FR2884304A1 - Procede integre d'absorption et de separation cryogenique pour la production de co2 et installation pour la mise en oeuvre du procede - Google Patents

Procede integre d'absorption et de separation cryogenique pour la production de co2 et installation pour la mise en oeuvre du procede Download PDF

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Grenier Richard Dubettier
Vincent Gueret
Frederic Lockwood
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Dans un procédé intégré utilisant une unique unité d'adsorption (3) et une unité cryogénique (9), un gaz (1) est envoyé à l'unité d'adsorption où il se sépare en un débit enrichi en CO2 (7) ayant une teneur en CO2 comprise entre 50 % et 95 % et un débit appauvri en CO2 (5), le débit enrichi en CO2 est envoyé à l'unité cryogénique où il est séparé en un débit riche en CO2 (11) ayant une teneur en CO2 supérieure à 80% et un débit pauvre en CO2 (13).

Description

1 2884304
La présente invention est relative à un procédé intégré d'adsorption et de séparation cryogénique pour la production de CO2 et à une installation pour la mise en oeuvre du procédé.
La récupération de CO2 va se développer de plus en plus du fait des 5 dispositifs mis en place pour limiter l'émission de gaz à effet de serre et les développements actuels sur les procédés de recyclage.
La technologie largement dominante pour récupérer le CO2 dans une source basse pression (typiquement < 10 bar) et à faible concentration en CO2 (typiquement inférieur à 50%, voire 20% le plus souvent) est l'absorption io chimique, et plus particulièrement les lavages aux amines (MDEA, MEA... ) qui permettent de produire du CO2 pur basse pression (typiquement > 99 % CO2 sur une base sèche). Cependant, les procédés de lavages présentent plusieurs limitations: - large quantité de vapeur requise sensibilité à l'oxygène corrosion - coût opératoire élevé -entraînement du solvant, et d'une manière générale, rejets de produits chimiques, qui sont non négligeables sur de grandes capacités (amines, ammoniac, sels issus du régénérateur d'amines, produits de dégradation des amines...).
Une autre technologie possible ne présentant pas ces inconvénients est l'adsorption modulée en pression comme le VPSA ( Vacuum Pressure Swing Adsorption ou Adsorption par Variations de Pression et Vide ), le VSA ( Vacuum Swing Adsorption ou Adsorption par Variations de Vide ) ou le PSA ( Pressure Swing Adsorption ou Adsorption par Variations de Pression ). Cependant, le défaut de ces unités d'adsorption est qu'elles produisent du CO2 impur (typiquement entre 50 % et 90 % CO2).
De leur côté les unités cryogéniques de séparation de CO2 (y compris les 30 liquéfacteurs) ne sont utilisées que pour traiter des gaz dont la concentration est supérieure à 50 % (préférablement supérieure à 70 % et supérieure à 90 %) car le rendement de ces unités s'effondre et/ou la consommation d'énergie augmente très fortement quand le taux d'impuretés augmente du fait: 2 2884304 - des caractéristiques physiques des mélanges CO2 avec de l'azote, du monoxyde de carbone, de l'hydrogène, de l'oxygène, du méthane..., - du point triple du CO2 qui empêche de descendre à des températures inférieures à -50 C.
L'invention se propose d'optimiser une unité de séparation de CO2 en couplant un VPSA (ou VSA ou PSA) et une unité cryogénique, tous deux opérant dans leur domaine de fonctionnement de prédilection. Un avantage supplémentaire de ce couplage est que le CO2 peut être directement produit sous pression (sous forme liquide, gazeuse ou supercritique) et est ainsi directement io disponible pour un transport ultérieur en grande quantité, pour la vente sous forme liquide, une séquestration ultime ou une valorisation en EOR ou en ECBM par exemple.
L'objet de l'invention est i) Le couplage d'une unité de séparation du CO2 par adsorption avec une unité cryogénique pour produire un fluide très riche en 002 (sous pression), l'idée étant de faire une prépurification grâce à l'unité adsorption et une purification finale par l'unité cryogénique; ii) divers dispositifs d'intégration entre l'unité adsorption et l'unité cryogénique.
