Brevet FR3152801A1 — publié le 20250314

Appareil pour la production de glace carbonique comprenant : - des moyens d'alimentation (2) pour fournir du dioxyde de carbone à l'état liquide ; - des moyens (20) pour la transition d'état du dioxyde de carbone à l'état liquide circulant le long des moyens d'alimentation (2) ; lesdits moyens de transition d'état (20) entraînant la solidification souhaitée du dioxyde de carbone afin de produire de la glace carbonique et la formation indésirable de dioxyde de carbone à l'état gazeux ; - un système (3) pour la collecte et la récupération du dioxyde de carbone à l'état gazeux ; ledit système de collecte et de récupération (3) collectant le dioxyde de carbone à l'état gazeux en aval des moyens de transition d'état (20) et comprenant : i) un compresseur (4) pour comprimer le dioxyde de carbone collecté par le système de collecte (3) ; ii) un échangeur de chaleur (5) qui met en communication thermique le dioxyde de carbone en aval du compresseur (4) et le dioxyde de carbone en amont du compresseur (4), iii) des moyens de stockage (6) pour stocker le dioxyde de carbone provenant du compresseur (4). Figure de l’Abrégé = [FIG.1] APPAREIL ET MÉTHODE POUR LA PRODUCTION DE GLACE CARBONIQUE La présente invention concerne un appareil et une méthode pour la production de glace carbonique. Il existe des solutions connues qui prévoient que le dioxyde de carbone liquide soit fourni à un élément de détente. Cela entraîne une expansion conduisant à la production de glace carbonique. Un inconvénient de cette solution est lié au fait que, pendant la production de glace carbonique, une partie considérable du dioxyde de carbone passe à l'état gazeux, qui, étant volatil, est ainsi dispersé dans l'environnement. L'objet de la présente invention est de proposer un appareil et une méthode pour la production de glace carbonique qui permettent d'optimiser les ressources disponibles tout en minimisant le risque des inconvénients décrits ci-dessus. La tâche technique énoncée et les objectifs spécifiés sont substantiellement atteints par un appareil et une méthode comprenant les caractéristiques techniques suivantes. Plus en détail, l'invention concerne un appareil pour la production de glace carbonique comprenant : - des moyens d'alimentation pour fournir du dioxyde de carbone à l'état liquide ; - des moyens de transition d'état d'au moins une partie du dioxyde de carbone circulant le long des moyens d'alimentation de l'état liquide à l'état solide, lesdits moyens de transition d'état entraînant la solidification désirée du dioxyde de carbone afin de produire de la glace carbonique et la formation indésirable de dioxyde de carbone à l'état gazeux ; - un système de collecte et de récupération du dioxyde de carbone à l'état gazeux ; ledit système de collecte et de récupération collectant le dioxyde de carbone à l'état gazeux en aval des moyens de transition d'état et comprenant : i) un compresseur pour comprimer le dioxyde de carbone collecté en aval des moyens de transition d'état ; ii) des moyens de stockage pour stocker le dioxyde de carbone provenant du compresseur. L'appareil est caractérisé en ce que : - le compresseur est un compresseur à piston volumétrique capable de comprimer le dioxyde de carbone sortant à une pression comprise entre 25 et 28 bar, - le système de collecte et de récupération comprend un échangeur de chaleur qui met en communication thermique le dioxyde de carbone en aval du compresseur et le dioxyde de carbone en amont du compresseur, - les moyens de stockage sont des moyens pour stocker le dioxyde de carbone liquide sous pression entre 18 et 20 bar. L'appareil de l'invention comprend également au moins une des caractéristiques suivantes : - ledit échangeur est un échangeur à plaques, - le système de collecte et de récupération du dioxyde de carbone comprend une ligne pour l'écoulement du dioxyde de carbone collecté en aval des moyens vers les moyens de stockage, ladite ligne d'écoulement comprenant : - une première section située en amont de l'échangeur de chaleur ; - une deuxième section qui s'étend en aval d'une sortie intermédiaire de l'échangeur et en amont d'une entrée intermédiaire dans l'échangeur ; - une troisième section en aval de l'échangeur. - le système de collecte et de récupération du dioxyde de carbone comprend en outre des chauffages électriques situés dans la première section entre l'échangeur et le compresseur, - le système de collecte et de récupération comprend un clapet anti-retour interposé entre le compresseur et les moyens de stockage, - le