WO2025196378A1 - Méthode de traitement de gaz chargé en dioxyde de carbone - Google Patents

Méthode de traitement de gaz chargé en dioxyde de carbone

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WO2025196378A1
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Charbel HOMSY
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Gaztransport et Technigaz SA
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    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the present invention relates to the field of gases loaded with carbon dioxide, and more particularly to the methods used to treat such gases.
  • a carbon dioxide-laden gas emission source When a carbon dioxide-laden gas emission source is in operation, for example an internal combustion engine of a vehicle such as a floating structure, carbon dioxide-laden gases are generated. These gases are generally released into the atmosphere, causing environmental damage, particularly due to the carbon dioxide they contain. It is therefore advisable to treat the carbon dioxide-laden gases from a gas emission source in order to extract the carbon dioxide for further use or marketing.
  • the emission source may consist of a heat engine, for example, or more generally any device that releases a flow of hot gas loaded with carbon dioxide.
  • a heat engine for example, or more generally any device that releases a flow of hot gas loaded with carbon dioxide.
  • the invention will be described by way of example in the context of heat engines, and more particularly of engines powered by natural gas. However, the invention is in no way limited thereto.
  • Engines powered by natural gas are, for example, a propulsion engine or an accessory drive engine fitted to a floating or land-based structure capable of containing and/or transporting liquefied natural gas (LNG).
  • LNG liquefied natural gas
  • Such structures typically include storage tanks that contain liquefied natural gas, also known as liquid natural gas.
  • This natural gas is liquid at temperatures below -163°C at atmospheric pressure.
  • the storage tanks are never perfectly thermally insulated, so the natural gas evaporates at least partially.
  • these tanks contain both natural gas in liquid form and natural gas in gaseous form.
  • at least part of the natural gas present in the tank in gaseous form can thus be used to power, among other things, propulsion motors of the floating structure or accessory motors of the floating or land-based structure.
  • the desorption mode requires, in the first phase, a hot source and, in the second phase, a cold source, which are not always available. Furthermore, it induces a multiplication of the components necessary for the implementation of the exhaust gas treatment method, which results in a significant footprint within the floating or land-based structure.
  • the present invention falls within this context by proposing a method for treating gases loaded with carbon dioxide which does away with the need for additional cold gas, while also simplifying the design of a treatment system configured to implement the treatment method.
  • the main object of the present invention is thus a method for treating gases loaded with carbon dioxide emitted by an emission source, comprising, during circulation of the gases loaded with carbon dioxide within a treatment circuit:
  • the treatment method according to the invention is intended to enable capture of carbon dioxide present in gases laden with carbon dioxide which come from a source of emission of gases laden with carbon dioxide, for example a propulsion engine or an accessory drive engine of a floating or land-based structure.
  • the treatment method consists of circulating a flow of gas loaded with carbon dioxide emitted by the emission source within a treatment circuit to a carbon dioxide capture device, while allowing optimal and simplified operation of the other components arranged on this treatment circuit.
  • the treatment method provides for this purpose a plurality of steps which allow on the one hand to decarbonize the gases loaded with carbon dioxide and on the other hand to ensure proper operation of the components participating in the decarbonization.
  • the components of the treatment circuit participating in the performance of one or other of the steps of the treatment method can operate, depending on the case, either continuously or in different modes in a cyclic manner.
  • the term "step" will thus refer either to an operation carried out on the gases loaded with carbon dioxide, or to a temporal phase of operation of a component operating in a cyclic manner.
  • the decarbonized gases are more precisely sampled at a temperature above 180 °C, advantageously of the order of 200 °C, and possibly reaching 240 °C.
  • "of the order of” is understood to mean a temperature of 200 °C plus or minus 10 °C. Such a temperature is necessary to enable the regeneration of the drying unit, i.e. its heating to remove the moisture.
  • a seventh step which is also a sampling step, a second portion of the decarbonized gases is sampled at a temperature of the order of 5 °C.
  • “of the order of” is understood to mean a temperature of 5 °C plus or minus 10 °C.
  • This second portion of the decarbonized gases is used to carry out an eighth step of the treatment method, namely a cooling step.
  • This cooling step is possible because the decarbonized gases leave the carbon dioxide capture device at low temperatures.
  • the cooling step necessarily occurs after the regeneration step within the drying unit, but it is understood that due to the nature of the treatment method, which applies to a treatment circuit within which the gases circulate continuously, certain steps may take place simultaneously.
  • the seventh stage corresponds to the continuous operation of a circuit for withdrawing the second portion of the decarbonized gases and therefore applies to the component as a whole
  • the eighth stage corresponds to a temporal phase of operation of the drying unit and therefore applies to a portion of the drying unit only.
  • the treatment method comprises a first step of exchanging calories and a second step of exchanging calories at during which the decarbonized gases pass through the heat exchanger to cool the carbon dioxide-laden gases emitted by the emission source.
  • the treatment method comprises, between the first calorie exchange step and the second calorie exchange step, a first energy production step during which the decarbonized gases pass into a first turbine of the treatment circuit.
  • the decarbonized gases pass through the heat exchanger for the first time to form its first pass, then they pass through the first turbine where they participate in the generation of mechanical energy, and finally they pass through the heat exchanger again where they form the second pass.
  • the decarbonized gases exchange calories before and after their passage through the first turbine.
  • the treatment method comprises, successively to the second step of heat exchange, a second step of energy production during which the decarbonized gases pass into a second turbine of the treatment circuit.
  • the fifth step occurs after the second energy production step.
  • the decarbonized gases are then sampled at the outlet of the second turbine. This corresponds to a first embodiment of the treatment method according to the invention.
  • the fifth step occurs between the first step of calorie exchange and the first step of energy production. It is understood that the sampling of decarbonized gases takes place between the first pass of the heat exchanger and the first turbine.
  • the treatment method comprises a step of humidification of the decarbonized gases by injecting water into the treatment circuit, the fifth step occurring prior to this humidification step.
  • the sampling of decarbonized gases takes place between the compression device and a water injection point.
  • the humidification step occurs prior to the first step of heat exchange.
  • Water injection makes it possible to humidify the flow of decarbonized gases before it passes through the heat exchanger.
  • the treatment method comprises, following the sixth step, a step of releasing the first portion of the decarbonized gases into the atmosphere.
  • the treatment method comprises, following the sixth step, a step of returning the first portion of the decarbonized gases to a point in the treatment circuit arranged between the heat exchanger and the first turbine.
  • the treatment method comprises, following the fourth step, a heating step during which the decarbonized gases pass through the compression device.
  • the decarbonized gases then exchange calories with the carbon dioxide-laden gases from the emission source, for example from the fuel consumer, which still contain carbon dioxide.
  • the treatment method comprises, following the eighth step, a step of returning the second portion of the decarbonized gases to a point in the treatment circuit arranged between the compression device and the heat exchanger.
  • the decarbonized gases used to cool the drying unit are also recycled but are here reinjected upstream of the first turbine.
  • the carrying out of the fifth step and the carrying out of the seventh step depend on a method for controlling a state of the drying unit.
  • the treatment method is based on a control process which, depending on the state of the drying unit, controls either the implementation of the regeneration step or the implementation of the cooling step, which correspond both to the desorption mode of the drying unit.
  • the control process also controls the adsorption mode of the drying unit once these two steps have been completed.
  • the invention further relates to a treatment system configured to implement the treatment method described above, the treatment system comprising a circuit for treating gases loaded with carbon dioxide on which are arranged, in this order, the heat exchanger, the compression device, the drying unit, and the carbon dioxide capture device.
  • the treatment system includes the treatment circuit, which corresponds to all the pipes and components involved in implementing the treatment method. “In this order” means that the carbon dioxide-laden gases from the emission source circulate, within the treatment circuit, first through the heat exchanger, then through the compression device, then through the drying unit, and finally through the carbon dioxide capture device. Once decarbonized, the decarbonized gases can circulate within these different components in a different order.
  • the heat exchanger is configured to decrease a temperature of the carbon dioxide-laden gases for supply to the compression device.
  • the compression device is configured to increase a pressure of the carbon dioxide-laden gases it receives from the heat exchanger.
  • the drying unit is configured to dry the carbon dioxide-laden gases after they have been compressed, and the carbon dioxide capture device is configured to decarbonize the dried carbon dioxide-laden gases to provide a decarbonized gas.
  • the first adsorption configuration allows the removal of moisture from carbon dioxide-laden gases, while the second desorption configuration aims to dehumidify the drying unit itself.
  • the third step of the treatment method i.e. the drying of the gases loaded with carbon dioxide, thus occurs when the drying unit is in the first adsorption configuration, and conversely the sixth and eighth steps, which are respectively regeneration and cooling, take place in the second desorption configuration of the drying unit.
  • the treatment circuit comprises a sampling line dedicated to conveying the first portion of the decarbonized gases to the drying unit, and a sampling pipe dedicated to conveying the second portion of the decarbonized gases to the drying unit.
  • sampling line participates in the regeneration of the drying unit, while the sampling pipe participates in its cooling.
  • the treatment circuit comprises a control valve and/or a valve for cutting off the sampling line and a control valve for the sampling pipe.
  • sampling line control or shut-off valve allows or prevents the passage of the first portion of decarbonized gases within the sampling line.
  • the sampling line control valve allows or prevents the passage of the second portion of decarbonized gases within the sampling line.
  • the heat exchanger comprises at least a first pass and a second pass, the first turbine being arranged on the treatment circuit between the first pass and the second pass of the heat exchanger and the second turbine connecting the second pass of the heat exchanger to an outlet duct of the treatment circuit.
  • the outlet pipe of the treatment circuit opens outside the treatment system into the atmosphere.
  • the treatment circuit comprises an outlet pipe dedicated to evacuating the first portion of decarbonized gases from the drying unit to the atmosphere.
  • This outlet pipe is used in the first embodiment. It is, for example, connected to the outlet pipe which is connected to the second turbine. As soon as they leave the drying unit, the decarbonized gases which participated in its regeneration can thus be evacuated from the treatment circuit.
  • the treatment circuit comprises a return pipe dedicated to evacuating the first portion of decarbonized gases and/or the second portion of decarbonized gases from the drying unit.
  • This return line is present in all three embodiments. It allows the decarbonized gases used, depending on the case, for the regeneration and/or cooling of the drying unit to be reinjected into the treatment circuit.
  • the return pipe is dedicated to the evacuation of the second portion of the decarbonized gases, the return pipe comprising a first end connected to the drying unit and a second end connected between the compression device and the heat exchanger.
  • the return pipe comprises a first end connected to the drying unit and a second end connected between the first pass of the heat exchanger and the first turbine.
  • the treatment circuit comprises a flow regulating valve between the heat exchanger and the second end of the return pipe.
  • the flow regulating valve is thus arranged, in the second embodiment, between the sampling point of the first portion of decarbonized gases and a return point of the decarbonized gases used to desorb the drying unit.
  • the treatment circuit comprises a control valve for the outlet pipe.
  • This pilot valve allows or prevents the passage of decarbonized gases which participated in the desorption mode of the drying unit into the outlet pipe.
  • the treatment circuit comprises a control valve for the return line.
  • This pilot valve allows or prevents the passage of decarbonized gases which participated in the desorption mode of the drying unit into the return pipe.
  • the treatment system comprises a system for controlling the circulation of gases loaded with carbon dioxide within the treatment circuit.
  • control system controls the opening and/or closing of the sampling line control valve, the sampling pipe control valve, the outlet pipe pilot valve and the return pipe pilot valve.
  • control system controls the opening and/or closing of the flow regulating valve.
  • control system controls the opening and/or closing of the various valves present within the treatment circuit in order to implement, as required, the regeneration of the drying unit or its cooling.
