WO2024032992A1 - Système d'alimentation en co2 gazeux d'une installation nécessitant du co2 ou un mélange comportant du co2, telle qu'un abattoir ou encore une serre de culture de végétaux - Google Patents

Système d'alimentation en co2 gazeux d'une installation nécessitant du co2 ou un mélange comportant du co2, telle qu'un abattoir ou encore une serre de culture de végétaux Download PDF

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WO2024032992A1
WO2024032992A1 PCT/EP2023/068890 EP2023068890W WO2024032992A1 WO 2024032992 A1 WO2024032992 A1 WO 2024032992A1 EP 2023068890 W EP2023068890 W EP 2023068890W WO 2024032992 A1 WO2024032992 A1 WO 2024032992A1
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WO
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fumes
boiler
site
oxygen
liquid
Prior art date
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PCT/EP2023/068890
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Franck Cousin
Pauline LE DRU
Fabien Januard
Etienne CHARVE
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Air Liquide France Industrie
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    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
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    • A22—BUTCHERING; MEAT TREATMENT; PROCESSING POULTRY OR FISH
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    • A22B3/00—Slaughtering or stunning
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    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
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    • F24D2200/04—Gas or oil fired boiler
    • F24D2200/046—Condensing boilers

Definitions

  • Gaseous CO2 supply system for an installation requiring CO2 or a mixture containing CO2, such as a slaughterhouse or a plant growing greenhouse
  • the present invention relates to processes and installations using gaseous CO2, particularly in the food industry.
  • This CO2 mainly comes from fertilizer and methanol plants (by-product) or even hydrogen production plants.
  • the availability of this molecule therefore becomes critical due to frequent shutdowns of fertilizer production plants and geopolitical tensions, which then have a strong impact on the price of gas.
  • the present invention aims to propose an innovative solution for producing CO2 on the site of a user of this CO2.
  • the present invention proposes to use the heat production equipment (boilers) traditionally present on such sites, by converting it or them to oxycombustion.
  • the heat produced by the boilers will come from the production of CO2 and therefore considered “fatal heat” within the meaning of the legislation.
  • Oxycombustion is a combustion process in which the oxidizing gas is no longer air but “pure” oxygen (i.e. characterized by a purity generally greater than 95%, and 99% for liquid oxygen) .
  • Oxy-combustion i.e. with oxygen and not with air
  • Oxy-combustion is already used by certain industries operating at high temperatures (glassworks, cement factories, metallurgy factories, etc.) because it provides a number of advantages including:
  • the objective is in fact to increase the CO2 content of the combustion fumes by eliminating the nitrogen ballast, which then contains mainly CO2 and water.
  • the purer the oxygen used for combustion the closer the combustion fumes are to a binary H2O/CO2 mixture.
  • the main step in CO2 capture then consists of condensing the water.
  • CO2 user sites also equipped with a boiler capable of supplying hot water to the site, this boiler, in particular condensation, using oxy-combustion between a fuel (CH4, C3H8, etc.). and pure oxygen, the oxygen supplying the boiler being obtained from a source of liquid oxygen present on site.
  • a boiler capable of supplying hot water to the site, this boiler, in particular condensation, using oxy-combustion between a fuel (CH4, C3H8, etc.). and pure oxygen, the oxygen supplying the boiler being obtained from a source of liquid oxygen present on site.
  • the “pure” CO2 thus obtained (recovered) in its gas or liquid form can be stored (sequestered) for later use on the site considered, or used “in just-in-time”, in “synchronized” flow with the need hot water and therefore the operation of the boiler.
  • the heat exchanger used can be, for example, a plate exchanger, or even a tubular exchanger.
  • the central heating water circuit is heated by the combustion of natural gas.
  • the gas condensing boiler takes advantage of the energy contained in the combustion fumes.
  • the fumes emitted during the combustion of natural gas contain water vapor, the latter condenses, releasing heat.
  • the return water from the heating circuit is heated thanks to this energy, and the water released during condensation (condensate) is evacuated through the wastewater network.
  • the need for CO2 is advantageously synchronized with the need for hot water, the drop in temperature obtained by the valorization of the frigories of liquid oxygen allows to purify the CO2 gas (at 20 bars and -20°C for example, only the CO2 will be liquid).
  • greenhouse growers heat the greenhouse at night, therefore produce CO2 at night, while they require CO2 during the day for photosynthesis, it is therefore necessary to store the CO2 in a tank cryogenic.
