WO2012004138A1 - Appareil integre de liquefaction de dioxyde de carbone et de stockage de dioxyde de carbone liquide et procede de regulation en pression de stockage d'un tel appareil - Google Patents

Appareil integre de liquefaction de dioxyde de carbone et de stockage de dioxyde de carbone liquide et procede de regulation en pression de stockage d'un tel appareil Download PDF

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L'Air Liquide, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude
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Definitions

  • the present invention relates to an integrated apparatus for the liquefaction of liquid carbon dioxide and carbon dioxide storage.
  • the invention aims to provide an innovative and economical method for maintaining the pressure of storage of liquid carbon dioxide.
  • the invention consists in filling the storage directly with the CO2 produced by the capture unit in gaseous form, by extinguishing or reducing the charge of the liquefaction unit during the loading time of a tanker. This will avoid spending energy to vaporize CO2.
  • a variant of the invention consists in sending, when a tanker arrives empty or that it must be purged and charged with gaseous CO2 under pressure, the CO2 gas, which may be cold, directly at the storage facilities of the tanker rather than at to the liquefier.
  • US-A-5505232 discloses a natural gas dioxide liquefaction apparatus comprising means for sending the liquefied gas to a storage.
  • the gas formed in the storage serves to pressurize another storage.
  • an integrated apparatus for liquefying carbon dioxide and storing liquid carbon dioxide comprising at least one storage unit, a liquefaction unit in which a flow rate of gaseous carbon dioxide is liquefied and sent to or at one of the storage facilities and a pipe for sending at least a portion of the carbon dioxide gas flow to the storage or to one of the storage facilities without having liquefied it in the liquefaction unit.
  • the pipe is not connected to the liquefaction unit or the pipe is connected to one of the liquefaction units only by the inlet of a liquefaction unit. gas compressor or a gas cooling exchanger of the liquefaction unit.
  • the apparatus comprises means for sending all the flow of carbon dioxide gas to storage.
  • the storage to which the carbon dioxide gas line is connected may be a tanker tank and / or liquid filled storage from the liquefier.
  • the apparatus may include a conduit connecting the head of a storage with the liquefaction unit.
  • the pipe for sending the gas derived from the flow of carbon dioxide gas to storage or to one of the storages may be a pipe connecting the head of a storage unit with the inlet of a compressor or exchanger of the unit of carbon dioxide. liquefaction.
  • the same pipe is used to bring carbon dioxide gas from a liquefier or upstream of a liquefier to a storage and to bring carbon dioxide gas, to this liquefier for liquefaction.
  • the liquefaction unit comprising a compressor, an exchanger for cooling the compressed gas and liquefying it and a container for accumulating the formed liquid, the carbon dioxide gas from the storage can be sent upstream of the compressor or the exchanger according to the pressure at which he is.
  • a liquid carbon dioxide storage pressure regulating method in which a flow of gaseous carbon dioxide is liquefied in a liquefaction unit and then sent to storage and characterized in that at least a portion of the flow rate of gaseous carbon dioxide or a gas derived from this flow rate is sent to a storage or storage, without having been liquefied, as a pressurizing gas or to maintain the storage pressure when withdrawing liquid .
  • carbon dioxide gas is sent from the storage to the liquefaction unit.
  • the charge of the liquefaction stage is stopped or significantly reduced and the flow rate of carbon dioxide gas is sent to the storage; the pressurization gas is sent to storage if liquid is sent from the storage to another container;
  • the pressurization gas is sent to storage only if storage is sent to another container or for the first storage pressurization;
  • a flow of gaseous carbon dioxide 1 is sent to a liquefier 2.
  • the liquefier 2 comprises a compressor, an exchanger for cooling the compressed gas and liquefying it and a container for accumulating the formed liquid. These elements are not illustrated.
  • the liquid carbon dioxide product 3 is sent to a storage 7. From time to time the liquid contained in the storage 7 is withdrawn by means of a pump 1 1 and a pipe 9 to be sent to a tanker or other container .
  • a gas flow 5 is sent from the liquefier 3 to the storage head 7.
  • This gas may be a portion 1A of the feed gas 1 .
  • the liquefaction is stopped or runs at reduced load while sending gas 1 to storage.
  • the gas 5 may be a gas derived from the feed gas 1 by a purification step, for example.
  • the ship's tank 13 can receive a portion 1 B of the feed gas 1 A or a portion 5A of the treated gas 5 the liquefier 2.
  • pressurization gas 1A, 1B is sent to storage 7,
  • the conduits for sending carbon dioxide gas to the storages 7, 13 may also allow punctally the return of carbon dioxide. carbon gas to the liquefaction unit 2. This allows for example to avoid overpressure.
  • the CO 2 gas is transferred to the liquefier through the pipe used to pressurize the tanker's tank. It should be noted that the CO 2 pressure in the tanker will drop as it is emptied and therefore it is necessary at some point in the procedure to send the CO 2 to the liquefier compressor suction rather than the directly at the level of the liquefaction exchanger.

