Brevet FR2990749A1 — publié le 20131122

La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de mise à l'air d'un fluide riche en dioxyde de carbone. Un fluide riche en dioxyde de carbone contient au moins 95% de dioxyde de carbone, voire au moins 96% de dioxyde de carbone, tous les pourcentages relatifs à des puretés dans ce document étant des pourcentages molaires. Il est connu d'épurer un débit contenant du dioxyde de carbone afin de séquestrer le dioxyde de carbone qu'il contient, par différents moyens, par exemple la distillation à basse température, le lavage aux amines ou la perméation. Il est également connu de liquéfier un gaz riche en dioxyde de carbone aux procédés de capture de CO2 ainsi qu'aux appareils de liquéfaction de 002. Cette liquéfaction peut être précédée d'un ou plusieurs traitements des fumées (ou gaz de synthèse) par des méthodes de séparation physique et/ou chimique. Dans ces unités d'épuration et/ou de liquéfaction et d'autres unités encore produisant un débit riche en dioxyde de carbone, afin de protéger les équipements mais également réduire les coûts de ces derniers (par minimisation de la pression de fonctionnement par exemple), il est fréquent d'installer au moins une soupape de sécurité, capable d'évacuer un débit et/ou pression de gaz et/ou de liquide trop importants. Cependant lors de la détente de ce gaz (ou liquide) dont la composition est riche en 002, il est possible de former de la neige carbonique à pression atmosphérique. Le graphique de la Figure 1 illustre, pour du CO2 gazeux pur, la pression à partir de laquelle on observe la formation de neige carbonique à la pression atmosphérique. Il faut noter que pour la détente d'un liquide riche en CO2 dans une soupape, la formation de neige carbonique est observée quelle que soit la pression initiale. Une première solution envisagée consiste à réchauffer le gaz ou liquide avant sa détente à la pression atmosphérique pour une pression initiale donnée, dépendante de la quantité d'impuretés présente. Par exemple, le gaz ou le liquide à rejeter peut être réchauffé dans un serpentin placé dans une piscine ou bien dans une tour atmosphérique ou réchauffé dans un vaporiseur. Cependant, cette première solution nécessite l'installation de conduites supplémentaires (pour le cas du serpentin immergé dans une tour évaporative) et de la vapeur (ou électricité) disponible (cas sans tour évaporative). Cette quantité de chaleur (sous forme vapeur ou autre) devient importante dans le cas de la détente d'un liquide riche en CO2. Ainsi la présente invention propose comme alternative la mise en place d'une capacité sous pression où la pression partielle du dioxyde de carbone est inférieure à 60 bar absolus de préférence 44 bar absolus et supérieure à 5 bar absolus de préférence 5,3 bar absolus. La pression de la capacité est idéalement supérieure à la pression la plus basse du CO2 dans le procédé produisant le gaz résiduaire à rejeter, afin de pouvoir réutiliser le CO2 liquide stocké dans cette capacité sous pression dans une phase de démarrage. Cette capacité permet ainsi d'étager cette détente et de retenir le liquide, alors que le gaz généré est, quant à lui, détendu à l'atmosphère sans risque de formation de neige carbonique. On pourra par exemple dans le cas d'une unité de liquéfaction du CO2 utiliser un stockage comme capacité sous pression. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de mise à l'air d'un fluide riche en dioxyde de carbone dans lequel une unité de traitement produit au moins un fluide riche en dioxyde de carbone à une première pression, le fluide riche en dioxyde de carbone est détendu dans une vanne jusqu'à une deuxième pression pour produire un débit biphasique, le débit biphasique est envoyé à la deuxième pression à une capacité et un gaz provenant de la capacité est envoyé à l'atmosphère sous forme gazeuse après avoir été détendu à la pression atmosphérique. Eventuellement au moins un premier fluide riche en dioxyde de carbone ayant une première pureté en dioxyde de carbone et/ou étant