FR2972793A1 - Method for liquefying carbon dioxide enriched feed gas for transportation in boat, involves compressing and cooling cycle gas heated in exchanger to pressure, and expanding gas to another pressure for being cooled during refrigeration cycle - Google Patents

Method for liquefying carbon dioxide enriched feed gas for transportation in boat, involves compressing and cooling cycle gas heated in exchanger to pressure, and expanding gas to another pressure for being cooled during refrigeration cycle Download PDF

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Abstract

The method involves allowing gas (1) to be cooled to specific pressure in a heat exchanger (6), and sending the cooled gas to a phase separator (V1) to produce carbon dioxide enriched liquid (7) and a gas (11) enriched with light impurity e.g. hydrogen. The impurity enriched gas is heated in the exchanger. A portion of negative kilocalories necessary to produce the liquid is supplied by refrigeration cycle. Refrigeration cycle gas heated in the exchanger to the specific pressure is compressed and cooled, and expanded to another pressure for being cooled during the refrigeration cycle. An independent claim is also included for an apparatus for liquefying carbon dioxide enriched feed gas containing light impurity.

Description

La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de liquéfaction d'un gaz riche en dioxyde de carbone. Un gaz riche en dioxyde de carbone contient au moins 300/0 mol. de dioxyde de carbone, ou au moins 500/0 mol de dioxyde de carbone, voire au moins 800/0 mol de dioxyde de carbone. Le gaz comprend également au moins une impureté plus légère que le dioxyde de carbone choisi dans la liste suivante : de l'azote, de l'oxygène, de l'hydrogène, de l'argon, du monoxyde de carbone, du méthane, de l'hélium. Une voie industrielle envisagée pour le transport du CO2 est celle du transport par bateaux, nécessitant la liquéfaction du CO2 issu de différentes sources : gaz de centrales charbon, d'unités sidérurgiques, de SMR, de procédés de gazéification, etc. Cette liquéfaction peut être précédée d'un ou plusieurs traitements des fumées ou de gaz de synthèse par des méthodes de séparation physique et/ou chimique. L'invention propose des procédés de liquéfaction du CO2, minimisant les pertes de CO2 ainsi que l'énergie spécifique liée à la purification et à la liquéfaction du CO2. Une étape supplémentaire de compression est envisagée sur un gaz enrichi en impureté légère produit pendant la liquéfaction, afin d'augmenter le rendement en CO2 de l'unité de liquéfaction. Cette solution permet également d'obtenir une partie de l'impureté légère à une pression supérieure à celle du CO2 produit. Une partie de l'impureté légère (par exemple de l'hydrogène, du CO ou du méthane) peut être éventuellement purifiée pour alimenter un réseau de gaz à 40 barra par exemple. On peut notamment penser à traiter ces incondensables dans un PSA H2. The present invention relates to a method and apparatus for liquefying a gas rich in carbon dioxide. A gas rich in carbon dioxide contains at least 300/0 mol. of carbon dioxide, or at least 500/0 mol of carbon dioxide, or even at least 800/0 mol of carbon dioxide. The gas also comprises at least one lighter impurity than the carbon dioxide selected from the following list: nitrogen, oxygen, hydrogen, argon, carbon monoxide, methane, helium. One industrial route envisaged for the transport of CO2 is that of transport by boats, requiring the liquefaction of CO2 from different sources: coal-fired power plants, iron and steel units, SMR, gasification processes, etc. This liquefaction may be preceded by one or more treatments of the fumes or synthesis gas by physical and / or chemical separation methods. The invention provides methods of liquefying CO2, minimizing CO2 losses as well as specific energy related to the purification and liquefaction of CO2. An additional compression step is contemplated on a light impurity enriched gas produced during the liquefaction, in order to increase the CO 2 yield of the liquefaction unit. This solution also makes it possible to obtain a portion of the light impurity at a pressure greater than that of the CO2 produced. Part of the light impurity (for example hydrogen, CO or methane) can be optionally purified to feed a gas network at 40 barra, for example. One can in particular think to treat these incondensables in a PSA H2.