  • control carried out by the control system is dependent on a flow rate of gases loaded with carbon dioxide within the treatment circuit.
  • the heat exchanger is a recovery boiler.
  • the drying unit comprises a plurality of dryers including at least a first dryer and a second dryer, the first dryer being in the first adsorption configuration when the second dryer is in the second desorption configuration.
  • the two dryers are in opposite configurations; the first dryer participates in drying the gases loaded with carbon dioxide while the second dryer is regenerated then cooled, then vice versa.
  • These dryers are identical and take turns in time to ensure the continuity of the drying of the gas. This makes it possible to implement the treatment method without interruption which would be due to a need to desorb the dryers.
  • Each dryer taken individually, operates cyclically; in other words, it undergoes a cycle of operations succeeding one another in time, namely adsorption and desorption.
  • the invention further relates to a floating structure, comprising a source of emission of gases loaded with carbon dioxide and a system for treating the gases loaded with carbon dioxide emitted by the emission source, namely the exhaust gases emitted by this fuel consumer.
  • the emission source here is a fuel consumer, for example a propulsion engine or an accessory drive engine of the floating structure, such a consumer being supplied with gas from the evaporation of liquefied gas stored in a storage tank of the floating structure, for example liquefied natural gas.
  • FIG. 1 illustrates, schematically, a first embodiment of a treatment system implementing an exhaust gas treatment method according to the invention
  • FIG. 2 illustrates, schematically, a second embodiment of the treatment system implementing the treatment method according to the invention
  • FIG. 3 illustrates, schematically, a third embodiment of the treatment system implementing the treatment method according to the invention.
  • variants of the invention may be combined with each other in various combinations, provided that they are not incompatible or mutually exclusive.
  • variants of the invention may be conceived comprising only a selection of features described below in isolation from the other features described, if this selection of features is sufficient to confer a technical advantage and/or to differentiate the invention from the prior art.
  • the invention is described in a non-limiting manner in the context of a floating structure with a fuel consumer which represents the source of emission of gases loaded with carbon dioxide.
  • the gases loaded with carbon dioxide are the exhaust gases emitted by this fuel consumer. After passing through the carbon dioxide capture device, these gases become decarbonized exhaust gases.
  • the invention applies in a similar manner to any device which releases a flow of hot gas loaded with carbon dioxide.
  • FIGS 1 to 3 thus illustrate, schematically, an exhaust gas treatment system 1 according to the invention.
  • the treatment system 1 is intended to equip a floating or land-based structure for the purpose of capturing the carbon dioxide contained in the exhaust gases of a fuel consumer 2 of the structure.
  • a fuel consumer 2 for example an engine, is supplied with gas which can be from the natural evaporation of liquefied natural gas which is stored in one or more storage tanks of the floating or land-based structure, the exhaust gases resulting from the use of the gas from the natural evaporation of liquefied natural gas by the fuel consumer 2.
  • the treatment system 1 comprises a treatment circuit 4, within which the exhaust gases circulate.
  • This treatment circuit 4 comprises, on the one hand, various lines and conduits which enable the exhaust gases to be channelled, and on the other hand, various components which participate in the treatment of these exhaust gases.
  • the treatment circuit 4 comprises on the one hand a delivery line 3 and an evacuation line 5.
  • the delivery line 3 allows the exhaust gases to circulate within the treatment circuit 4 for the purpose of their decarbonization, while the evacuation line 5 allows the decarbonized exhaust gases to pass through.
  • the treatment circuit 4 is connected to the fuel consumer 2 via the routing line 3 so as to channel the exhaust gases that it emits. At the outlet of the fuel consumer 2, these exhaust gases are directed via the routing line 3 to a heat exchanger 6, here a recovery boiler 6.
  • This heat exchanger 6 is composed of a first pass 8 and a second pass 10.
  • the heat exchanger 6 is configured to cool the exhaust gases, these exhaust gases exchanging calories successively with a gas circulating within the first pass 8 then with a gas circulating within the second pass 10.
  • the treatment circuit 4 also has a compression device 12 which is connected to the heat exchanger 6 by the routing line 3.
  • This compression device 12 may, according to alternative embodiments, have one or more compression stages.
  • the compression device 12 is configured to compress the exhaust gases which it receives from the heat exchanger 6.
  • the routing line 3 connects an outlet of the compression device 12 to an inlet of a drying unit 14 of the treatment circuit 4 of the treatment system 1.
  • This drying unit 14 is configured to remove the moisture that comprises the exhaust gases.
  • the drying unit 14 is configured to have a first adsorption configuration and a second desorption configuration.
  • the first adsorption configuration corresponds to an effective capture of the moisture present in the exhaust gases
  • the second desorption configuration is adopted in the absence of exhaust gases and makes it possible to remove the moisture present in the drying unit 14 after it has been removed from the exhaust gases.
  • the second desorption configuration more precisely covers a first regeneration phase of the drying unit 14, during which it is dried, then a second cooling phase, during which it is cooled so as to be brought to temperatures allowing the resumption of the first adsorption configuration.
  • the drying unit 14 comprises, as shown in the figures, a plurality of dryers 16 including a first dryer 16A, a second dryer 16B and a third dryer 16C.
  • a plurality of dryers 16 including a first dryer 16A, a second dryer 16B and a third dryer 16C.
  • at least one of the dryers 16 is in the first adsorption configuration while at least one other of these dryers 16 is in the second desorption configuration.
  • the first dryer 16A and the second dryer 16B are in the first adsorption configuration while the third dryer 16C is in the second desorption configuration.
  • the implementation of one or other of these configurations is permitted thanks to the presence, within the treatment circuit 4, of the valves 18 associated with each of the dryers 16.
  • valves 18 are arranged both at the inlet of the dryers 16 and at their outlet. It is understood that the inlet of the dryers 16 corresponds to their portion connected to the compression device 12.
  • the outlet of the drying unit is connected, by the delivery line 3, to a carbon dioxide capture device 20, which is configured to remove the carbon dioxide present in the exhaust gases.
  • the carbon dioxide capture device 20 comprises for this purpose a first sub-unit 22 adapted to receive the dried exhaust gases at their outlet from the drying unit 14, as well as a second sub-unit 24 adapted to release the decarbonized exhaust gases at temperatures cryogenic. It is understood from the above that the first sub-unit 22 is connected to the delivery line 3 while the second sub-unit 24 is connected to the evacuation line 5, this evacuation line 5 being dedicated to the circulation of decarbonized exhaust gases.
  • the carbon dioxide capture device 20 and more particularly its second sub-unit 24 is connected to the compression device 12.
  • the compression device 12 is crossed both by the exhaust gases loaded with carbon dioxide, via the delivery line 3, and by the decarbonized exhaust gases via the discharge line 5.
  • the delivery line 3 makes it possible to bring the exhaust gases to the carbon dioxide capture device 20 while the discharge line 5 allows the decarbonized exhaust gases to leave this carbon dioxide capture device 20.
  • the discharge line 5 of the treatment circuit 4 further connects the compression device 12 to the heat exchanger 6, so that this discharge line 5 is connected to the first pass 8.
  • the first pass 8 is connected to a first turbine 26.
  • This first turbine 26 uses the energy of the decarbonized exhaust gases to provide useful mechanical energy within the floating or terrestrial structure.
  • the first turbine 26 is connected to the second pass 10 of the heat exchanger 6; it is therefore understood that the decarbonized exhaust gases circulate countercurrently in the first pass 8 and in the second pass 10 to exchange calories twice with the exhaust gases traveling in the supply line 3.
  • the discharge line 5 connects the heat exchanger 6 to a second turbine 28, which, like the first turbine 26, is configured to supply mechanical energy to the floating or land-based structure.
  • the discharge line 5 comprises an outlet duct 30 through which it opens onto the atmosphere, that is to say outside the treatment circuit 4 and the treatment system 1.
  • the treatment circuit 4 comprises conduits which allow the implementation of the second desorption configuration of this drying unit 14.
  • the treatment circuit 4 comprises a sampling line 32 which allows the regeneration of the drying unit 14 and a sampling pipe 34 which allows its cooling.
  • the treatment system 1 is shown according to a first embodiment in Figure 1, according to a second embodiment in Figure 2 and according to a third embodiment in Figure 3.
  • the first and second embodiments correspond respectively to a low-pressure treatment system 1 and a high-pressure treatment system 1.
  • These first and second embodiments are suitable but not exclusive for a flow rate of exhaust gases which are decarbonized greater than 50% of a total of the exhaust gases at the outlet of the fuel consumer 2.
  • the third embodiment corresponds on the contrary to a treatment system 1 providing water injection. This third embodiment is suitable for the case of a flow rate of exhaust gases which are decarbonized less than 50% of the total of the exhaust gases at the outlet of the fuel consumer 2.
  • the sampling line 32 within which the first portion of the decarbonized exhaust gases circulates is connected to the discharge line 5 between the second turbine 28 and the outlet duct 30. Furthermore, this sampling line 32 opens into the drying unit 14.
  • the first portion of the decarbonized exhaust gases has a pressure of the order of 1.1 bar abs. More generally, the first portion of the decarbonized exhaust gases has a pressure of between 1 and 1.3 bar abs.
  • the treatment circuit 4 comprises an outlet pipe 38 which is dedicated to the evacuation of the first portion of the decarbonized exhaust gases from the treatment system 1.
  • This outlet pipe 38 visible in FIG. 1, connects the drying unit 14 to the atmosphere. It can for this purpose be connected to the outlet pipe 30, the first portion of the decarbonized exhaust gases taking the outlet pipe 38 then the outlet pipe 30 to be discharged into the atmosphere.
  • the outlet pipe 38 can be an independent pipe opening onto the atmosphere.
  • This outlet pipe 38 is equipped, in the vicinity of the drying unit 14, with a pilot valve 40 which, when open, allows passage of the first portion of the decarbonized exhaust gases into the outlet pipe 38 and, when closed, prevents such passage.
  • the sampling line 32 which channels the first portion of the decarbonized exhaust gases is connected to the discharge line 5 between the first pass 8 of the heat exchanger 6 and the first turbine 26, and it opens into the drying unit 14.
  • the first portion of the decarbonized exhaust gases has a pressure of the order of 4 bar abs. More generally, the first portion of the decarbonized exhaust gases has a pressure of between 3 and 5 bar abs.
  • the discharge line 5 comprises a water injection point 36 at which water is injected into the treatment circuit 2 in order to humidify the decarbonized exhaust gases.
  • This water injection point 36 is more precisely arranged between the compression device 12 and the first pass 8 of the heat exchanger 6.
  • the sampling line 32 within which the first portion of the decarbonized exhaust gases circulates is in the third embodiment connected to the discharge line 5 between the compression device 12 and the water injection point 36, in other words upstream of the water injection point 36, and it opens into the drying unit 14.
  • the first portion of the decarbonized exhaust gases has a pressure of the order of 4 bar abs, that is to say between 3 and 5 bar abs.
  • the treatment system 1 does not have an outlet pipe 38 such as that of the first embodiment.
  • the first portion of the decarbonized exhaust gases is intended to be reinjected into the treatment circuit 4.
  • the treatment circuit 4 comprises a return pipe 42 which returns the first portion of the decarbonized exhaust gases having participated in the regeneration of the drying unit 14 into the treatment circuit 4.
  • this return pipe 42 connects the drying unit 14 to the discharge line 5 between the first pass 8 of the heat exchanger 6 and the first turbine 26.
  • the return pipe 42 is more precisely connected, in the second embodiment, between the sampling line 32 and the first turbine 26.
  • the sampling line 32 comprises a control valve 48 or shut-off valve which, when open, allows passage of the first portion of the decarbonized exhaust gases into the sampling line 32 for the purpose of regenerating the drying unit 14, and which, when closed, prevents such passage.
