EP4713638A1 - Procédé et appareil de séparation d'un mélange contenant du co2 - Google Patents

Procédé et appareil de séparation d'un mélange contenant du co2

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EP4713638A1
EP4713638A1 EP24723839.7A EP24723839A EP4713638A1 EP 4713638 A1 EP4713638 A1 EP 4713638A1 EP 24723839 A EP24723839 A EP 24723839A EP 4713638 A1 EP4713638 A1 EP 4713638A1
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EP
European Patent Office
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liquid
heat exchanger
gas
component
mixture
Prior art date
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Pending
Application number
EP24723839.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Charles BIGNAUD
Mathieu LECLERC
Martin Raventos
Michele MURINO
Tiao TRAM
Antoine SONNENDRUCKER
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
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Publication date
Priority claimed from FR2304898A external-priority patent/FR3148836B1/fr
Priority claimed from FR2404262A external-priority patent/FR3153651B3/fr
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
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Abstract

Un procédé de séparation d'un mélange gazeux (1) ayant une température de rosée entre 0 et 15°C à une première pression, contenant du dioxyde de carbone et au moins un premier composant plus lourd que le dioxyde de carbone, comprend les étapes de refroidissement du mélange à la première pression jusqu'à une température entre 0 et 15°C et condensation au moins partielle du premier composant du mélange dans un premier échangeur de chaleur (E1) afin d'obtenir un mélange diphasique par échange de chaleur indirect avec un flux liquide (29) sous pression qui se vaporise dans l'échangeur de chaleur, séparation de la phase liquide (H) du mélange diphasique refroidi afin d'obtenir une phase liquide contenant au moins un premier composant et une phase gazeuse (3) appauvri en au moins un premier composant, le flux liquide étant produit en séparant la phase gazeuse.

Description

Titre : Procédé et appareil de séparation d’un mélange contenant du CO2
La présente invention est relative à un procédé et appareil de séparation d’un mélange contenant du CO2 et au moins un premier composant plus lourd que le dioxyde de carbone. Le mélange a une température de rosée entre 0 et 15°C à une première pression.
La capture de CO2 par un procédé opérant à basse température implique parfois l’utilisation d’un fluide réfrigérant pour condenser au moins un composant plus lourd que le dioxyde de carbone, par exemple de l’eau, se trouvant dans le gaz à traiter. Cette étape permet de réduire fortement la teneur en l’au moins un composant plus lourd que le dioxyde de carbone du gaz avant que ce dernier ne passe à travers un adsorbant pour éliminer les dernières traces de molécules condensables.
La capture de dioxyde de carbone (CO2) par un procédé de condensation partielle et/ou distillation opérant à moins de 0°C nécessite le plus souvent le séchage du gaz humide à traiter, riche en CO2, en amont de la séparation à basse température pour éliminer les molécules condensables, principalement l’eau (H2O), pour éviter tout risque de gel. Ce séchage est souvent divisé en deux étapes : tout d’abord, le gaz est refroidi dans un ou plusieurs échangeurs de chaleur pour condenser une grande partie de ces molécules, puis ce gaz riche en CO2 passe à travers un adsorbant pour éliminer les dernières traces de molécules condensables.
Il est connu de l’homme de l’art que le froid requis pour condenser l’eau du gaz humide, riche en CO2, est souvent produit grâce à une unité de réfrigération. Un fluide caloporteur (Fréon ®, ammoniac, propane ...) est utilisé pour transférer ce froid à une boucle d’eau froide puis au gaz humide et riche en CO2.
GB-A-2416389 décrit un procédé de refroidissement de CO2 humide dans lequel le CO2 humide comprimé est refroidi d’abord avec l’eau de mer dans un premier échangeur de chaleur et ensuite par deux débits de CO2 gazeux dans un deuxième échangeur de chaleur pour condenser de l’eau contenue dans le CO2 en amont d’une unité d’adsorption. L’eau est enlevée au moyen d’un séparateur de phases en aval des deux échangeurs.
Les unités de réfrigération liées à la boucle d’eau froide, comme celle du premier échangeur de GB-A-2416389, sont des équipements onéreux et peu efficaces. L’invention propose une amélioration du procédé de capture de CO2 en réalisant une intégration thermique pour refroidir le gaz humide qui alimente le procédé de capture de C02. Ainsi, l’unité de réfrigération et son réseau d’eau froide ne sont plus nécessaires ou peuvent réduits en taille.
US2020/309451 décrit un procédé dans lequel tout le liquide produit par un procédé de séparation de CO2 est utilisé pour condenser de l’eau dans le débit à séparer. Le liquide reste sous forme liquide ou supercritique, devant alimenter une canalisation. En utilisant uniquement la chaleur sensible pour condenser l’eau, il est nécessaire d’envoyer une grande quantité de liquide à l’échangeur de chaleur, ici toute la production liquide du procédé.
« Gas conditioning- The interface between CO2 capture and transport” de Aspelund et al, International Journal of Greenhouse Gas Control, 2007, pp343-354 décrit un procédé de séparation de CO2 dans lequel de l’eau est condensée par échange de chaleur avec des fluides riches en CO2 produit par la distillation. Or il semblerait que ces fluides soient tous gazeux.
De plus l’échangeur pour refroidir le gaz humide réalise un échange entre seulement deux fluides.