Les pertes de CO2 sont minimisées au maximum. Le gaz enrichi en impureté légère obtenu lors de la détente de CO2 à la pression du CO2 liquide produit est renvoyé vers une unité de compression. Cette solution a l'avantage de permettre de régler le rendement désiré pour l'unité en ajustant la pression de sortie de la compression supplémentaire où la pression était dictée par le consommateur du gaz valorisé (un réseau d'hydrogène par exemple). Ici toutes les impuretés légères sont générées sous pression. Une détente permettant de récupérer cette énergie est envisageable. Par exemple une turbine chaude ou froide peut détendre les gaz incondensables ou une turbine peut être couplée à un compresseur permettant d'améliorer le rendement. Afin d'optimiser les couts et la consommation énergétique de la solution de liquéfaction du CO2, cette compression supplémentaire proposée sur le gaz enrichi en impureté légère peut être déclenchée lorsque le cout de l'électricité est au plus bas et/ou lorsque que la température de l'eau de refroidissement des compresseurs et/ou du condenseur de CO2 est plus basse (fonctionnement jour/nuit par exemple), de préférence uniquement lorsque le cout de l'électricité est au plus bas et/ou uniquement lorsque que la température de l'eau de refroidissement est plus basse (fonctionnement jour/nuit par exemple). Afin d'éviter les problèmes de passages vides en face de passages utilisés dans l'échangeur, un échangeur dédié pour le refroidissement de ces incondensables peut être installé. Avec une température d'eau de refroidissement plus basse la nuit que la journée, le groupe froid pourra fournir plus de frigories nécessaires à la condensation des incondensables re-comprimés par le booster. CO2 losses are minimized to a minimum. The gas enriched in light impurity obtained during the release of CO2 at the pressure of the produced liquid CO2 is returned to a compression unit. This solution has the advantage of allowing to adjust the desired performance for the unit by adjusting the output pressure of the additional compression where the pressure was dictated by the consumer of the upgraded gas (a hydrogen network for example). Here all the light impurities are generated under pressure. A relaxation to recover this energy is possible. For example a hot or cold turbine can relax the incondensable gases or a turbine can be coupled to a compressor to improve the efficiency. In order to optimize the costs and energy consumption of the CO2 liquefaction solution, this additional compression proposed on the gas enriched with light impurity can be triggered when the cost of electricity is at the lowest and / or when the temperature the cooling water of the compressors and / or the CO2 condenser is lower (day / night operation for example), preferably only when the cost of electricity is at the lowest and / or only when the temperature of the cooling water is lower (day / night operation for example). In order to avoid problems of empty passages in front of passages used in the exchanger, a dedicated exchanger for cooling these incondensables can be installed. With a cooling water temperature lower at night than during the day, the cold unit will be able to supply more frigories necessary for the condensation of incondensables re-compressed by the booster.

Enfin les gaz évaporés des stockages de CO2 liquide ou le gaz riche en CO2 produit lors du chargement du CO2 vers le bateau peuvent être renvoyés en amont de l'étape de compression des incondensables, minimisant les pertes de CO2. L'ajout d'une étape de compression dédiée pour la récupération des gaz évaporés n'est pas forcément rentable, en revanche avec le schéma proposé l'investissement est déjà justifié par l'amélioration de rendement du liquéfacteur. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de liquéfaction d'un gaz d'alimentation riche en dioxyde de carbone contenant au moins une impureté légère dans lequel le gaz est refroidi à une première pression dans un échangeur et envoyé dans un premier séparateur de phases pour produire un liquide riche en dioxyde de carbone qui sert au moins partiellement de produit et un gaz enrichi en impureté légère, le gaz enrichi se réchauffe dans l'échangeur et au moins une partie des frigories nécessaires à la production du liquide sont fournies par un cycle de réfrigération dans lequel un gaz de cycle se réchauffe dans l'échangeur à au moins une pression, est comprimé, se refroidit dans l'échangeur et est détendu à au moins une pression pour être de nouveau refroidi. Eventuellement : - le gaz de cycle est riche en dioxyde de carbone et, en particulier, est constitué au moins partiellement par une partie du gaz d'alimentation. - le gaz enrichi en impureté légère réchauffé est comprimé jusqu'à une deuxième pression supérieure à la première pression pour former un gaz comprimé, le gaz comprimé se refroidit dans l'échangeur et est détendu à une troisième pression et envoyé dans un deuxième séparateur de phases pour former un gaz de tête riche en impureté légère et un liquide de cuve, le liquide de cuve est détendu et envoyé en amont du premier séparateur de phases et le gaz de tête se réchauffe dans l'échangeur. - le gaz enrichi en impureté légère réchauffé est comprimé dans un compresseur intermédiaire jusqu'à la deuxième pression supérieure à la première pression pour former le gaz comprimé, le gaz comprimé se refroidit dans l'échangeur et est détendu à la troisième pression et envoyé dans le deuxième séparateur de phases pour former le gaz de tête riche en impureté légère et le liquide de cuve i) si le prix de l'électricité en dessous d'un seuil donné et/ou ii) si la température de l'eau de refroidissement du compresseur intermédiaire est en dessous d'un seuil. - le gaz enrichi en impureté légère réchauffé est comprimé dans un compresseur intermédiaire jusqu'à la deuxième pression supérieure à la première pression pour former le gaz comprimé, le gaz comprimé se refroidit dans l'échangeur et est détendu à la troisième pression et envoyé dans le deuxième séparateur de phases pour former le gaz de tête riche en impureté légère et le liquide de cuve i) uniquement si le prix de l'électricité en dessous d'un seuil donné et/ou ii) uniquement si la température de l'eau de refroidissement du compresseur intermédiaire est en dessous d'un seuil. - i) si le prix de l'électricité au dessus d'un seuil donné et/ou ii) si la température de l'eau de refroidissement du compresseur intermédiaire est au dessus d'un seuil, le gaz enrichi en impureté légère est rejeté à l'atmosphère ou traité par un moyen autre qu'un refroidissement ou une séparation à température subambiante. Finally, evaporated gases from liquid CO2 storage or CO2-rich gas produced during the loading of CO2 to the boat can be returned upstream of the incondensable compression stage, minimizing CO2 losses. The addition of a dedicated compression stage for recovering the evaporated gases is not necessarily profitable, however with the proposed scheme the investment is already justified by the improvement of the efficiency of the liquefier. According to one object of the invention, there is provided a method of liquefying a feed gas rich in carbon dioxide containing at least one light impurity in which the gas is cooled to a first pressure in an exchanger and sent to a first phase separator for producing a carbon dioxide-rich liquid which is at least partly used as product and a gas enriched in light impurity, the enriched gas is heated in the exchanger and at least a portion of the frigories necessary for the production of the liquid are provided by a refrigeration cycle in which a cycle gas is heated in the exchanger at at least one pressure, is compressed, cools in the exchanger and is expanded to at least one pressure to be cooled again. Optionally: the cycle gas is rich in carbon dioxide and, in particular, at least partially consists of a portion of the feed gas. the gas enriched in heated light impurity is compressed to a second pressure greater than the first pressure to form a compressed gas, the compressed gas cools in the exchanger and is expanded at a third pressure and sent to a second separator; phases to form a light impurity-rich overhead gas and a trough liquid, the trough liquid is expanded and sent upstream of the first phase separator and the overhead gas is heated in the exchanger. the heated light impurity enriched gas is compressed in an intermediate compressor until the second pressure is higher than the first pressure to form the compressed gas, the compressed gas cools in the exchanger and is expanded at the third pressure and sent to the second phase separator to form the light impurity rich overhead gas and the tank liquid i) whether the price of electricity below a given threshold and / or ii) whether the cooling water temperature of the intermediate compressor is below a threshold. the heated light impurity enriched gas is compressed in an intermediate compressor until the second pressure is higher than the first pressure to form the compressed gas, the compressed gas cools in the exchanger and is expanded at the third pressure and sent to the second phase separator to form the light impurity-rich overhead gas and the reactor liquid i) only if the price of electricity is below a given threshold and / or ii) only if the water temperature Cooling of the intermediate compressor is below a threshold. - i) if the price of electricity above a given threshold and / or ii) if the temperature of the cooling water of the intermediate compressor is above a threshold, the gas enriched in light impurity is rejected to the atmosphere or treated by means other than cooling or separation at subambient temperature.