  • the present invention then relates to a process for supplying gaseous CO2 to a site comprising an installation requiring CO2 or a mixture comprising CO2, such as a slaughterhouse or even a plant cultivation greenhouse, characterized by the implementation implementation of the following measures: there is within said site a boiler capable of supplying hot water to the site, this boiler implementing oxy-combustion between a fuel and pure oxygen, the oxygen supplying the boiler being obtained from a source of liquid oxygen present on the site; we proceed to recover all or part of the CO2 contained in the fumes produced by the boiler, by organizing, in an exchanger, a thermal exchange between said fumes and the liquid oxygen.
  • the present invention therefore also relates to a method and apparatus for the purification and liquefaction of CO2, on the user site, by efficientlyzing the frigories of the liquid oxygen present on the site.
  • This CO2 liquefaction can be preceded by one or more smoke treatments by physical and/or chemical separation methods, but also cryogenic, aimed at: heating the oxygen and the combustible gas, to improve combustion and reduce emissions.
  • nitrogen oxides condense the water vapor from the fumes and perfectly recover the heat of condensation or latent energy (by lowering the temperature of the fumes the water vapor is transformed into liquid water). remove any dust generated by the boiler hearth (refractory dust).
  • Oxy-Combustion with methane requires 64g of oxygen for 16g of CH4 and will produce 36g of water which will be easily separated and 44g of CO2.
  • CO2 requires approximately 85 Kcal/kg to go from +20°C to -20°C (20 bar).
  • Liquid oxygen releases 71.7 Kcal/kg at 8 bars from its liquid form at a temperature of -30°C.
  • the theoretical cooling capacity available is therefore (71.7 x 1.45) + 103 Kcal to liquefy one kg of CO2.
  • Figure 1 illustrates an example of equipment suitable for implementing the invention, in the case of use on the site considered to perform anesthesia on poultry in a tunnel.
  • hot water is used to pluck the poultry and gaseous CO2 is used to put the poultry to sleep. In this case it was not necessary to liquefy the CO2.
  • this exchanger 2 carries out the heat exchange between the fumes and the liquid oxygen, the temperature of the fumes is lowered to a temperature typically close to 2°C to remove as much water as possible, and then keep CO2.
  • regulation valve (which is controlled by the anesthesia tunnel, if the tunnel is stopped the gases are sent outside, while the more CO2 the tunnel requires, the more the valve opens towards the circuit of the tunnel).
  • CH4 heater this heater allows the combustible gas to be heated before sending it to the burner.
  • O2 heater this heater allows the oxygen to be heated before sending it to the burner.
  • At boiler 4 town water enters at a temperature close to 25°C and leaves at a temperature close to 85°C, the fumes leave the boiler at a temperature close to 220°C.
  • the combustible gas enters at a temperature close to 15°C and leaves at a temperature close to 95°C, and the fumes exit this element 10 at a temperature close to 210°C.
  • the oxygen enters at a temperature close to 5°C and leaves at a temperature close to 95°C, and the fumes leave this element 11 at a temperature close to 200°C.
  • the city water enters at a temperature close to 5°C and leaves at a temperature close to 25°C, and the fumes leave this element 12 at a temperature close to 90°C (The exchanger 12 therefore makes it possible to recover calories in the fumes and preheats the water which will enter the boiler (principle of condensing boilers)).
  • the oxygen enters at a temperature close to -183°C and leaves at a temperature close to +5°C, and the fumes leave this element 2 at a temperature close to +2 °C.
  • the water is completely condensed, only CO2 remains.
  • the tap water enters at a temperature close to 15°C and leaves at a temperature close to 5°C, and the fumes leave this element 7 at a temperature close to 10 °C (exchanger 7 therefore makes it possible to raise the temperature of the CO2 to around 10-12°C after removing the water, which is required for such anesthesia applications according to current legislation).
  • the mass of CO2 released per mole of octane consumed is 44 g.
  • the exchanger 2 to carry out such liquefaction can also be a cryo-condenser, which is a heat exchanger operating at low temperature, the gaseous effluent from the industrial process penetrates inside a calender, then travels through a series of baffles, around a finned tubular bundle in which a liquid cryogen circulates.
  • a cryo-condenser which is a heat exchanger operating at low temperature
  • CO2 is a gas which changes state into a solid phase at a pressure close to 4.7 bar, so we must avoid getting close to this pressure.