système de collecte et de récupération comprend un homogénéisateur placé entre le compresseur et les moyens de stockage. L'invention concerne également une méthode pour la production de glace carbonique comprenant les étapes suivantes : - provoquer la solidification d'au moins une partie du dioxyde de carbone à l'état liquide, conduisant ainsi à l’obtention de la glace carbonique par des moyens de transition d'état ; lesdits moyens de transition d'état entraînant la solidification souhaitéedu dioxyde de carbone afin de produire de la glace carbonique et la formation indésirable de dioxyde de carbone à l'état gazeux ; - collecter, en aval des moyens de transition d'état, le dioxyde de carbone à l'état gazeux ; - comprimer ledit dioxyde de carbone à l'état gazeux au moyen d'un compresseur ayant la forme d'un compresseur à piston volumétrique comprimant le dioxyde de carbone sortant à une pression comprise entre 25 et 28 bar, transformant ainsi ledit dioxyde de carbone gazeux en dioxyde de carbone liquide ; - stocker ledit dioxyde de carbone liquide dans des moyens de stockage sous pression entre 18 et 20 bar, - effectuer un échange de chaleur entre le dioxyde de carbone liquide présent en aval du compresseur ayant une température de 15 à 20°C et le dioxyde de carbone gazeux présent en amont du compresseur ayant une température de -70 à -78,5°C. Des caractéristiques et avantages supplémentaires de la présente invention apparaîtront plus clairement à partir de la description sommaire, et donc non limitative, d'un appareil et d'une méthode pour la production de glace carbonique tels qu'illustrés dans les figures annexées, dans lesquelles : - la FIG. 1 montre une vue schématique d'un appareil pour la production de glace carbonique selon la présente invention ; - la FIG. 2 montre un système de collecte et de récupération du dioxyde de carbone dans un appareil pour la production de glace carbonique selon la présente invention. Dans la figure annexée, le numéro de référence 1 désigne un appareil pour la production de glace carbonique (ou plus généralement de dioxyde de carbone à l'état solide). L'appareil 1 comprend des moyens d'alimentation 2 pour fournir du dioxyde de carbone à l'état liquide. Ces moyens d'alimentation 2 comprennent de manière appropriée un réservoir 21. Les moyens d'alimentation 2 comprennent une ligne de transport 22 pour transporter le dioxyde de carbone à l'état liquide qui s'étend de manière appropriée à partir/en aval du réservoir 21 (voir FIG. 1 ). De manière appropriée, le dioxyde de carbone dans le réservoir 21 est à une température inférieure à -18°C, pratiquement entre -20 et -25°C, et à une pression supérieure à 7 bar, en particulier entre 18 et 20 bar. L'appareil 1 comprend des moyens 20 pour la transition d'au moins une partie du dioxyde de carbone à l'état liquide circulant le long des moyens d'alimentation 2 (ou plus précisément le long de la ligne de transport 22) de l'état liquide à l'état solide. Les moyens de transition d'état 20 entraînent la solidification désirée du dioxyde de carbone afin de produire de la glace carbonique et la formation indésirable de dioxyde de carbone à l'état gazeux. Les moyens 20 comprennent/sont des moyens de détente. Typiquement, les moyens 20 comprennent/sont une vanne de détente. L'appareil 1 comprend commodément un réservoir de collecte 23 pour collecter la glace carbonique. L'appareil 1 comprend un système 3 pour la collecte et la récupération du dioxyde de carbone à l'état gazeux. Le système de collecte et de récupération 3 collecte le dioxyde de carbone à l'état gazeux en aval des moyens de transition d'état 20. De manière appropriée, le système de collecte et de récupération 3 collecte le dioxyde de carbone à l'état gazeux au niveau du réservoir de collecte 23. Par conséquent, le dioxyde de carbone qui, pour une raison quelconque, n'est pas transformé en glace carbonique peut être réutilisé. Le système de collecte et de récupération 3 comprend un compresseur 4 pour comprimer le dioxyde de carbone collecté par le système de collecte 3. De préférence, le compresseur 4 est un compresseur volumétrique. Encore plus préférablement, le compresseur 4 est un compresseur à piston. De manière appropriée, le compresseur 4 a un séparateur de liquide du côté de l’entrée. De manière appropriée, le compresseur 4 a un séparateur d'huile à deux étages particulièrement efficace du côté de la sortie. De préférence, le compresseur 4 comprime le dioxyde de carbone sortant à une pression comprise entre 25 et 28 bar. Le système de collecte et de