FR2934170A3 - Procede et appareil de separation d'un debit ayant comme un des composants principaux du dioxyde de carbone - Google Patents

Procede et appareil de separation d'un debit ayant comme un des composants principaux du dioxyde de carbone Download PDF

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Abstract

Dans un procédé de séparation d'un débit d'alimentation ayant comme un des composants principaux du dioxyde de carbone, un débit d'alimentation refroidi (1) est envoyé à une colonne (17) où il se sépare pour former un liquide riche en dioxyde de carbone et un gaz enrichi en impuretés légères, la colonne étant chauffé en cuve par un débit de gaz de chauffage (67) plus riche en dioxyde de carbone que le débit d'alimentation.

Description

La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séparation d'un débit ayant comme un des composants principaux du dioxyde de carbone, voire riche en dioxyde de carbone, par distillation. La distillation dans ce document comprend le phénomène d'épuisement ( stripping en anglais). Dans les procédés habituellement décrits de compression et purification d'un débit ayant comme un des composants principaux du dioxyde de carbone riche en dioxyde de carbone incluant une distillation des éléments légers, le rebouillage de la colonne est en général effectué par le gaz d'alimentation ou une partie de ce gaz. Des descriptions de tels procédés se trouvent dans WOA- 2007/126972 et EP-A- 1953486. L'invention propose de rebouillir la colonne de distillation où se sépare le débit ayant comme un des composants principaux du dioxyde de carbone avec une partie du dioxyde de carbone purifié et comprimé à une pression satisfaisante. L'intérêt est que le rebouilleur sera alors un équipement nettement simplifié : il sera constitué par un simple échangeur entre deux fluides purs et identiques, contenant plus de 99% mol. de CO2, à l'équilibre. Le contrôle et le dimensionnement de l'échangeur seront nettement améliorés et facilités. En effet, en cas de rebouillage avec le gaz d'alimentation (ce qui représente une intégration thermique intéressante dans l'absolu), il faut tenir compte des potentielles variations de la composition des fumées. Une disposition classique avec un thermosiphon permet d'assurer un bon fonctionnement de l'unité. Le CO2 pur liquéfié est alors pompé en dehors de la boite froide jusqu'à la pression de la canalisation ou sous-refroidi et détendu en cas de production de CO2 liquide. L'intégration thermique de l'usine est moins bonne et cela se traduit par une dégradation de l'énergie spécifique de traitement du CO2 de l'ordre de 1 à plusieurs kWh/t de CO2. Cela est compensé par un équipement plus petit et plus facile à dimensionner, ainsi qu'une opération de l'usine plus stable. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'un débit d'alimentation ayant comme un des composant principaux du dioxyde de carbone dans lequel un débit refroidi riche en dioxyde de carbone est envoyé à une colonne où il se sépare pour former un liquide riche en dioxyde de carbone et un gaz enrichi en impuretés légères, la colonne étant chauffé en cuve par un débit de gaz caractérisé en ce que le débit de gaz de chauffage qui chauffe la cuve de la colonne est plus riche en dioxyde de carbone que le débit d'alimentation.
Eventuellement : - on pressurise et vaporise au moins une partie du liquide de cuve de la colonne pour servir de gaz de chauffage ; - le gaz de chauffage provient au moins en partie d'une source extérieure ; - le gaz de chauffage circule dans un circuit fermé. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures, qui représentent des appareils de séparation selon l'invention. La Figure 1 montre un appareil de séparation d'un débit ayant comme un des composants principaux du dioxyde de carbone 1, contenant au moins 50% mol., voire au moins 70% mol. de dioxyde de carbone ainsi que des impuretés légères, telles que l'azote et l'oxygène. Le débit 1 est comprimé dans un compresseur 3 puis le débit comprimé 5 est refroidi dans un échangeur de chaleur 7. Après séparation dans un pot séparateur 9, le liquide produit 13 est détendu dans une vanne 15 puis envoyé en tête d'une colonne 17. La colonne 17 est une colonne d'épuisement n'ayant pas de condenseur de tête mais avec rebouilleur de cuve 21. Dans cette colonne d'épuisement, le liquide 13 se sépare pour former un gaz de tête 19 et un liquide de cuve 23. Le liquide de cuve est divisé en quatre au moyen d'un diviseur 25. Un débit liquide est pressurisé par une pompe 27 à une pression élevée et les trois autres débits sont détendus dans des vannes 29, 32, 34 à trois pressions différentes. Les quatre débits liquides se vaporisent dans l'échangeur 7. Deux des trois débits sont comprimés dans des compresseurs 33, 35 et les trois débits, de nouveau à la même pression réunis dans un mélangeur 31. Le débit mélangé est comprimé dans un compresseur 37. Une partie du débit se mélangé avec le débit 29 vaporisé dans l'échangeur provenant de la pompe 27, le débit se condense dans le condenseur 39 et est pompé par une pompe 41 à une pression de canalisation de dioxyde de carbone. Le gaz de tête 19 est recyclé au compresseur 3.
