CA3250041A1 - Method and apparatus for low-temperature separation of a gas containing co2 to produce a co2-rich fluid - Google Patents

Method and apparatus for low-temperature separation of a gas containing co2 to produce a co2-rich fluid

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CA3250041A1
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CA
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gas
liquid
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depleted
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CA3250041A
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Michele MURINO
Ludovic Granados
Abigail BONIFACIO
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Abstract

Dans un procédé de séparation à basse température d'un gaz d'alimentation (1) contenant du CO2, au moins un composant plus léger que CO2 et au moins un composant plus lourd que le CO2 pour produire un fluide riche en CO2, le gaz d'alimentation est comprimé (Cl, C2, C3, C4), le gaz comprimé étant refroidi dans un premier échangeur de chaleur (E), le gaz refroidi dans le premier échangeur de chaleur est séparé à basse température dans une première colonne de dis- tillation (C) pour produire un liquide enrichi en CO2 et appauvri en l'au moins un composant plus léger que le CO2 (8) et un gaz appauvri en CO2 et enrichi en l'au moins un composant plus léger que le CO2 (7), le gaz appauvri en CO2 se réchauffe dans le premier échangeur de chaleur, une première partie du liquide (15) enrichi en CO2 est détendue et envoyée à une deuxième colonne de distillation (N) sous forme liquide, une deuxième partie (9) du liquide enrichi en CO2 est vaporisée dans le premier échangeur de chaleur puis envoyée sous forme gazeuse en cuve de la deuxième colonne de distillation, un liquide appauvri en CO2 et enrichi en l'au moins un composant plus lourd (25) est soutiré de la deuxième colonne et un gaz enrichi en CO2 et appauvri en l'au moins un composant plus lourd (21) est soutiré en tête de la deuxième colonne comme produit.

Description

Description Titre de 1’invention : Procede et appareil de separation a basse tem¬ perature d’un gaz contenant du CO2 pour produire un fluide riche en CO2
[0001] La presente invention est relative a un procede et appareil de separation a basse tem¬ perature d’un gaz contenant du CO2 pour produire un fluide riche en CO2. Le melange a separer contient du CO2, au moins un composant plus lourd que le CO2, tel que le NO2, et au moins un composant plus leger que le CO2, tel que du monoxyde de carbone, de 1’hydrogene, de 1’azote, de 1’oxygene, du NO, du methane.
[0002] En particulier le procede peut traiter un gaz issu d’une combustion, par exemple un procede d’oxycombustion, une chaudiere, un SMR, pour former un produit riche en CO2, par exemple contenant au moins 80% mol de CO2, voire au moins 90% mol de CO2.
[0003] Un gaz contenant du CO2, par exemple un gaz residuaire d’un PSA H2 ou d’un PSA CO2.
[0004] Une separation a basse temperature opere a des temperatures inferieures a 0°C, voire inferieures a -40°C.
[0005] Il est connu de « A study of the extraction of CO2 from the flue gas of a 500MW pulverised coal fired boiler » de Allam et al, Energy Conversion and Management, vol 33, no. 5-8, 1992 de separer des fumees contenant du CO2 dans une premiere colonne de distillation pour produire un liquide enrichi en CO2 et appauvri en un composant plus leger et un gaz appauvri en CO2 et enrichi en le composant plus leger. Un gaz de la premiere colonne de distillation est separe dans une deuxieme colonne de distillation pour former un liquide enrichi en un composant lourd et un gaz enrichi en CO2, qui est le produit du procede.
[0006] La presente invention alimente la deuxieme colonne avec une premiere partie du liquide enrichi en CO2 est detendue et envoye a une deuxieme colonne de distillation sous forme liquide ainsi qu’une deuxieme partie du liquide enrichi en CO2 est vaporise dans le premier echangeur de chaleur puis envoyee sous forme gazeuse en cuve de la deuxieme colonne de distillation a un point d’arrivee, la premiere partie du liquide etant envoyee a la deuxieme colonne a un niveau au-dessus du point d’arrivee de la deuxieme partie du liquide.
[0007] Cette vaporisation de liquide contribue a 1’equilibre thermique du procede et permet une operation de la deuxieme colonne en colonne d’epuisement (en anglais « stripping »), la premiere partie du liquide servant de gaz de lavage.