Le froid nécessaire pour condenser l’eau ou un autre composant ayant une température de condensation relativement élevée est directement soutiré de la partie du procédé opérant à basse température par le biais d’au moins une part du CO2 liquide produit. L'invention s’applique dans le cas où l’unité de capture de CO2 produit du CO2 à l’état gazeux ou liquide ou phase dense. En effet, quel que soit l’état du CO2 produit, le procédé de séparation cryogénique passe nécessairement par la phase liquide (liquide issu de la condensation partielle et/ou de la colonne à distiller et/ou du cycle dans le cas d’une production liquide).
L’invention consiste selon une des variantes en :
1) La condensation de l’eau par évaporation du CO2
• Refroidir un gaz humide sous pression, riche en CO2 et H2O, dans un échangeur de chaleur par échange de chaleur indirect jusqu’à une température entre 0 et 15°C et partiellement condenser l’eau qu’il contient par le biais de la vaporisation d’un liquide riche en CO2 par exemple le CO2 liquide sous pression.
• Séparer l’eau liquide du gaz humide sous pression refroidi.
2) Le conditionnement du CO2 liquide
• Le froid nécessaire pour condenser partiellement ce gaz humide et riche en CO2 est apporté par un flux de CO2 liquide en provenance de la partie du procédé opérant à basse température et se vaporisant dans l’échangeur. Ce débit de CO2 liquide est soutiré d’une partie du liquide d’une liquéfaction ou d’une partie de la production liquide de la colonne de distillation et/ou de la condensation partielle et/ou du cycle dans le cas d’une séparation produisant un liquide, pompé (si nécessaire) pour obtenir une pression comprise entre 30 et 50 bara puis dé-sous- refroidi (si nécessaire) dans l’échangeur principal de l’unité cryogénique afin d’obtenir une température entre -5 et 15°C afin d’être envoyé dans l’échangeur de chaleur. Ces températures et pressions sont choisies pour éviter tout risque de gel de l’eau dans l’échangeur.
3) La valorisation du CO2 gazeux obtenu
• Le CO2 sort de l’échangeur de chaleur avec une température entre 5 et 80°C, préférentiellement entre 20 et 40°C est renvoyé vers un étage du compresseur de CO2 ou directement dans le CO2 produit gazeux si la pression du CO2 gazeux est inférieure à la pression du CO2 qui s’évapore dans l’échangeur de chaleur. De cette manière, on réalise des économies d’énergie de compression du CO2.
• Le dé-sous-refroidissement de l’étape 2) peut être réalisé grâce au mélange du CO2 liquide pompé avec du CO2 plus chaud afin d’obtenir la température comprise entre -5 et 15°C. Cela permet d’éviter une passe dans l’échangeur principal de l’unité cryogénique.
Cette invention, en utilisant le froid potentiellement excédentaire de la partie opérant à basse température, permet de retirer l’unité de réfrigération ainsi que la boucle d’eau froide. Ceci réduit le nombre d’équipements nécessaires et donc le coût, ainsi que la consommation énergétique de ce procédé de capture de CO2 (gain de la consommation d’énergie de l’unité de réfrigération et le gain de compression du CO2 pompé).
Selon un objet de l’invention il est prévu un procédé de séparation d’un mélange gazeux ayant une température de rosée entre 0 et 15°C à une première pression, contenant du dioxyde de carbone et au moins un premier composant plus lourd que le dioxyde de carbone, et éventuellement au moins un deuxième composant plus léger que le dioxyde de carbone comprenant les étapes suivantes: i) Refroidissement du mélange à la première pression jusqu’à une température entre 0 et 15°C et condensation au moins partielle du premier composant du mélange dans un premier échangeur de chaleur afin d’obtenir un mélange diphasique par échange de chaleur indirect avec un flux liquide sous pression ii) Séparation de la phase liquide du mélange diphasique refroidi afin d’obtenir une phase liquide contenant au moins un premier composant et une phase gazeuse appauvri en au moins un premier composant iii) Refroidissement de la phase gazeuse ou d’un gaz dérivé de la phase gazeuse dans un deuxième échangeur de chaleur et iv) Soit liquéfaction ou séparation comme suit : a) Soit liquéfaction de la phase gazeuse refroidie pour produire un liquide riche en CO2 b) Soit séparation par condensation partielle et/ou distillation de la phase gazeuse refroidie ou d’un gaz dérivé de la phase gazeuse refroidie pour produire un liquide enrichi en CO2 et éventuellement appauvri en l’au moins un deuxième composant par rapport au mélange gazeux et v) Le flux liquide de l’étape i) constitue une partie du liquide riche en CO2 ou enrichi en CO2 de l’étape iv)a) ou b) ou d’un liquide qui en est dérivé caractérisé en ce que un flux liquide sous pression qui se vaporise dans le premier échangeur de chaleur.
Le flux liquide contient de préférence au moins 95% mol CO2.
Selon d’autres aspects facultatifs de l’invention :
• l’au moins un premier composant est de l’eau, du méthanol ou de l’ammoniac.
• le deuxième composant, si présent, est l’azote, l'oxygène, l’hydrogène, le monoxyde de carbone ou le méthane.
• le liquide enrichi en CO2 est au moins une partie d’un liquide de cuve d’une colonne de distillation.
• le liquide enrichi en CO2 est au moins une partie d’un liquide d’un séparateur de phases
• le liquide riche en CO2 est au moins une partie d’un liquide d’un séparateur de phases
• le liquide enrichi en CO2 est pressurisé par une pompe jusqu’à une pression de pompage comprise entre 30 et 50 bara puis réchauffé jusqu’à une température entre -5 et 10°C avant d’être envoyé au premier échangeur de chaleur. • le liquide enrichi en C02 provient d’un cycle CO2 dont une partie du cycle opère sous une deuxième pression, de préférence supérieure à 30 bara, voire supérieure à 46 bara.