récupération 3 comprend des moyens de stockage 6 pour stocker le dioxyde de carbone provenant du compresseur 4. Les moyens de stockage 6 peuvent comprendre un récipient sous pression, par exemple un cylindre pressurisé. Les moyens de stockage 6 sont des moyens pour stocker le dioxyde de carbone liquide sous pression, en particulier entre 17 et 25 bar, de préférence entre 17 et 22 bar, avantageusement entre 18 et 20 bar. Par conséquent, le dioxyde de carbone peut être récupéré (avantageusement sous forme liquide) afin d'être ensuite réutilisé dans le système de production de glace carbonique. Le système de collecte et de récupération 3 comprend un échangeur de chaleur 5 qui met en communication thermique le dioxyde de carbone en aval du compresseur 4 et le dioxyde de carbone en amont du compresseur 4. En particulier, l'échangeur de chaleur 5 met en communication thermique le dioxyde de carbone immédiatement en aval du compresseur 4 et le dioxyde de carbone en amont du compresseur 4. Avantageusement, l'échangeur 5 est un échangeur à plaques, de préférence un échangeur à plaques à contre-courant. La communication thermique permet de diminuer la température du dioxyde de carbone gazeux avant son entrée dans le compresseur, d'une plage de température comprise entre -70 et -78,5°C, à une température d'environ -40 à -45°C afin de le liquéfier dans le compresseur à piston volumétrique. La présence de ladite communication thermique optimise le fonctionnement du compresseur à piston volumétrique et permet d'économiser de l'énergie. De manière appropriée, le système de collecte 3 comprend une ligne 30 pour l'écoulement du dioxyde de carbone collecté en aval des moyens 20 vers les moyens de stockage 6. Cette ligne d'écoulement 30 comprend avantageusement : - une première section 31 située en amont de l'échangeur de chaleur 5 ; - une deuxième section 32 qui s'étend en aval d'une sortie intermédiaire 320 de l'échangeur 5 et en amont d'une entrée intermédiaire 321 dans l'échangeur 5 (le compresseur 4 est situé le long de la deuxième section 32) ; - une troisième section 33 en aval de l'échangeur 5. De manière appropriée, - entre l'échangeur 5 et le compresseur 4 (dans la deuxième section 32), le dioxyde de carbone gazeux est à une température comprise entre -45 et -40°C, - entre le compresseur 4 et l'échangeur 5 (dans la deuxième section 32), le dioxyde de carbone liquéfié est à une température comprise entre 15 et 20°C, - immédiatement en aval de l'échangeur 5 (dans la troisième section 33), le dioxyde de carbone liquide est à une température comprise entre -10 et -40°C, de préférence entre -25 et -30°C. Les première, deuxième et troisième sections 31, 32, 33 définissent une même canalisation. Elles sont disposées les unes après les autres en série. Le dioxyde de carbone dans la première section 31 est utilisé pour refroidir le dioxyde de carbone dans la troisième section 33. Dans la présente description, les expressions « en amont de » et « en aval de » doivent être comprises par rapport à la direction d'écoulement du dioxyde de carbone. En amont du compresseur 4, le système 3 peut comprendre une soupape de sécurité 41 (elle est commodément située en amont du compresseur 4 et en aval d'au moins une partie de l'échangeur 5 ; elle est de manière appropriée située dans la deuxième section 32). La soupape de sécurité 41 permet de contourner le compresseur 4 ou de libérer du dioxyde de carbone. La soupape de sécurité 41 peut être une vanne motorisée. De manière appropriée, le dioxyde de carbone immédiatement en amont de l'échangeur 5 (dans la première section 31) est à environ 1 bar et avantageusement à une température inférieure à -76,8°C, par exemple à une température de -78,5°C, pratiquement entre -70°C et -78,5°C. De manière appropriée, le dioxyde de carbone liquide immédiatement en aval du compresseur 4 (dans la deuxième section 33) est à une pression comprise entre 25 et 28 bar, et à une température comprise entre 15 et 20°C. De manière appropriée, immédiatement en amont de l'échangeur de chaleur 5 (par exemple dans la première section 31), le débit de dioxyde de carbone est compris entre 300 et 500 m 3 /h, de préférence environ 400 m 3 /h. Avantageusement, immédiatement en amont de l'échangeur de chaleur 5, le débit de dioxyde de carbone est compris entre 700 et 900 kg/h, de préférence environ 800 kg/h. Avantageusement, le système 3 comprend un clapet anti-retour 60 interposé entre le compresseur 4 et les moyens de stockage 6 (par exemple dans la troisième section 33). Cela empêche/limite le retour du