  • the sampling line 32 further comprises a flow control valve 49.
  • the sampling line 34 which as mentioned above has the role of conveying the second portion of the decarbonized exhaust gases to the drying unit 14 for cooling, is connected to the discharge line 5 in a zone where the decarbonized exhaust gases that it channels have a temperature of the order of 5 °C.
  • the sampling line 34 thus connects an outlet of the compression device 12 to the drying unit 14.
  • this sampling line 34 may have a portion for which it is merged with the sampling line 32 which is dedicated to regeneration. Since cooling and regeneration are not carried out at the same time but rather in turn, this allows the decarbonized exhaust gases to use a portion of the treatment circuit 4 that would otherwise be unused.
  • the sampling line 34 is provided with a control valve 50, which when open allows passage of the second portion of the decarbonized exhaust gases in order to cool the drying unit 14, and which when closed prevents such passage.
  • the return line 42 which allows the reinjection of the first portion of the decarbonized exhaust gases is also used by the second portion of the decarbonized exhaust gases.
  • the return line 42 is common to the decarbonized exhaust gases used for the regeneration of the drying unit 14 and to the decarbonized exhaust gases used for its cooling.
  • the treatment circuit 4 comprises a return pipe 42 which is exclusively dedicated to the channeling of the second portion of the decarbonized exhaust gases, the first portion of the decarbonized exhaust gases using the outlet pipe 30.
  • the return pipe 42 connects the drying unit 14 to the first pass 8 of the heat exchanger 6.
  • the treatment system 1 comprises a control system 52 for the circulation of exhaust gases within the treatment circuit 4.
  • This control system 52 is capable of controlling the opening and closing of the various valves of the treatment system 1, so as to operate the implementation of the first adsorption configuration of the drying unit 14 as well as the implementation of its second desorption configuration, and more precisely its regeneration or its cooling.
  • the treatment system 1 is configured to implement a method for treating exhaust gases according to the invention, which will now be described in relation to each of the embodiments.
  • the treatment method 1 begins with a first step or cooling step, for which the exhaust gases from the fuel consumer 2 are conveyed from this fuel consumer to the heat exchanger 6 via the supply line 3.
  • This first cooling step is achieved by implementing heat exchange steps within the heat exchanger 6, with a first heat exchange step carried out between the exhaust gases from the fuel consumer 2 and the decarbonized exhaust gases circulating in the first pass 8, and a second heat exchange step carried out between the exhaust gases from the fuel consumer 2 and the decarbonized exhaust gases circulating in the second pass 10.
  • the dried exhaust gases pass through both the first subunit 22 and the second subunit 24 of the carbon dioxide capture device 20 where they are decarbonized and cooled to cryogenic temperatures.
  • the dried exhaust gases are, in the fourth stage, cooled to cryogenic temperatures.
  • this treatment method comprises a humidification step which corresponds to an injection of water into the treatment circuit 4 and more precisely into the discharge line 5 in order to humidify the decarbonized exhaust gases which circulate therein.
  • This humidification step takes place after the heating step.
  • the first and second embodiments do not have such a humidification step.
  • the decarbonized exhaust gases participate in the first calorie exchange step and the second calorie exchange step as described above.
  • the treatment method comprises the occurrence of a first energy production step during which the decarbonized exhaust gases pass into the first turbine 26.
  • Another energy production step in this case a second energy production step, takes place successively to the second heat exchange step.
  • the decarbonized exhaust gases circulate within the second turbine 28.
  • the decarbonized exhaust gases are discharged from the treatment system 1 by a discharge step during which they pass through the outlet conduit 30 to the atmosphere.
  • the treatment method also comprises steps which allow the implementation of the second desorption configuration, which will now be detailed.
  • the second desorption configuration of the drying unit 14 requires the successive implementation of a regeneration step and a cooling step, which correspond respectively to a sixth step and an eighth step of the treatment method.
  • Each of these sixth and eighth steps requires a supply of decarbonized exhaust gases within the drying unit 14, which take place respectively during a fifth step for the regeneration step and a seventh step for the cooling step.
  • the fifth step is a sampling step during which the first portion of the decarbonized exhaust gases is sampled at a first point in the treatment circuit, which varies depending on the embodiments, where these decarbonized exhaust gases are at a temperature between 35 and 250°C.
  • the sampling point for the first portion of the decarbonized exhaust gases is arranged, within the treatment circuit 4, between the second turbine 28 and the outlet duct 30. It is understood that in this first embodiment, the fifth step therefore takes place, following the circulation of the decarbonized exhaust gases, following the second energy production step.
  • the first portion of the decarbonized exhaust gases is then sent to the drying unit 14 via the sampling line 32. This first portion of the decarbonized exhaust gases carries out the regeneration of the dryer(s) 16 of the drying unit 14 during the sixth step, then it is returned to the atmosphere via the outlet pipe 38 then the outlet pipe 30 during a discharge step.
  • the fifth step of sampling the first portion of the decarbonized exhaust gases takes place between the heat exchanger 6 and the first turbine 26, in other words between the first step of heat exchange and the first step of energy production according to the circulation of the decarbonized exhaust gases.
  • the first portion of the decarbonized exhaust gases is then sent to the drying unit 14 via the sampling line 32.
  • This first portion of the decarbonized exhaust gases carries out the regeneration of the dryer(s) 16 of the drying unit 14 during the sixth step, then it is reinjected into the treatment circuit 4 during a return step. It is more particularly reinjected between the sampling point of the first portion of the decarbonized exhaust gases and the first turbine 26, that is to say according to the circulation of the decarbonized exhaust gases between the first step of heat exchange and the first step of energy production.
  • the fifth step of sampling the first portion of the decarbonized exhaust gases takes place between the compression device 12 and the water injection point 36, i.e. according to the circulation of the decarbonized exhaust gases between the heating step and the humidification step.
  • the first portion of the decarbonized exhaust gases is then sent to the drying unit 14 via the sampling line 32.
  • This first portion of the decarbonized exhaust gases carries out the regeneration of the dryer(s) 16 of the drying unit 14 during the sixth step, then it is reinjected into the circuit of treatment 4 during the return stage. It is more particularly reinjected between the first pass 8 of the heat exchanger 6 and the first turbine 26, that is to say according to the circulation of the decarbonized exhaust gases between the first stage of heat exchange and the first stage of energy production, like the second embodiment.
  • the seventh step is a sampling step during which the second portion of the decarbonized exhaust gases is sampled, via the sampling line 34, at a second point in the treatment circuit where these decarbonized exhaust gases are at a temperature of the order of 5°C.
  • This second sampling point which is similar for the three embodiments, is arranged on the treatment circuit 4 at the outlet of the compression device 12, i.e. according to the circulation of the decarbonized exhaust gases following a first heating step.
  • the second portion of the exhaust gases taken during the seventh stage is conveyed to the drying unit 14, where it cools the dryers 16 during the eighth cooling stage.
  • the second portion of the decarbonized exhaust gases is reinjected into the treatment circuit 4 via the return pipe 42 at points which differ according to the embodiments.
  • the second portion of the decarbonized exhaust gases is reinjected upstream of the heat exchanger 6, that is to say prior to the first step of heat exchange according to the circulation of the decarbonized exhaust gases.
  • the reinjection of the second portion of the decarbonized exhaust gases takes place between the first pass 8 of the heat exchanger 6 and the first turbine 26, that is to say according to the circulation of the decarbonized exhaust gases between the first heat exchange stage and the first energy production stage.
  • the implementation of the treatment method is framed by a control method implemented by the control system 52, such a control method deciding for example on a alternation between the first adsorption configuration of the drying unit 14 and its second desorption configuration, and for the second desorption configuration of an alternation between regeneration phase and cooling phase, these alternations being a function of controlling the opening or closing of the various valves of the treatment circuit 4 of the treatment system 1.
  • the present invention thus proposes a method of treating and a system for treating exhaust gases from a fuel consumer which limit the number of components necessary for the operation of a drying unit of the treatment system, by eliminating a demand for cold gas otherwise solely dedicated to cooling this drying unit.

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Abstract

La présente invention concerne une méthode de traitement de gaz d'échappement comprenant : - une première étape de refroidissement dans un échangeur de chaleur (6); - une deuxième étape de compression dans un dispositif de compression (12); - une troisième étape de séchage dans une unité de séchage (14); - une quatrième étape de décarbonation dans un dispositif de captage de dioxyde de carbone (20); - une cinquième étape de prélèvement des gaz d'échappement à une température de l'ordre de 180 °C; - une sixième étape de régénération de l'unité de séchage (14); - une septième étape de prélèvement des gaz d'échappement à une température de 5 °C; - une huitième étape de refroidissement de l'unité de séchage (14).

Description

DESCRIPTION
Titre : Méthode de traitement de gaz chargé en dioxyde de carbone
La présente invention concerne le domaine des gaz chargés en dioxyde de carbone, et plus particulièrement les méthodes mises en oeuvre pour traiter de tels gaz.
Lorsqu’une source d’émission de gaz chargé en dioxyde de carbone est en cours de fonctionnement, par exemple un moteur à combustion interne d’un véhicule tel qu’un ouvrage flottant, des gaz chargés en dioxyde de carbone sont générés. Ces gaz sont généralement largués dans l’atmosphère induisant des dégâts environnementaux, notamment à cause du dioxyde de carbone qu’ils contiennent. Il est donc judicieux de traiter les gaz chargés en dioxyde de carbone issus d’une source d’émission de gaz afin d’y extraire le dioxyde de carbone en vue de l’exploiter pour une utilisation ou une commercialisation ultérieure.
La source d’émission peut consister en un moteur thermique par exemple, ou bien plus généralement tout dispositif qui dégage un flux de gaz chaud et chargé en dioxyde de carbone. Dans ce qui suit, l’invention sera décrite à titre d’exemple dans le cadre de moteurs thermiques, et plus particulièrement de moteurs alimentés par du gaz naturel. Toutefois, l’invention ne s’y limite nullement.
Les moteurs alimentés par du gaz naturel sont par exemple un moteur de propulsion ou un moteur d’entraînement accessoire équipant un ouvrage flottant ou terrestre apte à contenir et/ou à transporter du gaz naturel liquéfié (GNL).
De tels ouvrages comprennent classiquement des cuves de stockage qui contiennent le gaz naturel liquéfié, aussi appelé gaz naturel à l’état liquide. Ce gaz naturel est liquide à des températures inférieures à -163 °C à pression atmosphérique. Les cuves de stockage ne sont jamais parfaitement isolées thermiquement, de sorte que le gaz naturel s’y évapore au moins partiellement. Ainsi, ces cuves comprennent à la fois du gaz naturel sous une forme liquide et du gaz naturel sous forme gazeuse. De façon connue, au moins une partie du gaz naturel présent dans la cuve sous forme gazeuse peut ainsi être utilisée pour alimenter, entre autres, des moteurs de propulsion de l’ouvrage flottant ou des moteurs accessoires de l’ouvrage flottant ou terrestre.
Ces moteurs consomment le gaz naturel et rejettent des gaz d’échappement, qui peuvent être utilisés pour entraîner des turbines avant d’être relâchés dans l’atmosphère. Or, ces gaz d’échappement résultant d’une combustion du gaz naturel fourni aux moteurs, ils contiennent du dioxyde de carbone. Il est donc nécessaire de mettre en oeuvre des méthodes de traitement de ces gaz d’échappement afin de limiter la pollution engendrée par le dioxyde de carbone qu’ils contiennent.
