Brevet FR3125972A1 — publié le 20230210

Procédé d e séparation d’un polluant d’un gaz effluent. L’invention concerne une installation de traitement d’un gaz effluent pollué, comprenant : un compresseur (101) comprenant : - une entrée ; - une zone de compression comprenant un dispositif de compression et un liquide d’étanchéité assurant l’étanchéité du trajet de gaz effluent pollué dans la zone de compression, le dispositif de compression étant apte à comprimer le gaz effluent pollué ; et - une sortie; et un séparateur (103) comprenant : - une entrée (201) de gaz, - un dispositif de séparation configuré pour séparer le polluant présent dans le gaz effluent pollué comprimé en le récupérant dans un liquide d’absorption du reste du gaz effluent pollué comprimé afin d’obtenir un gaz effluent comprimé traité (7), et - une sortie (202) de gaz. Figure pour l’abrégé : fig. 1 Procédé de séparation d’un polluant d’un gaz effluent L’invention s’inscrit dans le domaine de la purification d’un gaz effluent contenant des polluants. La pyrolyse est un procédé de décomposition d’un produit utile à de nombreux procédés industriels. Les gaz utilisés dans les procédés pyrolytiques sont généralement considérés comme des déchets après leur utilisation car les conditions de température et de pression dans l’enceinte pyrolytique conduisent à la formation de sous-produits qui restent dans le gaz effluent rendant ce dernier impropre à une réutilisation directe. Néanmoins, les procédés pyrolytiques ne consomment pas toujours l’intégralité du gaz introduit dans l’enceinte pyrolytique et le gaz effluent peut contenir des espèces encore valorisables en plus des sous-produits. Il serait souhaitable de parvenir à purifier le gaz effluent des sous-produits polluants qu’il contient dans le but de réemployer les espèces valorisables du gaz effluent ainsi purifié. Des procédés de séparation des espèces valorisables dans des gaz effluents de procédés pyrolytiques ont été proposés, par exemple dans le document WO 03/047725. Il demeure néanmoins dans l’intérêt de l’homme du métier de proposer des améliorations de tels procédés. L’invention vise précisément en une amélioration des procédés de traitement de gaz effluents existants et propose pour cela une installation de traitement d’un gaz effluent pollué, comprenant au moins : un compresseur comprenant : - une entrée destinée à être alimentée par le gaz effluent pollué ; - une zone de compression comprenant un dispositif de compression et un liquide d’étanchéité assurant l’étanchéité du trajet de gaz effluent pollué dans la zone de compression, le dispositif de compression étant apte à comprimer le gaz effluent pollué ; et - une sortie destinée à être traversée par le gaz effluent pollué comprimé ; et un séparateur comprenant : - une entrée de gaz en communication avec la sortie du compresseur et destinée à être alimentée par le gaz effluent pollué comprimé, - un dispositif de séparation configuré pour séparer le polluant présent dans le gaz effluent pollué comprimé en le récupérant dans un liquide d’absorption du reste du gaz effluent pollué comprimé afin d’obtenir un gaz effluent comprimé traité, et - une sortie de gaz destinée à être traversée par le gaz effluent comprimé traité. Cette installation permet d’obtenir une séparation du polluant particulièrement efficace. Notamment, la réalisation de la séparation sous pression améliore la récupération du polluant dans le liquide d’absorption. De plus, l’utilisation d’un compresseur dans lequel un liquide d’étanchéité est présent assure que les polluants présents dans le gaz effluent ne s’agglomèrent pas dans le compresseur. En effet, dans un compresseur utilisant un liquide d’étanchéité, si des polluants se condensent et forment une phase solide, cette phase solide est alors entrainée en dehors du compresseur par le liquide d’étanchéité plutôt que de former des dépôts dans la zone de compression. Il en résulte une plus grande durée de vie du compresseur utilisé. Par exemple, le compresseur peut être choisi parmi un compresseur à rotor noyé, une pompe à rotor noyé, une pompe à anneau liquide, un compresseur à vis lubrifiées, un compresseur à pistons lubrifiés et un compresseur à palettes lubrifiées. Dans un mode de réalisation, le compresseur a un taux de compression supérieur à 1 et de préférence supérieur à 2. Le taux de compression correspond