WO2004007061A2 - Procede et dispositif d’injection de co2 diphasique dans un milieu gazeux en transfert - Google Patents

Procede et dispositif d’injection de co2 diphasique dans un milieu gazeux en transfert Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for injecting two-phase CO, "gas + solid" in a gaseous transfer medium.
  • CO 2 is used in many industrial applications; carbonation, pH regulation, neutralization of basic agents are examples among others.
  • Carbon dioxide can be injected into a liquid medium or a gaseous medium.
  • CO 2 is injected in gaseous form, or liquid depending on the case.
  • EP 0 631 846 describes an apparatus intended to produce an aerosol for cleaning the interior surfaces of a tool chamber.
  • EP 0 288 263 describes an apparatus for removing small particles from the surface of a substrate using a mixture of solid and gaseous carbon dioxide.
  • US 4,389,820 describes a machine intended to generate a flow of accelerated sublimable particles for surface stripping.
  • the use of CO 2 prevents surface contamination as well as atmospheric contamination.
  • FR 2 198 778 describes a process and an apparatus for the preparation of foundry molds, a process in which carbon dioxide gas is used for the delivery of gaseous components in catalytic quantity, both during the gasification of the mixture of liquid chemical components and when adjusting the quantities of components to be added.
  • An object of the present invention is to provide a solution to the problem of injecting carbon dioxide, especially in large quantities, into chambers containing a reactive or non-reactive gaseous medium, in transit under pressure.
  • Another object is to propose an injection device capable of implementing this process.
  • the invention relates first of all to a method of injecting carbon dioxide into a gaseous medium under transfer under pressure to be treated, present inside an enclosure, from liquid carbon dioxide; the process comprising the steps of: - transformation of the liquid carbon dioxide into two-phase "gas + solid" carbon dioxide by a direct expansion device,
  • the carbon dioxide injected is in the "gas + solid" form, the injection takes place directly into the gaseous medium to be treated, through a wall of the enclosure which contains the medium to be treated.
  • the enclosure may for example be a pipe or pipe present in a circuit.
  • the transformation of liquid carbon dioxide into two-phase carbon dioxide involves a direct expansion device called cryogenic expansion.
  • the device, of the variable flow valve type first causes a restriction in the flow of the fluid, then an increase in the flow diameter has the effect of relaxing the gas causing a loss of pressure so that the pressure in output of the device corresponds to that of the triple point of CO 2 .
  • Liquid CO 2 is transformed into a mixture of CO 2 gas and solid CO 2 (dry ice).
  • the process of the invention uses a cryogenic fluid with a density at least twenty times greater than its gas phase.
  • the injection of carbon dioxide involves an injector which is inserted into the wall of the enclosure and transfers the "gas + solid" mixture to the center of the transfer channel for the gaseous medium.
  • the injection of a gas inerting in carbon dioxide, at the outlet of the cryogenic valve prevents blockages at the outlet of said valve and at the outlet of injector, in the gaseous medium.
  • the inerting gas ensuring a gas sweep at the level of the various elements of the device where the two- phase CO 2 circulates, prevents pollution by foreign bodies, in particular humidity, and prevents the accumulation of carbon dioxide snow at points where the geometry its circulation would be difficult without entrainment by the inerting gas.
  • Liquid CO 2 is made available at a pressure generally between 10.10 5 and 22.10 5 Pa (i.e. between 10 and 22 bars) and at a temperature generally between -35 ° C and -20 ° C.
  • the two-phase carbon dioxide is injected in such a way that it is injected into the heart of the gaseous medium and distributed partly in co-current and partly in counter-current to the gas flow.
  • injecting carbon dioxide into the heart of the gas that is to say into the gas stream far from the walls, ensures the best possible mixing and entrainment of CO 2 , thus preventing its accumulation.
  • the risk of formation of plugs is very great given the temperature of this CO 2 (-80 ° C), it is therefore essential to immediately disperse it in the gaseous medium to be treated.
  • the presence of the inerting gas injected into the two- phase CO 2 according to the invention also makes it possible to limit the risk of blockages.