[0008] Selon 1’invention, il est prevu un procede de separation a basse temperature d’un gazWO 2023/222637 2 PCT/EP2023/063035 d’alimentation contenant du CO2, au moins un composant plus leger que CO2 et au moins un composant plus lourd que le CO2 pour produire un fluide riche en CO2 dans lequel le gaz d’alimentation est comprime dans un compresseur comprenant au moins deux etages, le gaz comprime etant refroidi dans un premier echangeur de chaleur, le gaz refroidi dans le premier echangeur de chaleur est separe a basse temperature au moins par distillation dans une premiere colonne de distillation pour produire un liquide enrichi en CO2 et appauvri en 1’au moins un composant plus leger que le CO2 et un gaz appauvri en CO2 et enrichi en 1’au moins un composant plus leger que le CO2, le gaz appauvri en CO2 se rechauffe dans le premier echangeur de chaleur, un liquide appauvri en CO2 et enrichi en 1’au moins un composant plus lourd est soutire de la deuxieme colonne et un gaz enrichi en CO2 et appauvri en 1’au moins un composant plus lourd est soutire en tete de la deuxieme colonne comme produit caracterise en ce qu’une premiere partie du liquide enrichi en CO2 est detendue et envoye a une deuxieme colonne de distillation sous forme liquide, une deuxieme partie du liquide enrichi en CO2 est vaporise dans le premier echangeur de chaleur puis envoyee sous forme gazeuse en cuve de la deuxieme colonne de distillation a un point d’arrivee, la premiere partie du liquide etant envoyee a la deuxieme colonne a un niveau au-dessus du point d’arrivee de la deuxieme partie du liquide.
[0009] Selon d’autres caracteristiques facultatives : • une troisieme partie du liquide enrichi en CO2 et appauvri en 1’au moins un composant plus leger se vaporise dans le premier echangeur de chaleur et est renvoyee a la premiere colonne de distillation. • une partie du gaz enrichi en CO2 et appauvri en 1’au moins un composant plus lourd est condensee et renvoyee en tete de la deuxieme colonne. • au moins une partie du froid pour condenser la partie du gaz enrichi en CO2 et appauvri en 1’au moins un composant plus lourd est produite par un premier cycle de refrigeration ferme. • un compresseur du premier cycle de refrigeration est entraine par une turbine qui detend au moins une partie d’un gaz appauvri en 1’au moins un composant leger produit par la separation du gaz d’alimentation par condensation partielle et/ou par distillation. • la deuxieme et eventuellement la troisieme partie du liquide enrichi en CO2 et appauvri en 1’au moins un composant plus leger est pressurisee par une pompe en amont du premier echangeur de chaleur. • un cycle de refrigeration ferme produit du froid pour refroidir le premier echangeur de chaleur. • le gaz d’alimentation comprime et refroidi est separe par condensation partielle pour produire le gaz appauvri en CO2 ainsi qu’un liquide, le liquideWO 2023/222637 3 PCT/EP2023/063035 est separe par distillation dans la premiere colonne de distillation, etant envoye en tete de la premiere colonne de distillation. • la deuxieme colonne de distillation opere a une pression plus elevee que la premiere colonne de distillation. • la deuxieme colonne de distillation opere a la meme pression que la premiere colonne de distillation.
