INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
L’installation 1 peut comprendre en outre dans l’enceinte 2, connecté par exemple au plateau 4 le plus froid, un réfrigérateur sub-kelvin, par exemple un réfrigérateur à dilution ou un réfrigérateur JT (Joule-Thomson), en échange thermique avec ce plateau 7 pour atteindre des températures plus basses que 4K, notamment plus basses que 1K, et en particulier autour du milliKelvin. Un tel réfrigérateur à dilution utilise classiquement un mélange d’hélium 3 et d’hélium 4 dans un circuit de travail comprenant un bouilleur, une chambre de mélange et un organe de mise en circulation du flux d’hélium. Le refroidissement est obtenu au niveau de la chambre de mélange à partir de l'enthalpie de mélange lorsque l'hélium-3 est dilué dans l'hélium 4.
En variante ou en combinaison, la puissance froide pourrait être produite dans une autre installation/dispositif (autre entité physique) et transférée à cette première extrémité, par exemple par un fluide caloporteur ou tout autre organe de transfert thermique. Ainsi, la puissance froide (ou source froide) est produite ou stockée en dehors de l’enceinte 2.
L’invention n’est pas limitée à ces modes de réalisation et d’autres configurations pour les plateaux/plaques sont possibles. Par exemple, les plateaux 4, 5, 6, 7 et plaques 24, 25, 26, 27 pourraient être thermalisés à une température décroissante du bas vers le haut, ou encore ils pourraient être agencés selon une direction horizontale et être thermalisés à des températures décroissantes de la gauche vers la droite ou inversement ou selon une autre répartition.
DISPOSITIF ET PROCEDE DESTINES A LA RECUPERATION DIOXYDE DE CARBONE ET AZOTE PROVENANT DES GAZ DE COMBUSTION Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un dispositif et un procédé destinés à la récupération de dioxyde de carbone et d'azote provenant des gaz de combustion, appartenant au domaine de la technologie cryogénique.
Arrière-plan technique Les émissions de combustibles fossiles représentent 40 % du total des émissions mondiales de dioxyde de carbone et la structure énergétique de la Chine, caractérisée par la richesse du charbon, la pénurie de pétrole et la pénurie de gaz naturel, fait des gaz de combustion alimentés au charbon une source principale d'émissions de dioxyde de carbone en Chine. Par conséquent, la réduction des émissions de carbone provenant des gaz de combustion alimentés au charbon revêt une grande importance sur le plan environnemental. Dans les procédés d'utilisation de l'énergie, les principales technologies servant à la séparation et à la récupération du CO 2 comportent : la technologie d'absorption, la technologie d'adsorption, la technologie de séparation par membrane, la technologie de séparation par changement de phase cryogénique, etc. L'absorption de solution est un procédé de capture du CO 2 plus mature et a été largement appliquée dans de nombreux gaz de combustion dans le monde. Le CO 2 peut être séparé des gaz de combustion à faible concentration atmosphérique, avec une grande capacité de traitement et une haute pureté du CO 2 obtenue, mais la régénération de la solution absorbée nécessite beaucoup de chaleur. Pendant ce temps, les absorbants sont préparés à partir de ressources, perdent leur efficacité après une période d'utilisation et nécessitent un approvisionnement continu. Les absorbants chimiques ont également une certaine toxicité et une certaine corrosion, ce qui a un impact significatif sur l'environnement et les coûts de leur production et de leur récupération sont élevés. La séparation par membrane sert à séparer les gaz au moyen de la différence de perméabilité d'un film mince fabriqué en matériau polymère entre différents gaz, entraînée par la différence de pression. Cette technologie est limitée dans les applications à grande échelle. La technologie d'adsorption modulée en pression présente de nombreux avantages, tels que la régénération facile des adsorbants, la longue durée de vie des adsorbants et un équipement simple. Toutefois, pour le gaz de combustion contenant du dioxyde de carbone à faible concentration, le coût et la consommation d'énergie de la technologie d'adsorption modulée en pression à température ambiante sont élevés.
