INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Dans tout le texte, on utilise les termes amont ou aval en référence au sens de circulation des fluides au sein du système.
La pression de l’azote liquide (entre 1 bar et 5 bars) est toujours inférieure à la pression des gaz injectés (entre 1,5 bar et 8 bars) de sorte que les gaz à traiter puissent pulvériser de manière efficace le jet d’azote liquide sous forme d’un cône plein afin de générer un nuage de gouttelettes. Si la pression du gaz à traiter est trop inférieure à la pression du jet d’azote liquide alors le jet ne peut être dissocié en gouttelette et les gaz peuvent être amenés à rebondir sur le jet d’azote liquide ne donnant ainsi pas lieu à un mélange et à un échange thermique efficace. Ce problème peut amener à une difficulté à évaporer l’azote liquide donnant ainsi un mélange de CO 2 solide et d’azote liquide en aval dans le système. L’obtention d’un tel mélange provoque une surconsommation inutile d’azote liquide et une étape supplémentaire pour séparer le CO 2 solide de l’azote liquide.
La illustre le phénomène de nucléation se produisant suite à l’impact en un point 3 entre un jet 2 central de fluide refroidisseur et un jet circulaire 1 (traits 1a, 1b en ) de gaz à traiter. Dans une première phase 7 (pulvérisation), des gouttelettes 4 de fluide refroidisseur liquide sont générées et vont servir de support à la génération du CO 2 solide à partir du CO 2 présent dans le gaz à traiter par un phénomène de nucléation au cours d’une deuxième phase 8. Les flocons de CO 2 ont besoin d’un support pour pouvoir se générer, ce support pouvant être des particules ou bien des gouttelettes de tailles variables ainsi obtenues lors de la pulvérisation d’un jet d’azote liquide par exemple. Au cours d’une deuxième phase 8, les particules 5 sont composées de gouttelettes de fluide refroidisseur et de flocons de CO 2 . Dans une troisième phase 9 (solidification complète), les particules 6 sont uniquement formées de flocons de CO 2 .
Les températures finales en jeu dans le nuage pulvérisé sont situées entre -78,5°C (351,5 K) et -145°C (128 K) en fonction de la quantité de CO 2 présente dans le gaz à traiter. Plus la concentration en CO 2 est faible et plus les températures doivent être basses pour initier la formation de CO 2 solide. La formation d’un nuage de gouttelettes d’azote liquide est idéale pour obtenir de telles températures de manière précise et homogène grâce à la régulation par la quantité d’azote liquide injectée et la présence de gouttelettes dans l’ensemble du volume du nuage. L’avantage de l’utilisation d’un tel jet est donc de pouvoir solidifier la quasi-totalité du CO 2 présent dans le nuage de pulvérisation et de pouvoir adapter précisément la température désirée en régulant la quantité d’azote liquide injectée.
Les gouttelettes de fluide refroidisseur, par exemple les gouttelettes d’azote liquide, formées sont amenées à s’évaporer au contact du gaz à traiter plus chaud ce qui procure un triple avantage :
- l’intégralité du fluide refroidisseur utilisé est évaporé grâce à un ajustement de la quantité injectée ce qui permet d’obtenir exclusivement du CO 2 solide (glace) en aval, l’azote gazeux ou autre fluide refroidisseur pouvant être facilement séparé et évacué ;
- tirer pleinement parti de l’enthalpie de vaporisation du fluide refroidisseur (par exemple de l’azote) c’est-à-dire l’énergie thermique nécessaire pour évaporer le fluide refroidisseur en complément du froid apporté par celui-ci et ainsi optimiser les transferts thermiques en injectant la quantité suffisante de fluide refroidisseur pour ne pas obtenir un mélange de CO 2 glace et d’azote liquide (ou autre fluide refroidisseur) plus difficilement exploitable en aval,
- l’évaporation des gouttelettes engendre aussi une augmentation de la pression dans l’enceinte S004 ce qui permet d’augmenter la vitesse du mélange entrant dans le séparateur cyclonique favorisant ainsi la séparation des solides dans ce dernier.
