FR2872566A1 - Oxy-combustion process for the production of energy from a fossil fuel with subsequent sequestration of carbon dioxide produced - Google Patents

Oxy-combustion process for the production of energy from a fossil fuel with subsequent sequestration of carbon dioxide produced Download PDF

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Abstract

The process involves the mixing of oxygen-rich and carbon dioxide-rich currents, introduction of the mixture with a fuel in a pressurised combustion chamber, treatment of the combustion fumes by cooling(to condense water and sulfur compounds) and liquefaction of the residual fumes by compression and cooling.

Description

La présente invention concerne un procédé de production d'énergie à partirThe present invention relates to a method for producing energy from

de combustible fossile avec capture du dioxyde de carbone en vue de le séquestrer.  fossil fuel with capture of carbon dioxide for sequestration.

La combustion des ressources fossiles de pétrole, de gaz naturel, ou de charbon, produit en contrepartie du dioxyde de carbone, qui s'accumule ensuite dans l'atmosphère. Or le dioxyde de carbone est le principal des gaz dits à effet de serre . Il empêche le rayonnement infrarouge solaire de repartir vers l'espace, contribuant ainsi à réchauffer la surface de la terre dans des proportions qui pourraient s'avérer bien plus importantes que tout ce qui a été observé jusqu'à présent au cours des temps géologiques.  The burning of fossil fuels of oil, natural gas, or coal, produces in return carbon dioxide, which then accumulates in the atmosphere. But carbon dioxide is the main greenhouse gas. It prevents solar infrared radiation from returning to space, thus helping to warm the Earth's surface in proportions that could be much greater than anything that has been observed so far during geological time.

Comme il ne semble pas possible dans un avenir prévisible de se passer des combustibles fossiles pour l'approvisionnement des économies, un grand nombre d'actions sont envisagées ou engagées pour essayer de diminuer les quantités de CO2 libérées dans l'atmosphère ou d'en diminuer les effets.  Since it does not seem possible in the foreseeable future to dispense with fossil fuels for the supply of economies, a large number of actions are envisaged or initiated to try to reduce the amount of CO2 released into the atmosphere or to reduce the effects.

La présente invention a pour but de proposer un procédé de combustion permettant de capturer le CO, en vue de le séquestrer dans des couches géologiques adéquates (anciens gisements pétroliers ou gaziers, aquifères salins étanches, mines de charbon...).  The present invention aims to propose a combustion process for capturing CO, for the purpose of sequestering in suitable geological layers (old oil or gas fields, sealed saline aquifers, coal mines ...).

Le document US 6,202,574 propose de réaliser une oxy-combustion du combustible dans une atmosphère de CO, et de 02, puis de récupérer le CO, libéré par la combustion pour le liquéfier.  Document US Pat. No. 6,202,574 proposes carrying out an oxy-combustion of the fuel in a CO 2 and O 2 atmosphere, then recovering the CO, released by combustion to liquefy it.

La présente invention propose un procédé de combustion qui permet notamment de réaliser la liquéfaction du dioxyde de carbone à température ambiante.  The present invention provides a combustion process that allows in particular to achieve liquefaction of carbon dioxide at room temperature.

De manière générale, la présente invention concerne un procédé de combustion avec capture du dioxyde de carbone, dans lequel on effectue au moins les étapes suivantes: a) on mélange un flux riche en oxygène avec un flux riche en dioxyde de carbone, b) on introduit le mélange et un combustible dans une chambre de combustion, c) on maintient la pression interne de la chambre de combustion à une valeur supérieure à la pression atmosphérique, d) on traite les fumées de combustion par refroidissement pour condenser l'eau et des composés soufrés, et e) on liquéfie au moins une partie des fumées traitées obtenues à l'étape d), par compression et refroidissement.  In general, the present invention relates to a combustion process with capture of carbon dioxide, in which at least the following steps are carried out: a) a flow rich in oxygen is mixed with a stream rich in carbon dioxide, b) introduces the mixture and a fuel into a combustion chamber, c) maintains the internal pressure of the combustion chamber to a value higher than atmospheric pressure, d) the combustion fumes are treated by cooling to condense the water and sulfur compounds, and e) liquefies at least a portion of the treated fumes obtained in step d), by compression and cooling.

Selon l'invention, une partie des fumées traitées obtenues à l'étape d) peut être utilisée pour être mélangée avec le flux riche en oxygène à l'étape a).  According to the invention, a portion of the treated fumes obtained in step d) can be used to be mixed with the oxygen-rich stream in step a).

Selon l'invention, la pression interne de la chambre de combustion peut être comprise entre 0,1 et 100 millibars relatifs.  According to the invention, the internal pressure of the combustion chamber can be between 0.1 and 100 millibar.