  • This inerting gas must be inert vis-à-vis the chemical species present as well as regulatory bodies (flow control valves, injector specific to the invention, etc.). It is particularly advantageous to use as inerting gas carbon dioxide originating from the vaporization of a fraction of the liquid carbon dioxide made available, and taken upstream of the cryogenic expansion. It should be noted that C0 2 which does not introduce a new chemical species can by extension also be considered as an inert gas.
  • the quantity of carbon dioxide injected is preferably regulated as a function of a set point of a physical or chemical parameter to be reached, the measurement of this parameter is carried out in the gaseous medium, downstream of the injection point.
  • cryogenic valve with variable flow of the invention is controlled as a function of this instruction.
  • an all-or-nothing cryogenic safety valve can also be placed upstream of the variable-flow cryogenic valve to cut off the supply of liquid CO 2 in the event of a malfunction, for example if the pressure is too high. high in the gaseous medium to be treated, if the temperature is too low or if another parameter, considered to be major, has exceeded an alert threshold.
  • the operator of the installation can also order this valve. When the power supply to the cryogenic valve with variable flow is cut, the protection of the sensitive elements of the device by a low flow of the inerting gas is maintained.
  • the invention relates to a process for enriching a gas stream with carbon dioxide from liquid carbon dioxide.
  • the invention also relates to a device for injecting carbon dioxide for implementing one of the methods as defined above, characterized in that it comprises:
  • variable-flow expansion valve intended to be supplied with liquid carbon dioxide
  • injector inserted into a wall of the enclosure and penetrating into the heart of the gaseous medium
  • the end of the injector consists of:
  • the injector enters the enclosure over a length equivalent to half the width of said enclosure and according to a preferred variant, the device comprises for supplying inerting gas to the injection device, upstream cryogenic expansion device, means for sampling and vaporizing a fraction of the liquid carbon dioxide made available.
  • the device can therefore operate by being connected to a single carbon dioxide supply source. It is also possible to use an inert gas present at the place of application or compressed air, it being understood that the inerting gas must not modify the behavior of the mixture obtained, and must not be contraindicated for the material. .
  • An embodiment of the invention is given by way of nonlimiting example, illustrated by Figure 1 which is a schematic view of a device according to the invention and by Figures 2 and 2A which show an example of an injector according to the invention, the
  • Figure 2A being a sectional view along the axis AA of the end of the injector of Figure 2.
  • the injection device 1 is intended to supply two-phase carbon dioxide "gas + liquid" in a gaseous medium 2, under transfer under pressure in an enclosure 3, and this from a storage tank 4 of carbon dioxide liquid in which the liquid carbon dioxide is stored at a pressure between 14.10 5 and 20.10 5 Pa (i.e. between 14 and 20 bars) and at a temperature between -35 ° C and -20 ° C
  • the device 1 comprises a liquid CO 2 supply line formed by a liquid line 5 extending from the reservoir 4 to a cryogenic valve with variable flow rate 6 which regulates a parameter "A" measured in the medium gas 2 downstream of the injection point.
  • a filter 7 fitted with a stainless steel filter cartridge is placed upstream of the valve 6, it filters the liquid carbon dioxide in order to protect the valve seat from solid impurities which may be present in the pipes.
  • an all-or-nothing type cryogenic safety valve 8 which cuts off the cryogenic CO 2 supply to the valve 6 when the control member 9 detects a overshoot of a safety parameter under control.
  • a cryogenic expansion valve not shown in the Figure, protects the line downstream of the safety valve 8 after the latter has closed.
  • the device 1 further comprises a line for supplying inerting gas, which in this case is gaseous CO 2 ; the line is formed in the order of a vaporizer 10, a pressure reducer 11, a manually adjusted flow valve 12, a flow meter with transmitter 13 and a non-return valve, 14.
  • a line for supplying inerting gas which in this case is gaseous CO 2 ; the line is formed in the order of a vaporizer 10, a pressure reducer 11, a manually adjusted flow valve 12, a flow meter with transmitter 13 and a non-return valve, 14.
  • a tee 15, supplied in the upper part with two- phase CO 2 coming from the ejector situated at the outlet of the valve 6, on the side in inerting gas (gaseous CO 2 ) is connected in the lower part to an injector 16 ensuring the injection of the two- phase CO 2 mixture into the gaseous medium 2 by transfer under pressure into the enclosure 3.