[0010] Selon un autre objet de 1’invention, il est prevu un appareil de separation a basse tem¬ perature d’un gaz d’alimentation contenant du CO2, au moins un composant plus leger que CO2 et au moins un composant plus lourd que le CO2 pour produire un fluide riche en CO2 comprenant un compresseur comprenant au moins deux etages, un premier echangeur de chaleur, une premiere colonne de distillation, une deuxieme colonne de distillation, une conduite pour envoyer le gaz d’alimentation pour etre comprime dans le compresseur comprenant au moins deux etages, une conduite pour envoyer le gaz comprime se refroidir dans le premier echangeur de chaleur, des moyens pour envoyer le gaz refroidi dans le premier echangeur de chaleur se separer a basse temperature au moins par distillation dans la premiere colonne de distillation pour produire un liquide enrichi en CO2 et appauvri en le composant plus leger que le CO2 et un gaz appauvri en CO2 et enrichi en le composant plus leger que le CO2, une conduite pour envoyer le gaz appauvri en CO2 se rechauffer dans le premier echangeur de chaleur, un moyen de detente, une conduite pour envoyer une premiere partie du liquide enrichi en CO2 etre detendue dans le moyen de detente, des moyens pour soutirer un liquide appauvri en CO2 et enrichi en 1’au moins un composant plus lourd de la deuxieme colonne et des moyens pour soutirer un gaz enrichi en CO2 et appauvri en l’au moins un composant plus lourd en tete de la deuxieme colonne comme produit caracterise en ce qu’il comprend une conduite pour envoyer la premiere partie detendue a la deuxieme colonne de distillation sous forme liquide, une conduite pour envoyer une deuxieme partie du liquide enrichi en CO2 se vaporiser dans le premier echangeur de chaleur, et une conduite pour envoyer la deuxieme partie vaporisee en cuve de la deuxieme colonne de distillation a un point d’arrivee, la premiere partie du liquide etant envoyee a la deuxieme colonne a un niveau au-dessus du point d’arrivee de la deuxieme partie du liquide,.
[0011] Selon un autre objet de 1’invention, il est prevu un appareil de separation a basse tem¬ perature d’un gaz d’alimentation contenant du CO2, au moins un composant plus leger que CO2 et au moins un composant plus lourd que le CO2 pour produire un fluide riche en CO2 comprenant un compresseur comprenant au moins deux etages, un premier echangeur de chaleur, une premiere colonne de distillation, une deuxieme colonne de distillation, une conduite pour envoyer le gaz d’alimentation pour etre comprime dans le compresseur comprenant au moins deux etages, une conduite pourWO 2023/222637 4 PCT/EP2023/063035 envoyer le gaz comprime se refroidir dans le premier echangeur de chaleur, des moyens pour envoyer le gaz refroidi dans le premier echangeur de chaleur se separer a basse temperature au moins par distillation dans la premiere colonne de distillation pour produire un liquide enrichi en CO2 et appauvri en l’au moins un composant plus leger que le CO2 et un gaz appauvri en CO2 et enrichi en l’au moins un composant plus leger que le CO2, une conduite pour envoyer le gaz appauvri en CO2 se re¬ chauffer dans le premier echangeur de chaleur, un moyen de detente, une conduite pour envoyer une premiere partie du liquide enrichi en CO2 etre detendue dans le moyen de detente, une conduite pour envoyer la premiere partie detendue a la deuxieme colonne de distillation sous forme liquide, des moyens pour soutirer un liquide appauvri en CO2 et enrichi en l’au moins un composant plus lourd de la deuxieme colonne et des moyens pour soutirer un gaz enrichi en CO2 et appauvri en l’au moins un composant plus lourd en tete de la deuxieme colonne comme produit, un cycle de refrigeration ferme comprenant au moins un compresseur de cycle et comprenant au moins un compresseur de produit, au moins un dit compresseur de cycle et au moins un dit compresseur de produit etant integres dans une seule machine de compression.
[0012] Selon d’autres caracteristiques facultatives, 1’appareil comprend : • une pompe pour pressuriser la deuxieme partie du liquide enrichi en CO2 en amont du premier echangeur de chaleur. • une pompe pour pressuriser la premiere partie du liquide enrichi en CO2 en amont de la deuxieme colonne de distillation. • une pompe pour pressuriser une partie du liquide enrichi en CO2 en amont du premier echangeur de chaleur et des moyens de detente pour detente cette partie du liquide en amont de la premiere colonne de distillation. • un separateur de phase pour separer le gaz d’alimentation refroidi dans le premier echangeur de chaleur et des moyens pour envoyer du liquide du se¬ parateur de phases a la premiere colonne de distillation. • -les moyens pour envoyer du liquide du separateur de phases a la premiere colonne de distillation sont relies a la tete de la premiere colonne de dis¬ tillation. • une seule pompe pour pressuriser la deuxieme partie du liquide enrichi en CO2 en amont du premier echangeur de chaleur et la premiere partie du liquide enrichi en CO2 en amont de la deuxieme colonne de distillation • une seule pompe pour pressuriser.la partie du liquide enrichi en CO2 en amont du premier echangeur de chaleur en amont de la premiere colonne et la deuxieme partie du liquide enrichi en CO2 en amont du premier echangeur de chaleur et/ou la premiere partie du liquide enrichi en CO2 en amont de laWO 2023/222637 5 PCT/EP2023/063035 deuxieme colonne de distillation
[0013] L’invention sera decrite de maniere plus detaillee en se referant aux figures : [0014] [Fig.l] represente schematiquement les etapes qui precedent un procede selon 1’invention. [0015] [Fig.2] represente schematiquement un procede selon 1’invention. [0016] [Fig.3] represente schematiquement un procede selon 1’invention.