Pour maintenir la chambre sous pression, le mélange et le combustible peuvent être introduits dans la chambre de combustion à une pression comprise entre 0,1 et 100 millibars relatifs. On peut également introduire, à une pression relative comprise entre 0,1 et 100 millibars, un flux riche en dioxyde de carbone gazeux dans la chambre de combustion.  To keep the chamber under pressure, the mixture and the fuel can be introduced into the combustion chamber at a pressure between 0.1 and 100 millibar. It is also possible to introduce, at a relative pressure of between 0.1 and 100 millibars, a stream rich in gaseous carbon dioxide into the combustion chamber.

Selon l'invention, à l'étape e), la liquéfaction des fumées traitées peut 25 être réalisée par au moins une compression des fumées à une pression comprise entre 50 et 70 bars et par refroidissement des fumées comprimées à une température comprise entre 0 C et 30 C.  According to the invention, in step e), the liquefaction of the treated fumes can be carried out by at least one compression of the fumes at a pressure of between 50 and 70 bars and by cooling the fumes compressed to a temperature between 0 C and 30 C.

A l'étape b), on peut ajuster les débits du combustible et du mélange introduit dans la chambre de manière à produire des fumées de combustion contenant un excès d'oxygène inférieur à 3 % en volume. A l'étape a), on peut ajuster la teneur en oxygène du mélange à une valeur comprise entre 30 % et 40 % en volume.  In step b), the flow rates of the fuel and of the mixture introduced into the chamber can be adjusted so as to produce combustion fumes containing an excess of oxygen of less than 3% by volume. In step a), the oxygen content of the mixture can be adjusted to a value of between 30% and 40% by volume.

Selon l'invention, au démarrage du procédé, on peut purger la chambre de combustion en réalisant une combustion avec un combustible et un mélange comportant de l'oxygène et du dioxyde de carbone provenant d'un réservoir de stockage de dioxyde de carbone liquide, les fumées de combustion étant rejetée à l'atmosphère.  According to the invention, at the start of the process, the combustion chamber can be purged by combustion with a fuel and a mixture comprising oxygen and carbon dioxide from a liquid carbon dioxide storage tank, the combustion fumes being released into the atmosphere.

Le liquide obtenu à l'étape e) peut être injecté et séquestré dans un réservoir souterrain.  The liquid obtained in step e) can be injected and sequestered in an underground reservoir.

Le procédé selon l'invention permet de produire du CO2 pur à plus de 15 98,5 % qui, par conséquent peut être liquéfié à température ambiante par compression et simple refroidissement.  The process according to the invention makes it possible to produce pure CO2 greater than 98.5% which can therefore be liquefied at ambient temperature by compression and simple cooling.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront clairement à la lecture de la description faite ci-après 20 en se référant aux dessins parmi lesquels: - la figure 1 schématise une installation de combustion, - la figure 2 représente le diagramme d'équilibre d'un CO2 pur à 98,5 %.  Other features and advantages of the invention will be better understood and will become clear from reading the description given below with reference to the drawings in which: FIG. 1 shows a combustion plant, FIG. the equilibrium diagram of a pure CO2 at 98.5%.

L'installation de combustion représentée par la figure 1 peut être mise en oeuvre dans différentes industries. Par exemple l'installation de combustion est une installation de production de vapeur et d'électricité, un four de raffinerie ou de pétrochimie. L'installation peut, par exemple, être un four de vaporéformage ce qui permet d'avoir un procédé de production d'hydrogène avec capture et stockage du CO,.  The combustion plant shown in Figure 1 can be implemented in different industries. For example, the combustion plant is a steam and electricity production facility, a refinery or petrochemical furnace. The installation may, for example, be a steam reforming furnace which makes it possible to have a process for producing hydrogen with capture and storage of CO 2.

Selon l'invention, les conditions de fonctionnement de l'installation de combustion, représentée sur la figure 1, sont choisies de sorte que les fumées produites lors de la combustion dans la chambre CC contiennent au moins 98,5 % en volume de CO,.  According to the invention, the operating conditions of the combustion plant, shown in FIG. 1, are chosen so that the fumes produced during combustion in the chamber CC contain at least 98.5% by volume of CO, .

Sur la figure 1, de l'air est introduit par le conduit 1 dans l'unité O de production d'oxygène. L'azote est évacué de l'unité O par le conduit 2 et peut être rejeté à l'atmosphère à une température proche de la température ambiante. Il peut être réalisé une intégration thermique de l'unité O avec l'unité LI de liquéfaction du CO,: les frigories récupérées sur le circuit de rejet de l'azote peuvent être utilisées lors de la liquéfaction du CO,. L'unité O produit de l'oxygène pur à au moins 95 % en volume, de préférence à plus de 99 % en volume, afin d'éviter ou de limiter la présence de composés inertes (notamment de l'azote) dans les fumées de combustion.  In Figure 1, air is introduced through the conduit 1 in the unit O of oxygen production. Nitrogen is discharged from unit O via line 2 and can be released to the atmosphere at a temperature close to room temperature. It is possible to carry out a thermal integration of the unit O with the CO liquefaction unit LI: the frigories recovered on the nitrogen rejection circuit can be used during the liquefaction of the CO 2. Unit O produces pure oxygen at least 95% by volume, preferably at greater than 99% by volume, in order to avoid or limit the presence of inert compounds (in particular nitrogen) in the fumes. of combustion.