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Abstract

Un appareil intégré de liquéfaction de dioxyde de carbone et de stockage de dioxyde de carbone liquide comprend au moins un stockage (7, 13), une unité de liquéfaction (2) où un débit de dioxyde de carbone gazeux est liquéfié et envoyé à un stockage (7) et une conduite pour envoyer au moins une partie du débit de dioxyde de carbone gazeux ou un gaz dérivé de ce débit à un ou au stockage (7, 13) sans l'avoir liquéfié dans l'unité de liquéfaction.

Description

Appareil intégré de liquéfaction de dioxyde de carbone et de stockage de dioxyde de carbone liquide et procédé de régulation en pression de stockage d'un tel appareil La présente invention concerne un appareil intégré de liquéfaction de dioxyde de carbone liquide et de stockage de dioxyde de carbone liquide et un procédé de maintien en pression de stockage d'un tel appareil .
Lorsque le dioxyde de carbone capturé sur un site industriel doit être évacué par navire-citerne, il faut prévoir d'importantes capacités de stockage en vue d'assurer une rotation des navires sur plusieurs jours.
Le temps passé à quai pour un gros navire-citerne devant être limité au maximum pour réduire les frais d'exploitation de celui-ci, il s'agît de vider les stockages très rapidement.
L'invention vise à proposer un procédé innovant et économique pour maintenir la pression des stockages de dioxyde de carbone liquide.
Prenons l'exemple d'une centrale au charbon de 400 MWe net où l'on capture 10 000 tonnes par jour de CO2, soit environ 200 000Nm3/h de CO2. Un stockage de 4 jours représente 40 000 tonnes de CO2 liquide, à 7 bars et -50°C environ par exemple. Le volume du stockage sera d'environ 40 000m3.
Si le chargement s'effectue en 3 heures sur un navire-citerne emportant
30 000 m3 de liquide, il faut remplacer 10 000 m3 de liquide par heure par un CO2 gazeux et froid à la même pression. Si l'on remplace ainsi du CO2 liquide à 7bars absolus par du CO2 gazeux à la même pression, le rapport des masses est d'environ 60. Il faut donc injecter 60 fois moins de gaz que le liquide soutiré, soit environ, pour 10 000m3/h de liquide, 190 tonnes/h de gaz, soit près de 100 000Nm3/h, pendant 3 heures. Notons que l'usine produit 200 000 Nm3/h de CO2, normalement sous forme liquide.
La pratique courante, qui ne forme pas nécessairement partie de l'art antérieur pour maintenir en pression un stockage de liquide en équilibre liquide/vapeur, est double. Le cas le plus courant est un soutirage de liquide vers un conteneur dont on peut récupérer le ciel gazeux, auquel cas, ce ciel gazeux est transféré au stockage et remplace le liquide, la solution est alors optimisée et ne peut être améliorée par cette invention. En revanche, lorsque du liquide est soutiré sans pouvoir être remplacé par un ciel gazeux (conteneur trop éloigné, fuite de CO2, chargement d'un conteneur initialement vide...), la solution de l'état de l'art consiste à vaporiser une partie du liquide pour le réinjecter dans le stockage pendant que l'on soutire le liquide. On peut aussi injecter ce liquide vaporisé dans le conteneur avant l'opération de chargement, pour revenir au cas précédent. Dans tous les cas, on réinjecte le même volume sous forme gazeuse que ce qui est prélevé sous forme liquide. Le rapport entre les densités liquide et gaz étant situé entre 500 et 1000, le débit de liquide à vaporiser par rapport au liquide soutiré est faible, ce qui représente tout de même dans le cas actuel un débit très important.
L'invention consiste à remplir directement le stockage avec le CO2 produit par l'unité de capture sous forme gazeuse, en éteignant ou réduisant la charge de l'unité de liquéfaction le temps du chargement d'un navire-citerne. On évitera ainsi de dépenser de l'énergie pour vaporiser le CO2.
Une variante de l'invention consiste à envoyer, lorsqu'un navire-citerne arrive à vide ou qu'il faut le purger et le charger de CO2 gazeux sous pression, le CO2 gazeux éventuellement froid directement aux stockages du navire- citerne plutôt qu'au liquéfacteur.
Cela suppose d'être sûr de pouvoir disposer des molécules de CO2 pendant le chargement du navire-citerne, sous peine de tirer au vide les capacités de stockage. Il sera éventuellement opportun de conserver un organe de vaporisation du liquide de secours.