[0017] Le procede de traitement d’un gaz, par exemple issu d’une combustion, comprend : • le refroidissement du gaz • la compression du gaz refroidi • le sechage du gaz comprime • la separation du gaz comprime par adsorption par bascule de pression (designe par l’acronyme bien connu PSA) • la compression du gaz residuaire produit par le PSA • la separation a basse pression du gaz residuaire comprime utilisant des moyens de production de froid. [0018] [Fig.l] illustre les premieres etapes du procede selon une variante de 1’invention.
[0019] Le gaz FG est un gaz de combustion (en anglais « flue gas ») contenant du CO2, de 1’azote. Il est refroidi dans une colonne de lavage a 1’eau Q (en anglais « quench column »), 1’eau 41 etant envoyee en tete de la colonne afin de reduire la temperature du gaz FG de 160°C a ~40°C. Une partie des condensats pris en cuve de la colonne Q sont refroidis contre de 1’eau CW et sont recycles comme debit 45 pour refroidir le gaz FG.
[0020] Le gaz refroidi 43 pris en tete de la colonne Q est sature en eau et est comprime par un compresseur a plusieurs etages Cl, C8, C9, CIO jusqu’a une pression d’environ 9 bar abs. La plupart de 1’eau dans le gaz 43 est ainsi condensee et les condensats d’eau formes dans les separateurs SI, S2, S3, entre les etages sont collectes pour former partie du debit 45.
[0021] Le gaz comprime est ensuite seche par condensation partielle apres refroidissement a 1’eau CW et refroidissement a 1’eau W provenant d’une tour de refroidissement T pour refroidir le gaz comprime jusqu’a environ 10°C. L’eau condensee dans le separateur S4 rejoint le debit 45.
[0022] Le gaz est ensuite seche de maniere plus dans des secheurs D avant envoi au PSA, ici indique comme CO2 PSA, qui produit un gaz enrichi en CO2 et appauvri en azote a une premiere pression 1 et un gaz appauvri en CO2 mais enrichi en azote a une deuxieme pression plus elevee que la premiere pression. La regeneration du PSA est effectuee par un gaz 3 qui sera decrit plus loin.
[0023] Le gaz enrichi en azote est detendu depuis environ 8 bar jusqu’a la pression atmospherique, afin de produire une partie de 1’energie pour comprimer le gaz FG. EnsuiteWO 2023/222637 6 PCT/EP2023/063035 il sert pour refroidir 1’eau H20 dans la tour T avant d’etre envoye a 1’air comme gaz de tete de la tour T. L’eau refroidie W est pompee par la pompe P2 pour refroidir le gaz en amont du separateur S4 comme deja decrit.
[0024] Le gaz enrichi en CO2 1 provenant de la separation par adsorption dans 1’unite CO2 PSA est comprime dans un compresseur jusqu’a environ 39 bars et separe a basse tem¬ perature, c’est-a-dire a une temperature en dessous de 0°C, voire en dessous de -30°C.
[0025] Deux manieres differentes de realiser ces prochaines etapes seront decrites dans les [Fig.2] et [Fig.3], [0026] [Fig.2] represente schematiquement un procede selon 1’invention.
[0027] Un debit gazeux 1 est comprime dans un compresseur a plusieurs etages, ici quatre etages Cl, C2, C3, C4, ici avec un refroidisseur RI, R2, R3 entre chaque paire d’etages et deux refroidisseurs R4, R5 en aval du dernier etage. Ce debit 1 peut par exemple etre le residuaire d’un PSA H2 ou CO2 et peut etre comprime jusqu’a au moins 35 bars abs dans les etages du compresseur Cl a C4. Les refroidisseurs RI a R3 sont refroidis uniquement par de l’eau de refroidissement CW, tout comme le refroidisseur R5.