- uniquement si i) le prix de l'électricité au dessus d'un seuil donné et/ou ii) la température de l'eau de refroidissement du compresseur intermédiaire est au dessus d'un seuil, le gaz enrichi en impureté légère est rejeté à l'atmosphère ou traité par un moyen autre qu'un refroidissement ou une séparation à température subambiante. - le gaz de cycle se liquéfie pour former un liquide, le liquide ou au moins une partie de ce liquide se vaporise dans l'échangeur et est envoyé au compresseur de cycle, éventuellement plusieurs partie du liquide sont détendues chacune dans une vanne à une pression différente, chaque partie de gaz détendu étant réchauffée dans l'échangeur à la pression à laquelle elle a été détendue. - un gaz riche en dioxyde de carbone provenant d'un stockage de dioxyde de carbone liquide ou d'une autre source extérieure est mélangé avec le gaz enrichi en impureté légère en amont du réchauffage dans l'échangeur. - le stockage est un bateau alimenté en liquide par un liquide produit par le procédé de liquéfaction. - le gaz de tête est enrichi en hydrogène par rapport au gaz à la première pression et on sépare le gaz de tête en aval de l'échangeur par adsorption ou par perméation pour produire un gaz riche en hydrogène. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de liquéfaction d'un gaz d'alimentation riche en dioxyde de carbone contenant au moins une impureté légère comprenant un échangeur de chaleur, un premier séparateur de phases, un compresseur de cycle, au moins une vanne de cycle, une conduite pour envoyer le gaz d'alimentation de l'échangeur de chaleur au premier séparateur de phases, une conduite pour soutirer un liquide du premier séparateur de phases qui sert au moins partiellement de produit et une conduite pour soutirer du premier séparateur de phases un gaz enrichi en impureté légère, une conduite pour envoyer le gaz enrichi se réchauffer dans l'échangeur et un cycle de réfrigération pour produire au moins une partie des frigories nécessaire comprenant une conduite pour envoyer le gaz de cycle du compresseur de cycle à des moyens de refroidissement pour le refroidir et éventuellement le liquéfier pour former un fluide refroidi, une conduite pour envoyer le fluide refroidi à l'échangeur de chaleur, une conduite pour sortir le fluide refroidi de l'échangeur de chaleur sous forme liquide, des moyens pour envoyer le liquide à l'échangeur et éventuellement des moyens pour diviser le liquide en au moins deux parties, des moyens pour détendre le liquide ou chaque partie du liquide à une pression différente et des conduites pour envoyer le liquide détendu ou les liquides détendus à l'échangeur de chaleur pour former le gaz réchauffé ou des gaz réchauffés et au moins une conduite pour envoyer le ou les gaz réchauffé(s) au compresseur de cycle. Eventuellement l'appareil comprend : - un compresseur intermédiaire, un deuxième séparateur de phases et des conduites pour envoyer un gaz du premier séparateur de phases au deuxième séparateur de phases via le compresseur intermédiaire - des moyens pour faire fonctionner le compresseur intermédiaire en fonction d'un seuil de température ou de prix d'électricité. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures qui représentent des procédés de liquéfaction selon l'invention. La figure 1 montre un procédé de liquéfaction utilisant un compresseur d'alimentation Cl à trois étages, un compresseur de cycle C3, un échangeur de chaleur 6 à plaques et à ailettes en aluminium brasé et deux séparateurs de phases V1, V3. Le gaz d'alimentation à basse pression 1 est un gaz riche en dioxyde de carbone contient au moins 300/0 mol. de dioxyde de carbone, ou au moins 500/0 mol de dioxyde de carbone, voire au moins 800/0 mol de dioxyde de carbone. Le gaz 1 est comprimé dans les trois étages du compresseur Cl jusqu'à une pression de 7.5bar abs pour former le débit d'alimentation 5 riche en dioxyde de carbone. Ce débit 5 se refroidit dans l'échangeur 6, et est envoyé au séparateur de phases V1. La partie liquide 7 constitue le produit liquide riche en dioxyde de carbone et la partie gazeuse 11 enrichie en une impureté légère se réchauffe dans l'échangeur 6 pour former le débit 13. Au moins une partie des frigories est fournie par un cycle à un gaz riche en dioxyde de carbone. Ce gaz comprimé dans le compresseur C3 est refroidi pour former un liquide ou un fluide supercritique dans l'échangeur E, refroidi dans l'échangeur 6 puis divisé en plusieurs parties, ici trois. L'échangeur donc sert de condenser de CO2 et peut être alimenté par un débit d'eau de refroidissement. Une partie est détendue par la vanne 25 jusqu'à la pression la plus basse BP et envoyée à un séparateur de phases V3. La partie liquide et la partie gazeuse provenant du séparateur de phases V3 sont réchauffées dans l'échangeur 6 pour vaporiser la partie liquide et les deux parties réunies envoyées à l'entrée du compresseur C3. Une autre partie du fluide de cycle est détendue dans la vanne 27 à une pression HP, réchauffée dans l'échangeur 6 puis envoyée à un niveau intermédiaire du compresseur C3. La dernière partie du fluide de cycle est détendue dans la vanne 29, réchauffée dans l'échangeur 6 puis envoyée à un autre