Les figures 2 et 3 illustrent un exemple de schéma tuyauterie et instrumentation d’un système de capture de dioxyde de carbone selon l’invention.
La illustre un module de pré-conditionnement du système de capture de dioxyde de carbone selon l’invention. Il permet de contrôler et de réguler certaines caractéristiques du flux de gaz à traiter introduit dans le système de façon à optimiser l’efficacité du procédé de capture de dioxyde de carbone. Toutefois, ce module de pré-conditionnement n’est pas indispensable, le gaz à traiter pouvant être directement injecté en entrée dans la conduite 12 visible en . La illustre un module de capture du système selon l’invention. Dans le mode de réalisation décrit ci-dessous, le module de pré-conditionnement et le module de capture font partie d’un même système de capture (étant reliés entre eux par les conduites 12 et 13).
Comme on peut le voir sur la , le module de pré-conditionnement comprend un réservoir tampon R023 d’aspiration des fumées ou effluents d’une installation dont est issu le gaz à traiter comprenant du dioxyde de carbone. Un échangeur E022 est également prévu en amont de ce réservoir permettant un pré-refroidissement et un séchage du gaz à traiter. En sortie du réservoir tampon R023 le gaz à traiter est comprimé par un compresseur C008 du module de pré-conditionnement. Le module de pré-conditionnement comprend ensuite un actionneur 14, un premier filtre F012 à huile grossier, un deuxième filtre F013 à huile à charbon actif (permettant une filtration affinée) et un sécheur D026 relié à un épurateur de condensat F019. Un réservoir tampon R014 du gaz à traiter comprimé permet de lisser le débit de gaz à traiter souhaité dans le système. Le module de pré-conditionnement comprend enfin une vanne 15 (ouverte lors du fonctionnement normal du système et du procédé selon l’invention), un débitmètre 16 et un séparateur d’azote F015 permettant d’ôter l’azote éventuellement présent dans le gaz à traiter. La conduite 12 se prolonge vers le module de capture en tant que tel du système ( ).
Le système comprend une enceinte S004 de solidification et de séparation du CO 2 solide connecté en entrée à une première conduite 20 et à une deuxième conduite 10, la buse de pulvérisation 100 étant disposée à l’entrée de l’enceinte S004. Ici l’enceinte S004 de solidification et de séparation du CO 2 solide comprend également un séparateur cyclonique permettant de diriger en partie inférieure le solide à séparer tout en permettant l’évacuation du fluide restant en partie supérieure (vers une conduite 25 permettant de réutiliser le fluide refroidisseur). L’enceinte S004 de solidification et de séparation du CO 2 solide est reliée en sortie du CO 2 solide à un réservoir tampon R005 contenant le CO 2 solide lui-même relié à un réservoir de sublimation R006. Des vannes 45 et 46 sont prévues entre ces réservoirs. Il est à noter que dans le cas où l’enceinte S004 est un séparateur cyclonique comprenant une trémie de décharge, la vanne 45 est alors facultative. Au cours du procédé de capture du CO 2 , on préfère fermer la vanne 46 lorsque la vanne 45 est ouverte et fermer la vanne 45 avant d’ouvrir la vanne 46.
Des capteurs de températures TT109, TT111 et TT112 sont prévus au sein du système afin de contrôler au mieux les paramètres de capture du CO 2 et d’optimiser encore le rendement.
La conduite 25 dirige le fluide refroidisseur en un flux refroidisseur recyclé, contenant au moins en partie du fluide refroidisseur choisi dans le groupe formé de l’azote, de l’oxygène, de l’air et de leurs mélanges, vers un condenseur S003 permettant de condenser au moins en partie le dioxyde de carbone contenu dans le gaz à traiter avant qu’il ne soit injecté dans l’enceinte S004 via la conduite 10. Le dioxyde de carbone condensé est recueilli dans un réservoir R007 dans lequel est réalisé une évaporation du CO 2 liquide récupéré grâce au condenseur S003.
