Brevet FR2913468A1 — publié le 20080912

La présente invention concerne un procédé pour la compression d'un gaz contenant au moins du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau. De nombreuses industries produisent en tant que produits secondaires des mélanges gazeux contenant du dioxyde de carbone (CO2) et de l'eau. De tels mélanges sont notamment issus d'unités de génération de gaz de synthèse telles que des unités de reformage à la vapeur (SMR) ou des unités d'oxydation partielle (PDX), mais cela concerne aussi des gaz résiduaires (off gas) de sidérurgie par exemple. De façon générale, ces mélanges sont disponibles à basse pression, il est donc souvent nécessaire de les comprimer, que ce soit pour stocker ou utiliser le dioxyde de carbone, ou pour diverses autres utilisations. Lorsque l'on veut comprimer un gaz humide contenant du 002, il est nécessaire de prendre en considération le problème de corrosion lié à la présence simultanée de 002 et d'eau qui, dans des conditions particulières de pression et de température vont, dès lors que le point de rosée (dew point en langue anglaise) sera atteint, générer de l'acide carbonique qui corrodera les éléments oxydables au contact du mélange. La solution habituellement retenue pour éliminer le risque de corrosion du matériel au contact du fluide corrosif consiste à faire appel à une machine de compression dont les parties en contact avec le fluide à comprimer doivent être prévues en acier inoxydable afin d'éviter la corrosion due à la présence du dioxyde de carbone humide. Dans le cas d'une machine de compression à plusieurs étages, ce sont ainsi notamment les parties mécaniques des étages de compression en contact avec le gaz à comprimer dans des conditions (de pression et de température) telles qu'il est susceptible de condenser qui doivent être prévues en acier inoxydable. Une autre solution consiste à sécher le gaz à comprimer en amont de la machine de compression, ou en amont (ou au cours) du procédé générateur du gaz contenant le 002 à comprimer. Les parties mécaniques de la machine de compression en contact avec le gaz peuvent alors être en acier carbone. Cependant, les deux solutions ci-dessus impliquent des investissements coûteux. Il faudra notamment, pour mettre en oeuvre la première de ces solutions, investir dans une machine de compression particulièrement coûteuse en raison de la présence des pièces en acier inoxydable. L'investissement dans un sécheur apte à sécher un gaz en amont de la compression, tel qu'il est requis par la deuxième solution, est inférieur, mais reste cependant important. Le but de la présente invention est d'apporter une solution moins coûteuse au problème du séchage d'un mélange gazeux humide contenant du 002 qui doit être comprimé à une pression très supérieure à celle à laquelle il est disponible, de telle sorte qu'il est nécessaire de prévoir une machine de compression multi étagée. L'invention consiste alors à installer des sécheurs sur le gaz contenant du 002 humide à l'un des inter étages de la machine de compression, en un point où le gaz humide n'a pas atteint son point de rosée. La solution selon l'invention permet ainsi en plaçant judicieusement l'étape de séchage par rapport aux étapes de compression, de faire appel à des sécheurs d'une taille inférieure à celle des sécheurs de l'art antérieur et de ne comprimer que des mélanges gazeux ne risquant pas de se condenser pendant la compression. L'invention peut ainsi faire appel, pour l'ensemble des moyens de compression qui seront utilisés, à des moyens dont les pièces mécaniques sont en acier carbone. Dans ce but, l'invention concerne un procédé de compression d'un mélange de gaz, disponible à une pression basse PL, jusqu'à une pression haute PH, procédé comprenant les étapes de mise à disposition du mélange à comprimer, et de compression dudit mélange, et dans lequel : - le mélange à comprimer contient au moins du dioxyde de carbone et de l'eau, - la différence de pression PH û PL est telle que le procédé comprend N étapes Ei successives, i variant de 1 à N, de compression du mélange gazeux de la pression P;_1 à la pression P;, avec N > 1, Po=PL et PN=PH, - le mélange à comprimer atteint son point de rosée pour une pression PR telle que telle que P1 Selon un mode préférentiel, ils sont régénérés en utilisant une fraction du mélange séché en tant que gaz de régénération. Selon un autre mode de réalisation, les sécheurs sont régénérés avec de l'azote séché qui peut être fourni par un réseau. On pourrait aussi utiliser tout autre type de gaz sec disponible, par exemple CO2, ou H2. Selon un autre objet de l'invention, celle-ci concerne aussi un dispositif pour la compression d'un mélange de gaz disponible à une pression basse PL, jusqu'à une pression haute PH comprenant : - une source du mélange à comprimer contenant au moins du dioxyde de carbone et de l'eau, - un moyen de compression comprenant N modules de compression Ci successifs pour la compression du mélange gazeux, avec N > 1, - un moyen de séchage pour l'élimination des molécules d'eau et l'obtention d'un mélange sec, - des conduits reliant la source du mélange à comprimer à l'entrée du moyen de compression, ainsi que des moyens de conduite reliés à l'entrée et à la sortie du moyen de séchage, caractérisé en ce que le moyen de conduite relié par une extrémité à l'entrée du moyen de séchage est relié par son autre extrémité à un module de compression Ci-1, et le moyen de conduite relié par une extrémité à la sortie du moyen de séchage est relié par son autre extrémité au module de compression Ci, succédant au