dioxyde de carbone présent dans les moyens de stockage 6. Une soupape de sécurité 61 peut être présente entre le compresseur 4 et le clapet anti-retour 60 (par exemple dans la troisième section 33). La soupape de sécurité 61 permet de contourner le clapet 60 ou de libérer du dioxyde de carbone. La soupape de sécurité 61 peut être une vanne motorisée. Dans une solution particulière, le système 3 pourrait éventuellement comprendre un homogénéisateur 7. De manière appropriée, l'homogénéisateur 7 est placé entre le compresseur 4 et les moyens de stockage 6 (typiquement dans la troisième section 33). L'homogénéisateur 7 permet, par exemple, de comprimer le dioxyde de carbone à une pression également supérieure à 100 bar, de manière appropriée également comprise entre 200 et 250 bar. De cette manière, le stockage peut avoir lieu dans les moyens 6 à une pression plus élevée. En aval de l'homogénéisateur, la température est comprise entre -20 et -25°C. De manière appropriée, le système 3 peut comprendre un ou plusieurs capteurs de température 81 ; par exemple, dans la solution de la FIG. 2 , un capteur de température est présent dans la première section 31, deux capteurs de température dans la deuxième section 32 (un en amont et un en aval du compresseur 4) et un capteur de température dans la troisième section 33. De manière appropriée, le système 3 peut comprendre des chauffages électriques (non représentés sur les figures) situés dans la première section 31 entre l'échangeur de chaleur 5 et le compresseur 4. Si la température du dioxyde de carbone gazeux est trop basse avant son entrée dans le compresseur 4, les chauffages électriques ajustent la température à une plage de -40 à -45°C. De manière appropriée, le système 3 peut comprendre un ou plusieurs capteurs de pression 82 (par exemple dans la solution de la FIG. 2 , il est placé en aval d'une partie de l'échangeur 5 et en amont du compresseur 4). La pression mesurée par ce capteur spécifique est d'environ 5 bar. L’objet de la présente invention concerne une méthode pour la production de glace carbonique. En particulier, il s'agit d'une méthode pour la production de glace carbonique qui prévoit au moins une récupération partielle du dioxyde de carbone non transformé en glace carbonique. Plus généralement, elle peut également être définie comme correspondant à une installation pour le traitement du dioxyde de carbone à l'état liquide. De manière appropriée, cette méthode est mise en œuvre par un appareil 1 pour la production de glace carbonique ayant une ou plusieurs des caractéristiques décrites précédemment. La méthode comprend les étapes consistant à provoquer la solidification du dioxyde de carbone (à l'état liquide), obtenant ainsi de la glace carbonique. Cela est typiquement obtenu avec des moyens de transition d'état 20 (typiquement des moyens de détente). Les moyens de transition d'état 20 entraînent la solidification souhaitée du dioxyde de carbone afin de produire de la glace carbonique et la formation indésirable de dioxyde de carbone à l'état gazeux. Il y a donc une transition du dioxyde de carbone de l'état liquide à l'état solide. Cela est obtenu en détendant le dioxyde de carbone dans des moyens de détente. La méthode comprend également la collecte, en aval des moyens de transition d'état 20, du dioxyde de carbone à l'état gazeux. La méthode comprend également une étape de compression dudit dioxyde de carbone à l'état gazeux au moyen d'un compresseur 4, le transformant ainsi en dioxyde de carbone à l'état liquide. La méthode comprend une étape de stockage dudit dioxyde de carbone à l'état liquide dans des moyens de stockage 6. Commodément, la méthode peut comprendre une étape d'échange de chaleur entre le dioxyde de carbone présent en aval du compresseur 4 ayant pratiquement une température de 15 à 20°C et le dioxyde de carbone présent en amont du compresseur 4 ayant pratiquement une température de -70 à -78,5°C. De manière appropriée, cet échange de chaleur a lieu dans un échangeur de chaleur 5. Le dioxyde de carbone présent en aval du compresseur 4 et le dioxyde de carbone présent en amont du compresseur 4 (qui sont en communication thermique via l'échangeur de chaleur 5) circulent le long d'une même ligne de transport. Cela permet de refroidir le dioxyde de carbone présent en aval du compresseur 4 avec le dioxyde de carbone présent en amont du compresseur 4. Cette disposition en combinaison avec une pompe à piston volumétrique permet d'économiser de l'énergie. La présente invention présente des avantages importants. Tout d'abord, elle