US-A-5505232 décrit un appareil de liquéfaction de dioxyde de gaz naturel comprenant des moyens pour envoyer le gaz liquéfié vers un stockage. Le gaz formé dans le stockage sert à mettre en pression un autre stockage.
Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil intégré de liquéfaction de dioxyde de carbone et de stockage de dioxyde de carbone liquide comprenant au moins un stockage, une unité de liquéfaction dans lequel un débit de dioxyde de carbone gazeux est liquéfié et envoyé au ou à un des stockages et une conduite pour envoyer au moins une partie du débit de dioxyde de carbone gazeux au stockage ou à un des stockages sans l'avoir liquéfié dans l'unité de liquéfaction.
Eventuellement la conduite n'est pas reliée à l'unité de liquéfaction ou la condu ite est rel iée à l'un ité de l iquéfaction uniquement par l'entrée d'un compresseur de gaz ou d'un échangeur de refroidissement de gaz de l'unité de liquéfaction.
Eventuellement l'appareil comprend des moyens pour envoyer tout le débit de dioxyde de carbone gazeux au stockage.
Le stockage auquel est reliée la conduite de dioxyde de carbone gazeux peut être une citerne d'un navire-citerne et/ou le stockage rempli par le liquide provenant du liquéfacteur.
L'appareil peut comprendre une conduite reliant la tête d'un stockage avec l'unité de liquéfaction.
La conduite pour envoyer le gaz dérivé du débit de dioxyde de carbone gazeux au stockage ou à un des stockages peut être une conduite reliant la tête d'un stockage avec l'entrée d'un compresseur ou d'un échangeur de l'unité de liquéfaction.
Préférentiellement la même conduite sert à amener du dioxyde de carbone gazeux d'un liquéfacteur ou en amont d'un liquéfacteur vers un stockage et à amener du dioxyde de carbone gazeux, vers ce liquéfacteur pour y être liquéfié. L'unité de liquéfaction comprenant un compresseur, un échangeur pour refroidir le gaz comprimé et le liquéfier et un récipient pour accumuler le liquide formé, le dioxyde de carbone gazeux provenant du stockage peut être envoyé en amont du compresseur ou de l'échangeur selon la pression à laquelle il se trouve.
Selon un autre objet de l'invention il est prévu un procédé de régulation en pression de stockage de dioxyde de carbone liquide dans lequel un débit de dioxyde de carbone gazeux est l iquéfié dans une unité de liquéfaction puis envoyé au stockage et caractérisé en ce qu'au moins une partie du débit de dioxyde de carbone gazeux ou un gaz dérivé de ce débit est envoyé à un ou au stockage, sans avoir été liquéfié, comme gaz de pressurisation ou pour conserver la pression du stockage lorsque l'on soutire du liquide.
Eventuellement du dioxyde de carbone gazeux est envoyé du stockage vers l'unité de liquéfaction.
Selon d'autres caractéristiques facultatives :
- on arrête ou réduit significativement la charge de l'étape de liquéfaction et on envoie le débit de dioxyde de carbone gazeux vers le stockage ; - on envoie le gaz de pressurisation au stockage si on envoie du liquide du stockage à un autre récipient ;
- on envoie le gaz de pressurisation au stockage uniquement si on envoie du l iqu ide du stockage à un autre récipient ou pour la première pressurisation du stockage ;
- on vaporise une partie du liquide stocké dans le stockage et on la renvoie sous forme gazeuse au stockage comme deuxième gaz de pressurisation.
La vaporisation de 100 OOONm3 de CO2 à 7bars correspond à la chaleur de condensation de 30 tonnes de vapeur basse pression.
L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la figure qui montre un appareil selon l'invention.
Un débit de dioxyde de carbone gazeux 1 est envoyé à un liquéfacteur 2. Le liquéfacteur 2 comprend un compresseur, un échangeur pour refroidir le gaz comprimé et le liquéfier et un récipient pour accumuler le liquide formé. Ces éléments ne sont pas illustrés.
Le dioxyde de carbone liquide produit 3 est envoyé à un stockage 7. De temps en temps le liquide contenu dans le stockage 7 est soutiré au moyen d'une pompe 1 1 et une conduite 9 pour être envoyé à un navire-citerne ou autre récipient.