• le liquide enrichi en CO2 est refroidi jusqu’à une température comprise entre -5 et 10°C puis détendu jusqu’à une troisième pression comprise entre 30 et 46 bara et sans changement d’état.
• un autre liquide enrichi en CO2 provenant de la liquéfaction ou condensation partielle et/ou la distillation est vaporisé dans le deuxième échangeur de chaleur et le gaz enrichi en CO2 obtenu à la sortie du deuxième échangeur de chaleur est envoyé vers un compresseur de CO2 ou directement dans le CO2 gazeux produit.
• l’autre liquide est une fraction du liquide de cuve de la colonne
• le liquide enrichi en CO2 vaporisé dans le premier échangeur de chaleur est envoyé vers le compresseur de CO2, éventuellement à la pression de pompage ou à la troisième pression ou directement dans le CO2 gazeux produit ou vers la colonne de distillation ou vers un produit liquide de la colonne de distillation.
• l’autre liquide enrichi en CO2 est envoyé au deuxième échangeur de chaleur à une pression inférieure à celle du liquide enrichi en CO2 envoyé au premier échangeur de chaleur.
• le mélange gazeux est refroidi en amont du premier échangeur de chaleur par échange de chaleur avec de l’eau ou un autre réfrigérant.
• le gaz dérivé de la phase gazeuse est formé en séparant la phase gazeuse par adsorption, perméation et/ou condensation partielle et/ou distillation.
• le gaz dérivé de la phase gazeuse en est dérivé en étant séparé, par exemple par adsorption ou perméation, pour réduire sa teneur en l’au moins un composant plus léger
• le gaz dérivé de la phase gazeuse en est dérivé par compression et séchage
• le premier échangeur effectue un échange de chaleur indirect entre seulement deux fluides.
• le liquide enrichi en CO2 contient au moins 95% de CO2 et est produit en condensant partiellement la phase gazeuse refroidie.
• le liquide enrichi en CO2 vaporisé est envoyé se mélanger avec la phase gazeuse en amont d’une étape de condensation partielle et/ou de distillation. • le liquide qui est dérivé du liquide riche en C02 ou du liquide enrichi en CO2 en est dérivé par purification et/ou pompage et/ou détente.
• le flux liquide se vaporise complètement dans le premier échangeur de chaleur
• du liquide de cuve de la colonne se vaporise dans le deuxième échangeur, de préférence sans avoir été comprimé ou détendu, et le liquide vaporisé est envoyé au moins en partie en cuve de la colonne sous forme gazeuse
• du liquide de cuve de la colonne se vaporise dans le deuxième échangeur, de préférence sans avoir été comprimé ou détendu, et le liquide vaporisé est envoyé en partie en cuve de la colonne sous forme gazeuse et en partie au compresseur de produit
• le flux liquide envoyé au premier échangeur de chaleur constitue entre 5 et 15% du liquide de cuve de la colonne.
• la partie du liquide enrichi en CO2 est vaporisée par échange de chaleur indirect avec le mélange qui se refroidit dans l’étape i) formant un débit de liquide vaporisé et le débit de liquide vaporisé est envoyé au moins en partie en cuve de la colonne sous forme gazeuse pour s’y séparer.
• le mélangé appauvri, par exemple séché, est refroidi dans un deuxième échangeur de chaleur dans lequel le débit de liquide vaporisé se refroidit.
• le débit appauvri en CO2 est refroidi dans un deuxième échangeur de chaleur dans lequel le débit de liquide vaporisé se refroidit.
• le mélangé appauvri, par exemple séché, est refroidi dans un deuxième échangeur de chaleur dans lequel le débit de liquide vaporisé ne se refroidit pas
• le débit appauvri en CO2 est refroidi dans un deuxième échangeur de chaleur dans lequel le débit de liquide vaporisé ne se refroidit pas.
• le débit de liquide vaporisé ne se refroidit pas avant d’être envoyé en cuve de la colonne de distillation et/ou mélangé avec le liquide enrichi en CO2 pressurisé par une pompe
• le mélangé appauvri, par exemple séché, ou le débit appauvri en CO2 est refroidi dans un deuxième échangeur de chaleur dans lequel la partie du liquide enrichi en CO2 se réchauffe avant l’étape v). • une autre partie du liquide enrichi en C02 se réchauffe et se vaporise dans le deuxième échangeur de chaleur et est envoyée en cuve de la colonne sous former gazeuse pour s’y séparer.
• une autre partie du liquide enrichi en CO2 se vaporise dans le deuxième échangeur de chaleur et est envoyé à un client sans avoir été comprimé.
• une fraction du liquide enrichi en CO2 est pressurisée par une pompe et une partie du liquide pressurisé constitue le liquide utilisé pour refroidir le mélange dans l’étape i).
• une partie du liquide pressurisé est détendue pour former un produit liquide.
• au moins une partie du débit vaporisé est envoyée sous forme gazeuse à une première température se mélanger avec une partie du liquide pressurisé destinée à servir de produit qui se trouve à une deuxième température, inférieure à la première température.
Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un appareil de séparation d’un mélange gazeux ayant une température de rosée entre 0 et 15°C à une première pression, contenant du dioxyde de carbone et au moins un premier composant plus lourd que le dioxyde de carbone, et éventuellement au moins un deuxième composant plus léger que le dioxyde de carbone comprenant un premier échangeur de chaleur, un deuxième échangeur de chaleur, des moyens pour envoyer le mélange à la première pression se refroidir dans le premier échangeur de chaleur par échange de chaleur indirect jusqu’à une température entre 0 et 15°C afin d’obtenir un mélange diphasique par échange de chaleur indirect, des moyens pour envoyer un flux liquide sous pression au premier échangeur de chaleur, des moyens pour retirer une partie condensée du premier composant du mélange, des moyens pour envoyer une phase gazeuse appauvri en au moins un premier composant au deuxième échangeur de chaleur pour se refroidir, des moyens de séparation de la phase gazeuse refroidie dans le deuxième échangeur de chaleur comprenant une colonne de distillation, des moyens pour sortir de la colonne de distillation un liquide riche en CO2, des moyens pour envoyer une partie du liquide riche en CO2 au premier échangeur de chaleur, cette partie constituant le flux liquide et des moyens pour envoyer au moins une partie du flux liquide vaporisé depuis le premier échangeur de chaleur vers la cuve de la colonne de distillation pour s’y séparer ou vers un compresseur de produit pour servir de produit ou vers un débit liquide soutiré de la colonne de distillation.
De préférence, l’appareil comprend des moyens pour pressuriser un débit de liquide riche en CO2 soutiré en cuve de la colonne pour former un débit pressurisé et des moyens pour envoyer une partie du flux liquide vaporisé depuis le premier échangeur de chaleur se mélanger avec le débit de liquide pressurisé.
De préférence les moyens pour pressuriser un débit de liquide riche en CO2 soutiré en cuve de la colonne pour former un débit pressurisé sont reliés à des moyens pour diviser le liquide en deux en aval du deuxième échangeur de chaleur formant une première et une deuxième partie du liquide et l’appareil comprend des moyens pour envoyer la première partie du liquide reliés au premier échangeur de chaleur et des moyens pour envoyer la deuxième partie du liquide depuis le deuxième échangeur de chaleur se mélanger avec le liquide de cuve.
L’invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant aux figures où : [FIG.1] représente un procédé selon l’invention.
[FIG.2] représente un procédé selon l’invention.
[FIG.3] représente un procédé selon l’invention.
[FIG.4] représente un procédé selon l’invention.
[FIG.5] représente une partie d’un procédé selon l’invention.
[FIG.6] représente une suite du procédé selon l’invention de la [FIG.5]
[FIG.7] représente une suite alternative du procédé selon l’invention de la [FIG.5]
Dans la [FIG.1 ], un mélange gazeux 1 à une première pression contient du dioxyde de carbone, au moins un premier composant, ayant une température de condensation entre 0 et 15°C à la première pression, par exemple de l’eau, du méthanol et de l’ammoniac, et au moins un deuxième composant plus léger que le dioxyde de carbone, par exemple de l’azote, de l’oxygène, l’hydrogène, du méthane, du monoxyde de carbone. Le mélange gazeux 1 peut également contenir un composant plus lourd que le dioxyde de carbone.
Le mélange gazeux 1 se trouve à une température entre 5 et 25°C. Il est envoyé à un premier échangeur de chaleur E1 où il échange de la chaleur indirectement avec un débit de C02 liquide 29 afin de se refroidir jusqu’à une température entre 0°C et 15°C, le mélange 1 étant toujours à la première pression.
Au moins un premier composant contenu dans le mélange gazeux se condense formant un condensât H, par exemple de l’eau condensée, qui est enlevé dans un séparateur de phases S1. Le gaz 3 enrichi en CO2 et appauvri en l’au moins un premier composant est comprimé dans un compresseur C1 formant un débit 5 qui est séché dans un sécheur D pour enlever de l’eau restante puis comprimé dans un compresseur C2 jusqu’à une pression entre 15 et 65 bara. Le débit 7 comprimé dans le compresseur C2 est envoyé se condenser partiellement dans un deuxième échangeur de chaleur E2 formant un débit diphasique 9. Le débit 9 est séparé dans le séparateur S2 en un gaz 11 appauvri en CO2 et enrichi en au moins un deuxième composant et un liquide 13 appauvri en l’au moins un deuxième composant et enrichi en CO2.
Les échangeurs E2, E3 peuvent constituer un seul échangeur.
Le liquide 13 est détendu et envoyé en tête d’une colonne de distillation K.
Le gaz 11 est condensé partiellement dans un troisième échangeur de chaleur E3 formant un débit diphasique qui est séparé dans un séparateur de phases S3 formant un gaz 17 appauvri en CO2 et enrichi en au moins un deuxième composant et un liquide 15 appauvri en l’au moins un deuxième composant et enrichi en CO2. Le gaz 17 se réchauffe dans le troisième et deuxième échangeur de chaleur E3, E2. Le liquide 15 est détendu et envoyé en tête de la colonne K.
Le gaz de tête 21 de la colonne K se réchauffe dans le troisième et deuxième échangeur de chaleur E3, E2 et est envoyé entre les compresseurs C1 , C2 étant mélangé au débit 5.
Le liquide de cuve 19 de la colonne K est soutiré comme débit 19 enrichi en CO2 et appauvri en au moins un deuxième composant. Le liquide 19 est divisé en deux parties 23 et 25. La partie 23 est détendue dans une vanne, formant un débit diphasique qui est séparé dans un séparateur de phases S4. Le liquide 35 du séparateur S4 se vaporise dans un des deuxième et troisième échangeurs et le gaz 33 du séparateur S4 se réchauffe dans les deuxième et troisième échangeurs, les deux gaz réchauffés ainsi formés étant mélangés formant le débit 37 qui est comprimé dans les compresseurs C3, C4 en série formant un produit riche en CO2 41 sous forme gazeuse. La partie 25 est séparée pour former la partie 29 et le reste 27 de cette partie se vaporise dans le deuxième échangeur de chaleur E2 avant d’être envoyé en cuve de la colonne K fournissant du rebouillage sous forme d’un débit gazeux.