L'oxygène produit par l'unité O est envoyé par le conduit 3 dans le mélangeur gaz/gaz M pour être mélangé avec le CO, arrivant par le conduit 4. Ainsi, le mélangeur M permet de reconstituer un comburant équivalent à l'air par dilution de l'oxygène provenant de l'unité O. Le mélange d'oxygène et de CO, est évacué du mélangeur M par le conduit 5. L'analyseur A d'oxygène permet de mesurer la teneur en oxygène du mélange circulant dans le conduit 5. Cette mesure est transmise au dispositif FC qui agit sur l'ouverture de la vanne V1 afin de modifier le débit d'oxygène entrant dans le mélangeur M et donc permet d'ajuster la teneur en oxygène du mélange circulant dans le conduit 5. La teneur en oxygène peut être ajustée par rapport à une consigne qui dépend notamment du débit et de la nature du combustible qui arrive par le conduit 8. De préférence, la teneur en oxygène du comburant circulant dans le conduit 5 est comprise entre 30 % et 40 % en volume.  The oxygen produced by unit O is sent through line 3 into the gas / gas mixer M to be mixed with CO, arriving via line 4. Thus, mixer M makes it possible to reconstitute an oxidizer equivalent to air by dilution of the oxygen from the unit O. The mixture of oxygen and CO, is removed from the mixer M by the conduit 5. The oxygen analyzer A can measure the oxygen content of the mixture flowing in. the duct 5. This measurement is transmitted to the FC device which acts on the opening of the valve V1 in order to modify the oxygen flow rate entering the mixer M and thus makes it possible to adjust the oxygen content of the mixture circulating in the duct 5. The oxygen content may be adjusted relative to a setpoint which depends in particular on the flow rate and the nature of the fuel that arrives through the conduit 8. Preferably, the oxygen content of the oxidant flowing in the conduit 5 is between % and 40% by volume.

Alternativement, l'unité O de production d'oxygène et le mélangeur M peuvent être regroupés en un organe unique. Cet organe peut être un séparateur membranaire dans lequel l'oxygène est séparé de l'air à travers une membrane. L'air circule d'un côté de la membrane, l'autre côté vers lequel migre l'oxygène étant en contact avec du CO2 gazeux en circulation. L'oxygène se trouve alors directement incorporé dans le CO2 qui sert de gaz de balayage.  Alternatively, the unit O for producing oxygen and the mixer M can be grouped into a single organ. This organ may be a membrane separator in which oxygen is separated from air through a membrane. The air flows on one side of the membrane, the other side to which the oxygen migrates being in contact with circulating CO2 gas. Oxygen is then directly incorporated into the CO2 that serves as the flushing gas.

La chambre de combustion CC est alimentée en comburant par le conduit 6 et en combustible par le conduit 8.  The combustion chamber CC is supplied with oxidant via the conduit 6 and with fuel via the conduit 8.

Le combustible est un combustible d'origine fossile. Par exemple, on 10 peut utiliser du gaz naturel, du fioul liquide, du charbon, du coke de pétrole, ou un mélange de ces combustibles fossiles.  Fuel is a fuel of fossil origin. For example, natural gas, liquid fuel oil, coal, petroleum coke, or a mixture of these fossil fuels may be used.

Les débits de combustible et de comburant circulant dans les conduits 6 et 8 sont contrôlés et ajustés pour réaliser une combustion avec très peu d'oxygène en excès. Par exemple, l'excès d'oxygène est inférieur à 3 % en volume dans les fumées circulant dans le conduit 9.  The flows of fuel and oxidant circulating in the ducts 6 and 8 are controlled and adjusted to achieve combustion with very little excess oxygen. For example, the excess oxygen is less than 3% by volume in the flue gases flowing in the duct 9.

En fonctionnement normal de l'installation de combustion, la vanne V2 est fermée et le comburant arrivant par le conduit 6 est le mélange d'oxygène et de CO2 produit par le mélangeur M. Lorsqu'on ouvre la vanne V2, on alimente la chambre de combustion CC en air arrivant par le conduit 7 ce qui permet de revenir à une combustion sous air en cas de problème sur l'unité O de production d'oxygène ou l'unité de liquéfaction du CO2.  In normal operation of the combustion plant, the valve V2 is closed and the oxidant arriving via the pipe 6 is the mixture of oxygen and CO2 produced by the mixer M. When the valve V2 is opened, the chamber is supplied with DC combustion air arriving through the conduit 7 which allows to return to a combustion in air in case of problems on the unit O of oxygen production or the unit of liquefaction of CO2.