[0028] Le debit gazeux 1 contient du CO2 et au moins un composant plus leger pouvant etre de 1’hydrogene, du monoxyde de carbone, de 1’azote ou de 1’oxygene. Dans cet exemple, le debit gazeux est riche en azote. De preference le debit gazeux 1 contient moins qu’1% mol. de methane.
[0029] Le debit gazeux refroidi dans les deux refroidisseurs R4, R5 en aval du dernier etage est refroidi jusqu’a une temperature en dessous de -50°C dans un premier echangeur de chaleur E par echange de chaleur avec au moins un fluide issu de la separation froide. Cet echangeur E peut etre de type en aluminium brase a plaques et a ailettes.
[0030] Le debit gazeux 1 se condense partiellement dans le premier echangeur de chaleur E et le debit diphasique forme est separe dans un separateur de phase S formant un gaz 3 enrichi en 1’au moins un composant plus leger, ici au moins 1’azote. Ce gaz se rechauffe dans le premier echangeur E et ensuite se rechauffe dans le premier re¬ froidisseur R4 suivant directement le dernier etage C4 du compresseur depuis une tem¬ perature de 30°C jusqu’a une temperature de 100°C, etant le seul fluide de refroidissement envoye a ce premier refroidisseur R4. Ensuite le gaz refroidi dans le premier refroidisseur R4 se refroidit dans un deuxieme refroidisseur R5 centre de l’eau de refroidissement CW a une temperature ambiante inferieure a 40°C, voire inferieure a 30°C.
[0031] Altemativement le debit gazeux 3 enrichi en l’au moins un composant leger peut refroidir le gaz comprime dans le deuxieme refroidisseur R5, le premier etant refroidi par de l’eau.
[0032] Altemativement ou en addition, le debit enrichi en l’au moins un composant leger peut refroidir le gaz comprime dans un refroidisseur RI, R2, R3 entre deux etages duWO 2023/222637 7 PCT/EP2023/063035 compresseur.
[0033] Ainsi le gaz 3 a detendre dans une turbine T est prechauffe contre le gaz comprime dans le compresseur Cl a C4, de sorte que la chaleur de compression permet de produire plus d’energie dans la turbine.
[0034] Le debit gazeux 3 enrichi en composant leger rechauffe dans le premier refroidisseur R4 se trouve a 8 bar et est detendu dans la turbine T depuis cette pression jusqu’a environ la pression atmospherique. Le debit gazeux enrichi en composant leger 3 peut servir ensuite a regenerer des adsorbants pour secher le gaz alimentant le PSA pour produire le debit 1. En addition ou altemativement le debit detendu 3 peut alimenter 1’unite PSA pour recuperer le CO2 qu’il contient.
[0035] Le liquide 5 du separateur de phases S est envoye en tete d’une colonne de dis¬ tillation C dont un liquide 9 enrichi en CO2 et appauvri en l’au moins composant leger est soutire en cuve. Au moins une partie du liquide est pressurisee par une pompe P et peut etre envoyee se vaporiser dans le premier echangeur de chaleur E, une partie 11 du liquide vaporise etant eventuellement envoyee en cuve de la colonne C comme rebouillage et 1’autre partie 19 etant envoyee alimenter la colonne N en cuve. Le gaz de tete 7 de la colonne C se rechauffe dans le premier echangeur E.
[0036] La pompe P peut servir vaincre simplement la pression hydrostatique et les perts de charges, de sorte que les colonnes C, N operent a la meme pression.
[0037] Sinon la colonne C peut operer a une plus haute pression que la colonne N, la pressu¬ risation des fluides entrant dans la colonne par pompe permettant une operation particulierement peu couteuse.
[0038] La colonne N est une colonne d’elimination de NOx plus lourds que le CO2, le NOx etant une denomination couvrant les composes suivants : le monoxyde d'azote (NO), le dioxyde d'azote (NO2), le protoxyde d'azote (N2O), le tetraoxyde de diazote (N2O4), le trioxyde d'azote (N2O3). Le NO etant plus leger que le CO2, la colonne N sert a eliminer le dioxyde d'azote (NO2), le protoxyde d'azote (N2O), le tetraoxyde de diazote (N2O4), le trioxyde d'azote (N2O3), si presents dans le liquide.