On entend par: - unité cryogénique, une unité dans laquelle au moins un fluide du procédé descend à une température inférieure à -10 C et subit au moins une étape de condensation partielle. Cette unité peut produire du CO2 sous forme gazeuse, liquide ou supercritique; une unité produisant du liquide comme produit est désignée liquéfacteur; - unité VPSA, unité basée sur un procédé cyclique comportant au moins une phase d'adsorption sur un solide adsorbant à une pression supérieure à 1.5 bar abs., et une phase de régénération pendant laquelle la pression est inférieure à la pression atmosphérique; - unité VSA, unité basée sur un procédé cyclique comportant au moins une phase d'adsorption sur un solide adsorbant à une pression inférieure à 1.5 bar abs., et une phase de régénération pendant laquelle la pression est inférieure à la pression atmosphérique; 3 2884304 - unité PSA, unité basée sur un procédé cyclique comportant au moins une phase d'adsorption sur un solide adsorbant à une pression supérieure à 1.5 bar abs., et une phase de régénération pendant laquelle la pression est supérieure à la pression atmosphérique; - les unités VPSA, VSA et PSA seront désignées en ce qui suit unités d'adsorption.
Tous les pourcentages mentionnés sont des pourcentages molaires.
Dans l'état de l'art actuel, une unité d'adsorption ne permet pas de produire de manière économique du CO2 à 95 % de pureté, et encore moins à 99 io % de pureté, à partir de sources pauvres (c'est-à-dire contenant typiquement moins de 45% de CO2). Elle ne peut donc pas être utilisée en tant que telle pour la concentration du CO2 en vue d'une valorisation comme CO2 marchand ou pour ré-injection dans une formation géologique, où des puretés en CO2 supérieures à 95% sont généralement requises.
Actuellement, le procédé par adsorption est utilisé dans l'industrie sidérurgique pour le déballastage de gaz de Direct Reduced Iron (Fer Désoxydé Direct) ou COREX . Dans ce cas, le fluide de purge riche en CO2 (typiquement 60 75 % CO2, 25 % CO, 5 % N2) quittant cette unité est ensuite utilisé comme combustible car il contient encore une quantité suffisante de CO. Les fumées sont rejetées à l'atmosphère. La décarbonatation des flux d'une unité DRI se fait préférentiellement par une unité VPSA comme décrit dans US 5,858,057 et US 5,676,732. L'inconvénient des schémas décrits dans ces brevets est que le CO2 n'est pas valorisé comme produit marchand ou séquestré durablement et est simplement rejeté à l'atmosphère.
Afin d'améliorer le fonctionnement du VPSA CO2, US 5,582,029 et US 6,562, 103 décrivent l'utilisation d'un gaz de purge externe, pauvre en CO2, afin d'éluer le lit d'adsorbant. US 5582029 propose d'utiliser de l'azote produit par une unité de séparation d'air et US6562103 propose d'utiliser un flux de gaz naturel. L'inconvénient de ces deux solutions est que le CO2 en sortie de purge est dilué dans ces gaz de purge.
Le couplage d'une unité cryogénique de production de CO2 à partir de gaz résiduaire d'un PSA H2 est décrit dans US 2002/0073845 et WO 99/35455. Le gaz résiduaire du PSA H2 contient typiquement -50% mol. CO2.
4 2884304 La différence par rapport à l'objet de l'invention est: -le PSA H2 est optimisé pour la purification de l'hydrogène, l'ensemble n'est donc pas optimisé pour la production de CO2 à moindre coût (ou production maximale). De plus, le PSA H2 fonctionne entre 20 30 bar de pression haute et entre 1 et 2 bar de pression basse et sépare l'hydrogène d'un côté et le monoxyde de carbone et le dioxyde de carbone de l'autre. Il ne s'agit donc pas d'une technologie VPSA, VSA ou PSA CO2 telle qu'elle est envisagée ici; - l'unité cryogénique a pour but principal de séparer principalement H2 vs CO2 (La séparation CO2 vs H2 est plus facile que CO2 vs CO ou CO2 vs N2) ; io - les flux concernés sont bien inférieurs aux flux des gaz de sidérurgie considérés.