  • a pressure between 16 bar and 20 bar is economically favorable, while a temperature of -20°C requires little investment in terms of insulation.

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Abstract

Un procédé d'alimentation en CO2 gazeux d'un site comportant une installation (20) nécessitant du CO2 ou un mélange comportant du CO2, telle qu'un abattoir ou encore une serre de culture de végétaux, se caractérisant par la mise en œuvre des mesures suivantes : on dispose au sein dudit site d'une chaudière (4) apte à fournir de l'eau chaude au site, cette chaudière mettant en œuvre une oxy-combustion entre un combustible (14) et de l'oxygène pur (1), l'oxygène alimentant la chaudière étant obtenu à partir d'une source d'oxygène liquide présente sur le site; on procède à la récupération de tout ou partie du CO2 contenu dans les fumées produites par la chaudière, par le fait que l'on organise, dans un échangeur (2), un échange thermique entre lesdites fumées et l'oxygène liquide.

Description

Système d’alimentation en CO2 gazeux d’une installation nécessitant du CO2 ou un mélange comportant du CO2, telle qu'un abattoir ou encore une serre de culture de végétaux
La présente invention concerne les procédés et installations utilisant du CO2 gazeux, notamment dans l’industrie agro-alimentaire.
On trouve dans ce domaine notamment le secteur de la boisson, les atmosphères modifiées pour la conservation des produits alimentaires, ou l’anesthésie de volailles dans les abattoirs, ou bien encore la culture de végétaux sous serre.
Le besoin de CO2 dans les pays développés est toujours croissant (notamment pour les applications citées ci-dessus).
Ce CO2 est majoritairement issu des usines d’engrais et de méthanol (sous-produit) ou encore des usines de production d’hydrogène. La disponibilité de cette molécule devient dès lors critique en raison des arrêts fréquents des usines de production d'engrais et des tensions géopolitiques, qui ont alors un impact fort sur le prix du gaz.
On observe alors couramment dans de nombreux pays, en raison de ces crises fréquentes, le fait que par exemple des serristes n’ont pas été livrés en CO2 marchand plusieurs mois par an ces dernières années, ce qui a, on le comprend bien, un impact direct sur leur productivité.
A cela s’ajoutent des contraintes environnementales fortes, du fait de la volonté des Pays Développés de réduire les émissions de gaz à effet de serre, ce qui va impacter directement les méthodes de production du CO2, en favorisant la recherche de solutions visant à réduire l'empreinte carbone.
La présente invention s’attache à proposer une solution innovante pour produire du CO2 sur le site même d’un utilisateur de ce CO2.
Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la présente invention se propose d’utiliser le ou les équipements de production de chaleur (chaudières) présents traditionnellement sur de tels site, en le ou les convertissant à l’oxycombustion. De cette manière, la chaleur produite par les chaudières sera issue de la production du CO2 et considérée de ce fait comme “chaleur fatale” au sens de la législation.
L’oxycombustion est un procédé de combustion dans lequel le gaz comburant n’est plus de l’air mais de l’oxygène « pur » (i.e caractérisé par une pureté généralement supérieure à 95%, et 99% pour l’oxygène liquide).
L’oxy-combustion (donc à l’oxygène et non pas à l’air) est déjà mise en œuvre par certaines industries fonctionnant à haute température (verreries, cimenteries, usines de métallurgie....) car celle-ci apporte un certain nombre d’avantages parmi lesquels on peut citer :
• La diminution du volume des fumées grâce à la diminution/suppression du ballast d’azote.
• L’augmentation du rendement thermique directement lié à la diminution du volume des fumées (du fait de moindres pertes thermiques dans les fumées).
• L’intensification des transferts thermiques grâce à deux phénomènes l’augmentation de la température de flamme et l’augmentation des flux thermiques de rayonnement due à des fumées essentiellement composées de gaz émetteurs (CO2, H2O).
• La réduction des émissions polluantes type NOx thermiques ou dioxines (liée à la réduction du volume de comburant). La littérature spécialisée annonce ici des gains allant de 10 à 40 % sur le combustible. La chauffe du comburant et du combustible permet également une baisse de la consommation de ce dernier.
L’objectif est en effet d’augmenter la teneur en CO2 des fumées de combustion en éliminant le ballast d’azote, celles-ci contenant alors majoritairement du CO2 et de l’eau. Plus l’oxygène utilisé pour la combustion est pur, plus les fumées de combustion se rapprochent d’un mélange binaire H2O/CO2. La principale étape du captage de CO2 consiste alors à condenser l’eau.