Une boucle fermée 29, comprenant une vanne 31, permettant un échange thermique avec le réservoir R007 peut être prévue.
La conduite 20 permet d’amener un fluide refroidisseur choisi dans le groupe formé de l’azote, de l’oxygène, de l’air et de leurs mélanges (azote liquide dans l’exemple décrit ici) depuis un réservoir R021 dans lequel l’azote liquide est maintenu à une température de l’ordre de -196°C (77 K).
Un échangeur à plaques E001 est prévu avant l’entrée du gaz à traiter dans l’enceinte S004 précédé d’un régulateur de pression 50 du gaz à traiter.
Une boucle fermée 30 contenant un fluide frigorifique (R508b® par exemple comprenant 46% en poids de trifluorométhane et 54% en poids d’hexafluoroéthane) circulant à l’aide d’une pompe P011 entre le condenseur S003 et le réservoir de sublimation R006 peut être prévue. Cette boucle 30 permet de récupérer le froid du CO 2 solide dans le réservoir de sublimation R006.
Le condenseur permet donc non seulement de récupérer le froid du gaz (fumées traitées) qui sort du séparateur cyclonique mais également le froid du CO 2 solide à travers la boucle 30 (voir les deux serpentins à l’intérieur du condenseur S003 sur la ). Il est également possible d’ajouter un troisième serpentin supplémentaire dans le condenseur S003 pour y faire circuler du fluide refroidisseur (de l’azote liquide par exemple) afin de fournir un refroidissement d’appoint (non représenté).
Le système de capture comprend en outre un module de liquéfaction du CO 2 comprenant un réservoir tampon R002 et un réservoir R020 contenant du CO 2 liquide (par exemple à une pression de 20 bars (2 MPa) et à une température de -20°C (253 K)). Des clapets anti-retour 32, 33 sont prévus. Le module de liquéfaction comprend également un compresseur C010 du CO 2 capté, un filtre F024 à huile grossier, un filtre F025 à huile à charbon actif et des échangeurs à plaques E017 et E018.
Le régulateur de pression 50 du gaz à traiter et un régulateur de pression du fluide refroidisseur intégré au réservoir R021 permettent de faire en sorte que le gaz à traiter présente une pression supérieure à la pression du fluide refroidisseur lors de l’étape de solidification du dioxyde de carbone dans laquelle on projette le jet de fluide refroidisseur et le jet de gaz à traiter l’un au contact de l’autre à l’intérieur de l’enceinte S004.
Dans un exemple de mise en œuvre d’un procédé selon l’invention, on utilise de l’azote liquide en tant que fluide refroidisseur, à une pression de 200 000 Pa, et un gaz à traiter à une pression de 400 000 Pa. Au début de l’étape de solidification, le fluide refroidisseur présente une température inférieure ou égale à -78,5°C (194,5 K), notamment de l’ordre de -196°C (77 K).
Au début de l’étape de solidification (dans le corps de la buse de pulvérisation), le gaz à traiter présente de préférence une pression comprise entre 150 000 Pa et 800 000 Pa. De même, avantageusement et selon l’invention, au moins au début de l’étape de solidification, le gaz à traiter présente une température comprise entre 20°C (293 K) et -120°C (153 K).
L’invention concerne également un système de capture de dioxyde de carbone comprenant :
- au moins une première conduite au sein de laquelle circule au moins un flux de fluide, dit fluide refroidisseur, présentant une température inférieure ou égale à -78,5°C (194,5 K), ledit fluide refroidisseur étant choisi dans le groupe formé de l’azote, de l’oxygène, de l’air et de leurs mélanges,
- au moins une deuxième conduite au sein de laquelle circule au moins un flux de gaz, dit gaz à traiter, contenant au moins en partie du dioxyde de carbone,
- au moins une buse adaptée pour pouvoir former au moins un jet dudit fluide refroidisseur et au moins un jet dudit gaz à traiter,
- une enceinte adaptée pour permettre la solidification du dioxyde de carbone par projection dudit jet de fluide refroidisseur et dudit jet de gaz à traiter l’un au contact de l’autre, ledit gaz à traiter présentant une pression supérieure à la pression dudit fluide refroidisseur, ladite première conduite et ladite deuxième conduite étant reliée à ladite enceinte,
- un dispositif de récupération du dioxyde de carbone à l’état solide.