niveau intermédiaire du compresseur C3. De préférence il y a autant de vaporisations de liquide à des pressions différentes que d'étages dans le compresseur pour optimiser l'échange de chaleur. Un débit 3 est envoyé à un niveau intermédiaire du compresseur C1. - only if i) the price of electricity above a given threshold and / or ii) the temperature of the cooling water of the intermediate compressor is above a threshold, the gas enriched in light impurity is rejected to the atmosphere or treated by means other than cooling or separation at subambient temperature. the cycle gas is liquefied to form a liquid, the liquid or at least a part of this liquid is vaporized in the exchanger and is sent to the cycle compressor, possibly several of the liquid are each expanded in a valve at a pressure different, each portion of expanded gas being reheated in the exchanger at the pressure at which it was relaxed. a gas rich in carbon dioxide originating from a storage of liquid carbon dioxide or from another external source is mixed with the gas enriched with light impurity upstream of the heating in the exchanger. storage is a boat supplied with liquid by a liquid produced by the liquefaction process. the overhead gas is enriched in hydrogen with respect to the gas at the first pressure and the overhead gas is separated downstream of the exchanger by adsorption or permeation to produce a hydrogen-rich gas. According to another object of the invention, there is provided an apparatus for liquefying a feed gas rich in carbon dioxide containing at least one light impurity comprising a heat exchanger, a first phase separator, a cycle compressor at least one cycle valve, a conduit for supplying the feed gas of the heat exchanger to the first phase separator, a conduit for withdrawing a liquid from the first phase separator which serves at least partially product and a pipe for withdrawing from the first phase separator a gas enriched with light impurity, a conduit for supplying the enriched gas to heat in the exchanger and a refrigeration cycle for producing at least a part of the necessary refrigerants comprising a pipe for sending the cycle gas from the cycle compressor to cooling means for cooling and optionally liquefying it to form a cooled fluid, a pipe for e sending the cooled fluid to the heat exchanger, a pipe for discharging the cooled fluid from the heat exchanger in liquid form, means for sending the liquid to the exchanger and optionally means for dividing the liquid into at least two parts, means for expanding the liquid or each portion of the liquid at a different pressure, and conduits for feeding expanded liquid or expanded liquids to the heat exchanger to form the heated gas or heated gases and at least one conduit for sending the heated gas (s) to the cycle compressor. Optionally the apparatus comprises: - an intermediate compressor, a second phase separator and pipes for sending a gas from the first phase separator to the second phase separator via the intermediate compressor - means for operating the intermediate compressor as a function of a threshold of temperature or electricity price. The invention will be described in more detail with reference to the figures which show liquefaction processes according to the invention. FIG. 1 shows a liquefaction process using a three-stage supply compressor C1, a cycle compressor C3, a brazed aluminum plate and fin heat exchanger 6 and two phase separators V1, V3. The low pressure feed gas 1 is a gas rich in carbon dioxide contains at least 300/0 mol. of carbon dioxide, or at least 500/0 mol of carbon dioxide, or even at least 800/0 mol of carbon dioxide. The gas 1 is compressed in the three stages of the compressor C1 to a pressure of 7.5 bar abs to form the carbon dioxide-rich feed stream. This flow 5 cools in the exchanger 6, and is sent to the phase separator V1. The liquid part 7 constitutes the liquid product rich in carbon dioxide and the gaseous part 11 enriched in a light impurity is heated in the exchanger 6 to form the flow 13. At least part of the frigories is supplied by a gas cycle rich in carbon dioxide. This compressed gas in the compressor C3 is cooled to form a liquid or a supercritical fluid in the exchanger E, cooled in the exchanger 6 and then divided into several parts, here three. The exchanger therefore serves to condense CO2 and can be powered by a flow of cooling water. A portion is expanded by the valve 25 to the lowest BP pressure and sent to a V3 phase separator. The liquid part and the gaseous part coming from the phase separator V3 are heated in the exchanger 6 to vaporize the liquid part and the two joined parts sent to the inlet of the compressor C3. Another part of the cycle fluid is expanded in the valve 27 at a pressure HP, reheated in the exchanger 6 and then sent to an intermediate level of the compressor C3. The last portion of the cycle fluid is expanded in the valve 29, heated in the exchanger 6 and sent to another intermediate level of the compressor C3. Preferably there are as many liquid sprays at different pressures as there are stages in the compressor to optimize the heat exchange. A flow 3 is sent to an intermediate level of the compressor C1.