L'intérieur de la chambre de combustion CC est maintenue sous une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Cette mise en pression de la chambre de combustion CC permet d'éviter ou de limiter l'entrée d'air. Ainsi, on limite la présence de composés inertes (par exemple l'azote) dans les fumées de combustion. Par exemple, la chambre de combustion CC est maintenue sous une pression relative comprise entre 0,1 et 100 millibars.  The interior of the combustion chamber CC is maintained under a pressure slightly above atmospheric pressure. This pressurization of the combustion chamber CC makes it possible to avoid or limit the entry of air. Thus, it limits the presence of inert compounds (eg nitrogen) in the combustion fumes. For example, the combustion chamber CC is maintained under a relative pressure of between 0.1 and 100 millibars.

Cette surpression peut être réalisée en introduisant le comburant et le combustible sous pression dans la chambre CC, sous une pression relative comprise entre 0,1 et 100 millibars.  This excess pressure can be achieved by introducing the oxidant and the pressurized fuel into the chamber CC, under a relative pressure of between 0.1 and 100 millibars.

De plus, il est possible de pressuriser la chambre de combustion CC en utilisant du CO, sous pression introduit par le conduit 18. Par exemple, le CO2 est introduit à une pression relative comprise entre 0,1 et 100 millibars. La pressurisation présente l'avantage d'éviter ou de limiter l'entrée d'air parasite et, donc, de composés inertes (en particulier l'azote) dans la chambre de combustion CC. La pressurisation se traduit par une légère fuite au travers des parois de la chambre de combustion, d'un gaz contenant essentiellement du CO, qui est rejeté à l'atmosphère. La fuite est représentée par le conduit 19. Le CO, utilisé pour la pressurisation peut provenir des réservoirs de stockage SG ou SL, ou d'une autre source de CO,.  In addition, it is possible to pressurize the combustion chamber CC using CO, under pressure introduced through the conduit 18. For example, the CO2 is introduced at a relative pressure of between 0.1 and 100 millibars. Pressurization has the advantage of avoiding or limiting the entry of stray air and, therefore, of inert compounds (in particular nitrogen) into the combustion chamber CC. Pressurization results in a slight leakage through the walls of the combustion chamber, a gas containing mainly CO, which is released to the atmosphere. The leak is represented by the conduit 19. The CO used for the pressurization can come from the storage tanks SG or SL, or from another source of CO 2.

La chambre de combustion CC est constituée d'une enveloppe métallique, couramment appelée casing , cette enveloppe étant doublée de matériau réfractaire à la chaleur. De plus, la chambre de combustion comporte un ou plusieurs brûleurs, ainsi que des tubes dans lesquels circule le fluide à chauffer. Ce fluide peut être de l'eau de chaudière qui se transforme en vapeur (cas d'un générateur de vapeur et/ou d'électricité), un mélange d'hydrocarbures dans le cas d'un four de raffinerie, un mélange d'hydrocarbures et de vapeur d'eau dans le cas d'un four de vaporéformage.  The combustion chamber CC consists of a metal casing, commonly called casing, this envelope being lined with heat-resistant material. In addition, the combustion chamber comprises one or more burners, as well as tubes in which circulates the fluid to be heated. This fluid can be boiler water that turns into steam (case of a steam generator and / or electricity), a mixture of hydrocarbons in the case of a refinery furnace, a mixture of hydrocarbons and water vapor in the case of a steam reforming furnace.

Les fumées produites par la combustion réalisée dans la chambre CC peuvent subir, dans l'unité T, des traitements de dépoussiérage et d'enlèvement des oxydes d'azote et/ou de soufre. Pour le dépoussiérage, on utilise de préférence des filtres électrostatiques. Certains traitements peuvent être réalisés dans la chambre de combustion CC. Par exemple, dans le cas d'utilisation de combustible à forte teneur en soufre, l'injection de calcaire dans la chambre CC permet une première réduction de la teneur en oxyde de soufre qui est en général suivie d'une seconde étape de désulfuration sur les fumées sortant de la chambre de combustion.  The fumes produced by the combustion carried out in the chamber CC may undergo, in the unit T, dust removal and removal of the oxides of nitrogen and / or sulfur. For dedusting, electrostatic filters are preferably used. Some treatments can be performed in the DC combustion chamber. For example, in the case of using high sulfur content fuel, the injection of limestone into the chamber CC allows a first reduction of the sulfur oxide content which is generally followed by a second stage of desulfurization on the fumes coming out of the combustion chamber.

Puis, les fumées sont évacuées par le conduit 9 et l'extracteur El. Ensuite, le chemin suivi par les fumées est déterminé par les vannes ou registres V5 et V6, c'est à dire par des moyens permettant de contrôler le débit des fumées dans les conduits.  Then, the fumes are evacuated through the conduit 9 and the extractor El. Then, the path followed by the fumes is determined by the valves or registers V5 and V6, that is to say by means for controlling the flow of fumes. in the ducts.