Une partie du débit 27 peut être envoyé au compresseur C3.
La partie 29 est pressurisée par une pompe P jusqu’à une pression entre 30 et 50 bars abs puis une fraction de la partie 29 pressurisée se réchauffe voire se vaporise dans l’échangeur E2 alors que le reste de la partie 29 pressurisée ne rentre pas dans l’échangeur E2. La fraction envoyée à l’échangeur E2 et le reste qui n’y est pas envoyé sont mélangés pour obtenir du CO2 liquide avec le sous- refroidissement voulu. Ce mélange est envoyé à une température entre -5 et 10°C pour se vaporiser dans le premier échangeur de chaleur E1 par échange de chaleur uniquement avec le débit 1
La température entre -5 et 10°C peut être atteinte en mélangeant du CO2 liquide pompé avec du CO2 plus chaud (par exemple une partie du CO2 produit 39, 41).
La partie 29 s’est vaporisée dans le premier échangeur E1 et le gaz formé est envoyé à une température entre 5 et 40°C à un point entre les compresseurs C3, C4 en se mélangeant au débit 39 comprimé dans le compresseur C3 dont la pression de sortie est entre 15 et 46 bars et inférieure ou égale à la pression de pompage de la partie 29.
En variante, le premier échangeur E1 peut se trouver entre les compresseurs C1 , C2.
Le gaz épuré par la condensation du premier composant dans l’échangeur E1 peut être séché dans une unité d’adsorption, par exemple parTSA, en aval du séparateur de phases S1 et en amont du compresseur C1 .
En variante, le CO2 liquide envoyé au premier échangeur de chaleur E1 peut provenir d’un cycle de réfrigération où circule du dioxyde de carbone. Ce cycle peut fournir du froid pour le procédé de condensation partielle et/ou de distillation. Une partie du cycle opère sous une deuxième pression, de préférence supérieure à 30 bara, voire supérieure à 46 bara. Le liquide du cycle est refroidi jusqu’à une température comprise entre -5 et 10°C, détendu jusqu’à une troisième pression comprise entre 30 et 46 bara et sans changement d’état puis envoyé au premier échangeur de chaleur E1 comme débit 29. En variante, le gaz 3 ou un gaz qui en découle peut être séparé dans une unité d’adsorption à pression modulée (PSA) afin de générer un produit basse pression comprimé dans le compresseur C1 et un produit haute pression.
En variante, le gaz 3 est envoyé à l’échangeur E2 sans compression intermédiaire. Selon une variante, la Figure 1 peut comprendre une étape de séparation par adsorption pour réduire la teneur de la phase gazeuse 3 en l’au moins un composant plus léger, par exemple en amont du compresseur C1 .
Le flux liquide 29 envoyé au premier échangeur de chaleur constitue entre 5 et 15% du liquide de cuve 19 de la colonne K dans les Figures 1 à 3.
La Figure 2 illustre cette variante où le gaz 3 épuré en eau et/ou méthanol et/ou ammoniac H est séparé par adsorption A en amont du compresseur C1 à quatre étages. L’adsorption produit un gaz 3B enrichi en l’au moins un composant plus léger et appauvri en CO2 et un gaz 3A enrichi en CO2 et appauvri en l’au moins un composant plus léger. Le gaz 3A est ensuite comprimé dans le compresseur C1 , séché dans le sécheur D, par exemple par TSA, et comprimé dans le compresseur C2 à trois étages. Le nombre d’étages des compresseurs C2, C3 est évidemment variable.
Une autre différence avec la Figure 1 est qu’une partie 28 du gaz 27 vaporisé dans l’échangeur E2 est envoyé au compresseur de produit à une pression plus élevée que celle des débits 33,35. Ainsi les débits 33,35 se compriment d’abord dans un compresser C3 et ensuite sont mélangés avec le débit 28 pour être comprimés dans le compresseur C3’. Le liquide vaporisé 29 vient se mélanger avec le gaz du compresseur C3’ et le mélange est comprimé dans le compresseur C4. Figure 3 représente la version de la Figure 1 sans unité d’adsorption A mais avec la compression d’une partie 28 du gaz 27.
[FIG.4] représente un procédé selon l’invention dans lequel le liquide apportant le froid nécessaire à l’échangeur de chaleur E1 pour condenser l’au moins un premier composant, par exemple l’eau, est au moins une partie du débit d’alimentation pris après le séchage dans l’échangeur E1 et de préférence après séchage par adsorption. Le liquide 29 fait partie du liquide condensé dans le séparateur de phases S2, produit par condensation partielle du débit 9 comprimé dans les compresseurs C1 , C2 et refroidi dans l’échangeur E2. Le liquide 29 peut sinon être pris dans le séparateur S3. Le liquide 29 est détendu dans une vanne et puis se vaporise dans l’échangeur de chaleur E1 et est renvoyé sous forme gazeuse entre les compresseurs C1 , C2, pour compenser la perte de charge dans les conduites et l’échangeur E1 par la compression en C2. Le reste de la figure est inchangé par rapport à la [FIG.1 ].
En alternatif, une partie du liquide 15 pour servir à refroidir l’échangeur de chaleur E1 pour condenser l’au moins un premier composant.
Le liquide 29 contient de préférence au moins 95% mol CO2.