produit à la première pression est détendu dans une première vanne jusqu'à la deuxième pression et un deuxième fluide riche en dioxyde de carbone ayant une deuxième pureté en dioxyde de carbone et/ou étant produit à la première pression ou une pression différente de la première pression est détendue dans une deuxième vanne et envoyé à la capacité. Le liquide de la capacité peut être renvoyé à l'unité de traitement. Un liquide riche en dioxyde de carbone de l'unité de traitement peut être envoyé à la capacité où il est stocké et un liquide de la capacité est soutiré comme produit liquide. La capacité peut opérer à une pression telle que la pression partielle de dioxyde de carbone est supérieure à 5,3 bar absolus. La capacité peut opérer à une pression telle que la pression partielle de dioxyde de carbone est inférieure à 60 bar absolus. La capacité peut opérer ) une pression telle que la pression partielle de dioxyde de carbone est à entre 5,3 bar absolus et 44 bar absolus. L'unité de traitement peut produire un gaz contenant de l'oxygène, de l'azote, de l'argon, du monoxyde de carbone, de l'hydrogène ou un gaz ou un liquide riche en dioxyde de carbone ou tout composé présent dans le mélange à séparer sous forme gaz ou liquide. Le fluide riche en dioxyde de carbone contient au moins 95% de dioxyde de carbone. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de mise à l'air d'un fluide riche en dioxyde de carbone dans lequel une unité de traitement produit au moins un fluide riche en dioxyde de carbone à une première pression comprenant une vanne de détente, une conduite pour envoyer le fluide riche en dioxyde de carbone à la vanne pour le détendre jusqu'à une deuxième pression pour produire un débit biphasique, une capacité, une conduite pour envoyer le débit biphasique de la vanne à la deuxième pression à la capacité et des moyens de détente d'un gaz provenant de la capacité reliés à l'atmosphère pour rejeter le gaz à l'atmosphère sous forme gazeuse après avoir été détendu à la pression atmosphérique. 2 99074 9 4 L'appareil peut comprendre des moyens pour envoyer un liquide de la capacité à l'unité de traitement. L'appareil peut comprendre des moyens pour envoyer un liquide de l'unité de traitement à la capacité et des moyens pour soutirer un liquide de la capacité 5 comme produit liquide. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant à la figure qui illustre un appareil de mise à l'air selon l'invention. Un fluide d'alimentation 1 pouvant être un débit de fumées ou un autre gaz contenant du dioxyde de carbone est envoyé à une unité de traitement 3 10 produisant un gaz résiduaire riche en dioxyde de carbone. L'unité de traitement peut être une unité d'oxycombustion, une unité de distillation de fumées d'oxycombustion, une cimenterie, une aciérie, une unité de production de gaz de synthèse (H2, CO), une unité de gazéification et de manière plus générale une unité de traitement du CO2 pur ou impur. L'unité 3 produit au moins de temps en 15 temps au moins un fluide riche en dioxyde de carbone 7, 9, 11 à envoyer à l'atmosphère. Ce fluide est produit par l'unité 3 à une pression d'au moins 5 bars absolus et au plus 50 bars absolus. Dans le cas concret, une unité produisant trois débits 7, 9, 11, pas nécessairement simultanément, sera décrite. Un premier débit 7 contenant 99% de dioxyde de carbone est détendu dans une première vanne 20 PSV1 jusqu'à une deuxième pression entre 5,3 bar absolus et 44 bar absolus. Un deuxième débit 9 contenant 98% de dioxyde de carbone est détendu dans une deuxième vanne PSV2 jusqu'à la deuxième pression. Un troisième débit 11 contenant 97% de dioxyde de carbone et à une pression comprise entre 15bara et 5,3bara est détendu dans une troisième vanne PSV3 jusqu'à la deuxième 25 pression. Les trois débits à la deuxième pression sont biphasiques et sont mélangés, formant un débit 13, et envoyés à une capacité 15 opérant à la deuxième pression. Un gaz 17 sort de la capacité 15 au moins ponctuellement, est détendu à la pression atmosphérique dans la vanne 19 et le gaz 21 formé est envoyé à l'atmosphère. Le débit 21 ne contient pas de solide. 