Il est ainsi connu de l’art antérieur de recourir, afin d’isoler le dioxyde de carbone contenu dans les gaz d’échappement, à une méthode de traitement au cours de laquelle les gaz d’échappement traversent un dispositif de captage de dioxyde de carbone. Un tel dispositif de captage de dioxyde de carbone requiert cependant d’avoir un flux de gaz d’échappement sec, et nécessite donc le passage des gaz d’échappement au sein d’une unité de séchage comprenant par exemple des tamis moléculaires. L’unité de séchage fonctionne classiquement selon deux modes, un mode d’adsorption grâce auquel elle adsorbe l’humidité présente dans les gaz d’échappement et un mode de désorption par lequel l’humidité est évacuée de l’unité de séchage elle-même. Ce mode de désorption comprend une phase de régénération au cours de laquelle l’unité de séchage est chauffée et une phase de refroidissement au cours de laquelle elle est refroidie. Le mode de désorption nécessite, dans la première phase, une source chaude et, dans la deuxième phase, une source froide qui ne sont pas toujours disponibles. Par ailleurs, il induit une multiplication des composants nécessaires à la mise en oeuvre de la méthode de traitement des gaz d’échappement, ce qui entraîne un encombrement non négligeable au sein de l’ouvrage flottant ou terrestre.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte en proposant une méthode de traitement des gaz chargés en dioxyde de carbone qui s’affranchit de la demande de gaz froid supplémentaire, en simplifiant par ailleurs la conception d’un système de traitement configuré pour mettre en oeuvre la méthode de traitement. La présente invention a ainsi pour principal objet une méthode de traitement de gaz chargés en dioxyde de carbone émis par une source d’émission, comprenant, au cours d’une circulation des gaz chargés en dioxyde de carbone au sein d’un circuit de traitement :
- une première étape au cours de laquelle les gaz chargés en dioxyde de carbone sont refroidis au sein d’un échangeur de chaleur ;
- une deuxième étape au cours de laquelle les gaz chargés en dioxyde de carbone refroidis sont comprimés au sein d’un dispositif de compression ;
- une troisième étape au cours de laquelle les gaz chargés en dioxyde de carbone comprimés sont asséchés au sein d’une unité de séchage ;
- une quatrième étape au cours de laquelle les gaz chargés en dioxyde de carbone secs sont débarrassés de dioxyde de carbone au sein d’un dispositif de captage de dioxyde de carbone, générant des gaz décarbonés ;
- une cinquième étape au cours de laquelle une première portion des gaz décarbonés est prélevée en un premier point du circuit de traitement où ils ont une température supérieure à 180 °C et est envoyée vers l’unité de séchage ;
- une sixième étape au cours de laquelle la première portion des gaz décarbonés régénère l’unité de séchage ;
- une septième étape au cours de laquelle une deuxième portion des gaz décarbonés est prélevée en un deuxième point du circuit de traitement où ils ont une température de l’ordre de 5 °C et est envoyée vers l’unité de séchage ;
- une huitième étape au cours de laquelle la deuxième portion des gaz décarbonés refroidit l’unité de séchage régénérée.
La méthode de traitement selon l’invention est destinée à permettre une capture du dioxyde de carbone présent dans les gaz chargés en dioxyde de carbone qui sont issus d’une source d’émission de gaz chargés en dioxyde de carbone, par exemple un moteur à propulsion ou un moteur d’entraînement accessoire d’un ouvrage flottant ou terrestre.
La méthode de traitement consiste à faire circuler un flux de gaz chargé en dioxyde de carbone émis par la source d’émission au sein d’un circuit de traitement jusqu’à un dispositif de captage de dioxyde de carbone, tout en permettant un fonctionnement optimal et simplifié des autres composants disposés sur ce circuit de traitement. La méthode de traitement prévoit à cet effet une pluralité d’étapes qui permettent d’une part de décarboner les gaz chargés en dioxyde de carbone et d’autre part d’assurer un bon fonctionnement des composants participant à la décarbonation. Il est toutefois à noter que les composants du circuit de traitement participant à la réalisation de l’une ou l’autre des étapes de la méthode de traitement peuvent fonctionner, selon les cas, soit de façon continue soit selon différentes modes de façon cyclique. Dans le cadre de cette invention, le terme « étape » se référera ainsi soit à une opération réalisée sur les gaz chargés en dioxyde de carbone, soit à une phase temporelle d’opération d’un composant fonctionnant de façon cyclique.
Ainsi, la méthode de traitement débute par une première étape ou étape de refroidissement, au cours de laquelle les gaz chargés en dioxyde de carbone traversent un échangeur de chaleur, par exemple une chaudière de récupération de chaleur, au sein duquel ils échangent des calories en vue de leur refroidissement. Au cours d’une deuxième étape, ou étape de compression, les gaz chargés en dioxyde de carbone sortis de l’échangeur de chaleur traversent un dispositif de compression. Ils sont alors comprimés. En sortie du dispositif de compression, les gaz chargés en dioxyde de carbone subissent une troisième étape ou étape de séchage, au cours de laquelle l’humidité qu’ils contiennent est adsorbée par une unité de séchage. Ces première, deuxième et troisième étapes sont nécessaires pour amener les gaz chargés en dioxyde de carbone à une température et un taux d’humidité optimaux pour la décarbonation, qui se produit dans le dispositif de captage de dioxyde de carbone au cours d’une quatrième étape ou étape de capture de dioxyde de carbone.
A l’issue de la quatrième étape, les gaz initialement chargés en dioxyde de carbone sont décarbonés et ils pourraient donc être rejetés dans l’atmosphère sans risque de pollution. Toutefois, la présente invention vise à réemployer au moins une partie de ces gaz d’échappement décarbonés afin de régénérer et de refroidir l’unité de séchage. Ces deux étapes de régénération et de refroidissement, qui correspondent à un mode de desorption, sont primordiales pour permettre la mise en oeuvre d’un mode d’adsorption de l’unité de séchage qui permet l’assèchement des gaz chargés en dioxyde de carbone. L’étape de régénération correspond à une sixième étape de la méthode de traitement, qui est réalisée subséquemment à une cinquième étape ou étape de prélèvement d’une première portion des gaz décarbonés. Au cours de cette cinquième étape, les gaz décarbonés sont plus précisément prélevés à une température supérieure à 180 °C, avantageusement de l’ordre de 200 °C, et pouvant atteindre 240 °C. On entend ici par « de l’ordre de » une température de 200 °C plus ou moins 10 °C. Une telle température est nécessaire pour permettre la régénération de l’unité de séchage, c'est-à-dire son réchauffement pour en retirer l’humidité. Ensuite, au cours d’une septième étape qui est également une étape de prélèvement, une deuxième portion des gaz décarbonés est prélevée à une température de l’ordre de 5 °C. On entend ici par « de l’ordre de » une température de 5 °C plus ou moins 10 °C. Cette deuxième portion des gaz décarbonés est employée pour effectuer une huitième étape de la méthode de traitement, à savoir une étape de refroidissement. Cette étape de refroidissement est possible car les gaz décarbonés sortent du dispositif de captage de dioxyde de carbone à des températures basses. L’étape de refroidissement intervient nécessairement après l’étape de régénération au sein de l’unité de séchage, mais on comprend que du fait de la nature de la méthode de traitement qui s’applique à un circuit de traitement au sein duquel les gaz circulent en continu certaines étapes peuvent avoir lieu de façon simultanée.
À titre d’exemple et relativement à la définition précitée qui a été donnée au terme « étape », la septième étape correspond au fonctionnement continu d’un circuit de soutirage de la deuxième portion des gaz décarbonés et s’applique donc au composant dans son ensemble, tandis que la huitième étape correspond à une phase temporelle d’opération de l’unité de séchage et s’applique donc à une portion de l’unité de séchage uniquement.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la méthode de traitement comprend une première étape d’échange de calories et une deuxième étape d’échange de calories au cours desquelles les gaz décarbonés traversent l’échangeur de chaleur pour refroidir les gaz chargés en dioxyde de carbone émis par la source d’émission.
On comprend ainsi que les gaz passent à deux reprises au sein de l’échangeur de chaleur, à contre-courant de sorte à former une première passe et une deuxième passe.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la méthode de traitement comprend, entre la première étape d’échange de calories et la deuxième étape d’échange de calories, une première étape de production d’énergie au cours de laquelle les gaz décarbonés passent dans une première turbine du circuit de traitement.
Ainsi, au cours de la méthode de traitement les gaz décarbonés traversent une première fois l’échangeur de chaleur afin de former sa première passe, puis ils traversent la première turbine au sein de laquelle ils participent à la génération d’énergie mécanique, et enfin ils repassent à travers l’échangeur de chaleur dont ils forment la deuxième passe. Ainsi, les gaz décarbonés échangent des calories avant et après leur passage dans la première turbine.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la méthode de traitement comprend, successivement à la deuxième étape d’échange de calories, une deuxième étape de production d’énergie au cours de laquelle les gaz décarbonés passent dans une deuxième turbine du circuit de traitement.
En d’autres termes, en sortie de l’échangeur de chaleur les gaz décarbonés traversent la deuxième turbine, participant de nouveau à une génération d’énergie mécanique.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la cinquième étape intervient après la deuxième étape de production d’énergie.
Le prélèvement de gaz décarbonés a alors lieu en sortie de la deuxième turbine. Cela correspond à un premier mode de réalisation de la méthode de traitement selon l’invention.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la cinquième étape intervient entre la première étape d’échange de calories et la première étape de production d’énergie. On comprend que le prélèvement de gaz décarbonés a lieu entre la première passe de l’échangeur de chaleur et la première turbine. Il s’agit ici d’un deuxième mode de réalisation de la méthode de traitement selon l’invention.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la méthode de traitement comprend une étape d’humidification des gaz décarbonés par injection d’eau au sein du circuit de traitement, la cinquième étape intervenant préalablement à cette étape d’humidification.
Dans ce cas, qui correspond à un troisième mode de réalisation de la méthode de traitement selon l’invention, le prélèvement de gaz décarbonés a fieu entre le dispositif de compression et un point d’injection d’eau.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’étape d’humidification intervient préalablement à la première étape d’échange de calories.
L’injection d’eau permet d’humidifîer le flux de gaz décarbonés avant son passage au sein de l’échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la méthode de traitement comprend, à la suite de la sixième étape, une étape de rejet dans l’atmosphère de la première portion des gaz décarbonés.
Cela correspond au premier mode de réalisation, dans lequel les gaz décarbonés ayant participé à la régénération sont rejetés hors du circuit de traitement dès leur sortie de l’unité de séchage.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la méthode de traitement comprend, à la suite de la sixième étape, une étape de retour de la première portion des gaz décarbonés en un point du circuit de traitement disposé entre l’échangeur de chaleur et la première turbine.
Une telle étape de retour est valable pour les deuxième et troisième modes de réalisation. La première portion des gaz décarbonés ayant servi à régénérer l’unité de séchage est ainsi réinjectée dans le circuit de traitement en amont de la première turbine, de sorte à être recyclée au sein du circuit de traitement. Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la méthode de traitement comprend, à la suite de la quatrième étape, une étape de réchauffement au cours de laquelle les gaz décarbonés traversent le dispositif de compression.
Les gaz décarbonés échangent alors des calories avec les gaz chargés en dioxyde de carbone issus de la source d’émission, par exemple du consommateur de carburant, qui contiennent toujours du dioxyde de carbone.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la méthode de traitement comprend, à la suite de la huitième étape, une étape de retour de la deuxième portion des gaz décarbonés en un point du circuit de traitement disposé entre le dispositif de compression et l’échangeur de chaleur.
Cela correspond au premier mode de réalisation, pour lequel les gaz décarbonés ayant servi au refroidissement de l’unité de séchage sont recyclés au sein du circuit de traitement, plus particulièrement en amont de la première passe de l’échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la méthode de traitement comprend, à la suite de la huitième étape, une étape de retour de la deuxième portion des gaz décarbonés en un point du circuit de traitement disposé entre l’échangeur de chaleur et la première turbine.