Le couplage d'un PSA et d'une unité de liquéfaction est également décrit dans Takamura et al. , The Canadian Journal of Chemical Engineering, 79 (5), 812 816: Application of high pressure swing adsorption process for improvement of CO2 recovery system from flue gas (2001). Un séparateur ultra froid est placé sur le gaz résiduaire d'un PSA traitant les effluents d'une chaudière. Les incondensables du liquéfacteur sont introduits dans un PSA haute pression et la purge de ce PSA est réintroduite à l'alimentation du liquéfacteur pour en améliorer le rendement. Cependant, dans ce cas, on cherche plutôt à optimiser le rendement du liquéfacteur grâce à une recycle par l'intermédiaire PSA, or l'objet de la présente invention est d'optimiser l'ensemble de l'unité d'adsorption et du liquéfacteur en faisant fonctionner l'unité d'adsorption à une pureté en CO2 modérée.
EP-A-0341879 décrit un procédé de production de CO2 dans lequel un gaz résiduaire est envoyé à un premier PSA qui produit un débit contenant environ 50% de CO2. Ce débit est envoyé à un deuxième PSA qui produit un débit contenant au moins 98 % CO2. Ce débit provenant du deuxième PSA est envoyé à un appareil de séparation cryogénique qui produit un liquide contenant au moins 99,9 % CO2. La présente invention permet de pallier les défauts de l'art antérieur.
Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé intégré utilisant une unité d'adsorption et une unité cryogénique, dans lequel un gaz est envoyé à l'unité d'adsorption où il se sépare en un débit enrichi en CO2 et un débit 2884304 appauvri en CO2, le débit enrichi en CO2 étant envoyé à l'unité cryogénique où il est séparé en un débit riche en CO2 et un débit pauvre en CO2 caractérisé en ce que: a. Le débit enrichi en CO2 quittant l'unité d'adsorption a une teneur en s CO2 comprise entre 50 % et 95 % (préférablement 85 % ou 70 %).
b. Le débit riche en CO2 quittant l'unité de distillation cryogénique a une teneur en CO2 supérieure à 80 % (préférablement > 99 %) c. Il y a une seule unité d'adsorption.
Selon d'autres aspects facultatifs: io - le débit enrichi en CO2 est envoyé directement de l'unité d'adsorption à l'unité cryogénique, sans subir d'autres étapes de séparation entre les deux unités; - le débit appauvri en CO2 produit par l'unité d'adsorption est détendu dans une turbine qui amène de la puissance frigorifique à l'unité cryogénique; - le gaz pauvre en CO2 produit par l'unité d'adsorption est d'abord refroidi avant d'être détendu dans une turbine qui amène de la puissance frigorifique à l'unité cryogénique; - au moins une partie du gaz pauvre en CO2 quittant l'unité cryogénique est renvoyé vers l'unité d'adsorption, particulièrement a. à l'aspiration du compresseur d'alimentation de l'unité d'adsorption (s'il existe) b. soit juste avant les adsorbeurs c. soit dans les adsorbeurs pendant une étape de repressurisation (à cocourant ou à contre-courant) d. soit dans les adsorbeurs pendant une étape d'adsorption - au moins une partie du gaz pauvre en CO2 quittant l'unité cryogénique est détendu dans une turbine dont la température d'entrée est supérieure à 10 C puis recyclé vers l'unité d'adsorption a. soit à l'aspiration du compresseur d'alimentation du VPSA (ou VSA 30 ou PSA) (s'il existe) b. soit juste avant les adsorbeurs c. soit dans les adsorbeurs pendant une étape de repressurisation (à co-courant ou à contre-courant) 6 2884304 d. soit dans les adsorbeurs pendant une étape d'adsorption.
- avant d'entrer dans la turbine, le gaz recyclé est d'abord réchauffé a. par combustion directe de ce gaz (injection d'air ou d'air enrichi) et/ou b. par chauffage dans une chaudière brûlant de préférence du gaz de haut fourneau et/ou c. par échange avec un fluide du site sidérurgique dont la température est supérieure à 150 C et/ou d. par échange de chaleur avec le gaz enrichi en CO2 produit par l'unité d'adsorption en amont de l'unité cryogénique.