Les compresseurs Cl, C3 peuvent être refroidis par de l'eau de refroidissement. La figure 2 montre un procédé de liquéfaction utilisant un compresseur d'alimentation 3 à trois étages, un compresseur intermédiaire C2, un compresseur de cycle C3, un échangeur de chaleur 6 à plaques et à ailettes en aluminium brasé et trois séparateurs de phases V1, V2, V3. Le gaz d'alimentation à basse pression 1 est un gaz riche en dioxyde de carbone contient au moins 300/0 mol. de dioxyde de carbone, ou au moins 500/0 mol de dioxyde de carbone, voire au moins 800/0 mol de dioxyde de carbone. Le gaz 1 est comprimé dans les trois étages du compresseur Cl jusqu'à une pression de 7 bar abs pour former le débit d'alimentation 5 riche en dioxyde de carbone. Ce débit 5 se refroidit dans l'échangeur 6, et est envoyé au séparateur de phases V1. La partie liquide 7 constitue le produit liquide riche en dioxyde de carbone et la partie gazeuse 11 enrichie en une impureté légère se réchauffe dans l'échangeur 6 pour former le débit 13. Compressors C1, C3 can be cooled by cooling water. FIG. 2 shows a liquefaction process using a three-stage feed compressor 3, an intermediate compressor C2, a cycle compressor C3, a brazed aluminum plate and fin heat exchanger 6 and three V1 phase separators, V2, V3. The low pressure feed gas 1 is a gas rich in carbon dioxide contains at least 300/0 mol. of carbon dioxide, or at least 500/0 mol of carbon dioxide, or even at least 800/0 mol of carbon dioxide. The gas 1 is compressed in the three stages of the compressor C1 to a pressure of 7 bar abs to form the feed flow 5 rich in carbon dioxide. This flow 5 cools in the exchanger 6, and is sent to the phase separator V1. The liquid part 7 constitutes the liquid product rich in carbon dioxide and the gaseous part 11 enriched in a light impurity is heated in the exchanger 6 to form the flow 13.