Parallèlement, la Chine est un important importateur de gaz naturel liquéfié (GNL). Le GNL est un mélange liquide cryogénique obtenu par liquéfaction cryogénique et purification de gaz naturel gazeux, avec une température de -162 ℃ sous pression normale. Une grande quantité d'énergie froide sera libérée pendant la regazéification du GNL à une station de réception. Dans les procédés classiques de regazéification, l'utilisation d'eau de mer pour gazéifier le GNL entraîne un gaspillage significatif d'énergie froide et une pollution par le froid dans la mer environnante ou dans l'environnement de la station. Si une centrale alimentée au charbon est construite à proximité d'une station de réception du GNL, l'énergie froide libérée pendant la gazéification du GNL peut entraîner la récupération du CO 2 et du N 2 provenant des gaz de combustion, ce qui peut non seulement réduire l'investissement dans un dispositif de gazéification du GNL, mais peut également réduire la consommation d'électricité d'un dispositif de récupération et indirectement réduire les émissions de gaz à effet de serre pour obtenir des avantages économiques et sociaux significatifs.
Le brevet chinois CN107899376A divulgue un dispositif de capture et de récupération de liquéfaction et un procédé destiné au dioxyde de carbone et à l'azote provenant des gaz de combustion, appartenant à la séparation par membrane et à la récupération, avec des exigences élevées d'une membrane pour la propreté d'une source de gaz, une durée de vie courte, une faible pureté de produit et un prix élevé de la membrane, de sorte que le dispositif et le procédé ne conviennent pas à la production industrielle à grande échelle.
Le brevet chinois CN210825439U divulgue un système destiné à la récupération synchrone du dioxyde de carbone et de l'azote provenant des gaz de combustion d'une chaudière de centrale électrique alimentée au charbon, comportant un système de prétraitement de gaz de combustion, un système PSA1, un système PSA2, un système de compression et de purification du dioxyde de carbone, un système de distillation et de stockage du dioxyde de carbone et un système de production d'azote haute pureté d'adsorption modulée en pression (PSA). Le système peut capturer le dioxyde de carbone et l'azote dans la plus grande mesure avec une haute pureté de produit, mais présente des problèmes de fonctionnement rigide de l'équipement et de consommation d'énergie élevée.
Le brevet chinois CN216481836U décrit un système destiné à la récupération synchrone d'azote et de dioxyde de carbone à partir de gaz de combustion de chaudière, comportant un système de prétraitement de gaz de combustion, un système de séparation de l'azote carboné, un système de purification secondaire de dioxyde de carbone et un système de concentration et de purification d'azote. Le système peut récupérer le dioxyde de carbone et l'azote dans la plus grande mesure, mais la séparation du carbone et de l'azote du système adopte la technologie d'adsorption modulée en pression à température ambiante, avec une pression d'adsorption aussi élevée que 0,2 à 0,4 MPa et une consommation d'énergie relativement élevée. De surcroît, l'énergie froide est produite par la réfrigération électrique classique, avec un coût de récupération élevé.