  • the injector 16 transfers the CO 2 to the center of the gaseous medium transfer pipe.
  • the interior of the tee 15 and of the injector 16 are protected from the medium to be treated by means of a low but permanent flow rate of the inerting gas.
  • a control and regulation unit for the "A" parameter measures the value of the "A” parameter in the transfer line, processes - via the control device 9 - the signal received from “A” as well as the signals which come from the various safety parameters monitored (temperature and pressure of the gaseous medium to be treated, etc.).
  • the opening level of the cryogenic valve with variable flow rate 6 to ensure that the parameter "A” is maintained at its set value; it also controls the closing of the cryogenic safety valve 8 in the event of a major fault affecting a safety parameter, or in the event of refusal of processing authorization on the part of the operator, as well as the opening or closing of the vent valve depending on the operating mode, generally synchronous with the other valves.
  • the injector 16 is supplied with two- phase CO 2 coming from the ejector 17 at the outlet of the valve 6 and with inerting gas consisting of gaseous C0 2 . This supply is made via the tee 15 which receives the inerting C0 2 at the side inlet 18 and the two- phase CO 2 from 17 in the upper part.
  • the injector 16 made of a heat-insulating material, for example made of polysulfone, conducts the "gas + solid" mixture towards the center of the pipe 3 for transferring the gaseous medium 2.
  • the injector 16 is provided: - at its end with a deflector 19 with two slopes, forming an angle of 60 ° to orient part of the two- phase CO 2 against the current of the gaseous medium 2 in circulation, and the other part co-current
  • the process of the invention is implemented for enriching CO 2 with natural gas combustion fumes.
  • the parameter "A" to be regulated is the CO 2 content of these fumes. Initially at approximately 8% CO 2 , the fumes are enriched by the process of the invention up to contents of between 12 and 18%, for their subsequent use in a papermaking process.
  • the smoke flow is around 12,000 m 3 / h.
  • the amount of CO 2 used is around 1,200 m 3 / h CO 2 (gas equivalent) to reach 16% CO 2 in the flue gases.
  • the fumes thus enriched are intended in particular for the manufacture of calcium carbonate.
  • the presence of water vapor in these fumes creates, due to the interface between the hot fumes and the cryogenic source, problems linked to the risk of ice formation, in particular at the level of the lights of the injector. This risk is avoided thanks to the permanent inerting of the injector by a neutral and dry gas.
  • the method of the invention is particularly applicable in many fields using CO 2 as a raw material.
  • the enrichment implemented according to the invention not using gaseous CO 2 emerges from the dimensional constraints and the drawbacks which are linked to it.
  • the invention is thus particularly suitable for industrial installations having fumes containing CO 2 , a polluting agent in the state, and moreover using CO 2 as a raw material.
  • the method of the invention can also be used in cases where it is desired to treat CO 2 with a gaseous transfer medium.
  • the process of the invention can thus be applied advantageously to the CO 2 enrichment of fumes for the manufacture of calcium carbonate for the paper industry.

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Abstract

L'invention concerne un procédé d'injection de dioxyde de carbone diphasique « gaz+solide » dans un milieu gazeux en transfert dans lequel on transforme par détente cryogénique du CO2 liquide en CO2 diphasique que l'on injecte au coeur du milieu gazeux à traiter, en présence d'un gaz d'inertage. L'invention concerne également un dispositif adapté à la mise en oeuvre de ce procédé.

Description

Procédé et dispositif d'injection de CO2 diphasique dans un milieu gazeux en transfert.
L'invention concerne un procédé et un dispositif d'injection de CO diphasique, « gaz+solide » dans un milieu gazeux en transfert.
Le CO2 est utilisé dans de nombreuses applications industrielles ; la carbonatation, la régulation de pH, la neutralisation d'agents basiques en sont des exemples parmi d'autres. Le dioxyde de carbone peut être injecté dans un milieu liquide ou un milieu gazeux. Dans un milieu liquide, le CO2 est injecté sous forme gazeuse, ou liquide suivant les cas.
