Brevet FR2924357A1 — publié le 20090605

La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séchage d'un débit de gaz riche en dioxyde de carbone, par exemple contenant plus que 50% mol. de dioxyde de carbone. Les fumées de combustion sont chargées en dioxyde de carbone et autres gaz acides (NOX, SON) et bien sûr humides. Lorsqu'il s'agit d'une oxycombustion, la concentration en CO2 atteint aisément 80% en volume. Cela pose un problème lors de la première pressurisation des bouteilles d'adsorption prévues pour sécher les fumées : ces fumées sous pression (typiquement 30 bars) vont être détendues dans les bouteilles qui sont à la pression atmosphérique. La détente du CO2 va conduire à un refroidissement important, nettement en dessous de 0°C. Le phénomène pourrait conduire à créer des cristaux de glace d'eau qui endommageraient les équipements et les adsorbants. L'invention consiste à pressuriser les bouteilles avec du gaz chaud, par exemple le CO2, pour éviter le problème mentionné ci-dessus. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de séchage d'un gaz riche en dioxyde de carbone à haute pression dans lequel on épure le gaz riche en dioxyde de carbone dans une unité de séchage par adsorption comprenant au moins deux bouteilles d'adsorbant opérant selon un cycle dans lequel une bouteille est alimentée par le gaz riche en dioxyde de carbone à sécher pendant qu'une autre bouteille est mise en pression et régénérée par un débit de gaz sec produit par l'unité de séchage, l'unité de séchage produisant au moins un gaz sec riche en dioxyde de carbone caractérisé en ce que lors de la première pressurisation d'au moins une bouteille, un gaz sous pression autre qu'un produit de l'unité de séchage est envoyé à la bouteille. Eventuellement : - le débit de gaz sec autre que le produit de l'unité de séchage est plus sec que le gaz à sécher ; - le débit de gaz sec autre que le produit de l'unité de séchage est un débit d'azote provenant d'un appareil de séparation d'air ; - le débit de gaz sec autre que le produit de l'unité de séchage est plus chaud que le gaz à sécher à l'entrée de l'unité de séchage ; - on comprime le gaz riche en dioxyde de carbone dans un compresseur et ensuite on le refroidit dans un refroidisseur en amont de l'étape de séchage et le débit de gaz sec autre que le produit de l'unité de séchage est une partie du gaz riche en dioxyde de carbone comprimé dans le compresseur prise en amont du refroidisseur ; - le gaz sous pression autre qu'un produit de l'unité de séchage et éventuellement plus sec que le gaz à sécher est envoyé à la bouteille uniquement lors de la première pressurisation de la bouteille. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de séchage d'un gaz riche en dioxyde de carbone à haute pression comprenant une unité de séchage par adsorption pour sécher le gaz riche en dioxyde de carbone comprenant au moins deux bouteilles d'adsorbant opérant selon un cycle dans lequel une bouteille est alimentée par le gaz riche en dioxyde de carbone à sécher pendant qu'une autre bouteille est mise en pression et régénérée par un débit de gaz sec produit par l'unité de séchage, l'unité de séchage produisant au moins un gaz sec riche en dioxyde de carbone caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour envoyer à une bouteille un gaz sous pression autre qu'un produit de l'unité de séchage et éventuellement plus sec que le gaz à sécher. Eventuellement : - le débit de gaz sec autre que le produit de l'unité de séchage est un débit d'azote provenant d'un appareil de séparation d'air ; - l'appareil comprend un compresseur dans lequel on comprime le gaz riche en dioxyde de carbone et un refroidisseur dans lequel on refroidit le gaz riche en dioxyde de carbone comprimé dans le compresseur et des moyens pour envoyer une partie du gaz riche en dioxyde de carbone comprimé dans le compresseur prise en amont du refroidisseur à une bouteille de l'unité de séchage en tant que débit de gaz sec. Une autre possibilité pour pressuriser les bouteilles est d'injecter de l'azote, si disponible à la bonne pression. Dans le cas où le seul fluide sous pression disponible sont les fumées comprimées et humides, il faut les récupérer assez chaudes pour que l'eau ne gèle pas lors de la détente. Dans ce cadre, une possibilité est de ne pas refroidir suffisamment les fumées en utilisant un circuit de contournement d'eau de refroidissement autour du réfrigérant final par exemple. Ce genre de solution présente le risque de ne pas être assez fiable car les débits d'eau de refroidissement ne sont en général pas bien contrôlés. La solution proposée consiste à tirer une petite ligne de CO2 à la sortie du compresseur, piquée avant le réfrigérant final, qui permet de mettre en pression les bouteilles de dessiccation. Il faut remarquer qu'une fois les bouteilles pressurisées, le problème ne se posera plus pour les cycles suivants. En effet, il est alors possible de repressuriser les bouteilles avec du CO2 sec à la pression d'adsorption. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la figure qui représente un appareil selon l'invention. Un gaz riche en dioxyde de carbone contient de l'eau et d'autres impuretés, telles que l'oxygène, l'azote, l'argon, des gaz acides (NOX, S0 ).... Afin de pouvoir épurer le gaz par une étape ultérieure de distillation, il est nécessaire d'abord de le sécher. Le gaz 1 est comprimé à partir d'1 bar dans un compresseur 3 en acier inoxydable pour produire un gaz comprimé 5 à entre 3 et 45 bars, par exemple à environ 30 bars. Le compresseur 3 est relié à l'appareil de dessiccation 13 par une conduite 9 à travers un appareil de refroidissement 11 et par une conduite 7 sans appareil de refroidissement. L'appareil de dessiccation 13 fonctionne de manière connue avec un cycle dans lequel une des bouteilles 17 sert à épurer le gaz alors que l'autre est régénérée par un gaz de régénération, dans ce cas une partie 15 du gaz sec 21. En fonctionnement normal, tout le gaz 5 est envoyé à la conduite 9, refroidi par l'appareil de refroidissement 11 et séché dans l'appareil de dessiccation 13 pour produire un gaz sec 21 à 30 bars, dont une partie 15 est recyclé à une des bouteilles pour la pressuriser. Lors de la première pressurisation des bouteilles qui a lieu au moment du démarrage, le gaz sec 15 n'est pas disponible. Ainsi selon l'invention, au moins une partie du gaz 5 est déviée vers la conduite 7 à travers la vanne ouverte 19 pour parvenir à une bouteille 17 de l'appareil de dessiccation à la température de sortie du dernier étage du compresseur 3 et à une pression similaire à la pression de sortie du compresseur 3. Le débit 7 se trouve à une température plus élevée que la température d'entrée du gaz 9 dans l'unité d'adsorption. Ainsi ce débit 7 peut pressuriser la bouteille 17 à la pression requise uniquement pour la mise en marche de l'appareil, sans risque de formation de glace d'eau en se détendant d'entre 3 et 45 bars abs à environ la pression atmosphérique dans la bouteille non-pressurisée 17. En alternative un débit d'azote 7A a une pression, telle que le gaz riche en dioxyde de carbone envoyé au séchage ne refroidit pas à une température en dessous de 0°C en se détendant à cette pression, et à une température voisine de celle du gaz 9 entrant dans l'unité d'adsorption 13 peut être utilisé pour effectuer la première pressurisation de la bouteille 17. Par exemple, si le débit 9 est à 30 bars abs et une température de 30°C, l'azote 7A peut être à 8 bars a et si le débit 9 est à 30bars a et une température de 20°C, le débit d'azote 7A peut être à 16 bars a , si le débit 9 est à 25 bars a et à une température de 20°C, le débit d'azote 7A peut être 8 bars a à la même température.15 REVENDICATIONS 1. Procédé de séchage d'un gaz riche en dioxyde de carbone à haute pression dans lequel on épure le gaz riche en dioxyde de carbone (1,5) dans une unité de séchage par adsorption (13) comprenant au moins deux bouteilles d'adsorbant (17) opérant selon un cycle dans lequel une bouteille est alimentée par le gaz riche en dioxyde de carbone à sécher pendant qu'une autre bouteille est mise en pression et régénérée par un débit de gaz sec (15) produit par l'unité de séchage, l'unité de séchage produisant au moins un gaz sec (21) riche en dioxyde de carbone caractérisé en ce que lors de la première pressurisation d'au moins une bouteille, un gaz sous pression (7,7A) autre qu'un produit de l'unité de séchage est envoyé à la bouteille. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le gaz sous pression (7,7A) envoyé à la bouteille lors de la première pressurisation est plus sec que le gaz à sécher (1,5). 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le débit de gaz sec (7A)autre que le produit de l'unité de séchage est un débit d'azote provenant d'un appareil de séparation d'air. 4. Procédé selon la revendication 1 dans lequel on comprime le gaz riche en dioxyde de carbone dans un compresseur (3) et ensuite on le refroidit dans un refroidisseur (11) en amont de l'étape de séchage et le débit de gaz sec (7) autre que le produit de l'unité de séchage est une partie du gaz riche en dioxyde de carbone comprimé dans le compresseur prise en amont du refroidisseur. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le débit de gaz sec (7,7A) autre que le produit de l'unité de séchage est plus chaud que le gaz à sécher à l'entrée de l'unité de séchage. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le gaz sous pression (7,7A) autre qu'un produit de l'unité de séchage etéventuellement plus sec que le gaz à sécher est envoyé à la bouteille uniquement lors de la première pressurisation de la bouteille. 7. Appareil de séchage d'un gaz riche en dioxyde de carbone à haute pression comprenant une unité de séchage par adsorption (13) pour sécher le gaz riche en dioxyde de carbone comprenant au moins deux bouteilles d'adsorbant (17) opérant selon un cycle dans lequel une bouteille est alimentée par le gaz riche en dioxyde de carbone à sécher pendant qu'une autre bouteille est mise en pression et régénérée par un débit de gaz sec (15) produit par l'unité de séchage, l'unité de séchage produisant au moins un gaz sec riche en dioxyde de carbone (21) caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour envoyer à une bouteille un gaz sous pression (7,7A) autre qu'un produit de l'unité de séchage et éventuellement plus sec que le gaz à sécher. 8. Appareil selon la revendication 7 dans lequel le débit de gaz sec (7A) autre que le produit de l'unité de séchage est un débit d'azote provenant d'un appareil de séparation d'air. 9. Appareil selon la revendication 7 comprenant un compresseur (3) dans lequel on comprime le gaz riche en dioxyde de carbone et un refroidisseur (11) dans lequel on refroidit le gaz riche en dioxyde de carbone comprimé dans le compresseur et des moyens pour envoyer une partie du gaz riche en dioxyde de carbone (7) comprimé dans le compresseur prise en amont du refroidisseur à une bouteille de l'unité de séchage en tant que débit de gaz sec.25