au rapport entre la pression absolue du gaz effluent pollué comprimé en sortie du compresseur et la pression absolue du gaz effluent pollué en entrée du compresseur. Dans un mode de réalisation, le séparateur est une colonne d’absorption comprenant en outre : - une entrée de liquide d’absorption destinée à être alimentée par le liquide d’absorption ; - une sortie de liquide d’absorption destinée à être traversée par le liquide d’absorption chargé en polluant ; l’entrée et la sortie de liquide d’absorption étant disposées de sorte que le liquide d’absorption et le gaz effluent comprimé pollué circulent dans une zone d’absorption du séparateur à contre-courant l’un de l’autre. Ce mode de réalisation permet une séparation particulièrement efficace via l’utilisation d’une colonne d’absorption et la circulation à contre-courant du liquide d’absorption et du gaz effluent pollué comprimé. Dans un mode de réalisation, l’installation comprend un dispositif d’introduction, configuré pour refroidir et pressuriser le liquide d’absorption avant son entrée dans le séparateur. Dans un tel mode de réalisation, la séparation est encore améliorée, car le gaz effluent pollué comprimé est plus chaud que le liquide d’absorption refroidi. Ainsi, le coefficient de partage du polluant entre le gaz effluent et le liquide d’absorption est déplacé en faveur d’une migration du polluant vers le liquide d’absorption. Il en résulte une meilleure affinité du polluant pour le liquide d’absorption et donc une meilleure séparation. Dans un mode de réalisation, le dispositif d’introduction peut être décomposé en deux éléments, l’un permettant de pressuriser le liquide d’absorption, et l’autre permettant de le refroidir. Par exemple, le dispositif d’introduction peut comprendre une pompe permettant de pressuriser le liquide d’absorption et un échangeur de chaleur configuré pour que le liquide d’absorption y transmette de la chaleur à un flux plus froid, et qu’ainsi il se refroidisse. Dans un mode de réalisation, l’installation comprend en outre un purificateur comprenant : - une entrée configurée pour être alimentée par le liquide d’absorption chargé en polluant ; - un dispositif de purification configuré pour séparer le polluant du liquide d’absorption chargé en polluant afin d’obtenir un liquide d’absorption purifié; - une sortie destinée à être traversée par le liquide d’absorption purifié. Le purificateur permet de purifier le liquide d’absorption permettant ainsi de lui conférer une plus grande efficacité lors d’une utilisation ultérieure. De cette manière, les polluants initialement présents dans le gaz effluent et qui se sont déplacés vers le liquide d’absorption dans le séparateur peuvent être séparés du liquide d’absorption. Dans un mode de réalisation, le purificateur est une colonne de désorption, comprenant en outre : - une entrée de gaz destinée à être alimentée par un gaz de récupération ; - une sortie de gaz destinée à être traversée par le gaz de récupération chargé en polluant ; l’entrée et la sortie de gaz étant disposées de sorte que le liquide d’absorption pollué et le gaz de récupération circulent à contre-courant l’un de l’autre dans le dispositif de purification. Par exemple, le gaz de récupération peut être une phase gazeuse inerte, par exemple du diazote. Dans ce mode de réalisation, le polluant est donc séparé du gaz effluent pollué dans le séparateur puis récupéré en fin de procédé dans une phase de gaz inerte, ce qui permet un retraitement du polluant simplifié. Par exemple, le retraitement du gaz de récupération comprenant un polluant peut être une destruction thermique ou encore une condensation, afin de récupérer le polluant et restaurer le gaz de récupération. Dans un autre mode de réalisation, le gaz de récupération peut être choisi pour avoir une affinité avec le polluant meilleure qu’un gaz inerte, par exemple meilleure que le diazote. Dans un mode de réalisation, le gaz de récupération peut être du gaz naturel dans le cas d’un polluant organique tel qu’un hydrocarbure. Dans ce mode de réalisation, le choix du gaz naturel permet également d’augmenter le pouvoir calorifique du mélange gazeux comprenant le polluant, et ainsi de rendre plus aisée sa destruction thermique ultérieure. Dans un mode de réalisation l’installation comprend en outre un dispositif de conditionnement configuré pour chauffer et détendre le