L’invention concerne donc également un système de capture de dioxyde de carbone adapté pour mettre en œuvre un procédé de capture de dioxyde de carbone selon l’invention.
Un procédé et un système selon l’invention permettent de traiter une grande variété d’effluents gazeux (parfois également appelées fumées ou « vapeurs condensables »), y compris des effluents gazeux comprenant du dioxyde de carbone (ou d’autres composés à capter ou capturer) sous des concentrations très faibles (à partir de 1% en volume dans le flux de gaz à traiter) jusqu’à des concentrations très fortes (plus de 90% en volume dans le flux de gaz à traiter).
Pour ce faire, les inventeurs ont constaté que la mise en contact direct d’un fluide refroidisseur conforme à l’invention avec un gaz à traiter, plus ou moins chargé en CO 2 , permet de générer du CO 2 solide via des jets lorsque la pression du gaz à traiter projeté est supérieure à la pression dudit fluide refroidisseur projeté.
Avantageusement et selon l’invention, on choisit l’azote à titre de fluide refroidisseur.
Avantageusement et selon l’invention, on projette ledit jet de fluide refroidisseur et ledit jet de gaz à traiter l’un au contact de l’autre de façon à ce que ledit jet de fluide refroidisseur et ledit jet de gaz à traiter s’étendent respectivement selon des directions formant entre elles un angle non nul inférieur à 90°, en particulier un angle non nul inférieur à 50°, avant d’entrer au contact l’un de l’autre.
Avantageusement et selon l’invention, le système comprend au moins une buse de pulvérisation adaptée pour permettre l’éjection d’au moins deux jets de fluide, dont au moins un premier jet, dit jet circulaire, présentant une section transversale sensiblement circulaire en sortie de la buse autour d’au moins un deuxième jet sensiblement rectiligne, ledit deuxième jet étant disposé à l’intérieur dudit premier jet. Ainsi, ladite buse de pulvérisation est adaptée pour permettre de former au moins un premier jet, dit jet circulaire, présentant une section transversale sensiblement circulaire en sortie de la buse autour d’au moins un deuxième jet sensiblement rectiligne, ledit deuxième jet étant disposé à l’intérieur dudit premier jet, ledit premier jet circulaire étant ledit jet de gaz à traiter et ledit deuxième jet étant ledit jet de fluide refroidisseur. Il est également possible d’utiliser une buse comprenant deux conduits internes produisant deux jets de forme sensiblement rectiligne ou encore au moins deux buses de pulvérisation simples (comprenant chacune un unique conduit interne), en utilisant au moins une buse produisant un jet de gaz à traiter et au moins une buse produisant un jet de fluide refroidisseur, les buses étant alors disposées l’une par rapport à l’autre de façon à ce que ledit jet de fluide refroidisseur et ledit jet de gaz à traiter s’étendent respectivement selon des directions formant entre elles un angle non nul inférieur à 90° avant d’entrer au contact l’un de l’autre.
Avantageusement et selon l’invention, le système comprend une bride de connexion à ladite buse, ladite bride comprenant deux embouts adaptés pour pouvoir être connectés à ladite première conduite et à ladite deuxième conduite.
Avantageusement et selon l’invention, la pression du flux de gaz à traiter dans la deuxième conduite est supérieure à la pression du flux de fluide refroidisseur dans la première conduite.
Ainsi, dans ces conditions, le dispositif 100 réalise un cycle thermodynamique optimal, en adéquation avec les contraintes de transfert thermique, de transformation physique et de rendement prédéterminées par l’opérateur.
Dans ces modes de réalisation optionnels, le fluide calorifique 125 du système thermodynamique principal 120 comporte au moins un composé choisi, par exemple, parmi le dioxyde de carbone, l’éthane, le propane, le propylène, le butane ou l’ammoniac. Préférentiellement, le fluide calorifique du système thermodynamique principal comporte au moins un composé choisi parmi le propane, le propylène et l’ammoniac.