io - au moins une partie du gaz pauvre en CO2 quittant l'unité cryogénique est utilisé comme combustible pour ^ chauffer le gaz de l'unité cryogénique ^ chauffer le réchauffeur de régénération de l'unité cryogénique et/ou ^ chauffer le gaz pauvre en CO2 du VPSA (ou VSA ou PSA) (avant ou 15 après détente dans une éventuelle turbine) et/ou ^ chauffer un réchauffeur de régénération d'une unité de séparation d'air et/ou ^ produire de la vapeur pouvant être utilisée dans l'installation par É le réchauffeur de régénération de l'unité cryogénique et/ou, É une ou des turbine d'entraînement des machines et/ou É un groupe frigorifique par absorption (servant par exemple à refroidir le gaz avant les purificateurs de l'unité cryogénique) et/ou É un échangeur thermique chauffant le gaz pauvre en CO2 quittant l'unité d'adsorption - au moins une partie du gaz pauvre en CO2 quittant l'unité d'adsorption est utilisé comme combustible pour ^ chauffer le réchauffeur de régénération de l'unité cryogénique et/ou ^ produire de la vapeur pouvant être utilisée dans l'installation par É le réchauffeur de régénération et/ou, É une ou des turbine d'entraînement des machines et/ou É un groupe frigorifique par absorption (servant par exemple à refroidir le gaz avant les purificateurs de l'unité cryogénique) 7 2884304 - le groupe frigorifique de l'unité cryogénique sert également à refroidir le gaz en entrée de l'unité d'adsorption; - le gaz enrichi en CO2 est comprimé uniquement par un compresseur avant de l'envoyer à l'unité cryogénique; s - le gaz enrichi en CO2 sortant de l'unité d'adsorption est envoyé dans une capacité de mélange avant d'être introduit dans l'unité cryogénique.
Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu une installation intégrée comprenant une unité d'adsorption, une unité cryogénique, des moyens pour envoyer un gaz à l'unité d'adsorption où il se sépare en un débit enrichi en CO2 ro et un débit appauvri en CO2, des moyens pour envoyer le débit enrichi en CO2 à l'unité cryogénique où il est séparé en un débit riche en CO2 et un débit pauvre en CO2 caractérisée en ce que: a) Le débit enrichi en CO2 quittant l'unité d'adsorption a une teneur en CO2 comprise entre 50 % et 95 % (préférablement 85 % ou 70 %).
b) Le débit riche en CO2 quittant l'unité de distillation cryogénique a une teneur en CO2 supérieure à 80 % (préférablement > 99 %) c) Il y a une seule unité d'adsorption.
Selon d'autres aspects de l'invention, il est prévu: - des moyens pour envoyer le débit enrichi en CO2 directement de l'unité d'adsorption à l'unité cryogénique; - une capacité de mélange en aval de l'unité d'adsorption et en amont de l'unité cryogénique.
L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures. Les Figures 1 à 5 sont des dessins schématiques illustrant des exemples de procédés selon l'invention et la Figure 6 est un dessin schématique d'une unité cryogénique adaptée à être utilisée dans un procédé selon l'invention.
La Figure 1 montre une unité d'adsorption de type VPSA (ou VSA ou PSA) 3 alimentée par un gaz à traiter 1. Le gaz à traiter contient entre 10 et 60 % de CO2, mélangé avec au moins un autre gaz pouvant être l'azote, le monoxyde de carbone, l'hydrogène, l'oxygène, le méthane, l'argon, la vapeur d'eau... Le gaz à traiter par l'unité d'adsorption est à une pression entre 1 et 10 bara. Cette pression est atteinte éventuellement en rajoutant un compresseur en amont des adsorbeurs.
8 2884304 Une unité d'adsorption fonctionne de manière cyclique. Au moins une des étapes du cycle consiste à alimenter au moins un adsorbeur avec le gaz d'alimentation, et à soutirer un gaz appauvri en CO2 en sortie dudit au moins un adsorbeur. Cette étape est appelée étape d'adsorption. Au moins une autre étape du cycle consiste à dépressuriser au moins un adsorbeur, et à récupérer lors de cette dépressurisation, un gaz enrichi en CO2. Au moins une autre étape encore du cycle consiste à repressuriser au moins un adsorbeur de manière à ramener la pression à la pression d'adsorption. Cette étape est appelée étape de repressurisation.
io L'unité 3 produit un gaz appauvri en CO2 5 et un gaz enrichi en CO2 7. Le gaz 7 enrichi en CO2 contient en moyenne entre 50 et 95 % de CO2, mais cette teneur en CO2 dans le gaz de purge varie de manière cyclique. Afin d'homogénéiser la teneur en CO2 de ce gaz, il est envoyé dans une capacité de mélange 4. Le mélange homogénéisé est ensuite envoyé à une unité cryogénique 9 où il se condense au moins partiellement au moins une fois. Avant d'être partiellement condensé, le débit enrichi en CO2 est comprimé à une pression supérieure à 6 bara, de préférence supérieure à 20 bara. Cette unité 9 peut être un liquéfacteur ou une unité de distillation. L'unité cryogénique produit un gaz pauvre en CO2 13 et un gaz riche en CO2 contenant au moins 80% de CO2 et de préférence plus de 99% de CO2.
