Brevet FR2962518A1 — publié le 20120113

La présente invention concerne un appareil intégré de liquéfaction de dioxyde de carbone liquide et de stockage de dioxyde de carbone liquide et un procédé de maintien en pression de stockage d'un tel appareil. Lorsque le dioxyde de carbone capturé sur un site industriel doit être évacué par navire-citerne, il faut prévoir d'importantes capacités de stockage en vue d'assurer une rotation des navires sur plusieurs jours. Le temps passé à quai pour un gros navire-citerne devant être limité au maximum pour réduire les frais d'exploitation de celui-ci, il s'agît de vider les stockages très rapidement. L'invention vise à proposer un procédé innovant et économique pour maintenir la pression des stockages de dioxyde de carbone liquide. Prenons l'exemple d'une centrale au charbon de 400 MWe net où l'on capture 10 000 tonnes par jour de CO2, soit environ 200 000Nm3/h de CO2. Un stockage de 4 jours représente 40 000 tonnes de CO2 liquide, à 7 bars et -50°C environ par exemple. Le volume du stockage sera d'environ 40 000m3. Si le chargement s'effectue en 3 heures sur un navire-citerne emportant 30 000 m3 de liquide, il faut remplacer 10 000 m3 de liquide par heure par un CO2 gazeux et froid à la même pression. Si l'on remplace ainsi du CO2 liquide à 7bars absolus par du CO2 gazeux à la même pression, le rapport des masses est d'environ 60. Il faut donc injecter 60 fois moins de gaz que le liquide soutiré, soit environ, pour 10 000m3/h de liquide, 190 tonnes/h de gaz, soit près de 100 000Nm3/h, pendant 3 heures. Notons que l'usine produit 200 000 Nm3/h de CO2, normalement sous forme liquide. La pratique courante, qui ne forme pas nécessairement partie de l'art antérieur pour maintenir en pression un stockage de liquide en équilibre liquide/vapeur, est double. Le cas le plus courant est un soutirage de liquide vers un conteneur dont on peut récupérer le ciel gazeux, auquel cas, ce ciel gazeux est transféré au stockage et remplace le liquide, la solution est alors optimisée et ne peut être améliorée par cette invention. En revanche, lorsque du liquide est soutiré sans pouvoir être remplacé par un ciel gazeux (conteneur trop éloigné, fuite de CO2, chargement d'un conteneur initialement vide...), la solution de l'état de l'art consiste à vaporiser une partie du liquide pour le réinjecter dans le stockage pendant que l'on soutire le liquide. On peut aussi injecter ce liquide vaporisé dans le conteneur avant l'opération de chargement, pour revenir au cas précédent. Dans tous les cas, on réinjecte le même volume sous forme gazeuse que ce qui est prélevé sous forme liquide. Le rapport entre les densités liquide et gaz étant situé entre 500 et 1000, le débit de liquide à vaporiser par rapport au liquide soutiré est faible, ce qui représente tout de même dans le cas actuel un débit très important. L'invention consiste à remplir directement le stockage avec le CO2 produit par l'unité de capture sous forme gazeuse, en éteignant ou réduisant la charge de l'unité de liquéfaction le temps du chargement d'un navire-citerne. On évitera ainsi de dépenser de l'énergie pour vaporiser le CO2. Une variante de l'invention consiste à envoyer, lorsqu'un navire-citerne arrive à vide ou qu'il faut le purger et le charger de CO2 gazeux sous pression, le CO2 gazeux éventuellement froid directement aux stockages du navire-citerne plutôt qu'au liquéfacteur. Cela suppose d'être sûr de pouvoir disposer des molécules de CO2 pendant le chargement du navire-citerne, sous peine de tirer au vide les capacités de stockage. Il sera éventuellement opportun de conserver un organe de vaporisation du liquide de secours. Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil intégré de liquéfaction de dioxyde de carbone et de stockage de dioxyde de carbone liquide comprenant au moins un stockage, une unité de liquéfaction dans lequel un débit de dioxyde de carbone gazeux est liquéfié et envoyé au ou à un des stockages et une conduite pour envoyer au moins une partie du débit de dioxyde de carbone gazeux ou un gaz dérivé de ce débit au stockage ou à un des stockages. Le gaz dérivé du débit de dioxyde de carbone gazeux peut provenir de l'unité de liquéfaction au moyen d'une conduite. Eventuellement l'appareil comprend des moyens pour envoyer tout le débit de dioxyde de carbone gazeux au stockage. Le stockage auquel est relié la conduite de dioxyde de carbone gazeux peut-être une citerne d'un navire-citerne et/ou le stockage rempli par le liquide provenant du liquéfacteur. L'appareil peut comprendre une conduite reliant la tête d'un stockage avec l'unité de liquéfaction. La conduite pour envoyer le gaz dérivé du débit de dioxyde de carbone gazeux au stockage ou à un des stockages peut être une conduite reliant la tête d'un stockage avec l'entrée d'un compresseur ou d'un échangeur de l'unité de liquéfaction. Préférentiellement la même conduite sert à amener du dioxyde de carbone gazeux d'un liquéfacteur ou en amont d'un liquéfacteur vers un stockage et à amener du dioxyde de carbone gazeux, vers ce liquéfacteur pour y être liquéfié. L'unité de liquéfaction comprenant un compresseur, un échangeur pour refroidir le gaz comprimé et le liquéfier et un récipient pour accumuler le liquide formé, le dioxyde de carbone gazeux provenant du stockage peut être envoyé en amont du compresseur ou de l'échangeur selon la pression à laquelle il se trouve. Selon un autre objet de l'invention il est prévu un procédé de régulation en pression de stockage de dioxyde de carbone liquide dans lequel un débit de dioxyde de carbone gazeux est liquéfié dans une unité de liquéfaction puis envoyé au stockage et caractérisé en ce que i) au moins une partie du débit de dioxyde de carbone gazeux ou un gaz dérivé de ce débit est envoyé à un ou au stockage comme gaz de pressurisation ou pour conserver la pression du stockage lorsque l'on soutire du liquide et/ou ii) du dioxyde de carbone gazeux est envoyé du stockage vers l'unité de liquéfaction. Selon d'autres caractéristiques facultatives : - on arrête ou réduit significativement la charge de l'étape de liquéfaction et on envoie le débit de dioxyde de carbone gazeux vers le stockage ; - on envoie le gaz de pressurisation au stockage si on envoie du liquide du stockage à un autre récipient ; - on envoie le gaz de pressurisation au stockage uniquement si on envoie du liquide du stockage à un autre récipient ou pour la première pressurisation du stockage ; - on vaporise une partie du liquide stocké dans le stockage et on la renvoie sous forme gazeuse au stockage comme deuxième gaz de pressurisation. La vaporisation de 100 000Nm3 de 002 à 7bars correspond à la chaleur de condensation de 30 tonnes de vapeur basse pression. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la figure qui montre un appareil selon l'invention. Un débit de dioxyde de carbone gazeux 1 est envoyé à un liquéfacteur 2. Le liquéfacteur 2 comprend un compresseur, un échangeur pour refroidir le gaz comprimé et le liquéfier et un récipient pour accumuler le liquide formé. Ces éléments ne sont pas illustrés. Le dioxyde de carbone liquide produit 3 est envoyé à un stockage 7. De temps en temps le liquide contenu dans le stockage 7 est soutiré au moyen d'une pompe 11 et une conduite 9 pour être envoyé à un navire-citerne ou autre récipient. Pour pressuriser le stockage 7 ou pour maintenir la pression lors d'un soutirage de liquide 9, un débit de gaz 5 est envoyé du liquéfacteur 3 à la tête du stockage 7. Ce gaz peut être une partie 1A du gaz d'alimentation 1. Dans ce cas, la liquéfaction est arrêtée ou fonctionne à charge réduite pendant l'envoi de gaz 1 vers le stockage. Sinon le gaz 5 peut être un gaz dérivé