Lorsqu'il s'agit d'injecter du dioxyde de carbone dans un milieu gazeux, la solution habituelle consiste à l'injecter sous forme monophasique gazeuse. Le plus souvent livré sous forme liquéfiée et stocké sous cette forme dans un réservoir, à une pression de l'ordre de 14 à 20 bars et à une température de l'ordre de -35 à -20 °C, il est donc nécessaire de le vaporiser. Cette vaporisation nécessite la présence sur site d'un vaporiseur ; ce qui implique un coût important, à la fois de fonctionnement, mais aussi d'investissement, que l'énergie soit d'origine électrique ou fournie par de la vapeur disponible sur le site. Par ailleurs, la ligne d'alimentation en dioxyde de carbone gazeux, ainsi que les accessoires associés (vannes, soupapes, etc..) sont volumineux et coûteux. Ainsi, les dispositifs classiques d'injection de dioxyde de carbone dans un milieu gazeux ne sont pas optimisés ; ces dispositifs ne sont notamment pas adaptés dans le cas de l'injection de quantités importantes de CO2.
On connaît par ailleurs l'utilisation de CO2 sous forme solide, ou de neige carbonique pour le nettoyage de surfaces. US 4,747,421 décrit l'utilisation de CO2 solide dans le domaine de l'industrie des semi-conducteurs pour l'élimination d'un film photorésistant à la surface d'un substrat.
EP 0 631 846 décrit un appareil destiné à produire un aérosol pour nettoyer les surfaces intérieures d'une chambre à outils.
EP 0 288 263 décrit un appareil pour éliminer des petites particules de la surface d'un substrat en utilisant un mélange de dioxyde de carbone solide et gazeux.
US 4,389,820 décrit une machine destinée à générer un flux de particules sublimables accélérées pour le décapage de surface. L'utilisation de CO2 évite la contamination des surfaces ainsi que la contamination atmosphérique.
Par ailleurs, FR 2 198 778 décrit un procédé et un appareillage pour la préparation de moules de fonderie, procédé dans lequel du dioxyde de carbone gazeux est utilisé pour la délivrance de composants gazeux en quantité catalytique, à la fois lors de la gazéification du mélange de composants chimiques liquides et lors de l'ajustement des quantités de composants à ajouter.
Cependant, aucun des documents cités n'a pour objet l'enrichissement en C02 d'un milieu gazeux en transfert.
Un but de la présente invention est de proposer une solution au problème d'injection de dioxyde de carbone notamment en quantité importante, dans des enceintes contenant un milieu gazeux réactif ou non, en transit sous pression.
Un autre but est de proposer un dispositif d'injection susceptible de mettre en oeuvre ce procédé.
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre. L'invention concerne tout d'abord un procédé d'injection de dioxyde de carbone dans un milieu gazeux en transfert sous pression à traiter, présent à l'intérieur d'une enceinte, à partir de dioxyde de carbone liquide ; le procédé comportant les étapes de : - transformation du dioxyde de carbone liquide en dioxyde de carbone diphasique "gaz + solide" par un dispositif de détente directe,
- injection du dioxyde de carbone diphasique ainsi formé dans le milieu gazeux à traiter à l'aide d'un injecteur piqué dans la paroi de l'enceinte contenant ledit milieu gazeux en transfert sous pression à traiter, - ainsi qu'une étape d'injection d'un gaz d'inertage dans le dioxyde de carbone, entre le dispositif de détente directe et l'injecteur.
