Brevet FR2979422A1 — publié le 20130301

La présente invention est relative à un appareil et à un procédé de production d'un débit riche en dioxyde de carbone par distillation. Un appareil de production d'un débit riche en dioxyde de carbone comprend une colonne opérant à des températures en dessous de 0°C mais au-dessus des températures cryogéniques. Il est donc nécessaire d'installer la colonne dans une enveloppe métallique appelée boîte froide et de l'entourer d'isolant, généralement de la perlite. L'invention vise à diminuer le poids de l'enveloppe métallique maintenant l'isolant tout en optimisant le temps de transport et réduisant le temps de montage sur site. Elle vise également à faciliter l'assemblage de l'appareil. US-A-3130026, US-A-3498067 et JP-A-5607763 décrivent des appareils de séparation d'un mélange riche en dioxyde de carbone où un gaz d'alimentation sert à chauffer le liquide de cuve d'une colonne de distillation, est partiellement condensé et est envoyé dans un séparateur de phases, le liquide du séparateur de phases servant à alimenter la colonne. Ces documents montrent tous le séparateur de phases positionné à côté de la colonne de distillation. La présente invention permet une disposition plus compacte en disposant le séparateur de phases, ou un autre élément devant alimenter la colonne en liquide, en dessous de cette colonne. La pression du liquide provenant du séparateur de phases est suffisante pour surmonter la pression hydrostatique et pour envoyer le liquide en haut de la colonne, sans l'usage d'une pompe ou d'une injection de gaz. L'enveloppe à section circulaire, de par sa forme, permet une meilleure tenue aux sollicitations présente sur le site (par exemple par le vent ou par séismes), ce qui permet une plus grande couverture des cas de dimensionnement. Pour le 002, la température de liquéfaction est supérieure à -57°C aux pressions utilisées pour la distillation, contrairement aux températures cryogéniques rencontrées sur les unités d'air ou de CO qui sont inférieures à 170°C. Il est envisageable sur les unités de production de 002, de réduire les distances d'isolations de moitié vis-à-vis des températures à -196°C. De plus, de par la forme ronde de l'enveloppe, le volume d'isolant (traditionnellement de la perlite) diminue d'environ 30%. La faible dilatation thermique des tuyauteries permet, par de courtes lyres, de souder les tuyauteries sur l'enveloppe au droit des traversées, ce qui évite tout raidissage pour compenser le manque de matière. La faible densité de tuyauterie des appareils de production de CO2 ainsi que la faible hauteur de l'enveloppe (au maximum 20 mètres) permet de faire le cintrage et le soudage complet de la structure de l'appareil en atelier sur des vireurs et avec des procédés de soudages automatiques similaires à celui des colonnes. La structure peut être faite dans les mêmes ateliers, d'où une meilleure optimisation de la planification et des phases de construction. L'appareil se compose de : - une enveloppe à section circulaire, faite éventuellement de tôles envirolées - deux colonnes superposées ou une colonne et un pot séparateur superposés. - éventuellement des rails d'enfilage permettant glisser la colonne dans l'enveloppe. - une structure d'embase composée de profilés. - une toiture, éventuellement en plan inclinée soutenu par des raidisseurs des ceintures permettant le raidissage et le levage de l'ensemble. des contreventements internes démontables pour le transport. Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil de production d'un débit riche en dioxyde de carbone par distillation à une température sub- ambiante comprenant une première colonne de distillation, un élément adapté pour effectuer une séparation à une température sub-ambiante, l'élément étant disposé de sorte qu'il se trouve en dessous de la première colonne quand l'appareil est en fonctionnement, une enveloppe, entourant la colonne de distillation et l'élément, l'enveloppe étant substantiellement cylindrique et ayant un axe principal, un isolant disposé entre l'enveloppe et la colonne et une conduite pour soutirer le produit de la première colonne. Selon d'autres caractéristiques facultatives : - la première colonne de distillation a un diamètre substantiellement constant et l'élément est substantiellement cylindrique, ayant un diamètre substantiellement égal à celui de la première colonne de distillation. - la première colonne de distillation et l'élément sont reliés par une jupe cylindrique ayant un diamètre substantiellement égal à celui de la première colonne de distillation. - l'élément est une deuxième colonne de distillation ou un pot séparateur. - l'appareil comprend une conduite, à l'intérieur de l'enveloppe, pour envoyer un liquide du pot séparateur à la tête de la première colonne de distillation. - l'appareil comprend au moins une conduite, à l'intérieur de l'enveloppe, reliant la première colonne avec la deuxième colonne. - l'enveloppe est composée de tôles superposées, chacune ayant une longueur égale au périmètre de la section circulaire l'enveloppe. - le rapport entre le diamètre de l'enveloppe et le diamètre de la première colonne est inférieur à 1,5 et supérieur à 1,15. - l'appareil comprend une conduite pour alimenter le pot séparateur ou la deuxième colonne de distillation avec un débit contenant du dioxyde de 25 carbone. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé de distillation d'un débit riche en dioxyde de carbone utilisant un appareil tel que décrit ci-dessus dans lequel le débit est refroidi à une température sub-ambiante puis séparé dans l'élément pour former un fluide qui est ensuite séparé par 30 distillation dans la première colonne, un produit riche en dioxyde de carbone étant soutiré de la première colonne. Un pot séparateur est un élément dans lequel s'effectue une séparation équivalente à un plateau théorique de distillation. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures. La Figure 1 montre une vue d'extérieur d'un appareil selon l'invention, en position de fonctionnement. La Figure 2 montre une coupe verticale de l'appareil de la Figure 1. Dans la Figure 1, on voit un appareil de séparation d'un fluide contenant du dioxyde de carbone, contenant au moins 40% vol de dioxyde de carbone, voire au moins 60% vol de dioxyde de carbone. Le fluide contient également du monoxyde de carbone, de l'oxygène, de l'azote, de l'hydrogène, du méthane, de l'argon ou une autre impureté légère. L'appareil 1 est composé d'une enceinte isolée, constituée par des tôles superposées pour former une virole cylindrique formant une enveloppe 5. Chaque tôle a la longueur du périmètre de la virole, de sorte que la somme des largeurs des tôles est substantiellement égale à la hauteur de la virole et chaque tôle entoure tout l'intérieur de la virole. La virole est posée sur un support 3. Dans la Figure 1, on voit à l'intérieur des tôles de la virole 5 une colonne de distillation 11 et un autre élément 9, ici un séparateur de phases ou pot séparateur. Ces deux éléments sont espacés de la virole et l'espace est remplie de perlite 21 pour isoler l'ensemble. La colonne 11 et le séparateur de phases 9 ont une virole commune 23 constituée par un cylindre métallique. La partie supérieure de la virole constitue la paroi de la colonne et la partie inférieure constitue la paroi du séparateur de phases. Le séparateur de phases 9 et la colonne 11 ont substantiellement le même diamètre et le même axe vertical. Une partie entre la cuve de la colonne et la tête du séparateur de phases est vide, mis à part d'éventuelles conduites ou moyens d'instrumentation. La partie de la virole 23 entourant cette espace forme une jupe cylindrique. Des conduites 13, 15, 17, 19 assurent le transfert de fluides à l'intérieur de la virole 5. Selon l'opération de l'appareil, un gaz d'alimentation riche en dioxyde de carbone sert à chauffer le liquide de cuve de la colonne et est ainsi partiellement condensé, éventuellement après une étape de refroidissement supplémentaire. Le fluide partiellement condensé est envoyé au séparateur de phases 9 où il se sépare pour former un gaz et un liquide. Le liquide est détendu dans une vanne puis envoyé par la conduite 15 en haute de la colonne 11. Le gaz de tête de la colonne enrichi en l'impureté légère sort par la conduite 13 et le produit liquide de la colonne est soutiré par la conduite... Le séparateur de phases 9 peut être remplacé par une autre enceinte, par exemple une deuxième colonne de distillation dont le liquide de cuve est destiné à alimenter la tête de la première colonne de distillation 11. Le rapport entre le diamètre de l'enveloppe 5 et le diamètre de la première colonne 11 est inférieur à 1,5 et supérieur à 1,15. L'élément 9 est destiné à effectuer une première séparation d'un débit contenant au moins 40% vol de dioxyde de carbone, un débit enrichi en dioxyde de carbone étant ensuite séparé dans la première colonne de distillation 11. REVENDICATIONS1. Appareil de production d'un débit riche en dioxyde de carbone par distillation à une température sub-ambiante comprenant une première colonne de distillation (11), un élément (9) adapté pour effectuer une séparation à une température sub-ambiante, l'élément étant disposé de sorte qu'il se trouve en dessous de la première colonne quand l'appareil est en fonctionnement, une enveloppe (5), entourant la colonne de distillation et l'élément, l'enveloppe étant substantiellement cylindrique et ayant un axe principal, un isolant (21) disposé entre l'enveloppe et la colonne et une conduite pour soutirer le produit de la première colonne. 2. Appareil selon la revendication 1 dans lequel la première colonne de distillation (11) a un diamètre substantiellement constant et l'élément (9) est substantiellement cylindrique, ayant un diamètre substantiellement égal à celui de la première colonne de distillation. 3. Appareil selon la revendication 2 dans lequel la première colonne de distillation (11) et l'élément (9) sont reliés par une jupe cylindrique (23) ayant 20 un diamètre substantiellement égal à celui de la première colonne de distillation. 4. Appareil selon l'une des revendications principales dans lequel l'élément (9) est une deuxième colonne de distillation ou un pot séparateur. 25 5. Appareil selon la revendication 4 comprenant une conduite, à l'intérieur de l'enveloppe, pour envoyer un liquide du pot séparateur (9) à la tête de la première colonne de distillation (11). 30 6. Appareil selon la revendication 4 comprenant au moins une conduite, à l'intérieur de l'enveloppe, reliant la première colonne avec la deuxième colonne. 7. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'enveloppe (5) est composée de tôles superposées, chacune ayant une longueur égale au périmètre de la section circulaire l'enveloppe. 8. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel le rapport entre le diamètre de l'enveloppe (5) et le diamètre de la première colonne (11) est inférieur à 1,5 et supérieur à 1,15. 9. Procédé de distillation d'un débit riche en dioxyde de carbone utilisant un appareil tel que décrit dans une des revendications 1 à 8 dans lequel le débit est refroidi à une température sub-ambiante puis séparé dans l'élément (9) pour former un fluide qui est ensuite séparé par distillation dans la première colonne (11), un produit riche en dioxyde de carbone étant soutiré de la première colonne. 10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel le débit contient 40% vol de dioxyde de carbone, voire au moins 60% vol de dioxyde de carbone et également du monoxyde de carbone, de l'oxygène, de l'azote, de l'hydrogène, du méthane, de l'argon ou une autre impureté légère.20