Lorsque le registre V6 est fermé et le registre V5 est ouvert, les fumées sont libérées dans l'atmosphère par la cheminée C. Lorsque le registre V6 est ouvert et le registre V5 est fermé, les fumées sont introduites dans l'unité CT de condensation. L'unité CT refroidit les fumées. L'eau condensée entraîne également les composés soufrés et les poussières qui n'auraient pas été éliminés dans l'unité de traitement T. Le condensat d'eau et de composés soufrés est évacué par le conduit 10 vers une unité de traitement de l'eau et des composés soufrés.  When the V6 register is closed and the V5 register is open, the fumes are released into the atmosphere by the chimney C. When the V6 register is open and the V5 register is closed, the fumes are introduced into the condensation unit CT . The CT unit cools the fumes. The condensed water also entrains the sulfur compounds and the dusts which would not have been eliminated in the treatment unit T. The condensate of water and sulfur compounds is evacuated via the conduit 10 to a treatment unit of the water and sulfur compounds.

Les fumées désulfurées et débarrassées de l'eau condensée, comportent au moins 98,5 % de CO,. Ces fumées sont stockées dans le ballon SG.  The fumes desulfurized and freed from condensed water, comprise at least 98.5% of CO 2. These fumes are stored in the SG balloon.

Une partie du CO, contenu dans le réservoir SG est soutirée par le conduit 11 et l'extracteur E2, puis est recyclée par le conduit 4 dans le mélangeur M ce qui permet de reconstituer un comburant. Une partie du CO, circulant dans le conduit 4 peut être prélevée pour être injectée dans la chambre de combustion CC par le conduit 18.  Part of the CO contained in the tank SG is withdrawn through the conduit 11 and the extractor E2, and is then recycled via the conduit 4 into the mixer M, which allows the reconstitution of an oxidant. Part of the CO, flowing in the duct 4 can be taken to be injected into the combustion chamber CC via the duct 18.

Une autre partie du CO, contenue dans le ballon SG est introduite par le conduit 12 dans l'unité de liquéfaction LI. En fonctionnement stabilisé, le débit de CO, ainsi liquéfié correspond au débit de CO, produit par la combustion. La liquéfaction est réalisée par une succession d'étapes de compression et de refroidissement.  Another part of the CO contained in the balloon SG is introduced via line 12 into the liquefaction unit LI. In stabilized operation, the flow rate of CO, thus liquefied, corresponds to the flow rate of CO, produced by combustion. The liquefaction is carried out by a succession of compression and cooling steps.

Les conditions thermodynamiques imposées au CO2 lors de la liquéfaction sont représentées par la figure 2 qui représente le diagramme thermodynamique température T et pression P du CO, pur à 98,5 % en volume. Sur le diagramme thermodynamique, le domaine liquide est indiqué par L, le domaine d'équilibre liquide et gaz est indiqué par L+G, le domaine gazeux est indiqué par G, et la courbe H délimite le domaine de formation des hydrates de CO,. Les courbes 50 à 56 indiquent les conditions thermodynamiques imposées au CO, lors de la liquéfaction. Les étapes de compression en phase gazeuse du CO, correspondent aux courbes 50, 52 et 54. Entre deux étapes de compression, le CO, a subi un refroidissement entre la température atteinte en fin de compression jusqu'à une température proche de la température ambiante. Ces étapes de refroidissement correspondent aux courbes 51 et 53. Le refroidissement peut être effectué par échange de chaleur avec de l'air, de l'eau, ou un autre fluide réfrigérant. En particulier, le refroidissement peut être effectué en utilisant les frigories obtenues lors de la détente de l'azote du conduit 2 produit par l'unité O. La courbe 55 représente également une étape de refroidissement du CO, sous haute pression (entre 50 bars et 100 bars). Lors de ce refroidissement représenté par la courbe 55, le CO, passe de la phase gazeuse à la phase liquide. Lors des différentes étapes de refroidissement correspondant aux courbes 51, 53 et 55, le CO, est refroidi jusqu'à une température supérieure à 0 C, de préférence 10 C. En phase liquide, le CO, est comprimé par une ou plusieurs pompes, par exemple disposées en série, en suivant les conditions de pression et de température de la courbe 56. Le CO, peut être comprimé jusqu'à sa pression d'injection dans le réservoir souterrain où il sera piégé. En général, la pression de séquestration est comprise entre 80 et 200 bars, et de préférence entre 100 et 120 bars.  The thermodynamic conditions imposed on the CO2 during the liquefaction are represented in FIG. 2 which represents the thermodynamic diagram T temperature and pressure P of CO, pure at 98.5% by volume. On the thermodynamic diagram, the liquid domain is indicated by L, the liquid equilibrium and gas range is indicated by L + G, the gas domain is indicated by G, and the curve H delimits the formation domain of the CO hydrates, . Curves 50 to 56 indicate the thermodynamic conditions imposed on CO during liquefaction. The gas phase compression stages of the CO correspond to the curves 50, 52 and 54. Between two compression stages, the CO has been cooled between the temperature reached at the end of compression to a temperature close to room temperature. . These cooling steps correspond to the curves 51 and 53. The cooling can be performed by heat exchange with air, water, or other refrigerant. In particular, the cooling can be carried out using the frigories obtained during the expansion of the nitrogen of the duct 2 produced by the unit O. The curve 55 also represents a step of cooling the CO under high pressure (between 50 bar and 100 bars). During this cooling represented by the curve 55, the CO passes from the gaseous phase to the liquid phase. During the different cooling stages corresponding to the curves 51, 53 and 55, the CO 2 is cooled to a temperature greater than 0 ° C., preferably 10 ° C. In the liquid phase, the CO 2 is compressed by one or more pumps. for example arranged in series, following the pressure and temperature conditions of the curve 56. The CO can be compressed to its injection pressure in the underground reservoir where it will be trapped. In general, the sequestering pressure is between 80 and 200 bar, and preferably between 100 and 120 bar.