Dans une variante qui n’est pas illustrée, un mélange gazeux ayant une température de rosée entre 0 et 15°C à une première pression, contenant du dioxyde de carbone et au moins un premier composant plus lourd que le dioxyde de carbone est refroidi jusqu’à une température entre 0 et 15°C à la première pression dans un premier échangeur de chaleur. Ceci cause la condensation au moins partielle du premier composant du mélange dans le premier échangeur de chaleur afin d’obtenir un mélange diphasique par échange de chaleur indirect avec un flux liquide sous pression qui se vaporise dans l’échangeur de chaleur. La phase liquide du mélange diphasique refroidi est séparée afin d’obtenir une phase liquide contenant au moins un premier composant et une phase gazeuse appauvri en au moins un premier composant. La phase gazeuse est refroidie dans un deuxième échangeur de chaleur et liquéfié formant un liquide riche en CO2 contenant au moins 95% mol CO2. Une partie de ce liquide sert du flux liquide pour condenser l’au moins un premier composant dans le premier échangeur de chaleur.
Selon une variante, la Figure 4 peut comprendre une étape de séparation par adsorption pour réduire la teneur de la phase gazeuse 3 en l’au moins un composant plus léger, par exemple en amont du compresseur C1 .
Les Figures 5 à 7 illustrent une nouvelle manière d’utiliser le fluide vaporisé dans le cas où le réfrigérant se trouve être du CO2 liquide à haute pression.
Dans le cadre d’une optimisation du coût d’investissement, notamment possible sur les unités traitant une quantité faible de gaz, il est possible d’envisager un schéma éventuellement sans compresseur de produit. Ce changement amène à repenser l’endroit où était recyclé le CO2 haute pression vaporisé dans le condenseur de gaz.
Mais le procédé selon les figures 5 à 7 s’applique également aux procédés avec compresseur de produit. Dans la [FIG.5], un mélange gazeux 1 contenant du dioxyde de carbone, au moins un composant plus lourd que le dioxyde de carbone, par exemple de l’eau et au moins un composant plus léger que le dioxyde de carbone est refroidi dans un échangeur de chaleur E1 pour condenser au moins une partie du composant plus lourd, par exemple de l’eau et/ou du méthanol et/ou de l’ammoniac, qu’il contient et former un mélange séché. De préférence le composant plus lourd, par exemple de l’eau, est condensée par échange de chaleur indirect dans l’échangeur de chaleur E1 avec seulement un débit, un débit liquide 29 enrichi en CO2 provenant de la séparation du mélange séché. Le débit liquide enrichi en CO2 s’en trouvé vaporisé.
Le gaz 3 est séché dans un sécheur D et ensuite est séparé par un des procédés illustrés dans les [FIG.6] et [FIG.7],
Une première variante de l’invention est illustrée dans la [FIG.6], Elle consiste à utiliser le liquide enrichi en CO2 vaporisé dans sa totalité comme gaz de rebouillage d’une colonne de distillation de la section cryogénique. Très souvent ce débit de gaz sec ne sera pas suffisant pour permettre un rebouillage efficace et sera donc seulement un appoint à la source classique de rebouillage que constitue une partie du CO2 liquide vaporisé dans l’échangeur de chaleur principal. [FIG.6] montre cette nouvelle configuration de la section opérant à basse température. Cette variante permet donc de recycler efficacement le CO2 vaporisé, en particulier dans le cas où le procédé ne comprend pas de compresseur de produit. Cependant, cette invention peut aussi s’appliquer dans le cas où un tel compresseur est présent et permettra ainsi de réduire simplement le débit du liquide vaporisé dans l’échangeur de chaleur principal envoyé dans la colonne.
Le mélange gazeux 3 dont la teneur a été réduite en l’au moins un composant plus lourd H et éventuellement en l’au moins un composant plus léger (par exemple par adsorption) est refroidi dans le deuxième échangeur de chaleur E2 où il se condense partiellement. Le débit diphasique est soutiré à un niveau intermédiaire de l’échangeur de chaleur E2 et envoyé à un séparateur de phases S2. Le liquide formé est envoyé en tête de la colonne K et le gaz formé se refroidit dans le deuxième échangeur de chaleur E2 pour être partiellement condensé. Le débit formé est séparé dans un séparateur de phases S3 dont le gaz 17 se réchauffe dans l’échangeur de chaleur E2, le liquide étant envoyé en tête de la colonne K. Le gaz 17 peut ensuite être séparé par perméation, de manière connue.
Le liquide envoyé dans la colonne K est séparé pour former un gaz 21 enrichi en l’au moins un composant plus léger que le CO2 et un liquide enrichi en CO2 19. Le gaz 21 se réchauffe dans l’échangeur de chaleur E2 et peut être mélangé avec le mélange gazeux, par exemple après une étape d’adsorption pour augmenter la teneur en CO2 du mélange gazeux. Le liquide 19 est divisé en deux, une partie étant divisée pour former un débit 27 qui est vaporisé dans le deuxième échangeur de chaleur E2 et qui sert de gaz de rebouillage de la colonne K sans avoir été refroidi dans l’échangeur de chaleur E2. Un autre débit de liquide est détendu pour former un débit diphasique qui est séparé dans un séparateur S4. Le gaz 33 et le liquide 35 formés sont réchauffés et vaporisés dans le cas du liquide et sont mélangés formant un gaz. Ce gaz peut servir de produit après ou sans compression dans un compresseur. Une autre partie du liquide de cuve 19 est pressurisé par une pompe, par exemple jusqu’à au moins 30 bars abs. Une partie 29 du liquide pressurisé dans la pompe P se vaporise dans l’échangeur de chaleur E2 et sert à refroidir le premier échangeur de chaleur E1 , en étant lui-même vaporisé. Le liquide vaporisé est mélangé avec le gaz résultant de la vaporisation du liquide 27 en aval de l’échangeur de chaleur E2 et le mélange sert de gaz de rebouillage de la colonne. Une partie 51 du liquide pressurisé est réchauffée dans l’échangeur de chaleur E2 et est mélangée avec le liquide pressurisé pour le réchauffer formant un liquide 55 comme produit. Le liquide pressurisé par la pompe qui n’est pas envoyé vers l’échangeur de chaleur E2 doit être détendu légèrement pour compenser les pertes de charge de la partie 51 qui le rejoint formant le liquide 55.