Un autre avantage important réside dans la réduction du volume des fumées à traiter. Les contaminants résiduels sont moins dilués qu’en combustion en air combustible.
On s’intéresse donc selon la présente invention à des sites utilisateurs de CO2, munis par ailleurs d'une chaudière apte à fournir de l'eau chaude au site, cette chaudière, notamment à condensation, mettant en oeuvre une oxy-combustion entre un combustible (CH4, C3H8... ). et de l'oxygène pur, l'oxygène alimentant la chaudière étant obtenu à partir d'une source d'oxygène liquide présente sur le site.
Et l’on procède alors selon la présente invention à la récupération de tout ou partie du CO2 contenu dans les fumées produites par la chaudière, par le fait que l'on organise, dans un échangeur, un échange thermique entre lesdites fumées et l'oxygène liquide.
C’est en effet le mérite de la présente invention d’avoir proposé de tirer profit des frigories « gratuites » de l'oxygène liquide présent déjà sur le site, pour épurer et dans certains cas liquéfier le CO2 présent dans le fumées produites par la chaudière, ceci sans l’apport d'énergie électrique qui serait normalement nécessaire à un tel changement d'état (par compression détente).
Le CO2 “pur” ainsi obtenu (récupéré) sous sa forme gaz ou liquide peut être stocké (séquestré) en vue d’une utilisation ultérieure sur le site considéré, ou bien utilisé « en flux tendu », en flux « synchronisé » avec le besoin d’eau chaude et donc l’opération de la chaudière.
L’échangeur thermique utilisé peut être à titre illustratif un échangeur à plaques, ou encore un échangeur tubulaire.
Au sein de l’échangeur, est réalisé, du fait de l’abaissement de la température, un changement d’état du CO2 qui est liquide à 20bars / - 20°C.
Le fonctionnement d’une chaudière gaz à condensation reprend le même principe qu’une chaudière traditionnelle et permet en plus de tirer profit de toute l’énergie produite lors de la combustion du gaz.
Dans une chaudière classique, le circuit d’eau du chauffage central est réchauffé grâce à la combustion du gaz naturel. La chaudière gaz à condensation tire profit de l’énergie contenue dans les fumées de combustion. Les fumées émises lors de la combustion du gaz naturel contiennent de la vapeur d’eau, cette dernière condense, en libérant de la chaleur. L’eau de retour du circuit de chauffage se réchauffe grâce à cette énergie, et l’évacuation de l’eau libérée lors de la condensation (les condensats) se fait par le réseau des eaux usées. A titre d’exemple on peut considérer que pour l’anesthésie de poulets ou de cochons, le besoin de CO2 est avantageusement synchronisé avec le besoin d'eau chaude, la baisse de température obtenue par la valorisation des frigories de l’oxygène liquide permet d'épurer le gaz CO2 (à 20 bars et -20°C par exemple, seul le CO2 sera liquide).
Toujours à titre d’exemple, pour d’autres applications, par exemple des serres de cultures de végétaux, il est avantageux de stocker le CO2 liquide dans un réservoir CO2 traditionnel pour l'utiliser à un autre moment.
A titre d’exemple pour les serres de tomates, les serristes chauffent la serre la nuit, donc produisent du CO2 la nuit, tandis qu’ils nécessitent du CO2 le jour pour la photosynthèse, il est donc nécessaire de stocker le CO2 dans un réservoir cryogénique.
Bien entendu l’homme du métier connait l’existence d’un état de l’art antérieur, que l’on peut notamment illustrer par les document JP2009/203860 et W02022/070125, qui concernent des installations de type centrale électrique ou générateur, où à titre d’exemple dans le document JP2009/203860 une turbine (10) est alimentée en un fluide supercritique, par exemple de l’azote, ou par exemple du CO2, où le fluide rejeté par la combustion est épuré de son CO2 par échange avec de l’oxygène liquide, le CO2 ainsi récupéré est dirigé vers un réservoir adéquate (« Water goes to the waste water reservoir 83 and carbon dioxide goes to the waste carbon dioxide reservoir 84 »), pour des raisons environnementales (zéro émission de CO2, couche d’ozone... ).