Selon l'invention, le CO, est liquéfié sous des conditions thermodynamiques où il n'y a pas de risque de formation d'hydrates et à une pression inférieure à la pression critique. Ce domaine, représenté avec des hachures sur la figure 2, est situé à droite de la courbe H, à gauche du domaine L+G et en dessous de la pression critique Pc. De préférence, le CO2 est liquéfié à environ 69 bars et 25 C. Dans ces conditions, la teneur maximale en composés inertes doit être limitée à 1, 5 % en volume pour pouvoir réaliser une liquéfaction du CO2 par simple compression et refroidissement. Si la pureté du CO2 est inférieure à 98,5 % en volume, il est alors nécessaire d'avoir une opération de distillation pour éliminer les composés inertes. Cette distillation est coûteuse en énergie et conduit à un rejet de CO2 à l'atmosphère en mélange avec les composés inertes.  According to the invention, CO is liquefied under thermodynamic conditions where there is no risk of hydrate formation and at a pressure below the critical pressure. This domain, represented with hatching in FIG. 2, is situated to the right of the curve H, to the left of the L + G domain and below the critical pressure Pc. Preferably, the CO2 is liquefied at about 69 bars and 25 C. Under these conditions, the maximum content of inert compounds must be limited to 1.5% by volume in order to achieve liquefaction of CO2 by simple compression and cooling. If the purity of the CO2 is less than 98.5% by volume, then it is necessary to have a distillation operation to remove the inert compounds. This distillation is expensive in energy and leads to a release of CO2 to the atmosphere mixed with the inert compounds.

Lors de la liquéfaction du CO2, l'eau recueillie lors des refroidissements successifs après chaque étape de compression est évacuée par le conduit 13.  During the liquefaction of CO2, the water collected during successive cooling after each compression step is discharged through line 13.

Le CO2 liquide produit par l'unité LI est introduit par le conduit 14 dans le ballon de stockage SL. Le CO2 dans le ballon SL est à une pression comprise entre 50 bars et 70 bars et à une température comprise entre 10 C et 40 C.  The liquid CO2 produced by the unit LI is introduced via line 14 into the storage tank SL. The CO 2 in the flask SL is at a pressure of between 50 bars and 70 bars and at a temperature of between 10 ° C. and 40 ° C.

Le CO2 liquide contenu dans le ballon de stockage SL peut être destiné à la séquestration dans un réservoir souterrain, par exemple dans des anciens gisements pétroliers ou gaziers, dans des aquifères salins étanches, ou dans des mines de charbon. Le CO2 est évacué du ballon SL par le conduit 15, puis est convoyé après pompage jusque dans le réservoir, par exemple par circulation dans des conduites ou par transport dans des conteneurs.  The liquid CO2 contained in the storage tank SL can be intended for sequestration in an underground tank, for example in old oil or gas fields, in sealed salt aquifers, or in coal mines. The CO2 is evacuated from the flask SL via the duct 15, and is then pumped into the tank, for example by circulation in pipes or by transport in containers.

Le CO2 liquide contenu dans le ballon SL peut également servir au bon fonctionnement de l'installation de combustion. Par exemple, du CO2 peut être prélevé par le conduit 16, détendu et vaporisé par la vanne V7 et dirigé par le conduit 4 vers le mélangeur M, notamment dans la phase de purge au démarrage. Par ailleurs, du CO2 peut être prélevé par le conduit 17, détendu et vaporisé par la vanne V8, puis dirigé vers le conduit 18 pour pressuriser la chambre de combustion et éventuellement servir de gaz de transport pneumatique et de pressurisation de trémies dans le cas de combustion de solides, ce qui évite les entrées d'air parasite dans la chambre de combustion.  The liquid CO2 contained in the SL tank can also be used for the proper functioning of the combustion plant. For example, CO2 can be taken by the pipe 16, expanded and vaporized by the valve V7 and directed by the conduit 4 to the mixer M, especially in the purge phase at startup. Furthermore, CO2 can be taken by the pipe 17, expanded and vaporized by the valve V8, then directed towards the conduit 18 to pressurize the combustion chamber and possibly serve as pneumatic transport gas and pressurization of hoppers in the case of combustion of solids, which avoids the entry of parasitic air into the combustion chamber.

