Brevet FR3052684A1 — publié le 20171222

La présente invention est relative à un appareil et à un procédé de purification de CO2 à basse température comprenant une étape de séparation par perméation. Elle concerne en particulier un procédé de démarrage d'une membrane 5 devant être opérée à basse température dans un appareil de purification de CO2 à basse température. La présente invention concerne le traitement des gaz non condensés d'une unité de purification de CO2 à basse température dans des membranes opérées à de basses températures ( Afin de maximiser le rendement de capture de CO2, des membranes peuvent aussi être employées sur les gaz incondensables provenant du ou des pots de condensation partielle. Un procédé de ce genre est connu d'EP-A-2404656. Le perméat des membranes, étant alors chargé en CO2 et à plus basse pression que les gaz incondensables, peut être recyclé dans la chaine de compression de l'unité de capture. Le CO2 qui aura ainsi traversé la membrane et qui aura été recyclé au compresseur pourra alors être liquéfié dans le ou les pots de condensation partielle. On peut atteindre des rendements de capture de l'ordre de 99% en couplant le procédé de condensation partielle avec celui des membranes. Deux paramètres importants permettent le dimensionnement des membranes et de quantifier leur performance : le rendement par membrane et la sélectivité en CO2. Plus le rendement en CO2 sera important, moins il sera nécessaire d'ajouter des modules de membranes pour augmenter le rendement global de l'unité. L'investissement initial est alors réduit. Plus la sélectivité en CO2 sera importante, moins les autres gaz vont traverser la membrane. Une haute sélectivité en CO2 zo permet d'obtenir un perméat plus pur en CO2 et de réduire la consommation en énergie du compresseur de gaz à purifier. En effet, les gaz non condensables qui traversent la membrane sont aussi recyclés à ce compresseur et vont donc augmenter le débit à traiter au sein de ce dernier affectant ainsi sa consommation énergétique. Selon le même concept, la taille du compresseur pourra être réduite si 25 la sélectivité des membranes est augmentée. Pour optimiser à la fois le rendement et la sélectivité des membranes, les employer à des températures subambiantes, voire (températures REVENDICATIONS1. Procédé de séparation d'un mélange (1) contenant du dioxyde de carbone, dans lequel : i) le mélange (1) est refroidi dans un échangeur de chaleur (H) et partiellement condensé et un premier liquide (17) est séparé du mélange dans un premier système opérant à basse température comprenant au moins un premier 10 séparateur de phases (PS1) et éventuellement une colonne de séparation (C ) et ii) un gaz (23) issu du premier système est traité dans un système membranaire (M) pour produire un perméat (55) et un non-perméat (53), le gaz issu du premier système étant divisé en deux parties, une première partie (26) étant envoyée au système membranaire sans avoir été réchauffée et une deuxième partie 15 (24) étant réchauffée jusqu'à au moins une température intermédiaire de l'échangeur de chaleur, de préférence jusqu'au bout chaud de celui-ci et ensuite envoyée au système membranaire sans avoir été refroidie. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le mélange est épuré par 20 adsorption dans une unité d'adsorption (A) en amont de l'échangeur de chaleur et lors d'une première phase, qui est une phase de démarrage, au moins une partie du gaz issu du premier système est envoyée à l'unité d'adsorption comme gaz de régénération et aucune partie du gaz issu du premier système n'est envoyée au système membranaire (M) et lors d'une phase ultérieure, qui est une phase 25 d'opération stable, au moins une partie du gaz issu du premier système est envoyée au système membranaire et au moins une partie du perméat ou du non-perméat du système membranaire est envoyée à l'unité d'adsorption comme gaz de régénération. 30 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel lors d'une deuxième phase, qui est une phase de démarrage, suivant la première phase, une partie du gaz issu du premier système est réchauffée et puis envoyée au système membranaire (M) et au moins une partie du perméat ou du non-perméat du système membranaire ainsi qu' une partie du gaz issu du premier système sont envoyés à 35 l'unité d'adsorption (A) comme gaz de régénération 3052684 12 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3 dans lequel lors d'une première phase, qui est une phase de démarrage, au moins une partie du gaz issu du premier système est envoyée à l'atmosphère et aucune partie du gaz issu du 5 premier système n'est envoyée au système membranaire (M) et lors d'une phase ultérieure, qui est une phase d'opération stable, au moins une partie du gaz issu du premier système est envoyée au système membranaire et au moins une partie du perméat ou du non-perméat du système membranaire est envoyée à l'atmosphère. 5. Procédé selon la revendication 4 dans lequel lors de la première phase, au moins une partie du gaz issu du premier système est détendue dans une turbine (T) et ensuite envoyée à l'atmosphère et lors de la phase ultérieure, au moins une partie du non-perméat est détendue dans une turbine et ensuite envoyée à l'atmosphère. 6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel lors de la première phase, une première partie du gaz issu du premier système est détendue dans la turbine et ensuite envoyée à l'atmosphère et une deuxième partie du gaz issu du premier système est détendue dans un moyen de détente autre que la turbine et ensuite envoyée à l'atmosphère. 7. Procédé selon la revendication 4, 5 ou 6 dans lequel lors d'une deuxième phase, qui est une phase de démarrage, suivant la première phase, une partie du gaz issu du premier système est réchauffée et puis envoyée au système membranaire (M) et un autre partie du gaz issu du premier système est envoyée à l'atmosphère, éventuellement après détente dans une turbine (T). 8. Appareil de séparation d'un mélange (1) contenant du dioxyde de carbone, comprenant : i) Une unité de séchage par adsorption (A) ii) Un échangeur de chaleur (H) iii) Un premier système de séparation capable d'opérer à basse température comprenant au moins un premier séparateur de phases (PS1) et éventuellement une colonne de séparation (C ) 3052684 13 iv) Une conduite pour envoyer un mélange (1) séché dans l'unité de séchage par adsorption se refroidir dans l'échangeur de chaleur pour former un débit partiellement condensé y) Un système membranaire (M) 5 vi) Une conduite pour sortir un débit enrichi en dioxyde de carbone du premier système de séparation vii) Une conduite pour envoyer un gaz issu du premier système au système membranaire viii) Une conduite pour sortir un perméat du système membranaire et une 10 conduite pour sortir un non-perméat du système dans lequel la conduite pour envoyer le gaz issu du premier système au système membranaire est reliée à l'échangeur de chaleur afin de permettre une partie du gaz de se réchauffer jusqu'à au moins une température intermédiaire de l'échangeur de chaleur, de préférence jusqu'au bout chaud de celui-ci , le système 15 membranaire étant relié au premier système par une autre conduite permettant d'envoyer le gaz au système membranaire sans avoir été réchauffé dans l'échangeur de chaleur. 9. Appareil selon la revendication 8 comprenant des moyens pour envoyer 20 au moins une partie du gaz issu du premier système directement à l'atmosphère, éventuellement après détente. 10. Appareil selon la revendication 8 ou 9 comprenant des moyens pour envoyer au moins une partie du gaz issu du premier système à l'unité de séchage 25 (A) comme gaz de régénération.