Le dioxyde de carbone injecté est sous la forme "gaz+solide", l'injection se fait directement dans le milieu gazeux à traiter, au travers d'une paroi de l'enceinte qui renferme le milieu à traiter. L'enceinte peut être par exemple une conduite ou canalisation présente dans un circuit. La transformation du dioxyde de carbone liquide en dioxyde de carbone diphasique fait intervenir un dispositif de détente directe dite détente cryogénique. Le dispositif, du type vanne à débit variable, provoque d'abord une restriction à l'écoulement du fluide, puis une augmentation du diamètre d'écoulement a pour effet de détendre le gaz provoquant une perte de pression de telle sorte que la pression en sortie du dispositif corresponde à celle du point triple du CO2. Le CO2 liquide se transforme en un mélange de CO2 gazeux et de CO2 solide (neige carbonique). Ainsi, lors de l'injection, le procédé de l'invention met en oeuvre un fluide cryogénique d'une densité au moins vingt fois plus grande que sa phase gaz. L'injection du dioxyde de carbone fait intervenir un injecteur qui est piqué dans la paroi de l'enceinte et transfère le mélange "gaz+solide" vers le centre de la canalisation de transfert du milieu gazeux. En outre, l'injection d'un gaz d'inertage dans le dioxyde de carbone, en sortie de la vanne cryogénique prévient les bouchages en sortie de ladite vanne et en sortie d'injecteur, dans le milieu gazeux. Le gaz d'inertage, assurant un balayage de gaz au niveau des différents éléments du dispositif où circule le CO2 diphasique prévient la pollution par des corps étrangers, notamment l'humidité et évite l'accumulation de neige carbonique en des points où la géométrie fait que sa circulation serait difficile sans l'entraînement par le gaz d'inertage.
Le CO2 liquide est mis à disposition à une pression généralement comprise entre 10.105 et 22.105 Pa (soit entre 10 et 22 bars) et à une température généralement comprise entre -35°C et -20°C.
Selon un mode particulier, on injecte le dioxyde de carbone diphasique de telle sorte qu'il soit injecté au cœur du milieu gazeux et distribué pour partie à co- courant et pour partie à contre-courant du flux gazeux. En injectant de la sorte le dioxyde de carbone au cœur du gaz, c'est-à-dire dans le courant gazeux loin des parois on assure au mieux le mélange et l'entraînement du CO2, évitant ainsi son accumulation. Or, le risque de formation de bouchons est très grand compte tenu de la température de ce CO2 ( -80°C), il est donc essentiel de disperser immédiatement celui-ci dans le milieu gazeux à traiter. Outre la géométrie de l'injecteur, la présence du gaz d'inertage, injecté dans le CO2 diphasique selon l'invention permet aussi de limiter le risque de bouchons.
Ce gaz d'inertage doit être inerte vis-à-vis des espèces chimiques présentes ainsi que des organes de régulations (vannes de régulation de débit, injecteur spécifique à l'invention, etc.). Il est particulièrement avantageux d'utiliser en tant que gaz d'inertage du dioxyde de carbone provenant de la vaporisation d'une fraction du dioxyde de carbone liquide mis à disposition, et prélevé en amont du dispositif de détente cryogénique. On notera que le C02 n'introduisant pas une nouvelle espèce chimique peut par extension être considéré aussi comme un gaz inerte.
La quantité de dioxyde de carbone injectée est de préférence régulée en fonction d'une consigne d'un paramètre physique ou chimique à atteindre, la mesure de ce paramètre est réalisée dans le milieu gazeux, en aval du point d'injection.
Ainsi, la vanne cryogénique à débit variable de l'invention est pilotée en fonction de cette consigne.
Par ailleurs, une vanne cryogénique de sécurité du type tout ou rien peut aussi être placée en amont de la vanne cryogénique à débit variable pour réaliser la coupure de l'alimentation en CO2 liquide en cas de dysfonctionnement, par exemple si la pression est trop élevée dans le milieu gazeux à traiter, si la température y est trop basse ou si un autre paramètre, considéré comme majeur a dépassé un seuil d'alerte. L'exploitant de l'installation peut aussi commander cette vanne. Lorsque l'alimentation de la vanne cryogénique à débit variable est coupée, la protection des éléments sensibles du dispositif par un débit faible du gaz d'inertage est maintenue.
Selon un autre aspect, l'invention concerne un procédé d'enrichissement d'un flux gazeux en dioxyde de carbone à partir de dioxyde de carbone liquide.