Le CO2 peut ensuite être épuré pour produire un débit encore plus pur, par exemple dans une colonne d'épuisement.
Dans la Figure 1, l'unité d'adsorption de type VPSA (ou VSA ou PSA) 3 comprend entre autres: - des adsorbeurs - un système de vannes ainsi qu'éventuellement des pompes à vide (s'il s'agit d'un VPSA ou d'un VSA) un compresseur du gaz à traiter 1 une capacité de gaz enrichi en CO2 4 une capacité de gaz appauvri en CO2 Dans l'exemple ci dessus, l'unité cryogénique 9 peut comprendre entre autres: 9 2884304 - un compresseur de gaz d'alimentation qui comprime le gaz jusqu'à au moins 6 bara, préférablement jusqu'à au moins 20 bara - des purificateurs (typiquement contenant de l'alumine ou un tamis moléculaire) et leur réchauffeur de régénération un échangeur froid ainsi qu'éventuellement - un ou plusieurs condenseur/rebouilleur une ou plusieurs colonnes à distiller un compresseur de recycle io un dispositif d'élimination du CO et de l'hydrogène(catalytique ou non) un groupe frigorifique (mécanique ou par absorption) un dispositif de pré refroidissement avant les sécheurs La Figure 2 diffère de la Figure 1 uniquement en ce que le gaz appauvri en CO2 5 est détendu dans une turbine 15. L'énergie récupérée sur la turbine 15 peut soit servir à entraîner un compresseur de l'unité cryogénique 9 (même partiellement avec un moteur auxiliaire), soit être utilisée pour produire de l'électricité. Le turbine 15 amène au moins une partie de sa puissance frigorifique à l'unité cryogénique 9.
La Figure 3 montre l'usage d'un refroidisseur en amont de la turbine 15 de la Figure 2, ce refroidisseur servant à amener de la puissance frigorifique supplémentaire à l'unité cryogénique 9 en envoyant le gaz détendu dans la turbine 15 à un échangeur de l'unité cryogénique. Dans le cas où le CO2 liquide se vaporise dans l'unité cryogénique, la plupart de l'apport de frigories provient de cette chaleur latente mais un petit apport pour compenser les pertes thermiques peut être fourni par le gaz détendu.
Si le but de la détente est de produire de l'énergie plutôt que de fournir des frigories à l'unité cryogénique, il sera alors plus intéressant de chauffer le débit à détendre.
Dans la Figure 4, le débit pauvre en CO2 13 est divisé en deux. Une partie 13A sert de purge alors que le débit 13B est détendu dans une turbine 19 qui est recyclé en amont de l'unité d'adsorption 3. Le gaz peut éventuellement être envoyé dans les adsorbeurs pendant une étape de repressurisation ou pendant 2884304 une étape d'adsorption. Alternativement le purge 13A peut être séparé du débit 13 en aval de la turbine 19 pour augmenter la production d'énergie.
L'énergie récupérée à l'arbre de la turbine 19 peut soit servir à produire de l'électricité, soit entraîner un compresseur.
II est avantageux, comme l'on voit à la Figure 5, de chauffer le gaz 13B en amont de la turbine 19 avec un chauffage 21. Le gaz peut être chauffé par combustion directe, par chauffage dans une chaudière ou par échange de chaleur avec un fluide disponible sur le site, par exemple les fumées d'un Cowpers.
ro La Figure 6 montre une unité cryogénique qui permet de liquéfier un débit de CO2 pur. Un débit 7 ayant une teneur en CO2 comprise entre 50 % et 95 % (préférablement 85 % ou 70 %) est comprimé et envoyé à un purificateur 33 opérant par épuration en lit radial ou axial afin d'épurer le gaz avant de le refroidir en dessous de -10 C. Ce purificateur sera périodiquement régénéré par un gaz réchauffé dans un réchauffeur de régénération.
