Brevet FR3124091A1 — publié le 20221223

La présente invention décrit une méthode de relargage du gaz carbonique qui requiert un apport énergétique très réduit et permet la réutilisation de tous les réactifs employés dans le procédé. Cette invention présente plusieurs intérêts : coût limité, simplicité d’exploitation, possibilité d’être utilisé dans des installation de petite envergure (chauffage de copropriétés ; petite installation industrielles …) ou grande envergure (grandes industries centrale thermiques …), production d’un CO 2 valorisable sec et concentré. Procédé simplifié de relargage du gaz carbonique capté par la réaction de carbonatation du carbonate de sodium La réaction entre le carbonate de sodium et le gaz carbonique capté dans les fumées de combustion, dans une solution aqueuse, produit du bicarbonate de sodium. Étant donné que le bicarbonate de sodium est un produit très utilisé, il n’y a généralement pas d étapes suivantes à sa production. Toutefois, il est possible de régénérer le dioxyde de carbone, via la décomposition thermique du bicarbonate, pour synthétiser d’autres produits. Vu sa faible solubilité dans l’eau, le bicarbonate de sodium précipite lorsqu’on augmente sa concentration avec l’ajout du gaz carbonique ; cette étape permet de séparer aisément le bicarbonate du reste de la solution qui contient du carbonate de sodium qui n’a pas réagi ainsi que le bicarbonate solubilisé. La décomposition et le relargage conséquent s’opèrent seulement sur le solide, nécessitant ainsi une moindre quantité d’énergie par rapport à d’autres méthodes de captage. Cela présente un autre avantage : la possibilité d’opérer le relargage du CO 2 dans un endroit différent de celui du captage, en transportant le bicarbonate sur le lieu d’utilisation du gaz carbonique. La vitesse de décomposition et la quantité d’énergie nécessaire dépendent de plusieurs facteurs. Parmi eux, les plus importants sont la température de la réaction et la granulométrie. Pour éviter de diluer le gaz carbonique produit par la décomposition du bicarbonate, la présente invention opère dans des équipements étanches et dans un courant de gaz carbonique. La schématisation du procédé est la suivante : Le bicarbonate de sodium précipité dans la phase de captation est séparé de la solution par filtration. Si nécessaire, la quantité d’humidité du solide filtré est réduite à des valeurs inférieures à 15% via des méthodes mécaniques usuelles comme la centrifugation ou autres. Si les étapes suivantes ne sont pas réalisées au même endroit, le bicarbonate doit être séché. Pour cela, il est envisageable d’utiliser un courant d’air chaud obtenu par le refroidissement des fumées via un échangeur placé en amont de la captation du CO 2 . Le bicarbonate de sodium ainsi préparé est introduit dans un système de micronisation étanche qui utilise du gaz carbonique comme fluide de transport et de refroidissement. Le type de broyeur préféré est un broyeur à impact avec sélecteur de granulométrie. Le broyage permet de réduire le temps de décomposition du bicarbonate en réduisant la taille des particules et en augmentant, au même temps, la surface spécifique du produit (bicarbonate). La taille des particules après broyage est comprise entre 0 et 70 µm dont au moins 90% sont comprises entre 0 et 45 µm. A la sortie du broyeur, du gaz carbonique chauffé est ajouté au courant contenant le bicarbonate micronisé et le gaz carbonique froid. La quantité et la température du gaz ajouté sont calculées pour maintenir le mélange jusqu’à la filtration à une température comprise entre 100 et 250°C. Le mélange gaz-solide est acheminé vers un filtre à manches dimensionné pour avoir une vitesse de filtration comprise entre 30 et 120 m 3 /m 2 .h, et pour un cycle de nettoyage complet compris entre 30 minutes et 24 h. Pour le nettoyage des manches également, le fluide à utiliser sera du gaz carbonique. La sortie du solide des trémies du filtre sera équipée des dispositifs permettant de rendre le filtre étanche à l’air. Le solide récupéré est du Carbonate de Sodium qui est réutilisé dans le cycle de captation du CO2. Le gaz carbonique chaud en sortie du filtre est humide en raison de la présence de la vapeur générée par la réaction ; il passe dans un échangeur/condenseur qui le refroidit jusqu’à la condensation de l’eau. Une fois refroidi et séché, le gaz carbonique est divisé en différentes parties : La partie correspondant au CO 2 émis par la décomposition du bicarbonate est comprimée et stockée. Une seconde partie est envoyée au broyeur comme fluide de transport. Une petite partie est dirigée vers le compresseur qui est utilisé pour le nettoyage des manches du filtre. La partie restante passe dans l’échangeur utilisé pour le refroidissement du gaz en sortie du filtre et est réchauffée une nouvelle étape de chauffage est nécessaire ensuite via un système traditionnel ; Il s’agit de la seule étape qui requiert un apport d’énergie. Ce gaz carbonique chaud est réinjecté dans le courant contenant le bicarbonate micronisé et le gaz carbonique froid à la sortie du broyeur. L’eau récupérée est utilisée pour la dissolution du carbonate de sodium provenant du filtre à manches, puis elle est mélangé aux eaux mères provenant de la filtration du bicarbonate de sodium après la phase de captation. Tout le procédé fonctionne en cycle fermé: la seule matière qui sort est le gaz carbonique capté prêt pour diverses utilisations. Une fois le procédé pleinement opérationnel , les apports en énergie et en matériaux sont limités à la compensation des quelque pertes pendant le fonctionnement. De préférence, - Le bicarbonate de sodium est finement broyé avant d’être chauffé et décomposé. Ceci permet de réduire le temps de réaction et de décomposer en totalité le produit, sans besoin de devoir augmenter la température. - Tout le procédé, à partir du broyage jusqu’au stockage du gaz carbonique, est opéré en circuit fermé, étanche, en absence d’air et sous courant de gaz carbonique. - Le gaz carbonique est utilisé également comme fluide de refroidissement du broyeur et comme fluide de nettoyage des manches du filtre. Cela évite la dilution du gaz carbonique et simplifie les étapes suivantes - Un filtre à manches est utilisé comme réacteur. Il prolonge le temps de contact et complète la décomposition du bicarbonate de sodium, il sépare efficacement le carbonate de sodium à recycler dans le procédé - Un échangeur refroidit le gaz carbonique sortant du filtre et, à la fois, chauffe une partie du gaz pour le préparer à la phase de réaction et relargage du CO2 - Une fois le procédé pleinement opérationnel, le système ne requiert que la compensation des pertes en énergie et matériaux. Procédé de relargage du gaz carbonique capté par la réaction de carbonatation du carbonate de sodium caractérisé en ce qu’il comprend une micronisation du bicarbonate de sodium. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il est opéré en circuit fermé, étanche, en absence d’air et sous courant de gaz carbonique, de l’étape de micronisation jusqu’au stockage du gaz carbonique. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’il comprend, après l’étape de micronisation, l’ajout de gaz carbonique chauffé à un courant contenant le bicarbonate micronisé et le gaz carbonique froid. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le mélange gaz-solide est acheminé vers un filtre à manches. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le gaz carbonique est utilisé comme fluide de refroidissement du broyeur lors de l’étape de micronisation et comme fluide de nettoyage des manches du filtre. Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu’il comprend un échangeur qui refroidit le gaz carbonique sortant du filtre. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’une partie du gaz carbonique refroidi et séché est réchauffé par l’échangeur.