Dans ce cas qui couvre à la fois le deuxième et le troisième mode de réalisation, les gaz décarbonés ayant servi au refroidissement de l’unité de séchage sont également recyclés mais sont ici réinjectés en amont de la première turbine.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la réalisation de la cinquième étape et la réalisation de la septième étape dépendent d’un procédé de contrôle d’un état de l’unité de séchage.
On comprend que la méthode de traitement repose sur un procédé de contrôle qui, en fonction de l’état de l’unité de séchage, pilote soit la mise en oeuvre de l’étape de régénération soit la mise en oeuvre de l’étape de refroidissement, qui correspondent toutes deux au mode de desorption de l’unité de séchage. Le procédé de contrôle pilote par ailleurs le mode d’adsorption de l’unité de séchage une fois ces deux étapes réalisées.
L’invention concerne en outre un système de traitement configuré pour mettre en oeuvre la méthode de traitement décrite précédemment, le système de traitement comprenant un circuit de traitement des gaz chargés en dioxyde de carbone sur lequel sont disposés, dans cet ordre, l’échangeur de chaleur, le dispositif de compression, l’unité de séchage, et le dispositif de captage de dioxyde de carbone.
Le système de traitement comprend le circuit de traitement, qui correspond à l’ensemble des tuyauteries et composants qui participent à la mise en oeuvre de la méthode de traitement. On entend par « dans cet ordre » que les gaz chargés en dioxyde de carbone issus de la source d’émission circulent, au sein du circuit de traitement, d’abord dans l’échangeur de chaleur, puis dans le dispositif de compression, puis dans l’unité de séchage, et enfin dans le dispositif de captage de dioxyde de carbone. Une fois décarbonés, les gaz décarbonés peuvent circuler au sein de ces différents composants selon un ordre différent.
Afin de décarboner les gaz chargés en dioxyde de carbone, l’échangeur de chaleur est configuré pour diminuer une température des gaz chargés en dioxyde de carbone en vue de leur fourniture au dispositif de compression. Ce dispositif de compression est configuré pour augmenter une pression des gaz chargés en dioxyde de carbone qu’il reçoit de l’échangeur de chaleur. L’unité de séchage est configurée pour assécher les gaz chargés en dioxyde de carbone une fois qu’ils ont été comprimés, et le dispositif de captage de dioxyde de carbone est configuré pour décarboner les gaz chargés en dioxyde de carbone asséchés de sorte à fournir un gaz décarboné.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’unité de séchage est configurée pour présenter alternativement une première configuration d’adsorption et une deuxième configuration de désorption.
La première configuration d’adsorption permet de retirer l’humidité des gaz chargés en dioxyde de carbone, tandis que la deuxième configuration de désorption a pour but de déshumidifîer l’unité de séchage elle-même. La troisième étape de la méthode de traitement, c'est-à-dire l’assèchement des gaz chargés en dioxyde de carbone, survient ainsi lorsque l’unité de séchage est dans la première configuration d’adsorption, et à l’inverse les sixième et huitième étapes qui sont respectivement la régénération et le refroidissement ont lieu dans la deuxième configuration de désorption de l’unité de séchage.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le circuit de traitement comprend une ligne de prélèvement dédiée à un acheminement de la première portion des gaz décarbonés jusqu’à l’unité de séchage, et une conduite de prélèvement dédiée à un acheminement de la deuxième portion des gaz décarbonés jusqu’à l’unité de séchage.
On comprend que la ligne de prélèvement participe à la régénération de l’unité de séchage, tandis que la conduite de prélèvement participe à son refroidissement.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le circuit de traitement comprend une vanne de contrôle et/ou une vanne de sectionnement de la ligne de prélèvement et une vanne de contrôle de la conduite de prélèvement.
La vanne de contrôle ou de sectionnement de la ligne de prélèvement permet d’autoriser ou non le passage de la première portion de gaz décarbonés au sein de la ligne de prélèvement. Similairement, la vanne de contrôle de la conduite de prélèvement permet d’autoriser ou non le passage de la deuxième portion de gaz décarbonés au sein de la conduite de prélèvement.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’échangeur de chaleur comprend au moins une première passe et une deuxième passe, la première turbine étant disposée sur le circuit de traitement entre la première passe et la deuxième passe de l’échangeur de chaleur et la deuxième turbine reliant la deuxième passe de l’échangeur de chaleur à un conduit de sortie du circuit de traitement.
Le conduit de sortie du circuit de traitement débouche hors du système de traitement, dans l’atmosphère. Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le circuit de traitement comprend une conduite de sortie dédiée à une évacuation de la première portion des gaz décarbonés de l’unité de séchage vers l’atmosphère.
Cette conduite de sortie est utilisée dans le premier mode de réalisation. Elle est par exemple raccordée au conduit de sortie qui est relié à la deuxième turbine. Dès leur sortie de l’unité de séchage, les gaz décarbonés ayant participé à sa régénération peuvent ainsi être évacués du circuit de traitement.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le circuit de traitement comprend une conduite de retour dédiée à une évacuation de la première portion des gaz décarbonés et/ou de la deuxième portion des gaz décarbonés de l’unité de séchage.
Cette conduite de retour est présente dans les trois modes de réalisation. Elle permet de réinjecter au sein du circuit de traitement les gaz décarbonés ayant servi, selon les cas, à la régénération et/ou au refroidissement de l’unité de séchage.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la conduite de retour est dédiée à l’évacuation de la deuxième portion des gaz décarbonés, la conduite de retour comprenant une première extrémité abouchée à l’unité de séchage et une deuxième extrémité abouchée entre le dispositif de compression et l’échangeur de chaleur.
Il s’agit ici du premier mode de réalisation, pour lequel la conduite de retour est uniquement dédiée aux gaz décarbonés ayant participé au refroidissement. La conduite de retour permet alors le retour de ces gaz vers la première passe de l’échangeur de chaleur.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, la conduite de retour comprend une première extrémité abouchée à l’unité de séchage et une deuxième extrémité abouchée entre la première passe de l’échangeur de chaleur et la première turbine.
Ceci correspond aux deuxième et troisième modes de réalisation, dans lesquels à la fois la première portion et la deuxième portion des gaz décarbonés, c'est-à-dire à la fois les gaz décarbonés ayant servi à la régénération et ceux ayant servi au refroidissement, sont envoyés entre la première passe de l’échangeur de chaleur et la première turbine. Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le circuit de traitement comprend une vanne régulatrice de débit entre l’échangeur de chaleur et la deuxième extrémité de la conduite de retour.
La vanne régulatrice de débit est ainsi disposée, dans le deuxième mode de réalisation, entre le point de prélèvement de la première portion de gaz décarbonés et un point de retour des gaz décarbonés ayant servi à désorber l’unité de séchage.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le circuit de traitement comprend une vanne de pilotage de la conduite de sortie.
Cette vanne de pilotage permet d’autoriser ou non le passage des gaz décarbonés ayant participé au mode de désorption de l’unité de séchage dans la conduite de sortie.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le circuit de traitement comprend une vanne de pilotage de la conduite de retour.
Cette vanne de pilotage permet d’autoriser ou non le passage des gaz décarbonés ayant participé au mode de désorption de l’unité de séchage dans la conduite de retour.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le système de traitement comprend un système de contrôle d’une circulation des gaz chargés en dioxyde de carbone au sein du circuit de traitement.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le système de contrôle pilote l’ouverture et/ou la fermeture de la vanne de contrôle de la ligne de prélèvement, de la vanne de contrôle de la conduite de prélèvement, de la vanne de pilotage de la conduite de sortie et de la vanne de pilotage de la conduite de retour.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le système de contrôle pilote l’ouverture et/ou la fermeture de la vanne régulatrice de débit.
Ainsi, le système de contrôle pilote l’ouverture et/ou la fermeture des diverses vannes présentes au sein du circuit de traitement afin de mettre en oeuvre, selon les besoins, la régénération de l’unité de séchage ou son refroidissement. Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, le pilotage effectué par le système de contrôle est dépendant d’un débit de gaz chargés en dioxyde de carbone au sein du circuit de traitement.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’échangeur de chaleur est une chaudière de récupération.
Selon une caractéristique optionnelle de l’invention, l’unité de séchage comprend une pluralité de sécheurs parmi lesquels au moins un premier sécheur et un deuxième sécheur, le premier sécheur étant dans la première configuration d’adsorption lorsque le deuxième sécheur est dans la deuxième configuration de désorption.
On comprend ainsi que les deux sécheurs sont dans des configurations opposées ; le premier sécheur participe à assécher les gaz chargés en dioxyde de carbone tandis que le deuxième sécheur est régénéré puis refroidi, puis inversement. Ces sécheurs sont identiques et se relayent dans le temps pour assurer la continuité du séchage du gaz. Cela permet de mettre en oeuvre la méthode de traitement sans interruption qui serait due à un besoin de désorber les sécheurs. Chaque sécheur, pris individuellement, fonctionne de façon cyclique ; autrement dit, il subit un cycle d’opérations se succédant dans le temps, à savoir une adsorption et une désorption.
L’invention concerne en outre un ouvrage flottant, comprenant une source d’émission de gaz chargés en dioxyde de carbone et un système de traitement des gaz chargés en dioxyde de carbone émis par la source d’émission, à savoir les gaz d’échappement émis par ce consommateur de carburant
La source d’émission est ici un consommateur de carburant, par exemple un moteur à propulsion ou un moteur d’entraînement accessoire de l’ouvrage flottant, un tel consommateur étant alimenté en gaz issu de l’évaporation de gaz liquéfié stocké dans une cuve de stockage de l’ouvrage flottant, par exemple du gaz naturel liquéfié.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et d’exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins annexés d’autre part, sur lesquels : [Fig. 1] illustre, schématiquement, un premier mode de réalisation d’un système de traitement mettant en oeuvre une méthode de traitement de gaz d’échappement selon l’invention ;
[Fig. 2] illustre, schématiquement, un deuxième mode de réalisation du système de traitement mettant en oeuvre la méthode de traitement selon l’invention ;
[Fig. 3] illustre, schématiquement, un troisième mode de réalisation du système de traitement mettant en oeuvre la méthode de traitement selon l’invention.
Les caractéristiques, variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes par rapport aux autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolée des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique et/ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Dans cette description, l’invention est décrite de façon non limitative dans le cadre d’un ouvrage flottant avec un consommateur de carburant qui représente la source d’émission de gaz chargés en dioxyde de carbone. Les gaz chargés en dioxyde de carbone sont les gaz d’échappement émis par ce consommateur de carburant. Après leur passage dans le dispositif de captage de dioxyde de carbone, ces gaz deviennent des gaz d’échappement décarbonés. Cependant, l’invention s’applique de façon similaire à tout dispositif qui dégage un flux de gaz chaud et chargé en dioxyde de carbone.
Les figures 1 à 3 illustrent ainsi, schématiquement, un système de traitement 1 de gaz d’échappement selon l’invention. Le système de traitement 1 est destiné à équiper un ouvrage flottant ou terrestre en vue de la capture du dioxyde de carbone contenu dans des gaz d’échappement d’un consommateur de carburant 2 de l’ouvrage. Un tel consommateur de carburant 2, par exemple un moteur, est alimenté en gaz pouvant être issu de l’évaporation naturelle de gaz naturel liquéfié qui est stocké dans une ou plusieurs cuves de stockage de l’ouvrage flottant ou terrestre, les gaz d’échappement résultant de l’utilisation du gaz issu de l’évaporation naturelle de gaz naturel liquéfié par le consommateur de carburant 2.