Dans tous les cas :
- ces documents antérieurs n’abritent pas une chaudière à oxycombustion d’alimentation d’un site donné en eau chaude ;
- ces documents antérieurs ne décrivent pas une situation où ce site consommateur d’eau chaude nécessite par ailleurs pour un équipement de ce site (tel qu'un abattoir ou encore une serre de culture de végétaux), du CO2 gazeux ou un mélange de gaz comportant du CO2 ; - ces documents antérieurs ne décrivent pas l’utilisation du CO2 récupéré dans les fumées de la chaudière pour alimenter un tel équipement consommateur de CO2 .
La présente invention concerne alors un procédé d’alimentation en CO2 gazeux d’un site comportant une installation nécessitant du CO2 ou un mélange comportant du CO2, telle qu'un abattoir ou encore une serre de culture de végétaux, se caractérisant par la mise en oeuvre des mesures suivantes : on dispose au sein dudit site d'une chaudière apte à fournir de l'eau chaude au site, cette chaudière mettant en oeuvre une oxy-combustion entre un combustible et de l'oxygène pur, l'oxygène alimentant la chaudière étant obtenu à partir d'une source d'oxygène liquide présente sur le site; on procède à la récupération de tout ou partie du CO2 contenu dans les fumées produites par la chaudière, par le fait que l'on organise, dans un échangeur, un échange thermique entre lesdites fumées et l'oxygène liquide.
La présente invention est donc également relative à un procédé et appareil de purification et liquéfaction de CO2, sur le site utilisateur, ceci en valorisant les frigories de l’oxygène liquide présent sur le site.
Cette liquéfaction du CO2 peut être précédée d'un ou plusieurs traitements des fumées par des méthodes de séparation physique et/ou chimique, mais également cryogénique, visant à : chauffer l’oxygène et le gaz combustible, pour améliorer la combustion et réduire les rejets d’oxydes d'azote ; condenser la vapeur d’eau des fumées et récupérer parfaitement la chaleur de condensation ou énergie latente (en abaissant la température des fumées la vapeur d'eau se transforme en eau liquide). supprimer d'éventuelles poussières générées par le foyer de la chaudière (poussière réfractaire).
A titre d’exemple, l’Oxy-Combustion au méthane nécessite 64g d'oxygène pour 16 g de CH4 et produira 36 g d’eau qui seront facilement séparées et 44g de CO2. Le rapport O2/ CO2 est donc de 64/44= 1 ,45. Le CO2 nécessite approximativement 85 Kcal/kg pour passer de +20°C à -20°C (20 bar). L'oxygène liquide libère 71 ,7 Kcal/kg à 8 bars de sa forme liquide à une température de - 30°C. La puissance frigorifique théorique disponible est donc de (71 ,7 x 1 ,45) + 103 Kcal pour liquéfier un kg de CO2.
Les avantages de l’utilisation d’oxygène liquide précédemment cités permettent à l’utilisateur d’une telle oxycombustion de financer une bonne partie (voire la totalité) de l'oxygène nécessaire à la combustion. Sachant que le choix de la séquestration du CO2 est de valoriser ce gaz sur des procédés qui utilisent habituellement un CO2 marchand, l’utilisateur dispose ici d’un CO2 largement compétitif, cet utilisateur a par ailleurs réduit ses rejets de CO2 en réduisant sa consommation de CH et en n'utilisant pas de source « marchande » de CO2 , puisque la source est récupérée sur le site.
La [Figure 1] annexée illustre un exemple d’équipement convenant pour la mise en œuvre de l’invention, dans le cas d’une utilisation sur le site considéré pour faire de l’anesthésie de volailles en tunnel. Dans le cas de cette installation, on a travaillé dans des conditions où le besoin de CO2 est synchronisé avec le besoin d'eau chaude : de l'eau chaude est utilisée pour déplumer les volailles et du CO2 gazeux est utilisé pour endormir les volailles. Dans ce cas-ci il n’était pas nécessaire de liquéfier le CO2.
La nomenclature des éléments présents sur cette Figure 1 est la suivante :
1 : stockage oxygène liquide.
2 : vaporisateur O2. : cet échangeur 2 réalise l’échange thermique entre les fumées et l’oxygène liquide, on y abaisse la température des fumées à une température typiquement proche de 2°C pour enlever le maximum d’eau possible, et garder alors du CO2.
3 : platine de régulation de l’injection de O2 et CH4.
4 : chaudière.
5 : bruleur.
6 : module d’analyse des fumées. 7 : épurateur cryogénique.