permet, pour la production de glace carbonique, une récupération du dioxyde de carbone volatil. Cela réduit la consommation de matières premières et la consommation d'énergie. L'invention ainsi mise au point est susceptible de nombreuses modifications et variantes, toutes relevant du concept inventif qui la caractérise. De plus, tous les détails peuvent être remplacés par des éléments techniquement équivalents. Tous les matériaux utilisés, ainsi que les dimensions, peuvent en pratique être quelconques, selon les besoins. Un appareil pour la production de glace carbonique comprenant : - des moyens d'alimentation (2) pour fournir du dioxyde de carbone à l'état liquide ; - des moyens (20) pour la transition d'au moins une partie du dioxyde de carbone circulant le long des moyens d'alimentation (2) de l'état liquide à l'état solide, lesdits moyens de transition d'état (20) entraînant la solidification souhaitée du dioxyde de carbone afin de produire de la glace carbonique et la formation indésirable de dioxyde de carbone à l'état gazeux ; - un système (3) pour la collecte et la récupération du dioxyde de carbone à l'état gazeux ; ledit système de collecte et de récupération (3) collectant le dioxyde de carbone à l'état gazeux en aval des moyens de transition d'état (20) et comprenant : i) un compresseur (4) pour comprimer le dioxyde de carbone collecté en aval des moyens de transition d'état (20) ; ii) des moyens de stockage (6) pour stocker le dioxyde de carbone provenant du compresseur (4). caractérisé en ce que : - le compresseur (4) est un compresseur à piston volumétrique capable de comprimer le dioxyde de carbone sortant à une pression comprise entre 25 et 28 bar, - le système de collecte et de récupération (3) comprend un échangeur de chaleur (5) qui met en communication thermique le dioxyde de carbone en aval du compresseur (4) et le dioxyde de carbone en amont du compresseur (4), - les moyens de stockage (6) sont des moyens pour stocker le dioxyde de carbone liquide sous pression entre 18 et 20 bar. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit échangeur (5) est un échangeur à plaques. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système (3) pour la collecte et la récupération du dioxyde de carbone comprend une ligne (30) pour l'écoulement du dioxyde de carbone collecté en aval des moyens (20) vers les moyens de stockage (6), ladite ligne d'écoulement (30) comprenant : - une première section (31) située en amont de l'échangeur de chaleur (5) ; - une deuxième section (32) qui s'étend en aval d'une sortie intermédiaire (320) de l'échangeur (5) et en amont d'une entrée intermédiaire (321) dans l'échangeur (5) ; - une troisième section (33) en aval de l'échangeur (5). Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système (3) pour la collecte et la récupération du dioxyde de carbone comprend en outre des chauffages électriques situés dans la première section (31) entre l'échangeur (5) et le compresseur (4). Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de collecte et de récupération (3) comprend un clapet anti-retour (60) interposé entre le compresseur (4) et les moyens de stockage (6). Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de collecte et de récupération (3) comprend un homogénéisateur (7) placé entre le compresseur (4) et les moyens de stockage (6). Méthode pour la production de glace carbonique comprenant les étapes suivantes : - provoquer la solidification d'au moins une partie du dioxyde de carbone à l'état liquide, conduisant ainsi à l’obtention de glace carbonique par des moyens de transition d'état (20) ; lesdits moyens de transition d'état (20) entraînant la solidification souhaitée du dioxyde de carbone afin de produire de la glace carbonique et la formation indésirable de dioxyde de carbone à l'état gazeux ; - collecter, en aval des moyens de transition d'état (20), le dioxyde de carbone à l'état gazeux ; - comprimer ledit dioxyde de carbone à l'état gazeux au moyen d'un compresseur (4) ayant la forme d'un compresseur à piston volumétrique comprimant le dioxyde de carbone sortant à une pression comprise entre 25 et 28 bar, le transformant ainsi en dioxyde de carbone à l'état liquide ; - stocker ledit dioxyde de carbone à l'état liquide dans des moyens de stockage (6) sous pression entre 18 et 20 bar, - effectuer un échange de chaleur entre le dioxyde de carbone liquide présent en aval du compresseur (4) ayant une température de 15 à 20°C et le dioxyde de carbone gazeux présent en amont du compresseur ayant une température de -70 à -78,5°C.