L'installation de combustion selon l'invention peut être mise en oeuvre en utilisant une chambre de combustion et une cheminée déjà existante. Cette opération, couramment appelée remodelage ou revamping , permet de réutiliser des installations existantes qui sont coûteuses en investissement, dans un contexte de capture du CO2.  The combustion plant according to the invention can be implemented using a combustion chamber and an already existing chimney. This operation, commonly known as remodeling or revamping, makes it possible to reuse existing installations that are costly in terms of investment, in a context of CO2 capture.

En fonctionnement normal ou stabilisé, le mélangeur M fournit à la chambre CC un mélange d'oxygène provenant de l'unité O et de CO2 provenant du ballon de stockage SG. La chambre CC est alimentée en comburant provenant du mélangeur M et en combustible arrivant par le conduit 8. Les fumées de combustion sont intégralement dirigées dans les unités de traitement T et de condensation CT, puis introduites dans le ballon de stockage SG. Une partie du CO2 contenu dans le ballon SG est introduite dans le mélangeur M. Une autre partie du CO2 contenu dans le ballon SG est liquéfiée dans l'unité de liquéfaction LI, puis stockée dans le ballon SL, et enfin évacuée par le conduit 15 pour être stockée dans un réservoir souterrain.  In normal or stabilized operation, the mixer M supplies the chamber CC with a mixture of oxygen from the unit O and CO2 from the storage tank SG. The chamber CC is fed with oxidant from the mixer M and fuel arriving via the conduit 8. The combustion fumes are completely directed into the treatment units T and condensation CT, then introduced into the storage tank SG. Part of the CO2 contained in the flask SG is introduced into the mixer M. Another part of the CO2 contained in the flask SG is liquefied in the liquefaction unit LI, then stored in the flask SL, and finally discharged via the flue 15 to be stored in an underground tank.

Lors du démarrage de la combustion dans l'installation représentée par la figure 1, on réalise les trois phases suivantes destinées à éliminer les composés inertes, notamment l'azote, présents à l'intérieur des différents organes de l'installation de combustion.  At the start of the combustion in the installation shown in FIG. 1, the following three phases are carried out intended to eliminate the inert compounds, in particular nitrogen, present inside the various components of the combustion plant.

Lors de la première phase ou phase de purge, on démarre l'unité O pour produire de l'oxygène. Le mélangeur M produit un mélange d'oxygène et de CO2 provenant de la détente à travers la vanne V7 de CO2 stocké dans le ballon SL. L'intégralité des fumées de combustion est évacuée par la cheminée C. Cette première phase est mise en oeuvre jusqu'à ce que les fumées sèches issues de la chambre de combustion contiennent au moins 98, 5 % en volume de CO2.  In the first phase or purge phase, unit O is started to produce oxygen. The mixer M produces a mixture of oxygen and CO2 from the expansion through the CO2 valve V7 stored in the balloon SL. All of the combustion fumes are discharged through the chimney C. This first phase is carried out until the dry fumes from the combustion chamber contain at least 98.5% by volume of CO2.

Lors du premier démarrage de l'installation de combustion ou lors de la purge pour inspection du matériel, le réservoir de CO2 SL est vide. Il est nécessaire de disposer d'une première quantité de CO2 pour purger la quantité d'azote présente à l'intérieur de l'installation. On peut produire le CO2 à l'aide d'une colonne de distillation, ou bien on peut importer la quantité de CO2 nécessaire au premier démarrage. Alternativement, lors du premier démarrage, on peut utiliser, à la place du CO2, de la vapeur d'eau produite dans une chaudière auxiliaire pour diluer l'oxygène.  At the first start of the combustion plant or when purging for equipment inspection, the CO2 tank SL is empty. It is necessary to have a first quantity of CO2 to purge the quantity of nitrogen present inside the installation. CO2 can be produced using a distillation column, or the amount of CO2 needed for the first start can be imported. Alternatively, at the first start, instead of CO2, water vapor produced in an auxiliary boiler can be used to dilute the oxygen.

Lors de la deuxième phase, on recycle une partie des fumées de combustion issues de la chambre CC. Ces fumées recyclées sont traitées dans l'unité CT, stockée dans le ballon SG et renvoyée par l'extracteur E2 et par le conduit 4 dans le mélangeur M. Ainsi, le mélange d'oxygène et de CO2 introduit dans la chambre CC est produit à partir du CO2 provenant de la chambre CC. La partie des fumées non recyclées est évacuée par la cheminée C. La troisième phase correspond au retour au mode de fonctionnement normal ou stabilisé précédemment décrit. Lors de la troisième phase, on dirige tout le flux de fumées de combustion provenant de la chambre CC vers l'unité CT et le ballon de stockage. La partie de CO2 qui n'est pas recyclée vers le mélangeur M est introduite dans l'unité de liquéfaction LI puis dans le ballon de stockage SL.  During the second phase, a portion of the combustion fumes from the chamber CC is recycled. These recycled fumes are processed in the CT unit, stored in the SG flask and returned by the extractor E2 and the duct 4 in the mixer M. Thus, the mixture of oxygen and CO2 introduced into the chamber CC is produced. from the CO2 from the CC chamber. The part of the non-recycled fumes is evacuated by the chimney C. The third phase corresponds to the return to the normal or stabilized operating mode previously described. In the third phase, the entire flue gas stream from the CC chamber to the CT unit and the storage tank is directed. The portion of CO2 that is not recycled to the mixer M is introduced into the liquefaction unit LI and then into the storage tank SL.