Un cycle de réfrigération utilisant du propane PR sert à produire le froid nécessaire pour le procédé qui produit un pourcentage du CO2 sous forme liquide.
Un circuit de court-circuitage 31 permet de varier la température du liquide 29 envoyé vers le premier échangeur de chaleur E1 .
Une deuxième variante de l’invention est illustrée dans la [FIG.7], Il s’agit d’une variante de la [FIG.6] et seuls les éléments différents de ceux de la [FIG .6] sont identifiés dans la figure, pour plus de clarté. Elle consiste à envoyer le CO2 gazeux à la fois comme rebouillage de la colonne de distillation mais aussi comme source de chaleur afin de “dé-sous-refroidir” la production liquide. En effet, notamment dans le cadre de production liquide haute pression (>30 bara), le liquide soutiré en bas de la colonne de distillation puis pompé jusqu’à la pression de production est trop froid pour être stocké ou transporté dans les conditions usuelles (on parle souvent de 2°C de sous-refroidissement par rapport à la température d’équilibre). Grâce à ce schéma proposé dans la [Fig.7], il est ainsi possible de réchauffer la production tout en diminuant grandement la consommation énergétique par rapport au schéma de la [Fig.6 dans le cadre d’une production haute-pression.
Une partie du liquide vaporisé dans le premier échangeur de chaleur E 1 est envoyée à la colonne K comme gaz de rebouillage et une autre partie du liquide vaporisé 29A est mélangée avec du liquide 55 soutiré de la cuve de la colonne K et pressurisé par une pompe P jusqu’à au moins 30 bars abs. Ainsi une partie 29A du débit vaporisé est envoyée sous forme gazeuse à une première température se mélangeant avec une partie du liquide pressurisé 55 destinée à servir de produit qui se trouve à une deuxième température, inférieure à la première température. Le mélange formé 57 constitue un liquide dé-sous-refroidi à au moins 30 bars abs. Cette caractéristique peut être exploitée dans le cas où une partie du liquide vaporisé n’est pas envoyée depuis le premier échangeur de chaleur E1 à la colonne K.
Ni la partie du liquide vaporisé dans le premier échangeur de chaleur E1 envoyée à la colonne K comme gaz de rebouillage ni l’autre partie du liquide vaporisé 29A est mélangée avec du liquide 55 soutiré de la cuve de la colonne K n’est refroidie en aval du premier échangeur de chaleur E1 .
Il est possible comme décrit ci-dessus d’envoyer le mélange gazeux séché dans le sécheur directement à la séparation à basse température sans le séparer entre le sécheur et la séparation à basse température par adsorption à bascule de pression. Sinon, le mélange gazeux séché dans le sécheur directement peut être séparé par adsorption à bascule de pression entre le sécheur et la séparation à basse température. La séparation par adsorption forme un gaz enrichi en l’au moins un composant léger, par exemple l’hydrogène et/ou l’azote et un gaz appauvri en ce composant. Le gaz appauvri en ce composant plus léger que le CO2 est enrichi en C02 et peut être comprimé dans le compresseur et séparé par condensation partielle et distillation.
Dans la version de la [FIG. 7], le liquide réchauffé 51 n’existe pas et n’est pas renvoyé au liquide pompé dans la pompe P. Si une vanne est illustrée dans cette figure, elle peut exister, par exemple pour égaliser les pressions entre le liquide pressurisé par la pompe P et le débit 29A.
En effet dans ce cas précis, envoyer tout le débit venant du premier échangeur de chaleur E1 au rebouillage de la colonne K aurait augmenté la quantité de CO2 recyclé au compresseur et donc la consommation énergétique de ce dernier.
Aucune partie du gaz 29A n’est envoyée à l’échangeur de chaleur 2A ni avant ni après le mélange avec le liquide pressurisé.

Claims

Revendications
1. Procédé de séparation d’un mélange gazeux (1) ayant une température de rosée entre 0 et 15°C à une première pression, contenant du dioxyde de carbone et au moins un premier composant plus lourd que le dioxyde de carbone, et éventuellement au moins un deuxième composant plus léger que le dioxyde de carbone comprenant les étapes suivantes: i) Refroidissement du mélange à la première pression jusqu’à une température entre 0 et 15°C et condensation au moins partielle du premier composant du mélange dans un premier échangeur de chaleur (E1) afin d’obtenir un mélange diphasique par échange de chaleur indirect avec un flux liquide (29) sous pression ii) Séparation de la phase liquide (H) du mélange diphasique refroidi afin d’obtenir une phase liquide contenant au moins un premier composant et une phase gazeuse (3) appauvri en au moins un premier composant iii) Refroidissement de la phase gazeuse (3) ou d’un gaz (3A,5) dérivé de la phase gazeuse dans un deuxième échangeur de chaleur (E2) et iv) Soit liquéfaction ou séparation comme suit : a) Soit liquéfaction de la phase gazeuse refroidie pour produire un liquide riche en CO2 b) Soit séparation par condensation partielle et/ou distillation de la phase gazeuse refroidie ou du gaz dérivé de la phase gazeuse refroidie pour produire un liquide enrichi en CO2 (13, 15, 19, 25, 29) et éventuellement appauvri en l’au moins un deuxième composant par rapport au mélange gazeux et v) Le flux liquide de l’étape i) constitue une partie du liquide riche en CO2 ou enrichi en CO2 de l’étape iv) a) ou b) ou d’un liquide qui en est dérivé, le flux liquide contenant de préférence au moins 95% mol CO2 caractérisé en ce que le flux liquide se vaporise dans le premier échangeur de chaleur.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l’au moins un premier composant est de l’eau, du méthanol ou de l’ammoniac.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le deuxième composant, si présent, est l’azote, l'oxygène, l’hydrogène, le monoxyde de carbone ou le méthane.
4. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le liquide enrichi en CO2 (29) est au moins une partie d’un liquide de cuve (19) d’une colonne de distillation (K).
5. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le liquide enrichi en CO2 (29) est pressurisé par une pompe (P) jusqu’à une pression de pompage comprise entre 30 et 50 bara puis réchauffé jusqu’à une température entre -5 et 10°C avant d’être envoyé au premier échangeur de chaleur.
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes 1 à 4 dans lequel le liquide enrichi en CO2 (29) provient d’un cycle CO2 dont une partie du cycle opère sous une deuxième pression, de préférence supérieure à 30 bara, voire supérieure à 46 bara.
7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel le liquide enrichi en CO2 (29) est refroidi jusqu’à une température comprise entre -5 et 10°C puis détendu jusqu’à une troisième pression comprise entre 30 et 46 bara et sans changement d’état.
8. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel un autre liquide (23) enrichi en CO2 provenant de la liquéfaction ou condensation partielle et/ou la distillation est vaporisé dans le deuxième échangeur de chaleur (E2) et le gaz enrichi en CO2 (37) obtenu à la sortie du deuxième échangeur de chaleur est envoyé vers un compresseur de CO2 (C3, C4) ou directement dans le CO2 gazeux produit.
9. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le liquide enrichi en CO2 (19, 29, 29A) vaporisé dans le premier échangeur de chaleur (E1) est envoyé vers le compresseur de CO2 (C3, C4), éventuellement à la pression de pompage ou à la troisième pression ou directement dans le CO2 gazeux produit ou vers la colonne de distillation (K) ou vers un produit liquide (55) de la colonne de distillation.
10. Procédé selon la revendication 8 dans lequel l’autre liquide enrichi en CO2 (23) est envoyé au deuxième échangeur de chaleur (E2) à une pression inférieure à celle du liquide enrichi en CO2 (20) envoyé au premier échangeur de chaleur (E1).
11 . Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le mélange gazeux (1 ) est refroidi en amont du premier échangeur de chaleur (E1 ) par échange de chaleur avec de l’eau ou un autre réfrigérant.
12. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le gaz (5) dérivé de la phase gazeuse (3) est formé en séparant la phase gazeuse par adsorption, perméation et/ou condensation partielle et/ou distillation.
13. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le premier échangeur (E1) effectue un échange de chaleur indirect entre seulement deux fluides (1 , 29).
14. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le liquide enrichi en CO2 (29) contient au moins 95% de CO2 et est produit en condensant partiellement (S2, S3) la phase gazeuse refroidie (7).
15. Appareil de séparation d’un mélange gazeux (1) ayant une température de rosée entre 0 et 15°C à une première pression, contenant du dioxyde de carbone et au moins un premier composant plus lourd que le dioxyde de carbone, et éventuellement au moins un deuxième composant plus léger que le dioxyde de carbone comprenant un premier échangeur de chaleur (E1), un deuxième échangeur de chaleur (E2), des moyens pour envoyer le mélange à la première pression se refroidir dans le premier échangeur de chaleur par échange de chaleur indirect jusqu’à une température entre 0 et 15°C afin d’obtenir un mélange diphasique par échange de chaleur indirect, des moyens pour envoyer un flux liquide (29) sous pression au premier échangeur de chaleur, des moyens pour retirer une partie condensée (H) du premier composant du mélange, des moyens pour envoyer une phase gazeuse (3) appauvri en au moins un premier composant au deuxième échangeur de chaleur pour se refroidir, des moyens de séparation de la phase gazeuse refroidie dans le deuxième échangeur de chaleur comprenant une colonne de distillation (K), des moyens pour sortir de la colonne de distillation un liquide riche en CO2 (19), des moyens pour envoyer une partie du liquide riche en CO2 au premier échangeur de chaleur, cette partie constituant le flux liquide et des moyens pour envoyer au moins une partie du flux liquide vaporisé depuis le premier échangeur de chaleur vers la cuve de la colonne de distillation pour s’y séparer ou vers un compresseur de produit (C3, C4) pour servir de produit ou vers un débit liquide (55) soutiré de la colonne de distillation.
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FR2975478B1 (fr) * 2011-05-18 2015-05-15 Air Liquide Procede et appareil de liquefaction d'un debit gazeux riche en dioxyde de carbone
FR2993353B1 (fr) * 2012-07-13 2018-06-15 Air Liquide Procede et appareil de purification d'un melange riche en dioxyde de carbone a basse temperature
FR3088416B1 (fr) * 2018-11-08 2020-12-11 Air Liquide Procede et appareil de liquefaction d'un courant gazeux contenant du dioxyde de carbone
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