On note que le PRG 100 du dioxyde de carbone, du propane, du propylène et de l’ammoniac est respectivement égal à 1 ; 3 ; 1,8 et 0. On note que les fluides calorifiques appartenant à la famille des halocarbures, tels que les hydrofluorocarbures d’acronyme « HFC », les hydrochlorofluorocarbures d’acronyme « HCFC » ou les chlorofluorocarbures d’acronyme « CFC », présentent des PRG 100 compris entre 120 à 10 000. Chaque fluide calorifique choisi parmi le dioxyde de carbone, l’éthane, le propane, le propylène, le butane ou l’ammoniac présente donc un PRG 100 réduit comparé aux fluides calorifiques appartenant à la famille des halocarbures. De plus, ces fluides calorifiques, présentant un PRG 100 réduit, respectent la règlementation « F-GAS numéro 517/2014/UE ».
Ainsi, dans ces modes de réalisation, le fluide calorifique présente une toxicité, un caractère polluant et un potentiel de réchauffement global diminués comparés à un fluide calorifique usuellement utilisé, appartenant notamment à la famille des halocarbures.
On observe, sur la , que l’échangeur thermique 130 du système thermodynamique principal 120 réalise un transfert de chaleur du fluide calorifique 125 vers le gaz à détendre présent dans le premier réseau de gaz 110.
On note que le fluide calorifique 125 se condense à une température supérieure à une température prédéterminée du gaz en amont de la détente réalisée par le détendeur principal 105. Par exemple, si la température prédéterminée du gaz naturel avant la détente est égale à 27°C, la température de condensation du fluide calorifique 125 est supérieure à 27°C. On note que, dans l’exemple précédent, la température visée du gaz naturel en aval de la détente est égale à 0°C. Les fluides calorifiques tels que le propane, le propylène et l’ammoniac présentent notamment des températures de condensation égales à 60°C respectivement à des pressions égales à 20 barg ; 24 barg et 26 barg. Ces fluides calorifiques peuvent donc être utilisés dans le dispositif, par exemple, pour le réchauffement du gaz naturel, présentant une température égale à 27°C en amont du détendeur principal 105 et une température visée égale à 0°C en aval du détendeur principal 105.
On note qu’en sortie de l’échangeur thermique 130, la température du fluide calorifique 125 est supérieure à la température du gaz réchauffé. Préférentiellement, en sortie de l’échangeur thermique 130, la température du fluide calorifique 125 est égale à sa température d’ébullition. La considération du fluide 125 à sa température d’ébullition est importante afin d’optimiser l’efficacité du transfert de chaleur latente de condensation du fluide calorifique 125.
Dans ces modes de réalisation, l’échange thermique réalisé dans l’échangeur thermique 130 correspond à une différence minimisée entre les températures, en sortie de l’échangeur thermique 130, du fluide calorifique et du gaz réchauffé. Préférentiellement, la différence de température est comprise entre 2°C et 3°C.
On observe, sur la , que le détendeur secondaire 135 est disposé en aval de l’échangeur thermique 130 lorsque l’on suit la circulation du fluide calorifique 125. Le détendeur secondaire 135 détend le fluide calorifique à une pression et une température d’évaporation. Par exemple, le détendeur secondaire 135 est une vanne de détente.
On observe, sur la , qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un cinquième mode de réalisation du dispositif 500 objet de l’invention.
Dans des variantes, telles que celle représentée en , le détendeur secondaire 135 du système thermodynamique principal 520 est une turbine de détente couplée au compresseur principal 160. La turbine de détente secondaire 135 est également appelée « turboexpander » en anglais.