8 : turbine basse pression (la turbine 8 permet d'aspirer les fumées en provenance de l’échangeur 7 et de les envoyer dans le tunnel 20, en contrant par ailleurs les pertes de pression intervenant aux différentes étapes précédentes).
9 : vanne de régulation (qui est pilotée par le tunnel d'anesthésie, si le tunnel est à l'arrêt les gaz sont envoyés à l’extérieur, tandis que plus le tunnel nécessite du CO2 plus la vanne s’ouvre vers le circuit du tunnel).
10 : réchauffeur CH4 (ce réchauffeur permet de réchauffer le gaz combustible avant de l’envoyer dans le brûleur).
11 : réchauffeur O2 (ce réchauffeur permet de réchauffer l'oxygène avant de l’envoyer dans le brûleur).
12 : condenseur fumées (permet de réchauffer l’eau avant de l’envoyer dans la chaudière).
13 : eau de ville ou forage , qui sera chauffée pour l'utilisation du site, mais cette eau qui est froide (généralement 10 à 20 °C) , permet également d'abaisser la température des fumées en sortie de chaudière.
14 : combustible nécessaire à chauffer l'eau, par la chaudière , ce combustible peut être également chauffé pour augmenter le rendement de combustion .
20 : tunnel anesthésie de volailles.
Détaillons dans ce qui suit ce qui intervient aux différents équipements présents sur la Figure 1 , ainsi qu’un exemple de mise en œuvre donnant les caractéristiques thermiques des fluides intervenant à chaque étape, données ne représentant qu’un exemple de mise en œuvre qui ne sont qu’illustratives des équipements et conditions opératoires utilisés ici :
- Au niveau de la chaudière 4 : l’eau de ville y entre à une température voisine de 25°C et en ressort à une température voisine de 85°C, les fumées sortent de la chaudière à une température voisine de 220°C.
- au niveau du réchauffeur 10, le gaz combustible entre à une température voisine de 15°C et en sort à une température voisine de 95°C, et les fumées sortent de cet élément 10 à une température voisine de 210°C. - au niveau du réchauffeur 11 , l’oxygène entre à une température voisine de 5°C et en ressort à une température voisine de 95°C, et les fumées sortent de cet élément 11 à une température voisine de 200°C.
- au niveau du condenseur 12, l’eau de ville y entre à une température voisine de 5°C et en ressort à une température voisine de 25°C, et les fumées sortent de cet élément 12 à une température voisine de 90°C (L'échangeur 12 permet donc de récupérer des calories dans les fumées et préchauffe l'eau qui va rentrer dans la chaudière ( principe des chaudières à condensation)).
- au niveau de l’échangeur 2, l’oxygène entre à une température voisine de -183°C et en ressort à une température voisine de +5°C, et les fumées sortent de cet élément 2 à une température voisine de +2°C. A cette étape, l’eau est entièrement condensée, il ne reste que du CO2.
- au niveau de l’élément 7, l’eau de ville y entre à une température voisine de 15°C et en ressort à une température voisine de 5°C, et les fumées sortent de cet élément 7 à une température voisine de 10°C (l'échangeur 7 permet donc de remonter la température du CO2 autour de 10-12°C après en avoir enlevé l'eau, ce qui est requis pour de telles application d’anesthésie selon les législations en vigueur) .
Considérons dans ce qui suit l’exemple d’un abattoir de 40 tonnes/h, anesthésiant dans les conditions suivantes :
Un besoin de CO2 de 5 gr par kg de volaille
Pour une production de 10000 poulets par heure, en considérant des poulets pesant en moyenne 2,2 kg chacun, on obtient un besoin de 110 kg de CO2 par heure, d’où 2500 mol/h de CO2, et donc 2500 x 2 = 5 000 mol/h d’oxygène, i.e 160 Kg d'oxygène.
2500 mol de CH4 x 16 = 40 kg de CH4 par heure.
Considérant que la combustion du méthane à 25 °C libère une énergie de 39,77 MJ/m3 (55,53 MJ/kg ), soit 11 ,05 kWh/m3 (15,42 kWh/kg= 616 KWh).
La masse de CO2 rejetée par mole d’octane consommée est de 44 g.
Le rapport consommation de méthane/ rejets de CO2 est de 44/16 = 2,75 g.