module Ci-1 dans le sens des pressions croissantes, pour i tel que P;_1 Le dispositif est alimenté en 1 en un mélange gazeux humide basse pression contenant du CO2 et de l'eau. Le mélange gazeux humide alimente l'unité 32 de compression, où il est comprimé successivement dans les modules 32cl, 32C2. Compte tenu de sa composition, le mélange n'atteint pas son point de rosée au cours de ces deux premières compressions; les pièces des deux premiers étages en contact avec le mélange à comprimer contenant la vapeur d'eau sont donc en acier carbone. Le mélange partiellement comprimé issu du module 32C2 passe dans les sécheurs 34. Le volume de gaz à sécher étant plus faible en raison de la compression, la taille des sécheurs 34 est plus petite que celle des sécheurs du dispositif de l'art antérieur (figure 2). Le mélange sec et partiellement comprimé sortant des sécheurs 34 passe alors dans le module de compression 32C3. Lors de cette compression, le mélange étant sec, les différentes pièces d'équipement du module de compression 32C3 destinées à être en contact avec le mélange sont elles aussi en acier carbone. On récupère, en sortie du module 32C3 un gaz 33 comprimé et sec, contenant du CO2 accompagné éventuellement de traces parmi H2, CO, CH4, Ar, et/ou N2. Le procédé de compression selon l'invention trouve son application pour la compression de mélanges gazeux de différentes origines Le procédé de l'invention est ainsi particulièrement approprié pour la compression de gaz résiduaire d'unité d'adsorption à modulation de pression (PSA), ainsi que la compression de permeat d'une unité de séparation par membrane notamment. Le procédé de l'invention est particulièrement avantageux lorsque l'on souhaite par exemple valoriser un gaz résiduaire issu d'une unité de séparation d'hydrogène du type adsorption à modulation de pression (pressure swing adsorption en langue anglaise ou PSA). La teneur en CO2 dudit résiduaire est typiquement de l'ordre de 30 à 50%. Le résiduaire du PSA étant disponible à une pression de l'ordre de 1.3 bar absolu, il doit être comprimé pour sa valorisation. Ainsi, lorsque l'on souhaite extraire par liquéfaction le dioxyde de carbone contenu dans le résiduaire, il est nécessaire de le comprimer jusqu'à une pression de l'ordre de 25 à 60 bar absolu. Ceci est réalisé en utilisant 4 à 6 modules de compression avec séchage à l'un des inter étages. Lorsque l'on souhaite valoriser le résiduaire du PSA en le recyclant vers un ou plusieurs points de l'unité de génération de gaz de synthèse alimentant l'unité de séparation, ou en amont de l'unité PSA elle-même, il sera, dans ce cas aussi, nécessaire de comprimer le gaz résiduaire. La compression, jusqu'à une pression de l'ordre de 25 à 45 bar absolu dans ce cas nécessite alors 4 à 5 étages de compression avec séchage à l'un des inter étages. Le procédé de l'invention permet de la même manière de valoriser le perméat d'une membrane en le recyclant vers un ou plusieurs points d'une unité de génération de gaz de synthèse ; disponible à une pression comprise entre 1 et 25 bars absolus, le perméat doit être comprimé jusqu'à une pression de l'ordre de 25 à 45 bar absolu ; cette compression nécessite de réaliser aussi 4 à 5 étages de compression avec séchage à l'un des inter étages. Le procédé de l'invention est aussi particulièrement adapté lorsque l'on veut comprimer du 002 humide extrait d'une source naturelle pour le liquéfier ou le valoriser dans une unité de génération de gaz de synthèse. REVENDICATIONS 1. Procédé de compression d'un mélange de gaz disponible à une pression basse PL, jusqu'à une pression haute PH, comprenant les étapes de mise à disposition du mélange à comprimer, et de compression dudit mélange, et dans lequel : - le mélange à comprimer contient au moins du dioxyde de carbone et de l'eau, - la différence de pression PH û PL est telle que le procédé comprend N étapes Ei successives, i variant de 1 à N, de compression du mélange gazeux de la pression P;_1 à la pression P;, avec N > 1, Po=PL et PN=PH, - le mélange à comprimer atteint son point de rosée pour une pression PR telle que P1 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l'étape de séchage est réalisée immédiatement avant l'étape de compression durant laquelle le point de rosée doit être atteint. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel les sécheurs sont régénérés en utilisant une fraction du mélange séché en tant que gaz de régénération. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel les sécheurs sont régénérés en utilisant de l'azote séché en provenance d'un réseau. 5. Dispositif pour la compression d'un mélange de gaz disponible à une pression basse PL, jusqu'à une pression haute PH comprenant : - une source du mélange à comprimer contenant au moins du dioxyde de carbone et de l'eau, - un moyen de compression comprenant N modules de compression Ci successifs pour la compression du mélange gazeux, avec N > 1, - un moyen de séchage pour l'élimination des molécules d'eau et l'obtention d'un mélange sec, - des conduits reliant la source du mélange à comprimer à l'entrée du moyen de compression, ainsi que des moyens de conduite reliés à l'entrée et à la sortie du moyen de séchage, caractérisé en ce que le moyen de conduite relié par une extrémité à l'entrée du moyen de séchage est relié par son autre extrémité à un module de compression Ci-1, et le moyen de conduite relié par une extrémité à la sortie du moyen de séchage est relié par son autre extrémité au module de compression Ci, succédant au module Ci-1 dans le sens des pressions croissantes, pour i tel que P;_1