Claims (10)

REVENDICATIONS 1) Procédé de combustion avec capture du dioxyde de carbone, dans lequel on effectue au moins les étapes suivantes: a) on mélange un flux riche en oxygène avec un flux riche en dioxyde de carbone, b) on introduit le mélange et un combustible dans une chambre de combustion (CC), c) on maintient la pression interne de la chambre de combustion (CC) à une valeur supérieure à la pression atmosphérique, d) on traite les fumées de combustion par refroidissement pour condenser l'eau et des composés soufrés, et e) on liquéfie au moins une partie des fumées traitées obtenues à l'étape d), par compression et refroidissement.  1) Combustion process with capture of carbon dioxide, in which at least the following steps are carried out: a) a flow rich in oxygen is mixed with a flow rich in carbon dioxide, b) the mixture is introduced and a fuel in a combustion chamber (CC), c) the internal pressure of the combustion chamber (CC) is maintained above atmospheric pressure, d) the combustion fumes are treated by cooling to condense the water and compounds sulfur, and e) liquefies at least a portion of the treated fumes obtained in step d), by compression and cooling. 2) Procédé selon la revendication 1, dans lequel une partie des fumées traitées obtenues à l'étape d) est utilisée pour être mélangée avec le flux riche 20 en oxygène à l'étape a).  2) A process according to claim 1, wherein a portion of the treated fumes obtained in step d) is used to be mixed with the oxygen-rich stream in step a). 3) Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel la pression interne de la chambre de combustion (CC) est comprise entre 0,1 et 100 millibars relatifs.  3) Method according to one of claims 1 and 2, wherein the internal pressure of the combustion chamber (CC) is between 0.1 and 100 millibar relative. 4) Procédé selon la revendication 3, dans lequel le mélange et le combustible sont introduits dans la chambre de combustion (CC) à une pression comprise entre 0,1 et 100 millibars relatifs.  4) Process according to claim 3, wherein the mixture and the fuel are introduced into the combustion chamber (CC) at a pressure between 0.1 and 100 millibar relative. 5) Procédé selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel on introduit, à une pression relative comprise entre 0,1 et 100 millibars, un flux riche en dioxyde de carbone gazeux dans la chambre de combustion (CC).  5) Method according to one of claims 3 and 4, wherein is introduced, at a relative pressure of between 0.1 and 100 millibars, a rich carbon dioxide gas stream in the combustion chamber (CC). 6) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, à l'étape e), la liquéfaction des fumées traitées est réalisée par au moins une compression des fumées à une pression comprise entre 50 et 70 bars et par refroidissement des fumées comprimées à une température comprise entre 0 C et 30 C.  6) Method according to one of the preceding claims, wherein, in step e), the liquefaction of the treated fumes is carried out by at least one compression of fumes at a pressure between 50 and 70 bar and by cooling the compressed fumes at a temperature between 0 C and 30 C. 7) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel à l'étape b), on ajuste les débits du combustible et du mélange introduit dans la chambre (CC) de manière à produire des fumées de combustion contenant un excès d'oxygène inférieur à 3 % en volume.  7) Method according to one of the preceding claims, wherein in step b), the flow rates of the fuel and the mixture introduced into the chamber (CC) are adjusted so as to produce combustion fumes containing an excess of oxygen. less than 3% by volume. 8) Procédé selon la revendication 7, dans lequel à l'étape a), on ajuste la teneur en oxygène du mélange à une valeur comprise entre 30 % et 40 % en volume.  8) The method of claim 7, wherein in step a), the oxygen content of the mixture is adjusted to a value between 30% and 40% by volume. 9) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au démarrage du procédé, on purge la chambre de combustion (CC) en réalisant une combustion avec un combustible et un mélange comportant de l'oxygène et du dioxyde de carbone provenant d'un réservoir (SL) de stockage de dioxyde de carbone liquide, les fumées de combustion étant rejetée à l'atmosphère.  9) Method according to one of the preceding claims, wherein at the start of the process, purge the combustion chamber (CC) by performing a combustion with a fuel and a mixture comprising oxygen and carbon dioxide from a reservoir (SL) for storing liquid carbon dioxide, the combustion fumes being released into the atmosphere. 10) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le liquide obtenu à l'étape e) est injecté et séquestré dans un réservoir souterrain.  10) Method according to one of the preceding claims, wherein the liquid obtained in step e) is injected and sequestered in an underground reservoir.
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