Le débit 13 est comprimé dans le compresseur intermédiaire C2, puis refroidi formant le débit 17. Le débit 17 se refroidit dans l'échangeur 6 puis est envoyé au séparateur de phases V2. Le liquide 21 du séparateur de phases V2 est détendu puis renvoyé à l'entrée du séparateur de phases V1. Le gaz de tête 19 du séparateur de phases V2 est envoyé se chauffer dans l'échangeur 6. The flow 13 is compressed in the intermediate compressor C2, then cooled forming the flow rate 17. The flow 17 cools in the exchanger 6 and is sent to the phase separator V2. The liquid 21 of the phase separator V2 is expanded and returned to the input of the phase separator V1. The overhead gas 19 of the phase separator V2 is sent to heat in the exchanger 6.

Ensuite il est séparé dans le séparateur 15, par exemple un PSA, pour produire un débit riche en impureté légère, par exemple hydrogène, méthane ou monoxyde de carbone. Un débit 23 est un résidu. Au moins une partie des frigories est fournie par un cycle à un gaz riche en dioxyde de carbone. Ce gaz comprimé dans le compresseur C3 est refroidi pour former un liquide ou un fluide supercritique dans l'échangeur E, refroidi dans l'échangeur 6 puis divisé en plusieurs parties, ici trois. Une partie est détendue par la vanne 25 jusqu'à la pression la plus basse BP et envoyée à un séparateur de phases V3. La partie liquide et la partie gazeuse provenant du séparateur de phases V3 sont réchauffées dans l'échangeur 6 pour vaporiser la partie liquide et les deux parties réunies envoyées à l'entrée du compresseur C3. Une autre partie du fluide de cycle est détendue dans la vanne 27 à une pression HP, réchauffée dans l'échangeur 6 puis envoyée à un niveau intermédiaire du compresseur C3. La dernière partie du fluide de cycle est détendue dans la vanne 29 à une pression HHP, réchauffée dans l'échangeur 6 puis envoyée à un autre niveau intermédiaire du compresseur C3. De préférence il y a autant de vaporisations de liquide à des pressions différentes que d'étages dans le compresseur pour optimiser l'échange de chaleur. Un débit 3 est envoyé à un niveau intermédiaire du compresseur C1. Then it is separated in the separator 15, for example a PSA, to produce a flow rich in light impurity, for example hydrogen, methane or carbon monoxide. A flow 23 is a residue. At least some of the frigories are provided by a carbon dioxide-rich gas cycle. This compressed gas in the compressor C3 is cooled to form a liquid or a supercritical fluid in the exchanger E, cooled in the exchanger 6 and then divided into several parts, here three. A portion is expanded by the valve 25 to the lowest BP pressure and sent to a V3 phase separator. The liquid part and the gaseous part coming from the phase separator V3 are heated in the exchanger 6 to vaporize the liquid part and the two joined parts sent to the inlet of the compressor C3. Another part of the cycle fluid is expanded in the valve 27 at a pressure HP, reheated in the exchanger 6 and then sent to an intermediate level of the compressor C3. The last portion of the cycle fluid is expanded in the valve 29 at a pressure HHP, heated in the exchanger 6 and sent to another intermediate level of the compressor C3. Preferably there are as many liquid sprays at different pressures as there are stages in the compressor to optimize the heat exchange. A flow 3 is sent to an intermediate level of the compressor C1.

Dans la Figure 2, un gaz 9 généré pendant le remplissage d'un bateau avec un liquide riche en dioxyde de carbone, par exemple le liquide 7 est renvoyé au procédé de séparation, par exemple en amont du compresseur C2 pour être séparé dans le séparateur de phases V2. Il est possible de faire fonctionner le compresseur intermédiaire C2 et donc le séparateur de phases V2 uniquement quand le prix de l'électricité est en dessous d'un seuil donné (par exemple la nuit) et/ou uniquement quand la température de l'eau de refroidissement utilisée dans le refroidisseur E ou dans un des compresseurs Cl, C2, C3 après est en dessous d'un seuil donné. Par exemple quand le prix de l'électricité est au dessus de 60E/MWh et/ou la température de l'eau est au dessus de 28°C, le compresseur C2 ne fonctionne pas et le gaz 13 n'est pas purifié par une séparation à température subambiante. Le gaz 13 peut dans ce cas être rejeté à l'atmosphère ou traité par adsorption. Quand le prix de l'électricité est en dessous de 60E/MWh et/ou la température de l'eau est en dessous de 28°C, le procédé fonctionne comme illustré par la Figure 2 et le compresseur C2 comprime le gaz destiné au séparateur de phases V2. Le prix servant de seuil ou la température de seuil sont bien sûr à choisir à choisir en fonction des conditions locales. In FIG. 2, a gas 9 generated during the filling of a boat with a carbon dioxide-rich liquid, for example the liquid 7, is returned to the separation process, for example upstream of the compressor C2 to be separated in the separator. of phases V2. It is possible to operate the intermediate compressor C2 and therefore the phase separator V2 only when the price of electricity is below a given threshold (for example at night) and / or only when the water temperature The cooling system used in the cooler E or in one of the compressors C1, C2, C3 after is below a given threshold. For example when the electricity price is above 60E / MWh and / or the water temperature is above 28 ° C, the compressor C2 does not work and the gas 13 is not purified by a separation at subambient temperature. The gas 13 can in this case be rejected to the atmosphere or treated by adsorption. When the electricity price is below 60E / MWh and / or the water temperature is below 28 ° C, the process works as shown in Figure 2 and the compressor C2 compresses the gas intended for the separator of phases V2. The price serving as threshold or threshold temperature are of course to choose to choose according to local conditions.