Le système de traitement 1 comprend un circuit de traitement 4, au sein duquel circulent les gaz d’échappement. Ce circuit de traitement 4 comprend d’une part diverses lignes et conduites qui permettent de canaliser les gaz d’échappement, et d’autre part différents composants qui participent au traitement de ces gaz d’échappement.
Le circuit de traitement 4 comprend d’une part une ligne d’acheminement 3 et une ligne d’évacuation 5. La ligne d’acheminement 3 permet de faire circuler les gaz d’échappement au sein du circuit de traitement 4 en vue de leur décarbonation, tandis que la ligne d’évacuation 5 permet le cheminement des gaz d’échappement décarbonés.
Le circuit de traitement 4 est relié au consommateur de carburant 2 par l’intermédiaire de la ligne d’acheminement 3 de sorte à canaliser les gaz d’échappement qu’il émet. En sortie du consommateur de carburant 2, ces gaz d’échappement sont dirigés via la ligne d’acheminement 3 jusqu’à un échangeur de chaleur 6, ici une chaudière de récupération 6. Cet échangeur de chaleur 6 est composé d’une première passe 8 et d’une deuxième passe 10. L’échangeur de chaleur 6 est configuré pour refroidir les gaz d’échappement, ces gaz d’échappement échangeant des calories successivement avec un gaz circulant au sein de la première passe 8 puis avec un gaz circulant au sein de la deuxième passe 10.
Le circuit de traitement 4 présente également un dispositif de compression 12 qui est raccordé à l’échangeur de chaleur 6 par la ligne d’acheminement 3. Ce dispositif de compression 12 peut, selon des variantes de réalisation, présenter un ou plusieurs étages de compression. Le dispositif de compression 12 est configuré pour comprimer les gaz d’échappement qu’il reçoit de l’échangeur de chaleur 6.
La ligne d’acheminement 3 connecte une sortie du dispositif de compression 12 à une entrée d’une unité de séchage 14 du circuit de traitement 4 du système de traitement 1. Cette unité de séchage 14 est configurée pour retirer l’humidité que comprennent les gaz d’échappement. À cet effet, l’unité de séchage 14 est configurée pour présenter une première configuration d’adsorption et une deuxième configuration de desorption. La première configuration d’adsorption correspond à une capture effective de l’humidité présente dans les gaz d’échappement, alors que la deuxième configuration de désorption est adoptée en l’absence de gaz d’échappement et permet de retirer l’humidité présente dans l’unité de séchage 14 après qu’elle a été retirée des gaz d’échappement. La deuxième configuration de désorption couvre plus précisément une première phase de régénération de l’unité de séchage 14, au cours de laquelle elle est séchée, puis une deuxième phase de refroidissement, au cours de laquelle elle est refroidie de sorte à être amenée à des températures permettant la reprise de la première configuration d’adsorption.
L’unité de séchage 14 comprend, telle qu’elle est représentée sur les figures, une pluralité de sécheurs 16 parmi lesquels un premier sécheur 16A, un deuxième sécheur 16B et un troisième sécheur 16C. Afin de permettre une mise en oeuvre en continu du retrait de l’humidité présente dans les gaz d’échappement, au moins l’un des sécheurs 16 est dans la première configuration d’adsorption pendant qu’au moins un autre de ces sécheurs 16 est dans la deuxième configuration de désorption. Par exemple, le premier sécheur 16A et le deuxième sécheur 16B sont dans la première configuration d’adsorption tandis que le troisième sécheur 16C est dans la deuxième configuration de désorption. La mise en oeuvre de l’une ou l’autre de ces configurations est permise grâce à la présence, au sein du circuit de traitement 4, des vannes 18 associées à chacun des sécheurs 16. Du fait du fonctionnement à contre-courant de la première configuration d’adsorption et de la deuxième configuration de désorption, ces vannes 18 sont disposées à la fois au niveau de l’entrée des sécheurs 16 et de leur sortie. On comprend que l’entrée des sécheurs 16 correspond à leur portion reliée au dispositif de compression 12.
La sortie de l’unité de séchage est connectée, par la ligne d’acheminement 3, à un dispositif de captage de dioxyde de carbone 20, qui est configuré pour retirer le dioxyde de carbone présent dans les gaz d’échappement. Le dispositif de captage de dioxyde de carbone 20 comprend pour ce faire une première sous-unité 22 apte à recevoir les gaz d’échappement asséchés à leur sortie de l’unité de séchage 14, ainsi qu’une deuxième sous-unité 24 apte à relâcher les gaz d’échappement décarbonés à des températures cryogéniques. On comprend de ce qui précède que la première sous-unité 22 est reliée à la ligne d’acheminement 3 tandis que la deuxième sous-unité 24 est connectée à la ligne d’évacuation 5, cette ligne d’évacuation 5 étant dédiée à la circulation des gaz d’échappement décarbonés.
Au sein du circuit de traitement 4, le dispositif de captage de dioxyde de carbone 20 et plus particulièrement sa deuxième sous-unité 24 est reliée au dispositif de compression 12. Ainsi, le dispositif de compression 12 est traversé à la fois par les gaz d’échappement chargés en dioxyde de carbone, via la ligne d’acheminement 3, et par les gaz d’échappement décarbonés via la ligne d’évacuation 5. En d’autres termes, la ligne d’acheminement 3 permet d’amener les gaz d’échappement jusqu’au dispositif de captage de dioxyde de carbone 20 tandis que la ligne d’évacuation 5 permet aux gaz d’échappement décarbonés de quitter ce dispositif de captage de dioxyde de carbone 20.
La ligne d’évacuation 5 du circuit de traitement 4 relie en outre le dispositif de compression 12 à l’échangeur de chaleur 6, de sorte que cette ligne d’évacuation 5 est abouchée à la première passe 8. A l’opposé du dispositif de compression 12, la première passe 8 est reliée à une première turbine 26. Cette première turbine 26 utilise l’énergie des gaz d’échappement décarbonés pour fournir une énergie mécanique utile au sein de l’ouvrage flottant ou terrestre. La première turbine 26 est reliée à la deuxième passe 10 de l’échangeur de chaleur 6 ; on comprend de ce fait que les gaz d’échappement décarbonés circulent à contre-courant dans la première passe 8 et dans la deuxième passe 10 pour échanger à deux reprises des calories avec les gaz d’échappement cheminant dans la ligne d’alimentation 3.
A la sortie de la deuxième passe 10, la ligne d’évacuation 5 relie l’échangeur de chaleur 6 à une deuxième turbine 28, qui à l’instar de la première turbine 26 est configurée pour fournir de l’énergie mécanique à l’ouvrage flottant ou terrestre. En sortie de la deuxième turbine 28, la ligne d’évacuation 5 comprend un conduit de sortie 30 par lequel elle débouche sur l’atmosphère, c'est-à-dire en dehors du circuit de traitement 4 et du système de traitement 1. En sus de la ligne d’acheminement 3 et de la ligne d’évacuation 5, qui sont utilisées dans le cadre de la première configuration d’adsorption de l’unité de séchage 14, le circuit de traitement 4 comprend des conduits qui permettent la mise en oeuvre de la deuxième configuration de désorption de cette unité de séchage 14. Ainsi, le circuit de traitement 4 comprend une ligne de prélèvement 32 qui permet la régénération de l’unité de séchage 14 et une conduite de prélèvement 34 qui permet son refroidissement.
La ligne de prélèvement 32 est branchée sur la ligne d’évacuation 5 en une zone où les gaz d’échappement décarbonés qu’elle canalise ont une température supérieure à 180 °C, ce qui correspond à une première portion des gaz d’échappement décarbonés. Une telle température est optimale pour régénérer les sécheurs 16 de l’unité de séchage 14. La conduite de prélèvement 34 est branchée sur la ligne d’évacuation 5 en une zone où les gaz d’échappement décarbonés qu’elle canalise ont une température de l’ordre de 5 °C, ce qui correspond à une deuxième portion des gaz d’échappement décarbonés. Cette température de 5 °C est adaptée au refroidissement des sécheurs 16 de l’unité de séchage 14 après leur régénération. Il est à noter que de tels branchements de la ligne de prélèvement 32 et de la conduite de prélèvement 34 divergent selon différents modes de réalisation de l’invention.
Le système de traitement 1 est représenté selon un premier mode de réalisation à la figure 1, selon un deuxième mode de réalisation à la figure 2 et selon un troisième mode de réalisation à la figure 3. Les premier et deuxième modes de réalisation correspondent respectivement à un système de traitement 1 à basse pression et un système de traitement 1 à haute pression. Ces premier et deuxième modes de réalisation sont adaptés mais pas exclusifs pour un débit des gaz d’échappement qui sont décarbonés supérieur à 50 % d’un total des gaz d’échappement en sortie du consommateur de carburant 2. Le troisième mode de réalisation correspond au contraire à un système de traitement 1 prévoyant une injection d’eau. Ce troisième mode de réalisation est adapté pour le cas d’un débit des gaz d’échappement qui sont décarbonés inférieur à 50 % du total des gaz d’échappement au sortir du consommateur de carburant 2. Dans le premier mode de réalisation de la figure 1 , la ligne de prélèvement 32 au sein de laquelle circule la première portion des gaz d’échappement décarbonés est abouchée sur la ligne d’évacuation 5 entre la deuxième turbine 28 et le conduit de sortie 30. Par ailleurs, cette ligne de prélèvement 32 débouche dans l’unité de séchage 14. Au sein de la ligne de prélèvement 32 du premier mode de réalisation, la première portion des gaz d’échappement décarbonés a une pression de l’ordre de 1,1 bar abs. De façon plus générale, la première portion des gaz d’échappement décarbonés présente une pression comprise entre 1 et 1,3 bar abs.
Dans ce premier mode de réalisation, le circuit de traitement 4 comprend une conduite de sortie 38 qui est dédiée à l’évacuation de la première portion des gaz d’échappement décarbonés hors du système de traitement 1. Cette conduite de sortie 38, visible à la figure 1, relie l’unité de séchage 14 à l’atmosphère. Elle peut à cet effet être connectée au conduit de sortie 30, la première portion des gaz d’échappement décarbonés empruntant la conduite de sortie 38 puis le conduit de sortie 30 pour être rejetée dans l’atmosphère. Alternativement, la conduite de sortie 38 peut être une conduite indépendante débouchant sur l’atmosphère. Cette conduite de sortie 38 est équipée, au voisinage de l’unité de séchage 14, d’une vanne de pilotage 40 qui lorsqu’elle est ouverte autorise un passage de la première portion des gaz d’échappement décarbonés dans la conduite de sortie 38 et lorsqu’elle est fermée empêche un tel passage.
Dans le deuxième mode de réalisation illustré en figure 2, la ligne de prélèvement 32 qui canalise la première portion des gaz d’échappement décarbonés est abouchée sur la ligne d’évacuation 5 entre la première passe 8 de l’échangeur de chaleur 6 et la première turbine 26, et elle débouche au sein de l’unité de séchage 14. Dans cette ligne de prélèvement 32 du deuxième mode de réalisation, la première portion des gaz d’échappement décarbonés a une pression de l’ordre de 4 bar abs. De façon plus générale, la première portion des gaz d’échappement décarbonés présente une pression comprise entre 3 et 5 bar abs.
Dans le troisième mode de réalisation représenté à la figure 3, la ligne d’évacuation 5 comprend un point d’injection d’eau 36 au niveau duquel de l’eau est injectée au sein du circuit de traitement 2 afin d’humidifier les gaz d’échappement décarbonés. Ce point d’injection d’eau 36 est plus précisément disposé entre le dispositif de compression 12 et la première passe 8 de l’échangeur de chaleur 6. La ligne de prélèvement 32 au sein de laquelle circule la première portion des gaz d’échappement décarbonés est dans le troisième mode de réalisation abouchée sur la ligne d’évacuation 5 entre le dispositif de compression 12 et le point d’injection d’eau 36, autrement dit en amont du point d’injection d’eau 36, et elle débouche dans l’unité de séchage 14. Au sein de la ligne de prélèvement 32 de ce troisième mode de réalisation, la première portion des gaz d’échappement décarbonés a une pression de l’ordre de 4 bar abs, c'est-à-dire comprise entre 3 et 5 bar abs.