En réponse au contexte technique ci-dessus, la présente invention vise à fournir un dispositif et un procédé destiné à la récupération de dioxyde de carbone et d'azote provenant des gaz de combustion, qui obtiennent la récupération et l'utilisation du CO 2 et du N 2 provenant des gaz de combustion avec un faible coût et une faible consommation d'énergie à l'aide de l'énergie froide libérée par la gazéification du GNL combinée à la technologie d'adsorption cryogénique et présentent une valeur économique et sociale élevée. Pour atteindre l'objectif ci-dessus, la présente invention adopte les technologies suivantes. Un dispositif destiné à la récupération du dioxyde de carbone et de l'azote provenant des gaz de combustion qui comporte un système de prétraitement, un système de séparation du CO 2 et du N 2 , un système de purification et de liquéfaction du N 2 et un système de purification et de liquéfaction du CO 2 , qui sont raccordés l'un à l'autre par des canalisations et des vannes ; le système de prétraitement comporte un refroidisseur de gaz naturel à haute température, un séparateur gaz-liquide, un ventilateur surpresseur et un sécheur, qui sont destinés à éliminer l'eau et à refroidir le gaz de combustion ; le système de séparation du CO 2 et du N 2 comporte un refroidisseur de GNL à basse température et un dispositif d'adsorption cryogénique, qui sont destinés à éliminer l'eau et à refroidir et à adsorber davantage le gaz de combustion prétraité afin de séparer le CO 2 et le N 2 ; le système de purification et de liquéfaction de N 2 comporte un ensemble de dispositifs de distillation et de liquéfaction de N 2 composé d'un compresseur de matériau brut, d'un échangeur de chaleur, d'un refroidisseur, d'un séparateur gaz-liquide et d'un système de distillation, qui sont destinés à purifier et à liquéfier davantage le gaz contenant de l'azote obtenu à partir du système de séparation du CO 2 et du N 2 ; et le système de purification et de liquéfaction du CO 2 comporte un ensemble de dispositifs de distillation et de liquéfaction du CO 2 composé d'un compresseur de CO 2 , d'un refroidisseur, d'un évaporateur, d'un condenseur, d'un liquéfacteur et d'une tour de purification, qui sont destinés à purifier et à liquéfier davantage le gaz désorbé obtenu à partir du système de séparation du CO 2 et du N 2 .
Comme option préférée : une première entrée du refroidisseur de gaz naturel à haute température du système de prétraitement est raccordée à un orifice d'évacuation des gaz de combustion, le gaz de combustion est refroidi davantage par du gaz naturel de capacité de refroidissement à haute température, le gaz de combustion refroidi passe par une première sortie du refroidisseur de gaz naturel haute température, la majeure partie de l'eau dans le gaz de combustion est éliminée par le séparateur gaz-liquide et l'eau est évacuée au moyen d'une sortie d'eau du séparateur gaz-liquide ; le gaz de combustion refroidi passe par une sortie de gaz du séparateur gaz-liquide, est mis sous pression par le ventilateur surpresseur, puis entre dans le sécheur par l'intermédiaire d'un canal pour un séchage complémentaire ; le sécheur dans le système de prétraitement est raccordé à une entrée du refroidisseur de GNL à basse température et le gaz de combustion sec prétraité est réduit à environ une température du point d'ébullition du CO 2 par l'énergie froide du GNL ; une sortie du refroidisseur de GNL à basse température est raccordée à une entrée du dispositif d'adsorption cryogénique, le CO 2 dans le gaz de combustion cryogénique est adsorbé et capturé par le principe de l'adsorption cryogénique, le gaz de dioxyde de carbone brut avec une haute pureté de carbone est obtenu dans une sortie de gaz désorbé du dispositif d'adsorption cryogénique, un gaz contenant de l'azote avec une haute pureté d'azote et une teneur en dioxyde de carbone inférieure à 1 ppm est obtenu dans une sortie de gaz évacué du dispositif d'adsorption cryogénique, ce qui permet d'atteindre un objectif de séparation carbone-azote ; et un adsorbant utilisé dans le dispositif d'adsorption cryogénique est principalement un tamis moléculaire ou du charbon actif.