[0039] Dans cette colonne alimentee par le debit 19, au moins une impurete plus lourde que le CO2 sont lavees par un reflux intermediaire de CO2 15 et un reflux de tete 23 de CO2 pur pour produire en cuve un liquide enrichi en l’au moins une impurete plus lourde 25, telle que les NOX, par exemple le NO2.
[0040] Le liquide enrichi en l’au moins impurete plus lourde 25 se vaporise dans le premier echangeur E.
[0041] Le gaz de tete 21 de la colonne N constitue le produit epure en l’au moins une impurete plus lourde et se rechauffe dans le premier echangeur E avant d’etre comprime dans un premier etage de compression C5 entraine par la turbine T. Apres refroidissement en R6, le debit est divise, une partie 23 etant condense dans le premierWO 2023/222637 8 PCT/EP2023/063035 echangeur E et le reste 27 etant comprime dans les etages de compression C6, C7 pour former un produit gazeux sous pression. Le gaz comprime dans C7 constitue le produit gazeux riche en CO2 dans cet exemple.
[0042] La partie 23 est renvoyee en tete de la colonne N comme reflux.
[0043] L’echangeur E, le separateur de phase S et la colonne C sont a 1’interieur d’une enceinte CB isolee thermiquement.
[0044] Deux moyens de production de froid sont utilises : • Un cycle ferrne dans lequel du CO2 est comprime dans un compresseur de cycle CC et renvoye au premier echangeur de chaleur oil il est refroidi, liquefie, separe et detendu dans deux vannes differentes pour former deux debits a 5.5 and 9.5 bar abs. Ces deux debits sont rechauffes dans le premier echangeur de chaleur E pour fournir du froid puis sont renvoyes au com¬ presseur de cycle CC. • Vaporisation du liquide 9 dans 1’echangeur E.
[0045] Evidemment le systeme peut comprendre plusieurs separateurs de phase, en serie et/ ou en parallele et en amont de la distillation ainsi qu’au moins une colonne de dis¬ tillation.
[0046] Si le systeme ne comprend pas de separateur de colonne, le gaz detendu dans la turbine sera pris en haut de la colonne de distillation.
[0047] De preference, au moins un des compresseurs de cycle CC et au moins un com¬ presseur de produit C6,C7, sont integres dans une seule machine de compression. [0048] [Fig.3] represente schematiquement un autre procede selon 1’invention.
[0049] Un debit gazeux 1 est comprime dans un compresseur a plusieurs etages, ici quatre etages Cl, C2, C3, R4, ici avec un refroidisseur RI, R2, R3 entre chaque paire d’etages et un seul refroidisseur R5 en aval du dernier etage C4. Ce debit 1 est le residuaire d’un PSA CO2 et peut etre comprime jusqu’a au moins 35 bars abs dans les etages du com¬ presseur Cl a C4. Les refroidisseurs RI a R3 sont refroidis uniquement par de 1’eau de refroidissement CW, tout comme le refroidisseur R5.
[0050] Le debit gazeux 1 contient du CO2 et au moins un composant plus leger pouvant etre de 1’hydrogene, du monoxyde de carbone, de l’azote ou de 1’oxygene. Dans cet exemple, le debit gazeux est riche en azote. De preference le debit gazeux 1 contient moins qu’1% mol. de methane.
[0051] Le debit gazeux refroidi dans le refroidisseur R5 en aval du dernier etage est refroidi jusqu’a une temperature en dessous de -50°C dans un premier echangeur de chaleur E par echange de chaleur avec au moins un fluide issu de la separation froide. Cet echangeur E peut etre de type en aluminium brase a plaques et a ailettes.
[0052] Le debit gazeux 1 se condense partiellement dans le premier echangeur de chaleur E et le debit diphasique forme est separe dans un separateur de phase S formant un gaz 3WO 2023/222637 9 PCT/EP2023/063035 enrichi en 1’au moins un composant plus leger, ici au moins 1’azote. Ce gaz se rechauffe dans le premier echangeur E et ensuite est detendu dans une turbine T. Le gaz 3 contient la plupart de 1’azote present dans le debit 1 ainsi que du dioxyde de carbone.
