Brevet FR2929686A1 — publié le 20091009

La présente invention concerne un appareil et un procédé d'oxycombustion avec capture de dioxyde de carbone. L'oxycombustion dans une chaudière permet de faciliter la capture de CO2. La consommation énergétique de l'appareil de séparation d'air pèse de façon significative sur le rendement global de l'installation. En général, elle représente près du double de la consommation de purification et compression du CO2, avant séquestration. On se propose de réduire la consommation globale d'énergie de l'appareil de séparation d'air (ASU) alimentant l'oxycombustion et de l'unité io d'épuration et de compression du CO2 (CO2 CPU). L'invention consiste à choisir une teneur pour l'oxygène produit par l'ASU qui minimise la consommation globale de l'ASU et de la CO2 CPU. L'invention consiste à choisir une teneur pour le produit riche en oxygène de l'ASU qui minimise la consommation globale ASU+CO2 CPU, tout 15 en prenant en compte les infiltrations d'air dans la chaudière (le cas échéant). Par exemple, sur une configuration classique ASU basse pression, de type ayant deux vaporiseurs dans la colonne basse pression et un CO2 CPU basé sur une purification utilisant deux séparateurs de phase, on peut gagner jusqu'à 3% d'énergie (ramenée à l'ASU) en produisant de l'oxygène à 85% mol. 20 au lieu de 95% mol., qui est la valeur classiquement retenue. Encore sur une configuration classique ASU basse pression, de type utilisant deux vaporiseurs dans la colonne basse pression et un CO2 CPU basé sur une purification utilisant deux séparateurs de phase et une colonne de distillation avec recyclage d'un fluide CO2 pur ou impur, on peut gagner jusqu'à 25 5% d'énergie (ramenée à l'ASU) en produisant de l'oxygène à 75% mol. au lieu de 95% mol. Bien sûr, produire de l'oxygène très impur conduit à avoir plus d'azote dans les fumées de la chaudière, ce qui va pénaliser la partie CO2 CPU en termes de taille et d'énergie car il y a plus de débit à traiter. 30 Néanmoins, de manière surprenante, quand on compare le poids relatif du CO2 CPU en termes d'énergie et de coût par rapport à l'ASU, il est intéressant de déplacer le point de fonctionnement vers un teneur 02 plus impur (c'est à dire inférieure à 95% mol.). 2 2929686 Ceci est d'autant plus significatif que l'on vise un rendement CO2 moyen (entre 85 et 95%). Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil d'oxycombustion comprenant un appareil de séparation d'air dans lequel on produit de l'oxygène 5 éventuellement par distillation cryogénique, une chaudière d'oxycombustion, des moyens pour envoyer l'oxygène et un carburant vers la chaudière d'oxycombustion, des moyens pour récupérer des fumées de la chaudière d'oxycombustion contenant du dioxyde de carbone et des moyens pour épurer les fumées pour en extraire du dioxyde de carbone caractérisé en ce que io l'appareil de séparation d'air est prévu pour produire de l'oxygène à envoyer à la chaudière ayant une pureté ne dépassant pas 95% mol. Selon d'autres aspects de l'invention : - l'appareil de séparation d'air est prévu pour produire de l'oxygène à envoyer à la chaudière ayant une pureté ne dépassant pas 90% mol.. 15 - l'appareil de séparation d'air est prévu pour produire de l'oxygène à envoyer à la chaudière ayant une pureté ne dépassant pas 85% mol.. - l'appareil de séparation d'air est prévu pour produire de l'oxygène à envoyer à la chaudière ayant une pureté ne dépassant pas 80% mol.. - l'appareil comprend une double ou triple colonne de séparation d'air, 20 des moyens pour envoyer l'air à la colonne opérant à la plus haute pression, la colonne opérant à la plus basse pression contenant deux condenseurs, dont un condenseur de cuve et un condenseur intermédiaire. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé d'oxycombustion dans lequel on produit de l'oxygène éventuellement par 25 distillation cryogénique dans un appareil de séparation d'air, on envoie l'oxygène et un carburant vers une chaudière d'oxycombustion, on récupère des fumées de la chaudière d'oxycombustion contenant du dioxyde de carbone et on les épure pour en extraire du dioxyde de carbone caractérisé en ce que l'appareil de séparation d'air est prévu pour produire de l'oxygène à envoyer à 30 la chaudière ayant une pureté ne dépassant pas 95% mol. Selon d'autres aspects de l'invention : - l'appareil de séparation d'air produit de l'oxygène à envoyer à la chaudière ayant une pureté ne dépassant pas 90% mol.. 3 2929686 - l'appareil de séparation d'air produit de l'oxygène à envoyer à la chaudière ayant une pureté ne dépassant pas 85% mol.. - l'appareil de séparation d'air produit de l'oxygène à envoyer à la chaudière ayant une pureté ne dépassant pas 