Comme option préférée : une canalisation de gaz évacué à une sortie du dispositif d'adsorption cryogénique est raccordée à une entrée du compresseur de matériau brut du système de purification et de liquéfaction du N 2 pour mettre sous pression le gaz contenant de l'azote ; une sortie du compresseur de matériau brut est raccordée à une première entrée du refroidisseur, une première sortie du refroidisseur est raccordée à une première entrée de l'échangeur de chaleur, une deuxième entrée du refroidisseur est raccordée à une canalisation d'entrée de gaz naturel de capacité de refroidissement à haute température et une deuxième sortie du refroidisseur est raccordée à une canalisation d'évacuation de gaz naturel ; une première sortie de l'échangeur de chaleur est raccordée au système de distillation, une sortie d'azote du système de distillation est raccordée à une deuxième entrée de l'échangeur de chaleur, une deuxième sortie de l'échangeur de chaleur est raccordée à une entrée d'un compresseur de circulation, une sortie du compresseur de circulation est raccordée à une troisième entrée de l'échangeur de chaleur, une troisième sortie de l'échangeur de chaleur est raccordée à une première entrée du séparateur gaz-liquide et un produit d'azote liquide est obtenu à un point bas du séparateur gaz-liquide et s'écoule vers l'extérieur par l'intermédiaire d'une première sortie du séparateur gaz-liquide ; une deuxième sortie du séparateur gaz-liquide est raccordée à une sixième entrée de l'échangeur de chaleur et la sixième entrée est raccordée à la deuxième sortie de l'échangeur de chaleur ; une sortie de gaz de vidage du système de distillation est raccordée à une quatrième entrée de l'échangeur de chaleur et une quatrième sortie de l'échangeur de chaleur est raccordée à une canalisation de vidage ; et une entrée de liquide de GNL est raccordée à une cinquième entrée de l'échangeur de chaleur et une sortie de gaz naturel de capacité de refroidissement à haute température est raccordée à une cinquième sortie de l'échangeur de chaleur. Le gaz contenant de l'azote obtenu à partir du système de séparation du CO 2 et du N 2 est purifié et liquéfié davantage selon le principe de la distillation cryogénique pour obtenir un produit d'azote liquide de haute pureté et le système de distillation est un système de distillation à tour unique ou de distillation à tour double.
Comme option préférée : une canalisation de gaz désorbé à la sortie du dispositif d'adsorption cryogénique est raccordée à une entrée du compresseur de CO 2 du système de purification et de liquéfaction du CO 2 pour mettre sous pression le gaz de dioxyde de carbone brut ; une sortie du compresseur de CO 2 est raccordée à une première entrée du refroidisseur, une première sortie du refroidisseur est raccordée à une entrée de l'évaporateur, une deuxième entrée du refroidisseur est raccordée à la canalisation d'entrée de gaz naturel de capacité de refroidissement à haute température et une deuxième sortie du refroidisseur est raccordée à la canalisation d'évacuation de gaz naturel ; une sortie de l'évaporateur est raccordée à une première entrée du liquéfacteur, une première sortie du liquéfacteur est raccordée à une entrée centrale de la tour de purification, une deuxième entrée du liquéfacteur est raccordée à la canalisation d'entrée de gaz naturel de capacité de refroidissement à haute température et une deuxième sortie du liquéfacteur est raccordée à la canalisation d'évacuation de gaz naturel ; une première entrée du condenseur est raccordée à la canalisation d'entrée de gaz naturel de capacité de refroidissement à haute température et une première sortie du condenseur est raccordée à la canalisation de sortie de gaz naturel ; et un produit de dioxyde de carbone liquide de qualité industrielle est obtenu à un point bas de la tour de purification et une première sortie au bas de la tour de purification est raccordée à un système de stockage ou à un système de raffinage du dioxyde de carbone destiné à la purification secondaire du CO 2 pour obtenir du dioxyde de carbone de qualité alimentaire. Une deuxième sortie de la tour de purification est raccordée à la canalisation de vidage du gaz d'échappement.
Procédé destiné à la récupération de dioxyde de carbone et d'azote provenant des gaz de combustion, qui comporte les étapes suivantes :
Étape 1. Prétraitement des gaz de combustion :
Le procédé de propagation 500 de la fissure commence par une étape de maillage 501 de la structure fissurée. Le maillage peut être fait de manière explicite, par exemple par la méthode des éléments finis, ou de manière implicite, par exemple par la méthode des éléments finis étendus.
