide produit est séparé en deux fractions.
    • Une première fraction est sous refroidie dans un échangeur de chaleur jusqu'à une première température, par exemple la température la plus basse nécessaire (pour le cas chargement/déchargement), voire plus bas (jusqu'à la température la plus basse que le liquéfacteur peut atteindre).
    • La seconde fraction contourne au moins une partie de l'échangeur de chaleur par le biais d'une vanne de régulation, n'est donc pas complétement sous-refroidie et se trouve à une deuxième température plus élevée que la première température et est mélangée avec la première fraction sous-refroidie pour la réchauffer.
    • La température finale de sous-refroidissement est ajustée par l'ouverture ou la fermeture de la vanne de régulation pour modifier le rapport de débits entre les première et deuxième fractions. En opération normale sans chargement/déchargement, la vanne est ouverte afin de réchauffer la deuxième fraction et donc limiter le sous-refroidissement. En opération avec chargement/déchargement, elle se referme au moins partiellement.
  • L'invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures où :
    • FIG.1 représente schématiquement un procédé selon l'invention.
    • FIG.2 représente schématiquement un procédé selon l'invention.
  • FIG.1 montre un appareil de stockage de CO2 avec une enceinte S contenant de CO2 liquide, isolée thermiquement, dans laquelle est généré du CO2 gazeux, par exemple par les entrées de chaleur. Le liquide stocké dans l'enceinte S provient d'un liquéfacteur de CO2 ou d'un appareil de séparation de CO2 CC dans lequel un débit contenant du CO2 est liquéfié et/ou séparé par condensation partielle et/ou par distillation et/ou solidification, formant un débit de CO2 liquide 1. Ce liquide est de préférence sous-refroidi en l'envoyant se refroidir dans un échangeur de chaleur E et ensuite est envoyé comme liquide sousrefroidi L1 en haut de l'enceinte S, par des moyens de distribution, dans le ciel gazeux au-dessus du niveau de liquide. Le liquide peut également être envoyé à d'autres niveaux de l'enceinte S, par exemple le liquide sous-refroidi L2 est envoyé à un niveau plus bas de l'enceinte S. Le liquide descendant dans l'enceinte S rencontre le gaz formé en haut de l'enceinte S. Le gaz est ainsi liquéfié au moins en partie et le liquide formé retombe au sein de l'enceinte S.
  • Ponctuellement du liquide L3 est envoyé depuis la cuve de l'enceinte S à un autre élément B pouvant être un stockage de CO2 liquide faisant partie d'un moyen de transport par exemple un bateau, un train, un camion-citerne, une canalisation ou un wagon. L'élément B peut être une canalisation qui constitue un moyen de transport de CO2 qui permet de le stocker de manière temporaire.
  • A l'arrivée de l'élément B, (ou au moment de sa connexion, pour une canalisation) celui-ci peut contenir du CO2 gazeux résultant d'un précédent transport. Sinon, l'arrivée de CO2 liquide dans l'élément B à une température au-dessus de celle du CO2 liquide peut également générer du CO2 gazeux.
  • Le stockage S comprend une conduite d'évacuation de gaz, potentiellement à l'air V1 munie d'une vanne J permettant d'envoyer du gaz à l'air si la pression du ciel gazeux au-dessus du niveau de liquide devient excessive.
  • Pour ne pas perdre le CO2 gazeux V2 provenant du moyen de transport B, ce gaz V2 est envoyé au stockage S à un niveau en dessous de l'arrivée de liquide L1 comme premier flux gazeux riche en CO2, de sorte qu'il est liquéfié par contact direct avec liquide L1.
  • Il est également possible de faire rentrer le gaz V2 dans le stockage à travers la conduite V1. Le gaz est ainsi lavé par le premier flux liquide riche en CO2 L1.
  • Le liquide provenant de l'appareil CC peut être introduit dans le stockage à travers une seule ouverture mais de préférence est envoyé à différents endroits au même niveau de l'enceinte S afin d'arroser une plus grande surface de l'enceinte S. Ainsi on voit que du liquide L2 est introduit à un niveau plus bas du stockage S que le liquide L1.
  • Le procédé utilise des moyens pour modifier la température du liquide de lavage L1, L2 envoyé à l'enceinte S. Ceux-ci peuvent prendre plusieurs formes, la plus simple, illustré ici, consistant à court-circuiter une partie 1A du liquide autour de l'échangeur de sorte qu'une fraction variable du liquide est refroidie dans l'échangeur, le reste qui n'a pas été refroidi étant mélangé à la fraction variable pour former le liquide L1. Plus la fraction 1A est grande, plus grande sera la température du liquide L1, L2.