Selon un mode particulier, il comporte les étapes suivantes :
- transformation du dioxyde de carbone liquide en dioxyde de carbone diphasique "gaz + solide" par un dispositif de détente directe,
- injection du dioxyde de carbone diphasique ainsi formé dans le flux gazeux à enrichir à l'aide d'un injecteur piqué dans la paroi de l'enceinte contenant ledit flux gazeux à enrichir, et en ce qu'il comporte une étape d'injection d'un gaz d'inertage dans le dioxyde de carbone, entre le dispositif de détente directe et Pinjecteur. L'invention concerne également un dispositif d'injection de dioxyde de carbone pour mettre en œuvre l'un des procédés tels que définis précédemment, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une vanne de détente à débit variable (destinée à être alimentée en dioxyde de carbone liquide) et un injecteur correspondant piqué dans une paroi de l'enceinte et pénétrant au cœur du milieu gazeux, (
- un té relié en partie supérieure à l'éjecteur de la vanne de détente (il est entendu par vanne de détente, la vanne à débit variable), sur le côté à une alimentation gazeuse et raccordé en partie basse à l'injecteur piqué dans ladite paroi, - des moyens d'alimentation de la vanne de détente en CO2 liquide,
- des moyens d'alimentation du té en gaz d'inertage.
De manière judicieuse, l'extrémité de l'injecteur est constituée :
- d'un déflecteur à deux pentes distribuant le CO2 diphasique pour partie à contre- courant du flux gazeux et pour partie à co-courant, - de deux lumières d'échappement assurant l'éjection du CO2 diphasique et disposées de façon à le distribuer dans l'axe du transfert du flux gazeux.
De préférence, l'injecteur pénètre dans l'enceinte sur une longueur équivalente à la moitié de la largeur de ladite enceinte et selon une variante préférée, le dispositif comporte pour l'alimentation en gaz d'inertage du dispositif d'injection, en amont du dispositif de détente cryogénique, des moyens de prélèvement et de vaporisation d'une fraction du dioxyde de carbone liquide mis à disposition. Le dispositif peut donc fonctionner en étant relié à une seule source d'alimentation en dioxyde de carbone. On pourra aussi utiliser un gaz inerte présent sur le lieu de l'application ou de l'air comprimé étant entendu que le gaz d'inertage ne doit pas modifier le comportement du mélange obtenu, et ne doit pas être contre-indiqué pour le matériel. Un mode de réalisation de l'invention est donné à titre d'exemple non limitatif, illustré par la Figure 1 qui est une vue schématique d'un dispositif selon l'invention et par les Figures 2 et 2A qui représentent un exemple d'injecteur selon l'invention, la
Figure 2A étant une vue en coupe selon l'axe AA de l'extrémité de l'injecteur de la Figure 2.
Le dispositif d'injection 1 est destiné à fournir du dioxyde de carbone diphasique "gaz+liquide" dans un milieu gazeux 2, en transfert sous pression dans une enceinte 3, et ceci à partir d'un réservoir de stockage 4 de dioxyde de carbone liquide dans lequel le dioxyde de carbone liquide est stocké à une pression comprise entre14.105 et 20.105 Pa (soit entre 14 et 20 bars) et à une température comprise entre -35°C et -20°C
Le dispositif 1 comprend une ligne d'alimentation en CO2 liquide formée d'une conduite de liquide 5 s'étendant du réservoir 4 à une vanne cryogénique à débit variable 6 laquelle assure la régulation d'un paramètre "A" mesuré dans le milieu gazeux 2 en aval du point d'injection. Un filtre 7 équipé d'une cartouche filtrante en acier inoxydable est placé en amont de la vanne 6, il assure une filtration du dioxyde de carbone liquide afin de protéger le siège de vanne des impuretés solides pouvant être présentes dans les canalisations. Interposée sur la conduite 5, en amont du filtre 7, on trouve une vanne cryogénique de sécurité du type tout ou rien 8 laquelle réalise la coupure de l'alimentation en CO2 cryogénique de la vanne 6 lorsque l'organe de contrôle 9 détecte un dépassement de seuil d'un paramètre de sécurité sous contrôle. Une soupape cryogénique d'expansion, non représentée sur la Figure protège la ligne en aval de la vanne de sécurité 8 après la fermeture de celle-ci.
Le dispositif 1 comprend en outre une ligne d'alimentation en gaz d'inertage, lequel dans ce cas est du CO2 gazeux ; la ligne est constituée dans l'ordre d'un vaporiseur 10, d'un détendeur 11 , d'une vanne de débit réglée manuellement 12, d'un débitmètre avec transmetteur 13 et d'un clapet anti-retour ,14.