Après l’étape de maillage 501, on utilise une méthode de résolution numérique appropriée dans une étape d’obtention du FIC 502. On incrémente ensuite à l’étape 503 la fissure, et on vérifie à l’étape 504 si un critère d’arrêt est atteint, auquel cas la modélisation doit s’arrêter. Si ce n’est pas le cas, on met à jour les dimensions de la fissure à l’étape 505 et on réitère le procédé à partir de l’étape 501 de maillage de la structure fissurée.
Pour la résolution numérique du problème, on pourra notamment utiliser les méthodes suivantes : La méthode des éléments finis (en anglais Finite Element Method ou FEM), qui consiste à mailler explicitement la structure, y compris la fissure ; La méthode des éléments finis étendus ( Extended Finite Element Method ou X-FEM), qui consiste à mailler explicitement la structure, en maillant implicitement la fissure par le biais de fonctions de forme enrichies représentant la singularité des contraintes en pointe de fissure et la discontinuité du champ de déplacement au niveau des lèvres de la fissure. La méthode des éléments de frontière ( Boundary Element Method ou BEM), pour laquelle, pour une structure tridimensionnelle, on maille la surface de la structure plutôt que son volume. Les lèvres de la fissure sont également maillées de manière surfacique.
Pour chaque géométrie de fissure, les procédés de fissuration 3D comprennent autant de résolutions numériques à effectuer que d’instants modélisés de la mission.
Les méthodes 3D comprennent ensuite des étapes 600 d’obtention de la durée de vie de la pièce mécanique : Une étape de vérification 601 de l’atteinte de critères d’arrêt - atteinte d’un FIC critique KI c appelé « ténacité » ou d’une propagation de fissure maximale donnée a max ; une étape 602 d’établissement de tableaux de correspondance entre les FIC et les dimensions de fissure, puis une étape 603 de calcul de la durée de vie.
Les résultats 700 fournis par une telle méthode 3D sont la géométrie finale 701 de la fissure, des informations intermédiaires 702 tels que les critères d’arrêt, la vitesse de propagation de la fissure et l’analyse des cycles, et le nombre de cycles 703.
A partir des résultats concernant les facteurs d’intensité des contraintes, obtenus pour un instant de la mission (instant associé à la contrainte principale maximisée sur l’ensemble des instants, dit « instant critique »), on extrait, à l’étape 602, un tableau donnant un facteur d’intensité des contraintes équivalent en fonction d’une dimension de fissure équivalente. Il existe différentes manières de construire ce tableau. L’une d’entre elles, consiste à considérer, pour chaque front de fissure, la plus grande valeur du facteur d’intensité des contraintes. Pour la dimension de fissure équivalente, on peut considérer la plus petite distance au front du nœud représentant le centre de la fissure. L’évolution temporelle du facteur d’intensité des contraintes peut s’obtenir par proportionnalité à la contrainte principale maximale au niveau de l’anomalie.
Les tableaux donnant le facteur d’intensité des contraintes en fonction de la dimension de la fissure, appelés « formulaires », peuvent alors être utilisés à la place de l’équation 3 intervenant en « fissuration 2D » pour obtenir une durée de vie.
Les méthodes de fissuration 3D modélisent l’intégralité de la structure, et rendent donc compte des effets de structure. De plus, elles rendent compte de conditions aux limites plus variées : on n’impose pas nécessairement une contrainte, mais on peut prévoir des déplacements ou forces imposés, des encastrements, contacts ou champs thermiques.
Les méthodes 3D présentent également l’avantage de pouvoir modéliser des fissures non planes, de géométries parfois complexes, car ces méthodes numériques font intervenir explicitement la fissure dans la modélisation.
Enfin, les méthodes 3D prennent en compte les trois modes de propagation de la fissure, alors que les méthodes 2D se basent sur l’hypothèse que le chargement est intégralement en mode I.