1 kg de méthane rejette 2,75kg de CO2. Un gain de 20% sur le CH4 (gain d’énergie avec absence azote + élévation T°C comburant/combustible, transferts radiatifs ) : (616/100)x20=123 Kw
123 x 0,10€ le Kw gaz (prix que l’on peut considérer comme référence) = 12,3€ par heure
Dans les conditions de la présente simulation, le gain sur le gaz naturel permet de payer une partie de l'oxygène pour l'élaboration du CO2 :
• 160 x 0,088€ le kg= 14,08€ O2 par heure
• 14,08 - 12,3 = 1 , 78€ pour 110 kg de CO2 soit 1 ,78/110 x 1000= 16,1 .
• Ce qui revient à un coût du CO2 à 16,1€/Tonne
• Si aucun gain n’intervient sur la combustion, le prix du CO2 est voisin de 134, 5€ la tonne (à comparer à environ 150€/Tonne pour le CO2 marchand).
On considère généralement dans ce domaine des tunnels d’anesthésie de volailles que l’on souhaite atteindre une teneur en CO2 dans le tunnel qui est au moins de 55%.
Et donc il faut souligner le fait qu’un combustion air/CH4 ne permettrait pas d’atteindre des valeurs suffisantes de CO2 dans les fumées (la présence d’azote dans l’air de combustion limite la concentration à 11 ,5% de CO2).
On vient de développer en détails dans le cadre de la Figure 1 l’exemple d’une installation d’anesthésie de volailles en tunnel, où l’on a travaillé dans des conditions où le besoin de CO2 est synchronisé avec le besoin d'eau chaude : de l'eau chaude est utilisée pour déplumer les volailles et du CO2 gazeux est utilisé pour endormir les volailles, il n’est dès lors pas nécessaire ici de liquéfier le CO2.
Mais dans d’autres applications, il sera utile de liquéfier le CO2, par exemple citons le cas d’une utilisation du CO2 pour les serristes, le besoin de CO2 correspond à la photosynthèse de la plante donc dans la journée, tandis que le besoin de chauffer la serre est majoritairement effectif durant la nuit ( où il fait plus froid).
Donc pour ces utilisateurs il est avantageux de liquéfier le CO2 la nuit pour le distribuer le jour (à la lumière du soleil).
On configurera alors l’échangeur 2 pour descendre à -20°C et 20 bars, en ayant ajouté un compresseur à l'entrée de l'échangeur 2 , le moyen 8 n’ayant alors plus de raison d’être dans une telle application (on notera que cette variante « serriste » n’est pas représentée sur la Figure 1 ).
L'échangeur 2 pour effectuer une telle liquéfaction peut être également un cryo- condenseur, qui est un échangeur de chaleur fonctionnant à basse température, l’effluent gazeux issu du procédé industriel pénètre à l’intérieur d’une calandre, puis chemine à travers une série de chicanes, autour d’un faisceau tubulaire à ailettes dans lequel circule un cryogène liquide.
On l’a dit, le CO2 est un gaz qui change d'état en phase solide à une pression proche de 4,7 bar , il faut donc éviter de s'approcher de cette pression.
Une pression entre 16 bar et 20 bar est économiquement favorable, tandis qu’une température de - 20°C nécessite peu d’investissements en termes d’isolation .
On considère donc généralement que le couple « 20 bar, -20°C » représente le meilleur compromis.

Claims

REVENDICATIONS
1. Un procédé d’alimentation en CO2 gazeux d’un site comportant une installation (20) nécessitant du CO2 ou un mélange comportant du CO2, telle qu'un abattoir ou encore une serre de culture de végétaux, se caractérisant par la mise en oeuvre des mesures suivantes : on dispose au sein dudit site d'une chaudière (4) apte à fournir de l'eau chaude au site, cette chaudière mettant en oeuvre une oxy-combustion entre un combustible (14) et de l'oxygène pur (1 ), l'oxygène alimentant la chaudière étant obtenu à partir d'une source d'oxygène liquide (1 ) présente sur le site; on procède à la récupération de tout ou partie du CO2 contenu dans les fumées produites par la chaudière, par le fait que l'on organise, dans un échangeur (2), un échange thermique entre lesdites fumées et l'oxygène liquide.
2. Procédé selon la revendication 1 , se caractérisant en ce que le CO2 ainsi récupéré est sous sa forme gazeuse et il est stocké (séquestré) en vue d’une utilisation ultérieure sur le site considéré, ou bien utilisé « en flux tendu », en flux « synchronisé » avec le besoin d’eau chaude.
3. Procédé selon la revendication 1 , se caractérisant en ce que le CO2 ainsi récupéré est sous sa forme liquide et il est stocké dans un réservoir pour CO2 liquide en vue d’une utilisation ultérieure sur le site considéré.