Dans le deuxième mode de réalisation et dans le troisième mode de réalisation, le système de traitement 1 ne présente pas de conduite de sortie 38 telle que celle du premier mode de réalisation. Au contraire, dans ces deux modes de réalisation la première portion des gaz d’échappement décarbonés est destinée à être réinjectée au sein du circuit de traitement 4. A cet effet, le circuit de traitement 4 comprend une conduite de retour 42 qui renvoie la première portion des gaz d’échappement décarbonés ayant participé à la régénération de l’unité de séchage 14 au sein du circuit de traitement 4. Pour le deuxième mode de réalisation comme pour le troisième mode de réalisation, cette conduite de retour 42 relie l’unité de séchage 14 à la ligne d’évacuation 5 entre la première passe 8 de l’échangeur de chaleur 6 et la première turbine 26. La conduite de retour 42 est plus précisément connectée, dans le deuxième mode de réalisation, entre la ligne de prélèvement 32 et la première turbine 26. Afin de faciliter un écoulement des gaz d’échappement décarbonés au sein de la portion de la ligne d’évacuation 5 disposée entre la première passe 8 de l’échangeur de chaleur 6 et la première turbine 26, cette ligne d’évacuation 5 est équipée d’une vanne régulatrice de débit 44 disposée entre des points de raccordement de la ligne de prélèvement 32 d’une part et de la conduite de retour 42 d’autre part.
Par ailleurs, dans ce deuxième mode de réalisation la conduite de retour 42 est équipée d’une vanne de pilotage 46 qui lorsqu’elle est ouverte autorise un passage de la première portion des gaz d’échappement décarbonés dans la conduite de retour 42 et qui lorsqu’elle est fermée empêche un tel passage.
Quel que soit le mode de réalisation, la ligne de prélèvement 32 comprend une vanne de contrôle 48 ou vanne de sectionnement qui lorsqu’elle est ouverte autorise un passage de la première portion des gaz d’échappement décarbonés dans la ligne de prélèvement 32 en vue de la régénération de l’unité de séchage 14, et qui lorsqu’elle est fermée empêche un tel passage. Dans le premier mode de réalisation, la ligne de prélèvement 32 comprend par ailleurs une vanne de contrôle de débit 49.
La conduite de prélèvement 34, qui comme évoqué précédemment a pour rôle d’acheminer la deuxième portion des gaz d’échappement décarbonés jusqu’à l’unité de séchage 14 en vue de son refroidissement, est abouchée à la ligne d’évacuation 5 en une zone où les gaz d’échappement décarbonés qu’elle canalise ont une température de l’ordre de 5 °C. Dans les trois modes de réalisation, la conduite de prélèvement 34 relie ainsi une sortie du dispositif de compression 12 à l’unité de séchage 14. Tel que cela est représenté sur les figures, cette conduite de prélèvement 34 peut présenter une portion pour laquelle elle est confondue avec la ligne de prélèvement 32 qui est elle dédiée à la régénération. Le refroidissement et la régénération n’étant pas opérés en même temps mais plutôt tour à tour, cela permet aux gaz d’échappement décarbonés d’emprunter une portion du circuit de traitement 4 autrement inutilisée. La conduite de prélèvement 34 est pourvue d’une vanne de contrôle 50, qui lorsqu’elle est ouverte autorise un passage de la deuxième portion des gaz d’échappement décarbonés afin de refroidir l’unité de séchage 14, et qui lorsqu’elle est fermée empêche un tel passage.
Dans le deuxième et dans le troisième mode de réalisation, la conduite de retour 42 qui permet la réinjection de la première portion des gaz d’échappement décarbonés est également empruntée par la deuxième portion des gaz d’échappement décarbonés. En d’autres termes, la conduite de retour 42 est commune aux gaz d’échappement décarbonés ayant servi à la régénération de l’unité de séchage 14 et aux gaz d’échappement décarbonés ayant participé à son refroidissement. Au contraire, dans le premier mode de réalisation le circuit de traitement 4 comprend une conduite de retour 42 qui est exclusivement dédiée à la canalisation de la deuxième portion des gaz d’échappement décarbonés, la première portion des gaz d’échappement décarbonés empruntant la conduite de sortie 30. Dans ce premier mode de réalisation, tel que cela est visible sur la figure 1 la conduite de retour 42 relie l’unité de séchage 14 à la première passe 8 de l’échangeur de chaleur 6.
Dans tous les modes de réalisation, le système de traitement 1 comprend un système de contrôle 52 d’une circulation des gaz d’échappement au sein du circuit de traitement 4. Ce système de contrôle 52 est apte à piloter l’ouverture et la fermeture des différentes vannes du système de traitement 1, de sorte à opérer la mise en oeuvre de la première configuration d’adsorption de l’unité de séchage 14 ainsi que la mise en oeuvre de sa deuxième configuration de désorption, et plus précisément de sa régénération ou de son refroidissement.
Le système de traitement 1 est configuré pour mettre en oeuvre une méthode de traitement des gaz d’échappement selon l’invention, qui va maintenant être décrite en relation avec chacun des modes de réalisation.
La méthode de traitement 1 débute par une première étape ou étape de refroidissement, pour laquelle les gaz d’échappement issus du consommateur de carburant 2 sont acheminés de ce consommateur de carburant jusqu’à l’échangeur de chaleur 6 par le biais de la ligne d’alimentation 3. Cette première étape de refroidissement est réalisée grâce à la mise en oeuvre d’étapes d’échange de calories au sein de l’échangeur de chaleur 6, avec une première étape d’échange de calories opérée entre les gaz d’échappement issus du consommateur de carburant 2 et les gaz d’échappement décarbonés circulant dans la première passe 8, et une deuxième étape d’échange de calories opérée entre les gaz d’échappement issus du consommateur de carburant 2 et les gaz d’échappement décarbonés circulant dans la deuxième passe 10.
À la suite de la première étape, la méthode de traitement comprend une deuxième étape ou étape de compression au cours de laquelle les gaz d’échappement refroidis sont comprimés au sein du dispositif de compression 12. Une fois comprimés, les gaz d’échappement sont acheminés par la ligne d’acheminement 3 jusqu’à l’unité de séchage 14 pour la réalisation d’une troisième étape ou étape de séchage. Les gaz d’échappement comprimés traversent alors le ou les sécheurs 16 qui sont dans leur première configuration d’adsorption, c'est-à-dire pour les modes de réalisation représentés ici le premier sécheur 16A et le deuxième sécheur 16B.
Au cours d’une quatrième étape ou étape de capture de dioxyde de carbone, les gaz d’échappement asséchés traversent à la fois la première sous-unité 22 et la deuxième sous-unité 24 du dispositif de captage de dioxyde de carbone 20 au sein desquelles ils sont décarbonés et refroidis à des températures cryogéniques. Les gaz d’échappement asséchés sont, lors de la quatrième étape, refroidis à des températures cryogéniques.
Une fois les gaz d’échappement décarbonés, ils empruntent la ligne d’évacuation 5. La méthode de traitement comprend une étape de réchauffement au cours de laquelle les gaz d’échappement décarbonés circulant dans cette ligne d’évacuation 5 traversent le dispositif de compression 12. Ils sont alors réchauffés au cours d’un échange de calories avec les gaz d’échappement qui circulent au sein de ce dispositif de compression 12 préalablement à leur assèchement au sein de l’unité de séchage 14.
Lorsque la méthode de traitement est implémentée au sein d’un système de traitement 1 selon le troisième mode de réalisation, cette méthode de traitement comprend une étape d’humidification qui correspond à une injection d’eau au sein du circuit de traitement 4 et plus précisément de la ligne d’évacuation 5 afin d’humidifîer les gaz d’échappement décarbonés qui y circulent. Cette étape d’humidification a lieu après l’étape de réchauffement. Les premier et deuxième modes de réalisation sont dépourvus d’une telle étape d’humidification.
A la suite de l’étape de réchauffement ou à la suite de l’étape d’humidification pour le mode de réalisation où celle-ci est mise en oeuvre, les gaz d’échappement décarbonés participent à la première étape d’échange de calories et la deuxième étape d’échange de calories telles qu’elles ont été décrites ci- avant. Il est à noter qu’entre ces deux étapes d’échange de calories, la méthode de traitement comprend la survenance d’une première étape de production d’énergie au cours de laquelle les gaz d’échappement décarbonés passent dans la première turbine 26. Une autre étape de production d’énergie, en l’occurrence une deuxième étape de production d’énergie, a lieu successivement à la deuxième étape d’échange de calories. Au cours de cette deuxième étape de production d’énergie, les gaz d’échappement décarbonés circulent au sein de la deuxième turbine 28. Après cette deuxième étape de production d’énergie, les gaz d’échappement décarbonés sont évacués hors du système de traitement 1 par une étape de rejet au cours de laquelle ils empruntent le conduit de sortie 30 jusqu’à l’atmosphère.
Ce qui a été décrit précédemment en relation avec la méthode de traitement selon l’invention est applicable lorsque l’unité de séchage 14, ou plus particulièrement l’un de ses sécheurs 16, est dans sa première configuration d’adsorption. La méthode de traitement comprend par ailleurs des étapes qui permettent la mise en oeuvre de la deuxième configuration de désorption, qui vont désormais être détaillées.
La deuxième configuration de désorption de l’unité de séchage 14 nécessite l’implémentation successive d’une étape de régénération et d’une étape de refroidissement, qui correspondent respectivement à une sixième étape et à une huitième étape de la méthode de traitement. Chacune de ces sixième et huitième étape nécessite un apport de gaz d’échappement décarbonés au sein de l’unité de séchage 14, qui ont lieu respectivement au cours d’une cinquième étape pour l’étape de régénération et d’une septième étape pour l’étape de refroidissement.
La cinquième étape est une étape de prélèvement lors de laquelle la première portion des gaz d’échappement décarbonés est prélevée en un premier point du circuit de traitement, variable selon les modes de réalisation, où ces gaz d’échappement décarbonés sont à une température comprise entre 35 et 250 °C.
Tel que cela a été décrit précédemment en relation avec le système de traitement 1 de la figure 1, dans le premier mode de réalisation le point de prélèvement de la première portion des gaz d’échappement décarbonés est disposé, au sein du circuit de traitement 4, entre la deuxième turbine 28 et le conduit de sortie 30. On comprend que dans ce premier mode de réalisation, la cinquième étape a donc lieu, suivant la circulation des gaz d’échappement décarbonés, à la suite de la deuxième étape de production d’énergie. Une fois prélevée, la première portion des gaz d’échappement décarbonés est ensuite envoyée vers l’unité de séchage 14 via la ligne de prélèvement 32. Cette première portion des gaz d’échappement décarbonés réalise la régénération du ou des sécheurs 16 de l’unité de séchage 14 lors de la sixième étape, puis elle est renvoyée dans l’atmosphère par l’intermédiaire de la conduite de sortie 38 puis du conduit de sortie 30 au cours d’une étape de rejet.
Dans le cas du deuxième mode de réalisation du système de traitement 1, c'est-à-dire relativement à la figure 2, la cinquième étape de prélèvement de la première portion des gaz d’échappement décarbonés a lieu entre l’échangeur de chaleur 6 et la première turbine 26, autrement dit entre la première étape d’échange de calories et la première étape de production d’énergie selon la circulation des gaz d’échappement décarbonés.