Un té 15, alimenté en partie supérieure en CO2 diphasique provenant de l'éjecteur situé en sortie de la vanne 6, sur le côté en gaz d'inertage (CO2 gazeux) est raccordé en partie basse à un injecteur 16 assurant l'injection du mélange de CO2 diphasique dans le milieu gazeux 2 en transfert sous pression dans l'enceinte 3.
L'injecteur 16 réalise le transfert du CO2 vers le centre de la canalisation de transfert du milieu gazeux. Lorsqu'il n'y a pas d'injection de CO2, l'intérieur du té 15 et de l'injecteur 16 sont protégés du milieu à traiter grâce à un débit faible mais permanent du gaz d'inertage.
Une unité de contrôle-régulation du paramètre "A" assure la mesure de la valeur du paramètre "A" dans la canalisation de transfert, traite -via l'organe de contrôle 9- le signal reçu de "A" ainsi que les signaux qui proviennent des différents paramètres de sécurité suivis (température et pression du milieu gazeux à traiter,...). Elle pilote en fonction de "A" le niveau d'ouverture de la vanne cryogénique à débit variable 6 pour assurer le maintien du paramètre "A" à sa valeur de consigne ; elle pilote aussi la fermeture de la vanne cryogénique de sécurité 8 en cas de défaut majeur affectant un paramètre de sécurité, ou en cas de refus d'autorisation de traitement de la part de l'exploitant, ainsi que l'ouverture ou la fermeture de la vanne de mise à l'air en fonction du mode de fonctionnement, en général synchrone des autres vannes. Ce pilotage de l'unité de contrôle est assuré à partir d'informations communiquées par les transmetteurs de mesure AIT (mesure du paramètre "A"), PIT (mesure de la pression dans le milieu gazeux 2), TT (mesure de la température du milieu 2) non référencés. D'autres éléments, non décrits peuvent être incorporés à cette unité de contrôle, notamment des informations binaires, du type autorisations ou d'autres paramètres spécifiques du procédé. La Figure 2 représente de façon plus détaillée un exemple d'injecteur selon l'invention.
L'injecteur 16 est alimenté en CO2 diphasique provenant de l'éjecteur 17 en sortie de la vanne 6 et en gaz d'inertage constitué de C02 gazeux. Cette alimentation est réalisée via le té 15 lequel reçoit le C02 d'inertage au niveau de l'entrée latérale 18 et le CO2 diphasique issu de 17 en partie supérieure. L'injecteur 16 réalisé dans une matière thermo-isolante, par exemple en polysulfone, conduit le mélange «gaz+solide» vers le centre de la canalisation 3 de transfert du milieu gazeux 2.
L'injecteur 16 est muni : - à son extrémité d'un déflecteur 19 à deux pentes, formant un angle de 60° pour orienter une partie du CO2 diphasique à contre-courant du milieu gazeux 2 en circulation, et l'autre partie à co-courant
- en sa partie basse de deux lumières d'échappement 20 lesquelles assurent l'éjection du CO2 diphasique, même à faible débit et sa distribution dans l'axe du transfert du milieu gazeux, sans en entraver la sortie grâce à leur disposition dans l'axe du transfert.
EXEMPLE
Le procédé de l'invention est mis en œuvre pour l'enrichissement en CO2 de fumées de combustion de gaz naturel. Le paramètre "A" à réguler est la teneur en CO2 de ces fumées. Initialement à environ 8% de CO2, les fumées sont enrichies par le procédé de l'invention jusqu'à des teneurs comprises entre 12 et 18 %, pour leur utilisation ultérieure dans un procédé de fabrication du papier. Le débit de fumée est de l'ordre de 12 000 m3 /h. La quantité de CO2 utilisée est d'environ 1200 m3/h CO2 (équivalent gaz) pour atteindre 16% de CO2 dans les fumées. Les fumées ainsi enrichies sont destinées notamment à la fabrication de carbonate de calcium. La présence de vapeur d'eau dans ces fumées crée en raison de l'interface entre les fumées chaudes et la source cryogénique des problèmes liés au risque de formation de glace, notamment au niveau des lumières de l'injecteur. Ce risque se trouve écarté grâce à l'inertage permanent de l'injecteur par un gaz neutre et sec. Le procédé de l'invention est notamment applicable dans de nombreux domaines faisant appel au CO2 comme matière première. L'enrichissement mis en œuvre selon l'invention ne faisant pas appel au CO2 gazeux se dégage des contraintes de dimensionnements et des inconvénients qui y sont liés.