4. Procédé selon la revendication 3, se caractérisant en ce que ledit échangeur dans lequel on organise un échange thermique entre lesdites fumées et l'oxygène liquide est configuré pour amener les fumées entrant dans l’échangeur dans des conditions de pression et température permettant la liquéfaction du CO2 présent dans ces fumées, en tirant ainsi profit des frigories de l’oxygène liquide présent sur le site, ceci sans nécessité d’un apport d'énergie électrique qui serait normalement nécessaire à un tel changement d'état.
5. Procédé selon la revendication 2, où ladite installation nécessitant du CO2 est une installation d’anesthésie de volailles ou d’autres animaux, avant abattage. Procédé selon la revendication 3 ou 4, où ladite installation nécessitant du CO2 est une installation de culture de végétaux sous serre, où le besoin de CO2 intervient essentiellement durant la journée, tandis que le besoin de chauffer la serre intervient essentiellement durant la nuit, le CO2 récupéré sous forme liquide durant la nuit i.e durant la phase d’opération de la chaudière étant stocké dans un réservoir pour CO2 liquide en vue d’une utilisation de ce CO2 durant la journée lorsque la serre le nécessite. Procédé selon l’une des revendication précédentes, se caractérisant en ce que ledit échange thermique entre lesdites fumées et l'oxygène liquide est précédé par un ou plusieurs traitements des fumées (12, 11 , 10, 7, ... ) par des méthodes de séparation physique et/ou chimique et/ou cryogénique, visant à réaliser une ou plusieurs des actions suivantes : chauffer l’oxygène et le gaz combustible, pour améliorer la combustion intervenant dans la chaudière et réduire les rejets d’oxydes d'azote ; condenser la vapeur d’eau des fumées ; supprimer d'éventuelles poussières générées par le foyer de la chaudière . Dispositif d’alimentation en CO2 gazeux d’un site comportant une installation (20) nécessitant du CO2 ou un mélange comportant du CO2, telle qu'un abattoir ou encore une serre de culture de végétaux, site qui comporte une chaudière (4) apte à fournir de l'eau chaude au site, cette chaudière mettant en oeuvre une oxy-combustion entre un combustible (14) et de l'oxygène pur (1 ), l'oxygène alimentant la chaudière étant obtenu à partir d'une source d'oxygène liquide (1 ) présente sur le site, se caractérisant en ce qu’il comporte un échangeur thermique (2), permettant d’ organiser un échange thermique entre lesdites fumées et l'oxygène liquide pour permettre la récupération de tout ou partie du CO2 contenu dans les fumées produites par la chaudière, et l’alimentation à l’aide de ce CO2 ainsi récupéré de ladite installation. Dispositif selon la revendication 8, se caractérisant en ce que le CO2 ainsi récupéré est sous sa forme liquide et en ce que le dispositif comporte des moyens de stockage du CO2 ainsi récupéré sous forme liquide en vue d’une utilisation ultérieure sur le site considéré. Dispositif selon la revendication 8, se caractérisant en ce que le CO2 ainsi récupéré est sous sa forme gazeuse et en ce que le dispositif comporte des moyens de stockage du CO2 ainsi récupéré en vue d’une utilisation ultérieure sur le site considéré. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, se caractérisant en ce que ledit échangeur thermique (2) permettant d’organiser un échange thermique entre lesdites fumées et l'oxygène liquide est configuré pour amener les fumées entrant dans l’échangeur dans des conditions de pression et température permettant la liquéfaction du CO2 présent dans ces fumées, en tirant ainsi profit des frigories de l’oxygène liquide présent sur le site, ceci sans nécessité d’un apport d'énergie électrique qui serait normalement nécessaire à un tel changement d'état. Dispositif selon l’une des revendications 8 à 11 , se caractérisant en ce qu’il comporte des moyens (12, 11 , 10, 7, ... ) de traitement des fumées avant leur arrivée dans l’échangeur, moyens de traitement mettant en œuvre des méthodes de séparation physique et/ou chimique et/ou cryogénique, visant à réaliser une ou plusieurs des actions suivantes : chauffer l’oxygène et le gaz combustible, pour améliorer la combustion intervenant dans la chaudière et réduire les rejets d’oxydes d'azote ; condenser la vapeur d’eau des fumées ; supprimer d'éventuelles poussières générées par le foyer de la chaudière .
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