Une fois prélevée, la première portion des gaz d’échappement décarbonés est ensuite envoyée vers l’unité de séchage 14 via la ligne de prélèvement 32. Cette première portion des gaz d’échappement décarbonés réalise la régénération du ou des sécheurs 16 de l’unité de séchage 14 lors de la sixième étape, puis elle est réinjectée au sein du circuit de traitement 4 au cours d’une étape de retour. Elle est plus particulièrement réinjectée entre le point de prélèvement de la première portion des gaz d’échappement décarbonés et la première turbine 26, c'est-à-dire selon la circulation des gaz d’échappement décarbonés entre la première étape d’échange de calories et la première étape de production d’énergie.
Enfin, pour le troisième mode de réalisation de la figure 3, la cinquième étape de prélèvement de la première portion des gaz d’échappement décarbonés a lieu entre le dispositif de compression 12 et le point d’injection d’eau 36, soit selon la circulation des gaz d’échappement décarbonés entre l’étape de réchauffement et l’étape d’humidification.
Une fois prélevée, la première portion des gaz d’échappement décarbonés est ensuite envoyée vers l’unité de séchage 14 via la ligne de prélèvement 32. Cette première portion des gaz d’échappement décarbonés réalise la régénération du ou des sécheurs 16 de l’unité de séchage 14 lors de la sixième étape, puis elle est réinjectée au sein du circuit de traitement 4 au cours de l’étape de retour. Elle est plus particulièrement réinjectée entre la première passe 8 de l’échangeur de chaleur 6 et la première turbine 26, c'est-à-dire selon la circulation des gaz d’échappement décarbonés entre la première étape d’échange de calories et la première étape de production d’énergie, à l’instar du deuxième mode de réalisation.
La septième étape est une étape de prélèvement au cours de laquelle la deuxième portion des gaz d’échappement décarbonés est prélevée, par la conduite de prélèvement 34, en un deuxième point du circuit de traitement où ces gaz d’échappement décarbonés sont à une température de l’ordre de 5 °C. Ce deuxième point de prélèvement, qui est similaire pour les trois modes de réalisation, est disposé sur le circuit de traitement 4 en sortie du dispositif de compression 12, soit selon la circulation des gaz d’échappement décarbonés à la suite d’une première étape de réchauffement.
La deuxième portion des gaz d’échappement prélevée lors de la septième étape est acheminée jusqu’à l’unité de séchage 14, dont elle refroidit les sécheurs 16 au cours de la huitième étape de refroidissement.
À l’issue de cette huitième étape de refroidissement, la deuxième portion des gaz d’échappement décarbonés est réinjectée dans le circuit de traitement 4 via la conduite de retour 42 en des points qui diffèrent selon les modes de réalisation. Pour le premier mode de réalisation, la deuxième portion des gaz d’échappement décarbonés est réinjectée en amont de l’échangeur de chaleur 6, c'est-à-dire préalablement à la première étape d’échange de calories selon la circulation des gaz d’échappement décarbonés.
Pour le deuxième mode de réalisation ainsi que pour le troisième mode de réalisation, la réinjection de la deuxième portion des gaz d’échappement décarbonés a lieu entre la première passe 8 de l’échangeur de chaleur 6 et la première turbine 26, c'est-à-dire selon la circulation des gaz d’échappement décarbonés entre la première étape d’échange de calories et la première étape de production d’énergie.
Il est à noter que quel que soit le mode de réalisation choisi, la mise en oeuvre de la méthode de traitement est encadrée par un procédé de contrôle implémenté par le système de contrôle 52, un tel procédé de contrôle décidant par exemple d’une alternance entre la première configuration d’adsorption de l’unité de séchage 14 et sa deuxième configuration de désorption, et pour la deuxième configuration de désorption d’une alternance entre phase de régénération et phase de refroidissement, ces alternances étant fonction d’un pilotage de l’ouverture ou de la fermeture des diverses vannes du circuit de traitement 4 du système de traitement 1.
La présente invention propose ainsi une méthode de traitement et un système de traitement des gaz d’échappement d’un consommateur de carburant qui limitent un nombre de composants nécessaires au fonctionnement d’une unité de séchage du système de traitement, en s’affranchissant d’une demande de gaz froid autrement uniquement dédiée au refroidissement de cette unité de séchage.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen et toute configuration équivalents ainsi qu’à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens.

Claims

REVENDICATIONS
1. Méthode de traitement de gaz chargés en dioxyde de carbone émis par une source d’émission (2), comprenant, au cours d’une circulation des gaz chargés en dioxyde de carbone au sein d’un circuit de traitement (4) :
- une première étape au cours de laquelle les gaz chargés en dioxyde de carbone sont refroidis au sein d’un échangeur de chaleur (6) ;
- une deuxième étape au cours de laquelle les gaz chargés en dioxyde de carbone refroidis sont comprimés au sein d’un dispositif de compression (12) ;
- une troisième étape au cours de laquelle les gaz chargés en dioxyde de carbone comprimés sont asséchés au sein d’une unité de séchage (14) ;
- une quatrième étape au cours de laquelle les gaz chargés en dioxyde de carbone secs sont débarrassés de dioxyde de carbone au sein d’un dispositif de captage de dioxyde de carbone (20), générant des gaz décarbonés ;
- une cinquième étape au cours de laquelle une première portion des gaz décarbonés est prélevée en un premier point du circuit de traitement (4) où ils ont une température supérieure à 180 °C et est envoyée vers l’unité de séchage (14) ;
- une sixième étape au cours de laquelle la première portion des gaz décarbonés régénère l’unité de séchage (14) ;
- une septième étape au cours de laquelle une deuxième portion des gaz décarbonés est prélevée en un deuxième point du circuit de traitement (4) où ils ont une température de l’ordre de 5 °C et est envoyée vers l’unité de séchage (14) ;
- une huitième étape au cours de laquelle la deuxième portion des gaz décarbonés refroidit l’unité de séchage (14) régénérée.
2. Méthode de traitement selon la revendication précédente, comprenant une première étape d’échange de calories et une deuxième étape d’échange de calories au cours desquelles les gaz décarbonés traversent l’échangeur de chaleur (6) pour refroidir les gaz chargés en dioxyde de carbone émis par la source d’émission (2).
3. Méthode de traitement selon la revendication précédente, comprenant, entre la première étape d’échange de calories et la deuxième étape d’échange de calories, une première étape de production d’énergie au cours de laquelle les gaz décarbonés passent dans une première turbine (26) du circuit de traitement (4).
4. Méthode de traitement selon la revendication précédente, comprenant, successivement à la deuxième étape d’échange de calories, une deuxième étape de production d’énergie au cours de laquelle les gaz décarbonés passent dans une deuxième turbine (28) du circuit de traitement (4).
5. Méthode de traitement selon l'une quelconque des revendications précédentes en combinaison avec la revendication 3, dans laquelle la cinquième étape intervient entre la première étape d’échange de calories et la première étape de production d’énergie.
6. Méthode de traitement selon la revendication 4, dans laquelle la cinquième étape intervient après la deuxième étape de production d’énergie.
7. Méthode de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant une étape d’humidification des gaz décarbonés par injection d’eau au sein du circuit de traitement (4), la cinquième étape intervenant préalablement à cette étape d’humidification.
8. Méthode de traitement selon la revendication précédente en combinaison avec l’une quelconque des revendications 3 et 4, dans laquelle l’étape d’humidification intervient préalablement à la première étape d’échange de calories.
9. Méthode de traitement selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant, à la suite de la sixième étape, une étape de rejet dans l’atmosphère de la première portion des gaz décarbonés.
10. Méthode de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 en combinaison avec la revendication 3, comprenant, à la suite de la sixième étape, une étape de retour de la première portion des gaz décarbonés en un point du circuit de traitement (4) disposé entre l’échangeur de chaleur (6) et la première turbine (26).
11. Méthode de traitement selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant, à la suite de la quatrième étape, une étape de réchauffement au cours de laquelle les gaz décarbonés traversent le dispositif de compression (12).
12. Méthode de traitement selon la revendication précédente, comprenant, à la suite de la huitième étape, une étape de retour de la deuxième portion des gaz décarbonés en un point du circuit de traitement (4) disposé entre le dispositif de compression (12) et l’échangeur de chaleur (6).
13. Méthode de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, comprenant, à la suite de la huitième étape, une étape de retour de la deuxième portion des gaz décarbonés en un point du circuit de traitement (4) disposé entre l’échangeur de chaleur (6) et la première turbine (26).
14. Méthode de traitement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la réalisation de la cinquième étape et la réalisation de la septième étape dépendent d’un procédé de contrôle d’un état de l’unité de séchage (14).
15. Système de traitement (1) configuré pour mettre en oeuvre la méthode de traitement selon l'une quelconque des revendications précédentes, le système de traitement (1) comprenant un circuit de traitement (4) des gaz chargés en dioxyde de carbone sur lequel sont disposés, dans cet ordre, l’échangeur de chaleur (6), le dispositif de compression (12), l’unité de séchage (14), et le dispositif de captage de dioxyde de carbone (20).
16. Système de traitement (1) selon la revendication précédente, dans lequel l’unité de séchage (14) est configurée pour présenter alternativement une première configuration d’adsorption et une deuxième configuration de désorption.
17. Système de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 15 et 16, dans lequel le circuit de traitement (4) comprend une ligne de prélèvement (32) dédiée à un acheminement de la première portion des gaz décarbonés jusqu’à l’unité de séchage (14), et une conduite de prélèvement (34) dédiée à un acheminement de la deuxième portion des gaz décarbonés jusqu’à l’unité de séchage (14).
18. Système de traitement (1) selon la revendication précédente, dans lequel le circuit de traitement (4) comprend une vanne de contrôle (48) et/ou une vanne de sectionnement de la ligne de prélèvement (32) et une vanne de contrôle (50) de la conduite de prélèvement (34).
19. Système de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 15 à 18 en combinaison avec la revendication 4, dans lequel l’échangeur de chaleur (6) comprend au moins une première passe (8) et une deuxième passe (10), la première turbine (26) étant disposée sur le circuit de traitement (4) entre la première passe (8) et la deuxième passe (10) de l’échangeur de chaleur (6) et la deuxième turbine (28) reliant la deuxième passe (10) de l’échangeur de chaleur (6) à un conduit de sortie (30) du circuit de traitement (4).
20. Système de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 15 à 19, dans lequel le circuit de traitement (4) comprend une conduite de sortie (38) dédiée à une évacuation de la première portion des gaz décarbonés de l’unité de séchage (14) vers l’atmosphère.
21. Système de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 15 à 20, dans lequel le circuit de traitement (4) comprend une conduite de retour (42) dédiée à une évacuation de la première portion des gaz décarbonés et/ou de la deuxième portion des gaz décarbonés de l’unité de séchage (14).
22. Système de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 15 à 21, comprenant un système de contrôle (52) d’une circulation des gaz chargés en dioxyde de carbone au sein du circuit de traitement (4).
23. Système de traitement (1) selon la revendication 22, dans lequel le pilotage effectué par le système de contrôle (52) est dépendant d’un débit de gaz chargés en dioxyde de carbone au sein du circuit de traitement (4).
24. Système de traitement (1) selon la revendication 16, dans lequel l’unité de séchage (14) comprend une pluralité de sécheurs (16) parmi lesquels au moins un premier sécheur (16A) et un deuxième sécheur (16B), le premier sécheur (16A) étant dans la première configuration d’adsorption lorsque le deuxième sécheur (16B) est dans la deuxième configuration de désorption.
25. Ouvrage flottant, comprenant une source d’émission (2) de gaz chargés en dioxyde de carbone et un système de traitement (1) des gaz chargés en dioxyde de carbone émis par la source d’émission (2) selon l'une quelconque des revendications 15 à
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