On observe, sur la , que le séparateur 140 est disposé en aval du détendeur secondaire 135. Le séparateur 140 sépare le flux de fluide calorifique en un flux de liquide calorifique 145 et un flux de gaz calorifique 150. Le séparateur 140 est un séparateur connu de la personne du métier. Par exemple, le séparateur 140 est un ballon flash. Le flux de liquide calorifique 145 est ensuite transféré à l’évaporateur 155. L’évaporateur 155 évapore le liquide calorifique 145 en gaz calorifique 150.
Dans des variantes, le séparateur 140 et l’évaporateur 155 sont confondus. Autrement dit, le séparateur 140 et l’évaporateur 155 sont combinés en un seul équipement. Cet équipement est, par exemple, un échangeur Kettle connu de la personne du métier.
Dans ces modes de réalisation, l’évaporateur 155 est alimenté, au moins en partie, par une source de chaleur. Préférentiellement, la différence entre les températures, en sortie de l’évaporateur 155, du fluide calorifique vaporisé 150 et du fluide provenant de la source de chaleur, est comprise préférentiellement entre 2°C et 3°C. On note que la valeur d’une telle différence de température varie selon la nature de l’évaporateur 140 et la source de chaleur. De plus, la valeur d’une telle différence de températures conditionne la température d’évaporation et donc la pression d’équilibre d’évaporation du fluide calorifique en sortie du détendeur secondaire 135.
Dans ces modes de réalisation, l’évaporateur 155 est alimenté, au moins en partie, par une source de chaleur de récupération 102. On note que les sources de chaleur de récupération correspondent à des sources de chaleur dites « fatales » ou « gratuites ». Les sources de chaleur sont sélectionnées en fonction de la localisation du dispositif 100. Le tableau 1 montre des exemples de sources de chaleur de récupération en fonction de la localisation du dispositif.
Localisation du dispositif À proximité d’un site industriel À proximité d’une ville Éloigné des villes et sites industriels Sources de chaleur de récupération - Effluents, - Fumées, - Utilités, - Fluide procédé, - Réseau de froid - Réseau d’eau potable, - Eaux usées, - Géothermie profonde ou superficielle - Air ambiant, - Eau (Fleuve, lac, mer), - Énergie solaire thermique à basse température, - Géothermie superficielle
Dans un autre mode de réalisation, les moyens d’attache comportent une sangle et les éléments de passage sont formés par des œillets traversant ladite sangle.
Avantageusement, le glisseur est en butée sur le bord d’attaque.
De préférence, la distance entre deux éléments de passage d’une même glissière est strictement inférieure à celle séparant les premières extrémités de deux suspentes au niveau du bord d’attaque.
Les glisseurs sont par exemple au nombre de trois, quatre ou cinq.
Le parachute peut prévoir en outre que les moyens d’attache soient en cordage ou en sangle ou en tissu.
De préférence, le parachute comporte un élévateur auquel sont reliées d’une part les deuxièmes extrémités des suspentes et d’autre part la charge.
L'invention concerne également un cluster de parachutes dans lequel les élévateurs respectifs sont reliés à une même charge.
représente un parachute comportant cinq glissières et en cours de remplissage pendant une descente, en vue de dessous.
représente un cluster de trois parachutes pendant une descente, en vue de face.
représente un premier mode de réalisation de la glissière.
représente un deuxième mode de réalisation de la glissière.
Description détaillée On se réfère à la qui illustre un parachute 1 selon l’invention, qui comporte une voile 2 ayant un bord d’attaque 3 et un bord de fuite 4 qui est opposé au bord d’attaque 3.
Le bord d’attaque 3 est celui destiné à dévier l’air lors d’une descente avec le parachute 1, de manière à diriger l’air vers le centre de la voile 2 pour la déplier.
Un épanouissement trop rapide de la voile 2 peut avoir lieu en cas de prise de vitesse provoquant une arrivée d’air trop massive dans la voile 2 et entrainant une ouverture trop brutale de celle-ci, l’exposant un fort risque de déchirures.
Le parachute 1 comporte des suspentes 5 ayant chacune une première extrémité 6 accrochée au bord d’attaque 3 et une deuxième extrémité 7 destinée à porter une charge 10, qui peut être par exemple du matériel ou du personnel.