du gaz d'alimentation 1 par une étape de purification, par exemple. Il est également possible d'envoyer le gaz 5 à un autre stockage tel qu'un navire-citerne 13. La citerne du navire 13 peut recevoir une partie 1B du gaz d'alimentation 1A ou une partie 5A du gaz 5 traité dans le liquéfacteur 2. Eventuellement on envoie le gaz de pressurisation 1A,1 B au stockage 7,13 uniquement si on envoie du liquide 9 du stockage à un autre récipient, par exemple le navire 13, ou pour la première pressurisation du stockage. Les conduites d'envoi de dioxyde de carbone gazeux vers les stockages 7,13 peuvent également permettre ponctuellement le renvoi de dioxyde de carbone gazeux vers l'unité de liquéfaction 2. Ceci permet par exemple d'éviter une surpression. De même, lorsqu'un navire-citerne doit être purgé pour maintenance, plutôt que de mettre à l'air le 002 qu'il contient, on transfère le CO2 gazeux vers le liquéfacteur à travers la conduite qui sert à mettre en pression la citerne du navire-citerne. Il faut noter que la pression du CO2 dans le navire-citerne va chuter à mesure qu'on le vide et qu'il faut donc à un moment donné de la procédure envoyer le CO2 à l'aspiration du compresseur du liquéfacteur plutôt que directement au niveau de l'échangeur de liquéfaction. REVENDICATIONS1. Appareil intégré de liquéfaction de dioxyde de carbone et de stockage de dioxyde de carbone liquide comprenant au moins un stockage (7,13), une unité de liquéfaction (2) dans lequel un débit de dioxyde de carbone gazeux est liquéfié et envoyé au ou à un des stockages (7) et une conduite pour envoyer au moins une partie du débit de dioxyde de carbone gazeux ou un gaz dérivé de ce débit au stockage (7) ou à un des stockages (7,13). 2. Appareil selon la revendication 1 comprenant des moyens pour envoyer tout le débit de dioxyde de carbone gazeux au stockage (7,13). 3. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel le stockage auquel est reliée la conduite de dioxyde de carbone gazeux est une citerne d'un navire-citerne (13). 4. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel la conduite pour envoyer le gaz dérivé du débit de dioxyde de carbone gazeux au stockage (7) ou à un des stockages (7,13) est une conduite reliant la tête d'un stockage avec l'entrée d'un compresseur ou d'un échangeur de l'unité de liquéfaction. 5. Procédé de régulation en pression de stockage de dioxyde de carbone liquide dans lequel un débit de dioxyde de carbone gazeux est liquéfié dans une unité de liquéfaction puis envoyé à un stockage (7) et caractérisé en ce que i) au moins une partie du débit de dioxyde de carbone gazeux ou un gaz dérivé de ce débit est envoyé à un ou au stockage (7,13) comme gaz de pressurisation ou pour conserver la pression du stockage (7) lorsque l'on soutire du liquide et/ou ii) du dioxyde de carbone gazeux est envoyé du stockage vers l'unité de liquéfaction. 6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel on arrête ou réduit significativement la charge de l'étape de liquéfaction et on envoie le débit de dioxyde de carbone gazeux vers le stockage (7,13). 7. Procédé selon les revendications 5 ou 6 dans lequel on envoie le gaz de pressurisation au stockage (7) si on envoie du liquide (9) du stockage à un autre récipient (13). 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel on envoie le gaz de pressurisation au stockage (7) uniquement si on envoie du liquide (9) du stockage à un autre récipient (13) ou pour la première pressurisation du stockage. 9. Procédé selon la revendication 5 à 8 dans lequel on vaporise une partie du liquide stocké dans le stockage (7) et on la renvoie sous forme gazeuse au stockage comme deuxième gaz de pressurisation. 10. Procédé selon l'une des revendications 5 à 9 dans lequel du dioxyde de carbone gazeux est envoyé du stockage (7,13) vers l'unité de liquéfaction (2).