30 Le liquide formé 29 peut constituer un produit riche en dioxyde de carbone détendu dans une vanne 31. Eventuellement la capacité 15 peut constituer un stockage de l'unité 3 et peut être alimentée par un liquide riche en dioxyde de carbone 23 provenant de l'unité 3. Du liquide 25 riche en dioxyde de carbone provenant de la capacité 15 peut être envoyé après détente dans la vanne 27 pour être utilisé dans l'unité 3. Par exemple le liquide 25 peut servir de source de froid sur l'unité et être vaporisé à l'intérieur de l'unité 3. L'unité 3 peut produire un produit 5 selon le type de traitement. Ce produit 5 peut être de l'oxygène, de l'azote, de l'argon, du monoxyde de carbone, de l'hydrogène un gaz ou un liquide riche en dioxyde de carbone ou tout composé présent dans le mélange 1 sous forme gaz ou liquide.10 REVENDICATIONS1. Procédé de mise à l'air d'un fluide riche en dioxyde de carbone dans lequel une unité de traitement (3) produit au moins un fluide (7, 9, 11) riche en dioxyde de carbone à une première pression, le fluide riche en dioxyde de carbone est détendu dans une vanne (PSV1, PSV2, PSV3) jusqu'à une deuxième pression pour produire un débit biphasique, le débit biphasique est envoyé à la deuxième pression à une capacité (15) et un gaz (17) provenant de la capacité est envoyé à l'atmosphère sous forme gazeuse après avoir été détendu à la pression atmosphérique. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel au moins un premier fluide (7, 9) riche en dioxyde de carbone ayant une première pureté en dioxyde de carbone et/ou étant produit à la première pression est détendu dans une première vanne (PSV1, PSV2) jusqu'à la deuxième pression et un deuxième fluide (9, 11) riche en dioxyde de carbone ayant une deuxième pureté en dioxyde de carbone et/ou étant produit à la première pression ou une pression différente de la première pression est détendue dans une deuxième vanne (PSV2, PSV3) et envoyé à la capacité. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le liquide (25) de la capacité est renvoyé à l'unité de traitement (3). 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel un liquide (23) riche en dioxyde de carbone de l'unité de traitement (3) est envoyé à la capacité (15) où il est stocké et un liquide (29) de la capacité est soutiré comme produit liquide.30 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la capacité (15) opère à une pression telle que la pression partielle de dioxyde de carbone est supérieure à 5,3 bar absolus. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel la capacité (15) opère à une pression telle que la pression partielle de dioxyde de carbone est inférieure à 60 bar absolus. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes 5 et 6 dans lequel la capacité (15) opère une pression telle que la pression partielle de dioxyde de carbone est à entre 5,3 bar absolus et 44 bar absolus. 8. Appareil de mise à l'air d'un fluide riche en dioxyde de carbone dans lequel une unité de traitement (3) produit au moins un fluide (7, 9, 11) riche en dioxyde de carbone à une première pression comprenant une vanne de détente (PSV1, PSV2, PSV3) , une conduite pour envoyer le fluide riche en dioxyde de carbone à la vanne pour le détendre jusqu'à une deuxième pression pour produire un débit biphasique, une capacité (15), une conduite pour envoyer le débit biphasique de la vanne à la deuxième pression à la capacité et des moyens de détente d'un gaz (17) provenant de la capacité reliés à l'atmosphère pour rejeter le gaz à l'atmosphère sous forme gazeuse après avoir été détendu à la pression atmosphérique. 9. Appareil selon la revendication 8 comprenant des moyens pour envoyer un liquide (25) de la capacité (15) à l'unité de traitement (3). 10. Appareil selon la revendication 8 ou 9 comprenant des moyens pour envoyer un liquide (23) de l'unité de traitement (3) à la capacité (15) et des moyens (29) pour soutirer un liquide de la capacité comme produit liquide.30