Pour pressuriser le stockage 7 ou pour maintenir la pression lors d'un soutirage de liquide 9, un débit de gaz 5 est envoyé du liquéfacteur 3 à la tête du stockage 7. Ce gaz peut être une partie 1 A du gaz d'alimentation 1 . Dans ce cas, la liquéfaction est arrêtée ou fonctionne à charge réduite pendant l'envoi d e gaz 1 vers le stockage. Sinon le gaz 5 peut être un gaz dérivé du gaz d'alimentation 1 par une étape de purification, par exemple.
Il est également possible d'envoyer le gaz 5 à un autre stockage tel qu'un navire-citerne 13. La citerne du navire 13 peut recevoir une partie 1 B du gaz d'alimentation 1 A ou une partie 5A du gaz 5 traité dans le liquéfacteur 2.
Eventuellement on envoie le gaz de pressurisation 1 A, 1 B au stockage 7,
13 uniquement si on envoie du liquide 9 du stockage à un autre récipient, par exemple le navire 13, ou pour la première pressurisation du stockage.
Les conduites d'envoi de dioxyde de carbone gazeux vers les stockages 7, 13 peuvent également permettre ponctuellement le renvoi de dioxyde de carbone gazeux vers l'unité de liquéfaction 2. Ceci permet par exemple d'éviter une surpression. De même, lorsqu'un navire-citerne doit être purgé pour maintenance, plutôt que de mettre à l'air le CO2 qu'il contient, on transfère le CO2 gazeux vers le liquéfacteur à travers la conduite qui sert à mettre en pression la citerne du navire-citerne. Il faut noter que la pression du CO2 dans le navire-citerne va chuter à mesure qu'on le vide et qu'il faut donc à un moment donné de la procédure envoyer le CO2 à l'aspiration du compresseur du liquéfacteur plutôt que directement au niveau de l'échangeur de liquéfaction.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Appareil intégré de liquéfaction de dioxyde de carbone et de stockage de dioxyde de carbone liquide comprenant au moins un stockage (7, 13), une unité de liquéfaction (2) dans lequel un débit de dioxyde de carbone gazeux est liquéfié et envoyé au ou à un des stockages (7) et une conduite pour envoyer au moins une partie du débit de dioxyde de carbone gazeux au stockage (7) ou à un des stockages (7, 13), sans l'avoir liquéfié dans l'unité de liquéfaction.
2. Appareil selon la revendication 1 dans lequel la conduite n'est pas reliée à l'unité de liquéfaction.
3. Appareil selon la revendication 1 dans lequel la conduite est reliée à l'unité de liquéfaction uniquement par l'entrée d'un compresseur de gaz ou d'un échangeur de refroidissement de gaz de l'unité de liquéfaction.
4. Appareil selon la revendication 3 dans lequel la conduite relie la tête d'un stockage avec l'entrée d'un compresseur ou d'un échangeur de l'unité de liquéfaction.
5. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel le stockage auquel est reliée la conduite de dioxyde de carbone gazeux est une citerne d'un navire-citerne (13).
6. Procédé de régulation en pression de stockage de dioxyde de carbone liquide dans lequel un débit de dioxyde de carbone gazeux est liquéfié dans une unité de liquéfaction puis envoyé à un stockage (7) et caractérisé en ce qu'au moins une partie du débit de dioxyde de carbone gazeux est envoyé à u n ou au stockage (7, 13), sans avoir été liquéfiée, comme gaz de pressurisation ou pour conserver la pression du stockage (7) lorsque l'on soutire du liquide du stockage.
7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel du dioxyde de carbone gazeux est envoyé du stockage vers l'unité de liquéfaction
8. Procédé selon la revendication 6 ou 7 dans lequel on arrête ou réduit significativement la charge de l'étape de liquéfaction et on envoie le débit de dioxyde de carbone gazeux vers le stockage (7, 13).
9. Procédé selon les revendications 6,7 ou 8 dans lequel on envoie le gaz de pressurisation au stockage (7) si on envoie du liquide (9) du stockage à un autre récipient (13).
10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel on envoie le gaz de pressurisation au stockage (7) uniquement si on envoie du liquide (9) du stockage à un autre récipient (13) ou pour la première pressurisation du stockage.
1 1 . Procédé selon la revendication 6 à 10 dans lequel on vaporise une partie du liquide stocké dans le stockage (7) et on la renvoie sous forme gazeuse au stockage comme deuxième gaz de pressurisation.
12. Procédé selon l'une des revendications 6 à 1 1 dans lequel du d ioxyde de carbone gazeux est envoyé du stockage (7, 13) vers l'unité de liquéfaction (2).
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