80% mol.. 5 L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la figure qui est une vue schématique d'un appareil d'oxycombustion. Un appareil de séparation d'air 2 produit un débit riche en oxygène 10 à une pureté allant de 75 à 95 % mol. et un débit d'azote résiduaire 13. Le débit riche en oxygène 10 est divisé en deux pour former deux sous débits 11 et 12. io Un débit de recycle 15 passe dans les unité de pulvérisation 3 de charbon 14. Le débit 11 est mélangé avec le débit de recycle 11 en aval de l'unité 3 et le mélange est envoyé aux brûleurs de la chaudière 1. Le débit 12 est mélangé avec un débit de recycle 16 qui alimente les brûleurs. De l'eau est envoyée à la chaudière 1 pour produire de la vapeur 18 à détendre dans la turbine 8. Le 15 gaz résiduaire 19 constitué par les fumées de l'oxycombustion riche en CO2, typiquement contenant plus de 70 mol. % de CO2 parcourt plusieurs traitements pour éliminer les impuretés. Sa composition est typiquement (base séche): Ar:2à3% 20 02:3% N2 : 1 à 25% CO2 : le reste, hors impureté type SOx, NOx,... Ces unités peuvent comprendre une unité 4 d'élimination de NOx , par exemple par réduction, une unité 5 d'élimination de poussières, par exemple 25 par filtrage, une unité 6 de désulfurisation pour éliminer SO2 et/ou SO3. Les unités 4 et 6 peuvent ne pas être nécessaires selon la pureté de CO2 requis. Le gaz résiduaire épuré 24 est envoyé à l'unité de compression et épuration 7 pour produire un débit riche en CO2 contenant plus que 85% de CO2 , voire plus que 99% de CO2, qui pourra être récupéré et un débit résiduaire 26. 30 L'appareil de séparation d'air 2 est de préférence du type comprenant une double ou triple colonne de séparation d'air avec colonne moyenne pression et colonne basse pression. La colonne basse pression comprend un condenseur de cuve et un condenseur intermédiaire, le condenseur de cuve 4 2929686 étant chauffé par de l'air ou de l'azote et le condenseur intermédiaire étant chauffé par de l'azote. De tels appareils sont connus de EP-A-0538118 et US-A-4704148 . 20 5 REVENDICATIONS1. Appareil d'oxycombustion comprenant un appareil de séparation d'air (2) dans lequel on produit de l'oxygène éventuellement par distillation cryogénique, une chaudière d'oxycombustion (1), des moyens pour envoyer l'oxygène et un carburant (14) vers la chaudière d'oxycombustion, des moyens pour récupérer des fumées (19) de la chaudière d'oxycombustion contenant du dioxyde de carbone et des moyens (7) pour épurer les fumées pour en extraire du dioxyde de carbone caractérisé en ce que l'appareil de séparation d'air est io prévu pour produire de l'oxygène à envoyer à la chaudière ayant une pureté ne dépassant pas 95% mol.. 2. Appareil selon la revendication 1 dans lequel l'appareil de séparation d'air (2) est prévu pour produire de l'oxygène à envoyer à la chaudière (1) 15 ayant une pureté ne dépassant pas 90% mol.. 3. Appareil selon la revendication 2 dans lequel l'appareil de séparation d'air (2) est prévu pour produire de l'oxygène à envoyer à la chaudière (1) ayant une pureté ne dépassant pas 85% mol.. 4. Appareil selon la revendication 3 dans lequel l'appareil de séparation d'air (2) est prévu pour produire de l'oxygène à envoyer à la chaudière (1) ayant une pureté ne dépassant pas 80% mol.. 25 5. Appareil selon l'une des revendications précédentes comprenant une double ou triple colonne de séparation d'air, des moyens pour envoyer l'air à la colonne opérant à la plus haute pression, la colonne opérant à la plus basse pression contenant deux condenseurs, dont un condenseur de cuve et un condenseur intermédiaire. 30 6. Procédé d'oxycombustion dans lequel on produit de l'oxygène éventuellement par distillation cryogénique dans un appareil de séparation d'air (2), on envoie l'oxygène et un carburant (14) vers une chaudière (1) i0 6 2929686 d'oxycombustion, on récupère des fumées (19) de la chaudière d'oxycombustion contenant du dioxyde de carbone et on les épure pour en extraire du dioxyde de carbone caractérisé en ce que l'appareil de séparation d'air est prévu pour produire de l'oxygène à envoyer à la chaudière ayant une 5 pureté ne dépassant pas 95% mol.. 7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel l'appareil de séparation d'air (2) produit de l'oxygène à envoyer à la chaudière (1) ayant une pureté ne dépassant pas 90% mol.. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel l'appareil de séparation d'air (2) produit de l'oxygène à envoyer à la chaudière (1) ayant une pureté ne dépassant pas 85% mol.. 15 9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel l'appareil de séparation d'air (2) produit de l'oxygène à envoyer à la chaudière (1) ayant une pureté ne dépassant pas 80% mol.. 20