  • Dans une variante basique, un moyen de détection de pression PIC mesure la pression dans l'enceinte et quand celle-ci dépasse un seuil, régule la température du liquide L1 par exemple en fermant la vanne 2 pour empêcher le liquide 1A de court-circuiter le sousrefroidissement, pour réduite la température du liquide L1, L2
    Ainsi la température du liquide L1 et/ou L2 est réduite quand une augmentation du débit de gaz et/ou une augmentation de la température du gaz est prévue, de sorte que les frigories envoyées au stockage S soient suffisantes pour liquéfier le gaz. Selon le même principe, lors d'une augmentation du débit du gaz et/ou de sa température, la pression dans l'enceinte S augmente et une réduction de la température du liquide L1 permet de limiter voire annuler cette augmentation de pression.
  • De même, la température du liquide L1 baisse quand une réduction du débit de gaz et/ou une réduction de la température du gaz V1 est prévue, par exemple quand l'arrivée d'un moyen de transport B est prévue mais avant que le gaz V2 n'arrive dans le stockage.
  • A la place du moyen de détection de pression PIC ou en plus de ce moyen, l'appareil peut comprendre un moyen de détection de débit FIC et/ou un moyen de détection de température TIC pour mesurer le débit et/ou la température respectivement du premier flux gazeux envoyé ou à envoyer au stockage S.
  • Les mêmes variations sont prévues si le débit et/ou la température du gaz V2 de l'élément B varient. Selon le même principe, lors d'une baisse du débit du gaz et/ou de sa température, la pression dans l'enceinte S baisse et une hausse de la température du liquide L1 permet de limiter voire annuler cette baisse de pression.
  • Le système global ayant une certaine inertie thermique, il est recommandé de réduire la température du liquide L1 avant que le débit et/ou la température du gaz n'augmente, de sorte que la partie haute du stockage S soit à la bonne température pour assurer la liquéfaction. Ainsi avant l'arrivée d'un bateau B, par exemple, on réduit la température du liquide L1 en prévision de l'arrivée du gaz V2.
  • FIG.2 montre une variante du procédé comprenant une tour de mise en contact K qui est une tour contenant des plateaux ou des garnissages en vrac ou structurés comme moyens de mise en contact. Cette tour est situé entre l'appareil CC et le stockage pour recevoir le premier flux liquide riche en CO2 L1 provenant de l'appareil CC ainsi que le premier flux gazeux riche en CO2 V2 provenant d'un moyen de transport B. Comme pour la figure précédente, le gaz est liquéfié par le contact direct avec le liquide L1 mais dans cette figure rentre en bas de la tour K et monte dans la tour, en rencontrant le liquide qui descend la tour. Le gaz V2 est ainsi liquéfié et le liquide formé en cuve L2 est envoyé à un stockage S. Le liquide de cuve L3 du stockage S est pressurisé par une pompe P2 pour alimenter le moyen de transport B.
  • En variante, la tour K peut également servir à liquéfier le gaz V1 formé dans le stockage S, par exemple par les entrées de chaleur. Les gaz V1 et V2 sont mélangés pour former un gaz V' qui arrive en bas de la tour K. En variante une partie du liquide provenant de l'appareil CC peut être envoyé directement au stockage S, seule une partie du liquide alimentant en tête la tour K.
  • Le gaz V1 passe à travers une vanne (non illustrée) comme dans la FIG.1 qui régule la pression du stockage S. Un détecteur de pression PIC (non illustré) de la tour K régule l'ouverture de la vanne 2.

Claims (14)

  1. Appareil de liquéfaction de CO2 comprenant :
    • Une enceinte (S,K)
    • Des moyens de mise en contact direct d'un premier flux liquide riche en CO2 (L1) et d'un premier flux gazeux (V2, V') riche en CO2 disposés dans l'enceinte afin de condenser au moins une partie du premier flux gazeux formant du gaz condensé riche en CO2
    • Des moyens pour relier un moyen de transport (B) comprenant ou étant constitué par un stockage de CO2 liquide aux moyens de mise en contact pour recevoir le gaz condensé riche en CO2 provenant des moyens de mise en contact
    • Des moyens d'envoi du premier flux liquide vers les moyens de mise en contact
    • Des moyens d'envoi du premier flux gazeux vers les moyens de mise en contact depuis un ou le stockage de CO2 liquide du moyen de transport
    caractérisé en ce qu'il comprend
    i) des moyens pour détecter le débit du premier flux gazeux dans les moyens d'envoi du premier flux gazeux envoyé ou à envoyer dans les moyens d'envoi du premier flux gazeux et/ou
    ii) des moyens pour détecter la température du premier flux gazeux et/ou
    iii) des moyens (PIC) pour détecter la pression dans l'enceinte et
    iv) des moyens (1A,2) pour réguler la température du premier flux liquide en amont des moyens de mise en contact en fonction du débit et/ou de la température du premier flux gazeux et/ou de la pression des moyens de mise en contact.
  2. Appareil selon la revendication 1 dans lequel le moyen de transport (B) est un bateau, un train, un camion-citerne, une canalisation ou un wagon, capable de stocker au moins temporairement du CO2 liquide.