Le gaz épuré 35 se refroidit dans un échangeur brasé 37 où il est partiellement condensé. Le débit condensé est séparé dans un séparateur de phases 45. La partie liquide 51 est envoyé à un stockage 49 après détente dans une vanne. La partie gazeuse 53 est envoyé à un deuxième échangeur brasé 43 où il se condense partiellement. Le débit partiellement condensé 53 est envoyé à un séparateur de phases. Le débit liquide 57 soutiré du séparateur de phases 47 est envoyé au stockage 49 après détente dans une vanne. Le débit gazeux 61 est renvoyé aux échangeurs 43, 37 et renvoyé au compresseur. Le produit 63 contenant au moins 80% de CO2 est soutiré du stockage 49. La partie gazeuse 59 est réchauffé dans les échangeurs 43, 37 et renvoyé à l'unité d'adsorption 2.
Les frigories pour la liquéfaction sont fournies par deux cycles frigorigènes 39, 41, éventuellement couplés.

Claims (15)

Revendications:
1. Procédé intégré utilisant une unité d'adsorption (3) et une unité cryogénique (5), dans lequel un gaz est envoyé à l'unité d'adsorption où il se sépare en un débit enrichi en CO2 (7) et un débit appauvri en CO2 (5), le débit enrichi en CO2 étant envoyé à l'unité cryogénique où il est séparé en un débit riche en CO2 (11) et un débit pauvre en CO2 (13) caractérisé en ce que: a) Le débit enrichi en CO2 (7) quittant l'unité d'adsorption a une teneur en CO2 comprise entre 50 % et 95 % (préférablement 85 % ou 70 %).
b) Le débit riche en CO2 (11 quittant l'unité de distillation cryogénique a une teneur en CO2 supérieure à 80 % (préférablement > 99 %).
c) II y a une seule unité d'adsorption (3).
2. Procédé suivant la revendication 1 dans lequel le débit enrichi en CO2 (7) est envoyé directement de l'unité d'adsorption (3) à l'unité cryogénique (9), sans subir d'autres étapes de séparation entre les deux unités.
3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2 dans lequel le débit appauvri en CO2 (5) produit par l'unité d'adsorption (3) est détendu dans une turbine (15) qui amène de la puissance frigorifique à l'unité cryogénique (9).
4. Procédé suivant la revendication 3 telle que le gaz appauvri en CO2 (5) produit par l'unité d'adsorption est d'abord refroidi avant d'être détendu dans la turbine (15) qui amène de la puissance frigorifique à l'unité cryogénique.
5. Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une partie du gaz pauvre en CO2 (13) quittant l'unité cryogénique est renvoyée vers l'unité d'adsorption (3), particulièrement a) à l'aspiration d'un compresseur d'alimentation de l'unité d'adsorption soit b) juste avant des adsorbeurs de l'unité d'adsorption soit c) dans les adsorbeurs de l'unité d'adsorption pendant une étape de repressurisation (à co-courant ou à contre-courant) soit d) dans les adsorbeurs de l'unité d'adsorption pendant une étape d'adsorption.
6. Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une partie (13B) du gaz pauvre en CO2 (13) quittant l'unité cryogénique (9) est détendue dans une turbine (19) dont la température d'entrée est supérieure à -10 C puis recyclée vers l'unité d'adsorption a) soit à l'aspiration d'un compresseur d'alimentation de l'unité d'adsorption b) soit juste avant des adsorbeurs de l'unité d'adsorption c) soit dans les adsorbeurs pendant une étape de repressurisation (à cocourant ou à contre-courant) d) soit dans les adsorbeurs pendant une étape d'adsorption.
7. Procédé suivant la revendication 6 dans lequel avant d'entrer dans la turbine, le gaz recyclé est d'abord réchauffé a) par combustion directe de ce gaz (injection d'air ou d'air enrichi) et/ou b) par chauffage dans une chaudière brûlant de préférence du gaz de haut fourneau et/ou c) par échange avec un fluide du site sidérurgique dont la température est supérieure à 150 C et/ou d) par échange de chaleur avec le gaz enrichi en CO2 (7) produit par l'unité d'adsorption (3) en amont de l'unité cryogénique.
8. Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une partie du gaz pauvre en CO2 (13) quittant l'unité cryogénique est utilisé comme combustible pour - chauffer un gaz de l'unité cryogénique et/ou chauffer un réchauffeur de régénération de l'unité cryogénique (9) et/ou - chauffer le gaz pauvre en CO2 (5) de l'unité d'adsorption (3) (avant ou après détente dans une éventuelle turbine) et/ou chauffer un réchauffeur de régénération d'une unité de séparation produire de la vapeur pouvant être utilisée dans l'installation par É le réchauffeur de régénération de l'unité cryogénique et/ou, É une ou des turbine d'entraînement des machines et/ou É un groupe frigorifique par absorption (servant par exemple à refroidir le gaz avant les purificateurs de l'unité cryogénique) et/ou É un échangeur thermique chauffant le gaz pauvre en CO2 (5) quittant l'unité d'adsorption d'air et/ou
9. Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel au moins une partie du gaz pauvre en CO2 (5) quittant l'unité d'adsorption est utilisé comme combustible pour -chauffer le réchauffeur de régénération de l'unité cryogénique et/ou produire de la vapeur pouvant être utilisée dans l'installation par É le réchauffeur de régénération et/ou, É une ou des turbine d'entraînement des machines et/ou É un groupe frigorifique par absorption (servant par exemple à refroidir le gaz avant les purificateurs de l'unité cryogénique)
10. Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel un groupe frigorifique de l'unité cryogénique (9) sert également à refroidir le gaz (1) en entrée de l'unité d'adsorption (3).
11. Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel le gaz enrichi en CO2 (7) est comprimé par un seul compresseur avant de l'envoyer à l'unité cryogénique (9).
12. Procédé suivant l'une des revendications précédentes dans lequel le gaz enrichi en 002 (7) sortant de l'unité d'adsorption est envoyé dans une capacité de mélange (4) avant d'être introduit dans l'unité cryogénique (9).
13. Installation intégrée comprenant une unité d'adsorption (3), une unité cryogénique (9), des moyens pour envoyer un gaz à l'unité d'adsorption où il se sépare en un débit enrichi en CO2 (7) et un débit appauvri en CO2,(5), des moyens pour envoyer le débit enrichi en CO2 à l'unité cryogénique où il est séparé en un débit riche en CO2 (11) et un débit pauvre en CO2 (13) caractérisée en ce que: a) Le débit enrichi en CO2 quittant l'unité d'adsorption a une teneur en CO2 comprise entre 50 % et 95 % (préférablement 85 % ou 70 %).
b) Le débit riche en CO2 quittant l'unité de distillation cryogénique a une teneur en CO2 supérieure à 80 % (préférablement > 99 %).
c) Il y a une seule unité d'adsorption.
14. Installation selon la revendication 13 dans laquelle il y a des moyens pour envoyer le débit enrichi en CO2 directement de l'unité d'adsorption à l'unité cryogénique.
15. Installation selon la revendication 13 ou 14 comprenant une capacité de mélange (4) en aval de l'unité d'adsorption (3) et en amont de l'unité cryogénique (9).