liquide d’absorption chargé en polluant avant son entrée dans le purificateur. Ce mode de réalisation permet une encore meilleure purification du liquide d’absorption chargé en polluant car en augmentant sa température et en diminuant sa pression l’équilibre de répartition du polluant entre le liquide d’absorption et le gaz de récupération est décalé en faveur d’une plus grande migration vers le gaz de récupération. Dans un mode de réalisation, l’entrée du purificateur est en communication avec une sortie de liquide d’absorption du séparateur, et une entrée de liquide d’absorption du séparateur est en communication avec la sortie du purificateur. Ce mode de réalisation permet un recyclage en continu du liquide d’absorption, car le liquide d’absorption se charge en polluant dans le séparateur puis est envoyé vers le purificateur où il est purifié puis envoyé de nouveau vers le séparateur. Le recyclage continu dans ce mode de réalisation permet l’utilisation d’une quantité réduite de liquide d’absorption tout en assurant une excellente séparation, car le liquide d’absorption utilisé dans le séparateur vient toujours d’être purifié, et le taux de séparation est d’autant meilleur que le liquide d’absorption utilisé dans le séparateur est peu chargé en polluant. Bien entendu, il n’est pas exclu que les dispositifs d’introduction et/ou de conditionnement décrits plus haut soient disposés entre respectivement la sortie du purificateur et l’entrée du séparateur d’une part, et la sortie du séparateur et l’entrée du purificateur d’autre part. Ce mode de réalisation particulier permet l’obtention de l’ensemble des effets décrits ci-dessus. Selon un autre de ses aspects, l’invention concerne un procédé de séparation d’un polluant d’un gaz effluent pollué mettant en œuvre une installation telle que décrite ci-dessus, comprenant : - la compression dans le compresseur du gaz effluent pollué afin d’obtenir le gaz effluent pollué comprimé; et - la séparation du polluant dans le gaz effluent pollué comprimé vers un liquide d’absorption réalisée dans le séparateur. Dans un mode de réalisation, lorsque le procédé est mis en œuvre dans une installation comprenant un purificateur tel que décrit ci-dessus, le procédé comprend en outre la purification du liquide d’absorption pollué dans le purificateur. Cette purification permet de diminuer encore le coût du procédé car le liquide d’absorption n’est plus consommé mais peut être purifié, et le cas échéant réutilisé. Dans un mode de réalisation, le procédé comprend en continu (i) le chargement du liquide d’absorption en polluant au cours de la séparation, (ii) la purification du liquide d’absorption chargé du polluant et (iii) l’introduction du liquide d’absorption purifié au travers d’une entrée de liquide d’absorption du séparateur. Ce mode de réalisation permet un fonctionnement du procédé en continu, tout en assurant que la séparation dans le séparateur soit toujours optimale, car le liquide d’absorption comprend alors un minimum de polluant, ce qui favorise donc la migration du polluant depuis le gaz effluent comprimé pollué vers le liquide d’absorption. De plus, le coût global du procédé est diminué car il n’est pas nécessaire de renouveler le liquide d’absorption au fur et à mesure que ce dernier est utilisé. Dans un mode de réalisation, le gaz effluent pollué est choisi parmi un gaz effluent issu d’un procédé de dépôt chimique en phase vapeur, par exemple un procédé utilisant un réactif comprenant un hydrocarbure ou un mélange d’hydrocarbures notamment un procédé d’infiltration chimique en phase vapeur, ou d’un procédé de pyrolyse de biomasse. Dans un mode de réalisation, le liquide d’absorption et le liquide de refroidissement ont la même composition, c’est-à-dire qu’ils constituent des composés identiques. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux, car il permet une mise en contact du gaz effluent pollué et du liquide d’absorption dès l’entrée dans le compresseur. De plus, ce mode de réalisation permet une mise en place simplifié du procédé, car le circuit de liquide d’absorption et le circuit de liquide d’étanchéité peuvent partager des éléments. La est une représentation schématique d’un mode de réalisation de l’invention. Installation de traitement d’un gaz effluent pollué, comprenant au moins : un compresseur (101) comprenant : - une entrée destinée à être alimentée par le gaz effluent pollué (1); - une zone de compression comprenant un dispositif de compression et un liquide d’étanchéité assurant l’étanchéité du trajet de gaz effluent pollué dans la zone de compression, le dispositif de compression étant apte à comprimer le gaz effluent pollué ; et - une sortie destinée à être traversée par le gaz effluent pollué comprimé ; et un séparateur (103) comprenant : - une entrée (201) de gaz en communication avec la sortie du compresseur et destinée à être alimentée par le gaz effluent pollué comprimé, - un dispositif de séparation configuré pour séparer le polluant présent dans le gaz effluent pollué comprimé en le récupérant dans un liquide d’absorption du reste du gaz effluent pollué comprimé afin d’obtenir un gaz effluent comprimé traité (7), et - une sortie (202) de gaz destinée à être traversée par le gaz effluent comprimé traité. Installation selon la revendication 1, dans lequel le compresseur (101) est choisi parmi un compresseur à rotor noyé, une pompe à anneau liquide, une pompe à rotor noyé, un compresseur à vis lubrifiées, un compresseur à pistons lubrifiés et un compresseur à palettes lubrifiées. Installation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le séparateur (103) est une colonne d’absorption comprenant en outre : - une entrée de liquide d’absorption destinée à être alimentée par le liquide d’absorption (17); - une sortie de liquide d’absorption destinée à être traversée par le liquide d’absorption chargé en polluant (8); l’entrée et la sortie de liquide d’absorption étant disposées de sorte que le liquide d’absorption et le gaz effluent comprimé pollué circulent dans une zone d’absorption du séparateur à contre-courant l’un de l’autre. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un dispositif d’introduction (104, 108), configuré pour refroidir et pressuriser le liquide d’absorption avant son entrée dans le séparateur (103). Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un purificateur (107) comprenant : - une entrée configurée pour être alimentée par le liquide d’absorption chargé en polluant (11) ; - un dispositif de purification configuré pour séparer le polluant du liquide d’absorption chargé en polluant afin d’obtenir un liquide d’absorption purifié; - une sortie destinée à être traversée par le liquide d’absorption purifié (12). Installation selon la revendication 5 comprenant en outre un dispositif de conditionnement (104, 106) configuré pour chauffer et détendre le liquide d’absorption chargé en polluant avant son entrée dans le purificateur. Installation selon la revendication 5 ou 6, dans lequel l’entrée du purificateur (107) est en communication avec une sortie de liquide d’absorption du séparateur, et dans lequel une entrée de liquide d’absorption du séparateur est en communication avec la sortie du purificateur. Procédé de séparation d’un polluant d’un gaz effluent pollué (1) mettant en œuvre une installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant : - la compression dans le compresseur (101) du gaz effluent pollué afin d’obtenir le gaz effluent pollué comprimé; et - la séparation du polluant dans le gaz effluent pollué comprimé vers un liquide d’absorption réalisée dans le séparateur (103). Procédé de séparation selon la revendication 8, mettant en œuvre une installation selon l’une quelconque des revendications 5 à 7 comprenant en outre la purification du liquide d’absorption pollué dans le purificateur (107). Procédé de séparation selon la revendication 9, dans lequel le procédé comprend en continu (i) le chargement du liquide d’absorption en polluant au cours de la séparation, (ii) la purification du liquide d’absorption chargé du polluant et (iii) l’introduction du liquide d’absorption purifié au travers d’une entrée de liquide d’absorption du séparateur. Procédé de séparation selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel le gaz effluent pollué (1) est choisi parmi un gaz effluent issu d’un procédé de dépôt chimique en phase vapeur, par exemple un procédé utilisant un réactif comprenant un hydrocarbure ou un mélange d’hydrocarbures notamment un procédé d’infiltration chimique en phase vapeur, ou d’un procédé de pyrolyse de biomasse. Procédé de séparation selon l’une des revendications 8 à 11, dans lequel le liquide d’absorption et le liquide de refroidissement ont la même composition.