L’inconvénient majeur des méthodes 3D est la complexité de la mise en œuvre, avec des temps de calculs beaucoup plus longs, pouvant aller jusqu’à plusieurs mois pour la simulation complète d’une mission en vol. De plus, les fichiers de résultats sont plus lourds et leur post-traitement est plus complexe.
En outre, les méthodes 3D fonctionnent sur le principe d’une mise à jour du maillage de la pièce à chaque étape de propagation, et il est connu que ceci rend difficile l’utilisation d’une réduction de modèle de type modal - par exemple, par décomposition orthogonale propre - qui permettrait de réduire le nombre de calculs à effectuer pour obtenir les FIC.
Autres méthodes Outre les méthodes de fissuration 2D et 3D, il existe d’autres méthodes permettant le calcul du facteur d’intensité des contraintes. On peut citer la méthode dite des « dislocations distribuées », qui s’apparente à une méthode de type éléments de frontières, mais les fonctions de formes utilisées pour résoudre le problème mécanique sont inspirées des champs de contraintes induits par la présence de dislocations dans un milieu linéaire, homogène et isotrope. Cette méthode permet le calcul très rapide des facteurs d’intensité des contraintes en modes mixtes et pour des géométries de fissures très complexes. Cependant, elle est limitée aux milieux infinis et au milieux semi-infinis.
Un but de l’invention est de fournir un procédé automatique de calcul des FIC, sans avoir à intervenir dans le code de calcul afin de garantir une mise en œuvre rapide.
Un autre but de l’invention est d’obtenir une chaîne complète de calcul numérique simplifiée d’une durée de vie en propagation de fissure pour une pièce métallique sous un chargement de fatigue, notamment dans le cas d’une propagation par cycles de missions.
Ainsi, l’invention concerne un détecteur infrarouge comprenant : – un substrat d’embase supportant un réseau de micro-bolomètres, chaque micro-bolomètre étant monté en suspension au-dessus dudit substrat au moyen de clous d’ancrage s’étendant sensiblement perpendiculairement par rapport au substrat d’embase; – des parois latérales s’étendant sensiblement perpendiculairement par rapport au substrat d’embase ; et – une fenêtre optique fixée sur une extrémité supérieure des parois latérales au-dessus des micro-bolomètres ; le substrat d’embase, les parois latérales et la fenêtre optique formant une cavité hermétique sous vide au sein de laquelle sont présents les micro-bolomètres.
L’invention se caractérise en ce que le détecteur infrarouge comprend également des espaceurs s’étendant à l’aplomb d’au moins 10% des clous d’ancrage, ces espaceurs étant également orientés sensiblement perpendiculairement par rapport au substrat d’embase, lesdits espaceurs formant une butée apte à coopérer avec la face inférieure de la fenêtre optique, ou avec l’extrémité supérieure des clous d’ancrage, et ainsi limiter les déflexions de la fenêtre optique et/ou du substrat.
L’invention permet ainsi de limiter les déflexions de la fenêtre optique et/ou du substrat. Avec ces déflexions limitées, il est désormais possible de limiter l’épaisseur de la fenêtre optique et du substrat d’embase sans risquer de dégrader les micro-bolomètres après scellement sous vide de la cavité hermétique. En effet, la fenêtre optique ne risque plus de rentrer en contact avec les membranes en suspension des micro-bolomètres.
Pour des besoins d’encombrement, il est également possible de limiter le volume de la cavité hermétique en réduisant la distance entre la fenêtre optique et le substrat d’embase.
En reprenant l’exemple de l’état de la technique, avec un pas pixel de 12 micromètres, une distance lors du scellement entre la fenêtre optique et les micro-bolomètres de 10 micromètres, un vide interne de 10 -2 mbar et une pression externe d’un bar, une épaisseur du substrat d’embase et de la fenêtre optique de 725 micromètres, il est désormais possible avec l’invention d’obtenir un détecteur infrarouge de 2048 par 1536 pixels.