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PCT/FR2006/050276 WO2006106253A2 (fr) 2005-04-08 2006-03-30 Procede et installation integres d'adsorption et de separation cryogenique pour la production de co2
DE602006008912T DE602006008912D1 (de) 2005-04-08 2006-03-30 Integriertes verfahren und integrierte anlage für die kryogene adsorption und trennung zur herstellung von co2
EP09100096A EP2056051A1 (fr) 2005-04-08 2006-03-30 Procédé et installation intégrés d'adsorption et de séparation cryogénique pour la production de CO2
US11/910,959 US20080245101A1 (en) 2005-04-08 2006-03-30 Integrated Method and Installation for Cryogenic Adsorption and Separation for Producing Co2
PL06726290T PL1869385T3 (pl) 2005-04-08 2006-03-30 Zintegrowany sposób i zintegrowana instalacja do adsorpcji i separacji kriogeniczej do wytwarzania CO2
AT06726290T ATE441822T1 (de) 2005-04-08 2006-03-30 Integriertes verfahren und integrierte anlage für die kryogene adsorption und trennung zur herstellung von co2
EP06726290A EP1869385B1 (fr) 2005-04-08 2006-03-30 Procede et installation integres d'adsorption et de separation cryogenique pour la production de co2

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010066972A1 (fr) * 2008-12-11 2010-06-17 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Production d'hydrogene a partir de gaz reforme et capture simultanee du co2 co-produit
WO2012114119A1 (fr) * 2011-02-25 2012-08-30 Costain Oil, Gas & Process Limited Procédé et appareil de purification du dioxyde de carbone
US20180208855A1 (en) * 2015-07-23 2018-07-26 L'Air Liquide, Société Anonyme pour I'Etude et I'Exploitation des Procédés Georges Claude Method for purifying a gas rich in hydrocarbons
EP3838382A1 (fr) * 2019-12-19 2021-06-23 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé et appareil de séparation de dioxyde de carbone d'un gaz résiduaire d'une installation de craquage catalytique sur lit fluidisé (fcc)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2174379A (en) * 1985-03-27 1986-11-05 Costain Petrocarbon Process for recovering carbon dioxide
US4639257A (en) * 1983-12-16 1987-01-27 Costain Petrocarbon Limited Recovery of carbon dioxide from gas mixture
EP0341879A1 (fr) * 1988-05-04 1989-11-15 The Boc Group, Inc. Coproduction d'hydrogène et de dioxyde de carbone
EP0417922A1 (fr) * 1989-08-21 1991-03-20 The Boc Group, Inc. Fabrication du dioxyde de carbone pure
EP0945163A1 (fr) * 1997-10-09 1999-09-29 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Un procédé de séparation/récupération des gazes
EP1319911A1 (fr) * 1999-02-02 2003-06-18 Praxair Technology, Inc. Méthode de production de dioxyde de carbone

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4639257A (en) * 1983-12-16 1987-01-27 Costain Petrocarbon Limited Recovery of carbon dioxide from gas mixture
GB2174379A (en) * 1985-03-27 1986-11-05 Costain Petrocarbon Process for recovering carbon dioxide
EP0341879A1 (fr) * 1988-05-04 1989-11-15 The Boc Group, Inc. Coproduction d'hydrogène et de dioxyde de carbone
EP0417922A1 (fr) * 1989-08-21 1991-03-20 The Boc Group, Inc. Fabrication du dioxyde de carbone pure
EP0945163A1 (fr) * 1997-10-09 1999-09-29 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Un procédé de séparation/récupération des gazes
EP1319911A1 (fr) * 1999-02-02 2003-06-18 Praxair Technology, Inc. Méthode de production de dioxyde de carbone

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010066972A1 (fr) * 2008-12-11 2010-06-17 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Production d'hydrogene a partir de gaz reforme et capture simultanee du co2 co-produit
FR2939785A1 (fr) * 2008-12-11 2010-06-18 Air Liquide Production d'hydrogene a partir de gaz reforme et capture simultanee du co2 coproduit.
US8746009B2 (en) 2008-12-11 2014-06-10 L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Production of hydrogen from a reforming gas and simultaneous capture of CO2 co-product
WO2012114119A1 (fr) * 2011-02-25 2012-08-30 Costain Oil, Gas & Process Limited Procédé et appareil de purification du dioxyde de carbone
US20180208855A1 (en) * 2015-07-23 2018-07-26 L'Air Liquide, Société Anonyme pour I'Etude et I'Exploitation des Procédés Georges Claude Method for purifying a gas rich in hydrocarbons
US11060037B2 (en) * 2015-07-23 2021-07-13 L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Method for purifying a gas rich in hydrocarbons
EP3838382A1 (fr) * 2019-12-19 2021-06-23 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé et appareil de séparation de dioxyde de carbone d'un gaz résiduaire d'une installation de craquage catalytique sur lit fluidisé (fcc)
FR3105013A1 (fr) * 2019-12-19 2021-06-25 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procédé et appareil de séparation de dioxyde de carbone d’un gaz résiduaire d'une installation de craquage catalytique sur lit fluidisé (FCC)
US11541348B2 (en) 2019-12-19 2023-01-03 L'Air Liquide, Société Anonyme our l'Étude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Process and apparatus for separating carbon dioxide from a waste gas of a fluid bed catalytic cracking (FCC) installation

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