Le gaz 43 du pot séparateur 9 se réchauffe dans l'échangeur 7 et 45 puis est détendu dans la turbine 47 pour former un débit détendu 49. Ce débit 49 est détendu dans une turbine 51 pour former un débit 53 riche en incondensables (par exemple azote et oxygène).
Le débit 53 peut être recyclé à la chaudière dont le débit riche en dioxyde de carbone est un gaz résiduaire. Le débit 53 peut être séparé par perméation pour enrichir le débit en oxygène. Sinon le débit peut être séparé par un procédé d'adsorption. Ceci permet de récupérer du dioxyde de carbone à basse pression dans 10 le cadre d'un PSA ou a la même pression que celle des incondensables (typiquement entre 15 et 65 bars) avec un procédé TSA. Selon la part d'oxygène qui accompagne le CO2 récupéré, ce flux riche en CO2 est recyclé dans la boucle des fumées ù lorsque la teneur en 02 est significative ù afin d'utiliser l'oxygène dans la combustion et ainsi réduire les 15 besoins de production de l'appareil de séparation d'air alimentant la combustion. Lorsque la valorisation de l'O2 n'est pas intéressante, le CO2 est recyclé dans l'appareil de séparation du débit riche en dioxyde de carbone, à différent niveau de l'appareil, selon la pression de ce fluide. En effet, il est sec et peut être disponible à pression élevée si l'on utilise un appareil TSA.
20 En variante la séparation par adsorption peut être remplacée par une séparation par absorption (amines, ammoniac par exemple). Une partie du dioxyde de carbone comprimé dans le compresseur 37 quitte ce compresseur avant le dernier étage et est refroidi partiellement dans l'échangeur 7 avant d'être envoyé à un séparateur de phases 57. Le gaz de ce 25 séparateur de phases 67 sert à rebouillir la colonne 17 au moyen du vaporiseur 21 et est renvoyé au séparateur 57. Le liquide du séparateur est pressurisé par une pompe 59 et rejoint le débit 40 provenant du condenseur 39. La Figure 2 montre un appareil de séparation d'un débit riche en dioxyde de carbone 1, contenant au moins 50% mol., voire au moins 70% mol. de 30 dioxyde de carbone ainsi que des impuretés légères, telles que l'azote et l'oxygène. Le débit 1 est comprimé dans un compresseur 3 puis le débit comprimé 5 est refroidi dans un échangeur de chaleur 7. Après séparation dans un pot séparateur 9, le liquide produit 13 est détendu dans une vanne 15 puis envoyé en tête d'une colonne 17. La colonne 17 est une colonne d'épuisement n'ayant pas de condenseur de tête mais avec rebouilleur de cuve 21. Dans cette colonne d'épuisement, le liquide 13 se sépare pour former un gaz de tête 19 et un liquide de cuve 23. Le liquide de cuve se sous-refroidit, est détendu dans une vanne 69 et envoyé à un stockage de liquide 72. Un circuit de dioxyde de carbone est alimenté par un débit 71 pour compenser les pertes. Le débit de dioxyde de carbone est divisé en quatre au moyen d'un diviseur 25. Un débit liquide est pressurisé par une pompe 27 à une pression élevée et les trois autres débits sont détendus dans des vannes 29, 32, 34 à trois pressions différentes. Les quatre débits liquides se vaporisent dans l'échangeur 7. Deux des trois débits sont comprimés dans des compresseurs 33, 35 et les trois débits, de nouveau à la même pression réunis dans un mélangeur 31. Le débit mélangé est comprimé dans un compresseur 37. Une partie du débit se mélangé avec le débit 29 vaporisé dans l'échangeur provenant de la pompe 27, le débit se condense dans le condenseur 39 et est renvoyé comme débit 40 au diviseur 25. Le gaz de tête 19 est recyclé au compresseur 3. Le gaz 43 du pot séparateur 9 se réchauffe dans l'échangeur 7 et 45 puis est détendu dans la turbine 47 pour former un débit détendu 49. Ce débit 49 est détendu dans une turbine 51 pour former un débit 53 riche en incondensables (par exemple azote et oxygène). Une partie 55 du dioxyde de carbone comprimé dans le compresseur 37 quitte ce compresseur avant le dernier étage et est refroidie partiellement dans l'échangeur 7 avant d'être envoyé à un séparateur de phases 57. Le gaz de ce séparateur de phases 67 sert à rebouillir la colonne 17 au moyen du vaporiseur 21 et est renvoyé au séparateur 57. Le liquide du séparateur est envoyé au stockage 72 à travers la vanne 62.

Claims (4)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de séparation d'un débit d'alimentation ayant comme un des composants principaux du dioxyde de carbone dans lequel le débit d'alimentation refroidi (1) est envoyé à une colonne (17) où il se sépare pour former un liquide riche en dioxyde de carbone et un gaz enrichi en impuretés légères, la colonne étant chauffé en cuve par un débit de gaz caractérisé en ce que le débit de gaz de chauffage (67) qui chauffe la cuve de la colonne est plus riche en dioxyde de carbone que le débit d'alimentation.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on pressurise et vaporise au moins une partie du liquide de cuve (23) de la colonne pour servir de gaz de chauffage.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel au moins une partie du gaz de chauffage (67) provient d'une source extérieure.
  4. 4. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le gaz de 20 chauffage (67) circule dans un circuit fermé.15
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