Par exemple le compresseur C2 peut fonctionner uniquement le jour. Dans ce cas, l'appareil comprendra des moyens pour détecter le dépassement du seuil pour pouvoir arrêter le fonctionnement du compresseur C2. Pour les deux figures, afin de récupérer de l'énergie, une turbine peut détendre le gaz 11, 13, 19 et/ou être couplée au compresseur C2. For example, the compressor C2 can only operate during the day. In this case, the apparatus will comprise means for detecting the exceeding of the threshold in order to be able to stop the operation of the compressor C2. For the two figures, in order to recover energy, a turbine can relax the gas 11, 13, 19 and / or be coupled to the compressor C2.

Claims (10)

REVENDICATIONS1. Procédé de liquéfaction d'un gaz d'alimentation riche en dioxyde de carbone contenant au moins une impureté légère dans lequel le gaz est refroidi à une première pression dans un échangeur (6) et envoyé dans un premier séparateur de phases (V1) pour produire un liquide riche en dioxyde de carbone qui sert au moins partiellement de produit et un gaz enrichi en impureté légère, le gaz enrichi se réchauffe dans l'échangeur et au moins une partie des frigories nécessaires à la production du liquide sont fournies par un cycle de réfrigération dans lequel un gaz de cycle se réchauffe dans l'échangeur à au moins une pression, est comprimé, se refroidit dans l'échangeur et est détendu à au moins une pression pour être de nouveau refroidi. REVENDICATIONS1. A process for liquefying a carbon dioxide-rich feed gas containing at least a light impurity in which the gas is cooled to a first pressure in a heat exchanger (6) and sent to a first phase separator (V1) to produce a liquid rich in carbon dioxide which serves at least partially product and a gas enriched in light impurity, the enriched gas is heated in the exchanger and at least a portion of the frigories required for the production of the liquid are provided by a cycle of refrigeration in which a cycle gas is heated in the exchanger to at least one pressure, is compressed, cools in the exchanger and is expanded to at least one pressure to be cooled again. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le gaz de cycle est riche en dioxyde de carbone et, en particulier, est constitué au moins partiellement par une partie du gaz d'alimentation. The process of claim 1 wherein the ring gas is rich in carbon dioxide and, in particular, is at least partially formed by a portion of the feed gas. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel le gaz enrichi en impureté légère réchauffé est comprimé jusqu'à une deuxième pression supérieure à la première pression pour former un gaz comprimé, le gaz comprimé se refroidit dans l'échangeur (6) et est détendu à une troisième pression et envoyé dans un deuxième séparateur de phases (V2) pour former un gaz de tête riche en impureté légère et un liquide de cuve, le liquide de cuve est détendu et envoyé en amont du premier séparateur de phases (V1) et le gaz de tête se réchauffe dans l'échangeur. 3. Method according to one of claims 1 or 2 wherein the heated enriched light impurity gas is compressed to a second pressure greater than the first pressure to form a compressed gas, the compressed gas cools in the exchanger ( 6) and is expanded at a third pressure and sent to a second phase separator (V2) to form a light impurity rich overhead gas and a trough liquid, the trough liquid is expanded and fed upstream of the first separator. phases (V1) and the overhead gas is heated in the exchanger. 4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel le gaz enrichi en impureté légère réchauffé est comprimé dans un compresseur intermédiaire (C2) jusqu'à la deuxième pression supérieure à la première pression pour former le gaz comprimé, le gaz comprimé se refroidit dans l'échangeur (6) et est détendu à la troisième pression et envoyé dans le deuxième séparateur dephases (V2) pour former le gaz de tête riche en impureté légère et le liquide de cuve i) si le prix de l'électricité en dessous d'un seuil donné et/ou ii) si la température de l'eau de refroidissement du compresseur intermédiaire (C2) est en dessous d'un seuil. 4. A process according to claim 3 wherein the heated light impurity enriched gas is compressed in an intermediate compressor (C2) to the second pressure higher than the first pressure to form the compressed gas, the compressed gas cools in the heat exchanger (6) and is expanded at the third pressure and sent to the second separation separator (V2) to form the light impurity-rich overhead gas and the trough liquid i) if the price of electricity below a given threshold and / or ii) if the temperature of the cooling water of the intermediate compressor (C2) is below a threshold. 5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel i) si le prix de l'électricité au dessus d'un seuil donné et/ou ii) si la température de l'eau de refroidissement du compresseur intermédiaire (C2) est au dessus d'un seuil, le gaz enrichi en impureté légère est rejeté à l'atmosphère ou traité par un moyen autre qu'un refroidissement ou une séparation à température subambiante. 5. The method of claim 4 wherein i) if the price of electricity above a given threshold and / or ii) if the temperature of the cooling water of the intermediate compressor (C2) is above a threshold, the gas enriched in light impurity is released into the atmosphere or treated by means other than cooling or separation at subambient temperature. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le gaz de cycle se liquéfie pour former un liquide, le liquide ou au moins une partie de ce liquide se vaporise dans l'échangeur et est envoyé à un compresseur de cycle (C3), éventuellement plusieurs parties du liquide sont détendues chacune dans une vanne à une pression différente, chaque partie de gaz détendu étant réchauffée dans l'échangeur (6) à la pression à laquelle elle a été détendue. 6. Method according to one of the preceding claims wherein the cycle gas is liquefied to form a liquid, the liquid or at least a portion of this liquid vaporizes in the exchanger and is sent to a cycle compressor (C3). optionally, several parts of the liquid are each expanded in a valve at a different pressure, each portion of expanded gas being reheated in the exchanger (6) at the pressure at which it was relaxed. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel un gaz riche en dioxyde de carbone (9) provenant d'un stockage de dioxyde de carbone liquide (10) ou d'une autre source extérieure est mélangé avec le gaz enrichi en impureté légère en amont du réchauffage dans l'échangeur. The process according to one of the preceding claims wherein a carbon dioxide rich gas (9) from a storage of liquid carbon dioxide (10) or from another external source is mixed with the impurity enriched gas. light upstream of reheating in the exchanger. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel le stockage est un bateau (10) alimenté en liquide par un liquide produit par le procédé de liquéfaction. 30 8. The method of claim 7 wherein the storage is a boat (10) supplied with liquid by a liquid produced by the liquefaction process. 30 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le gaz de tête (19) est enrichi en hydrogène par rapport au gaz à la première pression (5) et dans lequel on sépare le gaz de tête en aval de l'échangeur par adsorption ou par perméation pour produire un gaz riche en hydrogène.25 9. Method according to one of the preceding claims wherein the overhead gas (19) is enriched in hydrogen relative to the gas at the first pressure (5) and wherein the head gas is separated downstream of the exchanger by adsorption or permeation to produce a hydrogen-rich gas. 10. Appareil de liquéfaction d'un gaz d'alimentation riche en dioxyde de carbone contenant au moins une impureté légère comprenant un échangeur de chaleur (6), un premier séparateur de phases (V1), un compresseur de cycle (C3), au moins une vanne de cycle (25, 27, 29), une conduite pour envoyer le gaz d'alimentation de l'échangeur de chaleur au premier séparateur de phases, une conduite pour soutirer un liquide du premier séparateur de phases qui sert au moins partiellement de produit et une conduite pour soutirer du premier séparateur de phases un gaz enrichi en impureté légère, une conduite pour envoyer le gaz enrichi se réchauffer dans l'échangeur et un cycle de réfrigération pour produire au moins une partie des frigories nécessaire comprenant une conduite pour envoyer le gaz de cycle du compresseur de cycle à des moyens de refroidissement pour le refroidir et éventuellement le liquéfier pour former un fluide refroidi, une conduite pour envoyer le fluide refroidi à l'échangeur de chaleur, une conduite pour sortir le fluide refroidi de l'échangeur de chaleur sous forme liquide, des moyens pour envoyer le liquide à l'échangeur et éventuellement des moyens pour diviser le liquide en au moins deux parties, des moyens pour détendre le liquide ou chaque partie du liquide à une pression différente et des conduites pour envoyer le liquide détendu ou les liquides détendus à l'échangeur de chaleur pour former le gaz réchauffé ou des gaz réchauffés et au moins une conduite pour envoyer le ou les gaz réchauffé(s) au compresseur de cycle.25 Apparatus for liquefying a carbon dioxide-rich feed gas containing at least one light impurity comprising a heat exchanger (6), a first phase separator (V1), a cycle compressor (C3), at minus one cycle valve (25, 27, 29), one conduit for supplying the feed gas of the heat exchanger to the first phase separator, a conduit for withdrawing a liquid from the first phase separator which serves at least partially product and a line for withdrawing from the first phase separator a gas enriched with light impurity, a pipe for sending the enriched gas to heat up in the exchanger and a refrigeration cycle for producing at least a portion of the necessary refrigerants comprising a pipe for sending the cycle compressor cycle gas to cooling means for cooling it and possibly liquefying it to form a cooled fluid, a conduit for sending cooled fluid di to the heat exchanger, a conduit for withdrawing the cooled fluid from the heat exchanger in liquid form, means for sending the liquid to the exchanger and optionally means for dividing the liquid into at least two parts, means for expanding the liquid or each portion of the liquid to a different pressure and conduits for feeding the expanded liquid or the expanded liquids to the heat exchanger to form the heated gas or heated gases and at least one line for delivering the the gases reheated at the cycle compressor.
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