WO2009071816A2 - Procede et appareil de sechage d'un debit de gaz riche en dioxyde de carbone - Google Patents

Procede et appareil de sechage d'un debit de gaz riche en dioxyde de carbone Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for compressing and drying a flow of carbon dioxide-rich gas, for example containing more than 50 mol%. of carbon dioxide.
  • US-A-200760028772 discloses a process according to the preamble of claim 1.
  • the combustion fumes are loaded with carbon dioxide and other acid gases (NO x , SO x ) and of course wet.
  • the CO 2 concentration easily reaches 80% by volume.
  • the invention consists in pressurizing the bottles with hot gas, for example CO2, to avoid the problem mentioned above.
  • the portion of the carbon dioxide-rich gas compressed in the compressor taken upstream of the cooler expands in the bottle to a temperature above 0 ° C.
  • one possibility is not to sufficiently cool the fumes using a circuit for bypassing cooling water around the final refrigerant for example.
  • This kind of solution has the risk of not being reliable enough because cooling water flow rates are generally not well controlled.
  • the proposed solution is to draw a small line of CO2 at the outlet of the compressor, stitched before the final refrigerant, which allows to pressurize the desiccant bottles.
  • a gas rich in carbon dioxide contains water and other impurities, such as oxygen, nitrogen, argon, acid gases (NO x , SO x ) .... In order to be able to purify the gas by a subsequent distillation step, it is necessary first to dry it.
  • the gas 1 is compressed from 1 bar in a stainless steel compressor 3 to produce a compressed gas at between 3 and 45 bar, for example at about 30 bar.
  • the compressor 3 is connected to the drying apparatus 13 via a pipe 9 through a cooling apparatus 11 and via a pipe 7 without a cooling apparatus.
  • the drying apparatus 13 operates in a known manner with a cycle in which one of the bottles 17 serves to purify the gas while the other is regenerated by a regeneration gas, in this case a portion of the dry gas 21.
  • a regeneration gas in this case a portion of the dry gas 21.
  • all the gas 5 is sent to the pipe 9, cooled by the cooling apparatus 11 and dried in the drying apparatus 13 to produce a dry gas 21 to 30 bars, a portion 15 is recycled to one of the bottles to pressurize it.
  • the dry gas is not available.
  • At least a portion of the gas 5 is diverted to the pipe 7 through the open valve 19 to obtain a bottle 17 of the drying apparatus at the outlet temperature of the last stage of the compressor 3 and to a pressure similar to the outlet pressure of the compressor 3.
  • the flow 7 is at a temperature higher than the inlet temperature of the gas 9 in the adsorption unit.
  • this flow rate 7 can pressurize the bottle 17 at the pressure required only for starting up the apparatus, without the risk of formation of water ice by relaxing between 3 and 45 bar abs at around atmospheric pressure in the non-pressurized bottle 17.

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Abstract

Dans un procédé de séchage d'un gaz riche en dioxyde de carbone à haute pression dans lequel on épure le gaz riche en dioxyde de carbone (1,5) dans une unité de séchage par adsorption (13) comprenant au moins deux bouteilles d'adsorbant (17) opérant selon un cycle dans lequel une bouteille est alimentée par le gaz riche en dioxyde de carbone à sécher pendant qu'une autre bouteille est mise en pression et régénérée par un débit de gaz sec (15) produit par l'unité de séchage, l'unité de séchage produisant au moins un gaz sec (21 ) riche en dioxyde de carbone, lors de la première pressurisation d'au moins une bouteille, un gaz sous pression (7,7A) autre qu'un produit de l'unité de séchage est envoyé à la bouteille.