  3. Appareil selon la revendication 1 ou 2 dans lequel l'enceinte (S) est conçue pour stocker du liquide et ne contient pas de moyens solides pour favoriser l'échange de masse et les moyens de mise en contact sont constitués par un espace du ciel gazeux formé au-dessus du niveau de liquide quand l'appareil est en opération, les moyens d'envoi du premier flux liquide (L1) étant reliés pour envoyer le premier flux liquide au-dessus d'un point d'arrivée du premier flux gazeux (V2).
  4. Appareil selon une des revendications précédentes dans lequel l'enceinte (K) est une tour de lavage ayant une cuve et dans lequel les moyens de mise en contact se trouvent dans la tour de lavage, ces moyens de mise en contact étant constitués par des moyens pour favoriser le transfert de chaleur et de masse au-dessus de la cuve et reliés pour recevoir le premier flux liquide (L1) à un niveau de la tour au-dessus du point d'arrivée du premier flux gazeux (V'), la cuve de la tour étant reliée à un stockage de CO2 (S, B) pour y envoyer du liquide.
  5. Appareil selon une des revendications précédentes dans lequel le premier flux liquide riche en CO2 (L1) est un liquide autre qu'un liquide de cuve de l'enceinte.
  6. Procédé de liquéfaction de CO2 dans lequel on envoie un premier flux liquide (L1) riche en CO2 vers des moyens de mise en contact dans une enceinte (S,K), on envoie un premier flux gazeux riche en CO2 (V2,V') vers les moyens de mise en contact de sorte que les premiers flux liquide et gazeux se mélangent et au moins une partie du premier flux gazeux se trouve condensé, on envoie du liquide des moyens de mise en contact vers un moyen de transport (B) comprenant ou étant constitué par un stockage de CO2 liquide relié aux moyens de mise en contact pour recevoir le gaz condensé riche en CO2 provenant des moyens de mise en contact, le premier flux gazeux provenant d'un ou du stockage de CO2 liquide, étant formé par évaporation partielle au-dessus du niveau de liquide dans le stockage du fait des entrées de chaleur
    caractérisé en ce que :
    i) l'on augmente la température du premier flux liquide riche en CO2 (L1) si le débit et/ou la température du premier débit de CO2 gazeux réduit et/ou si la pression dans l'enceinte baisse et on réduit la température du premier flux liquide riche en CO2 si le débit et/ou la température du premier débit gazeux augmente et/ou si la pression dans l'enceinte augmente et/ou
    ii) l'on augmente la température du premier flux liquide riche en CO2 en prévision d'une réduction du débit et/ou de la température du premier débit de CO2 gazeux et/ou de la pression de l'enceinte et on réduit la température du premier flux liquide riche en CO2 en prévision d'une augmentation du débit et/ou de la température du premier débit et/ou de la pression dans l'enceinte.
  7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel on adapte la température du premier flux liquide (L1) riche en CO2 liquide en fonction de son débit de telle sorte que la température des moyens de mise en contact soit suffisante pour liquéfier au moins une partie du premier flux gazeux.
  8. Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7 dans lequel on modifie la température du premier flux liquide (L1) en le divisant en deux fractions variables (1, 1A), on refroidit une des fractions, on ne refroidit pas l'autre fraction et on mélange la fraction refroidie avec la fraction non-refroidie, les proportions des fractions étant variées pour varier la température du mélange qui constitue le premier flux liquide envoyé aux moyens de mise en contact.
  9. Procédé selon une des revendications 6 à 8 dans lequel on envoie le premier flux liquide riche en CO2 (L1) et un autre liquide riche en CO2 (L2) à des niveaux différents de l'enceinte (S).
  10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9 dans lequel on soutire le premier flux liquide riche en CO2 (1, L1) d'un appareil de séparation ou de liquéfaction de CO2 par distillation et/ou par condensation partielle pour l'envoyer aux moyens de mise en contact.
  11. Procédé selon une des revendications 6 à 10 dans lequel dans lequel le premier flux liquide riche en CO2 (L1) est un liquide autre qu'un liquide de cuve de l'enceinte.
  12. Procédé selon la revendication 11 dans lequel le premier flux liquide riche en CO2 (L1) est envoyé aux moyens de contact directement depuis un appareil de séparation de CO2 (CC).
  13. Procédé selon la revendication 12 dans lequel le premier flux liquide est sousrefroidi dans un échangeur de chaleur de l'appareil de séparation de CO2 (CC).
  14. Procédé de mise en fonctionnement d'un appareil selon l'une des revendications 1 à 5 ou d'un procédé selon l'une des revendications 6 à 13 dans lequel on envoie le premier flux liquide riche en CO2 (1, L1) vers les moyens de mise en contact avant d'y envoyer le premier flux gazeux riche en CO2 et avant d'envoyer du liquide des moyens de mise en contact vers le stockage de CO2 du moyen de transport (B).
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