L'invention est ainsi particulièrement adaptée pour des installations industrielles disposant de fumées contenant du CO2, agent polluant en l'état, et utilisant par ailleurs du CO2 comme matière première.
Le procédé de l'invention peut aussi être utilisé dans les cas où on souhaite traiter au CO2 un milieu gazeux en transfert.
Il est aussi apte à assurer une régulation de pH en utilisant des fumées dopées au CO2.
Le procédé de l'invention peut ainsi être appliqué avantageusement à l'enrichissement en CO2 de fumées pour la fabrication de carbonate de calcium pour l'industrie papetière.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'injection de dioxyde de carbone dans un milieu gazeux en transfert sous pression à traiter présent à l'intérieur d'une enceinte à partir de dioxyde de carbone liquide, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - transformation du dioxyde de carbone liquide en dioxyde de carbone diphasique "gaz + solide" par un dispositif de détente directe,
- injection du dioxyde de carbone diphasique ainsi formé dans le milieu gazeux à traiter à l'aide d'un injecteur piqué dans la paroi de l'enceinte contenant ledit milieu gazeux en transfert sous pression à traiter, et en ce qu'il comporte une étape d'injection d'un gaz d'inertage dans le dioxyde de carbone, entre le dispositif de détente directe et l'injecteur.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'on injecte le dioxyde de carbone diphasique de telle sorte qu'il soit injecté au cœur du milieu gazeux et distribué pour partie à co-courant et pour partie à contre-courant du flux gazeux .
3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le gaz d'inertage est du dioxyde de carbone provenant de la vaporisation d'une fraction du dioxyde de carbone liquide mis à disposition, et prélevé en amont du dispositif de détente.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la quantité de dioxyde de carbone injectée dans le milieu gazeux à traiter est régulée en fonction d'une consigne d'un paramètre physique ou chimique à atteindre, mesurée dans le milieu gazeux, en aval du point d'injection.
5. Procédé d'enrichissement d'un flux gazeux en dioxyde de carbone à partir de dioxyde de carbone liquide.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - transformation du dioxyde de carbone liquide en dioxyde de carbone diphasique "gaz + solide" par un dispositif de détente directe,
- injection du dioxyde de carbone diphasique ainsi formé dans le flux gazeux à enrichir à l'aide d'un injecteur piqué dans la paroi de l'enceinte contenant ledit flux gazeux à enrichir, et en ce qu'il comporte une étape d'injection d'un gaz d'inertage dans le dioxyde de carbone, entre le dispositif de détente directe et l'injecteur.
7. Dispositif d'injection de dioxyde de carbone pour mettre en œuvre le procédé de l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend: - une vanne de détente à débit variable et un injecteur correspondant piqué dans une paroi de l'enceinte et pénétrant au cœur du milieu gazeux,
- un té relié en partie supérieure à l'éjecteur de la vanne de détente, sur le côté à une alimentation gazeuse et raccordé en partie basse à l'injecteur piqué dans ladite paroi,
- des moyens d'alimentation de la vanne de détente en dioxyde de carbone liquide, - des moyens d'alimentation du té en gaz d'inertage.
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'extrémité de l'injecteur est constituée:
- d'un déflecteur à deux pentes distribuant le CO2 diphasique pour partie à contre- courant du flux gazeux et pour l'autre partie à co-courant, - de deux lumières d'échappement assurant l'éjection du CO2 diphasique et disposées de façon à distribuer le mélange dans l'axe du transfert du flux gazeux.
9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que l'injecteur pénètre dans l'enceinte sur une longueur équivalente à la moitié de la largeur de ladite enceinte.
10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte pour l'alimentation en gaz d'inertage du dispositif d'injection, en amont du dispositif de détente cryogénique, des moyens de prélèvement et de vaporisation d'une fraction du dioxyde de carbone liquide mis à disposition.
11. Application du procédé selon l'une des revendications 5 ou 6 pour la fabrication de carbonate de calcium.
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