Description

Procédé et appareil de séchage d'un débit de gaz riche en dioxyde de carbone.
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de compression et de séchage d'un débit de gaz riche en dioxyde de carbone, par exemple contenant plus que 50% mol. de dioxyde de carbone.
US-A-200760028772 décrit un procédé selon le préambule de la revendication 1. Les fumées de combustion sont chargées en dioxyde de carbone et autres gaz acides (NOx, SOx) et bien sûr humides. Lorsqu'il s'agit d'une oxy- combustion, la concentration en CO2 atteint aisément 80% en volume.
Cela pose un problème lors de la première pressurisation des bouteilles d'adsorption prévues pour sécher les fumées : ces fumées sous pression (typiquement 30 bars) vont être détendues dans les bouteilles qui sont à la pression atmosphérique. La détente du CO2 va conduire à un refroidissement important, nettement en dessous de 00C. Le phénomène pourrait conduire à créer des cristaux de glace d'eau qui endommageraient les équipements et les adsorbants. L'invention consiste à pressuriser les bouteilles avec du gaz chaud, par exemple le CO2, pour éviter le problème mentionné ci-dessus.
Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé selon la revendication 1.
Eventuellement la partie du gaz riche en dioxyde de carbone comprimé dans le compresseur prise en amont du refroidisseur se détend dans la bouteille jusqu'à une température au-dessus de 00C.
Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil selon la revendication 3 d'un gaz riche en dioxyde de carbone à haute pression comprenant une unité de séchage par adsorption pour sécher le gaz riche en dioxyde de carbone comprenant au moins deux bouteilles d'adsorbant opérant selon un cycle dans lequel une bouteille est alimentée par le gaz riche en dioxyde de carbone à sécher pendant qu'une autre bouteille est mise en pression et régénérée par un débit de gaz sec produit par l'unité de séchage, l'unité de séchage produisant au moins un gaz sec riche en dioxyde de carbone caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour envoyer à une bouteille un gaz sous pression autre qu'un produit de l'unité de séchage et éventuellement plus sec que le gaz.
Dans ce cadre, une possibilité est de ne pas refroidir suffisamment les fumées en utilisant un circuit de contournement d'eau de refroidissement autour du réfrigérant final par exemple. Ce genre de solution présente le risque de ne pas être assez fiable car les débits d'eau de refroidissement ne sont en général pas bien contrôlés.
La solution proposée consiste à tirer une petite ligne de CO2 à la sortie du compresseur, piquée avant le réfrigérant final, qui permet de mettre en pression les bouteilles de dessiccation.
Il faut remarquer qu'une fois les bouteilles pressurisées, le problème ne se posera plus pour les cycles suivants. En effet, il est alors possible de repressuriser les bouteilles avec du CO2 sec à la pression d'adsorption. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la figure qui représente un appareil selon l'invention.
Un gaz riche en dioxyde de carbone contient de l'eau et d'autres impuretés, telles que l'oxygène, l'azote, l'argon, des gaz acides (NOx, SOx).... Afin de pouvoir épurer le gaz par une étape ultérieure de distillation, il est nécessaire d'abord de le sécher.
Le gaz 1 est comprimé à partir d'1 bar dans un compresseur 3 en acier inoxydable pour produire un gaz comprimé 5 à entre 3 et 45 bars, par exemple à environ 30 bars. Le compresseur 3 est relié à l'appareil de dessiccation 13 par une conduite 9 à travers un appareil de refroidissement 11 et par une conduite 7 sans appareil de refroidissement.
L'appareil de dessiccation 13 fonctionne de manière connue avec un cycle dans lequel une des bouteilles 17 sert à épurer le gaz alors que l'autre est régénérée par un gaz de régénération, dans ce cas une partie 15 du gaz sec 21. En fonctionnement normal, tout le gaz 5 est envoyé à la conduite 9, refroidi par l'appareil de refroidissement 11 et séché dans l'appareil de dessiccation 13 pour produire un gaz sec 21 à 30 bars, dont une partie 15 est recyclé à une des bouteilles pour la pressuriser. Lors de la première pressurisation des bouteilles qui a lieu au moment du démarrage, le gaz sec 15 n'est pas disponible. Ainsi selon l'invention, au moins une partie du gaz 5 est déviée vers la conduite 7 à travers la vanne ouverte 19 pour parvenir à une bouteille 17 de l'appareil de dessiccation à la température de sortie du dernier étage du compresseur 3 et à une pression similaire à la pression de sortie du compresseur 3. Le débit 7 se trouve à une température plus élevée que la température d'entrée du gaz 9 dans l'unité d'adsorption. Ainsi ce débit 7 peut pressuriser la bouteille 17 à la pression requise uniquement pour la mise en marche de l'appareil, sans risque de formation de glace d'eau en se détendant d'entre 3 et 45 bars abs à environ la pression atmosphérique dans la bouteille non-pressurisée 17.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de compression et de séchage d'un gaz riche en dioxyde de carbone dans lequel on comprime le gaz pour produire un gaz riche en dioxyde de carbone à haute pression (5) riche en dioxyde de carbone dans un compresseur (3) et ensuite on le refroidit le gaz à haute pression dans un refroidisseur (11 ) pour former un gaz refroidi (9), on épure le gaz riche en dioxyde de carbone (1 ,5) dans une unité de séchage par adsorption (13) comprenant au moins deux bouteilles d'adsorbant (17) opérant selon un cycle dans lequel une bouteille est alimentée par le gaz riche en dioxyde de carbone à sécher pendant qu'une autre bouteille est mise en pression et régénérée par un débit de gaz sec (15) produit par l'unité de séchage, l'unité de séchage produisant au moins un gaz sec (21 ) riche en dioxyde de carbone caractérisé en ce que uniquement lors de la première pressurisation d'au moins une bouteille, au moment du démarrage, une partie (7) du gaz riche en dioxyde de carbone (5) comprimé dans le compresseur, prise en amont du refroidisseur et plus chaud que le gaz refroidi (9) à l'entrée de l'unité de séchage est envoyé à la bouteille, pour la pressuriser.
2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la partie (7) du gaz riche en dioxyde de carbone (7,7A) envoyé à la bouteille lors de la première pressurisation se détend dans celle-ci jusqu'à une température au-dessus de 00C.
3. Appareil de compression et séchage d'un gaz riche en dioxyde de carbone à haute pression comprenant un compresseur (3) dans lequel on comprime le gaz riche en dioxyde de carbone et un refroidisseur (11) dans lequel on refroidit le gaz riche en dioxyde de carbone comprimé dans le compresseur et en avant du refroidisseur, une unité de séchage par adsorption (13) pour sécher le gaz riche en dioxyde de carbone comprenant au moins deux bouteilles d'adsorbant (17) comprenant des moyens pour alimenter les bouteilles par le gaz riche en dioxyde de carbone à sécher et, des moyens pour mettre en pression et régénérer les bouteilles par un débit de gaz sec (15) produit par l'unité de séchage, et des moyens pour sortir au moins un gaz sec riche en dioxyde de carbone (21 ) caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour envoyer à une bouteille un gaz sous pression (7,7A) constitué par une partie du gaz riche en dioxyde de carbone (7) comprimé dans le compresseur, prise en amont du refroidisseur aux bouteilles de l'unité de séchage.
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