[0053] Le debit gazeux 3 enrichi en composant leger rechauffe dans le premier refroidisseur R4 se trouve a 8 bar et est detendu dans la turbine T depuis cette pression jusqu’a environ la pression atmospherique. Le debit gazeux enrichi en composant leger 3 est ensuite rechauffe dans 1’echangeur E et peut servir a regenerer des adsorbants pour secher le gaz alimentant le PSA pour produire le debit 1. Le gaz ayant servi a la rege¬ neration des secheurs D est melange avec le gaz a separer en aval de 1’etage CIO. De cette fagon, le CO2 qu’il contient est recupere et plus de NOX est absorbe pendant la condensation partielle en amont du separateur S4.
[0054] En addition ou altemativement le debit detendu 3 peut alimenter 1’unite PSA pour recuperer le CO2 qu’il contient.
[0055] Le liquide 5 du separateur de phases S est detendu jusqu’a environ 14 bars et envoye en tete d’une colonne de distillation C dont un liquide 9 enrichi en CO2 et appauvri en l’au moins un composant leger est soutire en cuve. Le liquide peut etre pressurisee par une pompe P ou sinon transfere grace au differentiel de pression. Une partie du liquide est envoyee se vaporiser dans le premier echangeur de chaleur E, une partie 11 du liquide vaporise envoyee en cuve de la colonne C comme rebouillage et 1’autre partie 19 etant envoyee alimenter la colonne N en cuve sous forme gazeuse. Le reste du liquide pressurise est envoye comme reflux intermediaire a la colonne N sous forme liquide.
[0056] Le gaz de tete 7 de la colonne C se rechauffe dans le premier echangeur E et est enrichi en composants legers du liquide 5, par exemple oxygene et/ou azote et/ou methane et/ou NO. Il peut etre recycle en amont du PSA.
[0057] La colonne N est une colonne d’elimination de NOx plus lourds que le CO2, le NOx etant une denomination couvrant les composes suivants : le monoxyde d'azote (NO), le dioxyde d'azote (NO2), le protoxyde d'azote (N2O), le tetraoxyde de diazote (N2O4), le trioxyde d'azote (N2O3). Le NO etant plus leger que le CO2, la colonne N sert a eliminer le dioxyde d'azote (NO2), le protoxyde d'azote (N2O), le tetraoxyde de diazote (N2O4), le trioxyde d'azote (N2O3), si presents dans le liquide.
[0058] Dans cette colonne alimentee par le debit, l’au moins une impuretes plus lourde que le CO2 est lavee par un reflux intermediaire de CO2 et un reflux de tete de CO2 pur pour produire en cuve un liquide enrichi en l’au moins une impurete plus lourde, telle que les NOX, par exemple le NO2.
[0059] Le liquide 25 enrichi en NOx plus lourd que le CO2, tel que le NO2, est soutire en cuve de la colonne N. Le liquide 25 est rechauffe dans 1’echangeur E puis recycle auWO 2023/222637 10 PCT/EP2023/063035 gaz de combustion FG en amont de la colonne Q.
[0060] Le compresseur C5 entraine par la turbine T fait partie d’un cycle de refrigeration au CO2 ou a 1’ammoniac. Le gaz est ensuite comprime par d’autres etages de com¬ pression C6, C7, avec un refroidisseur a 1’eau CW entre chaque paire d’etages (R6 entre C5 et C6) et un dernier refroidisseur en aval de 1’etage C7.
[0061] Le gaz de tete 21 de la colonne N constitue le produit gazeux riche en CO2 dans cet exemple. Ce gaz enrichi en CO2 et appauvri en 1’au moins un composant lourd est condense dans un echangeur de chaleur 22, refroidi par le cycle de refrigeration C22, C23. Une partie 28 est renvoyee a la colonne N comme reflux et le reste 24 du liquide constitue un produit du procede.
[0062] L’echangeur E, le separateur de phase S et les colonnes C, N sont a 1’interieur d’une enceinte CB isolee thermiquement.
[0063] Trois moyens de production de froid sont utilises : • Un cycle ferme dans lequel du CO2 est comprime dans un compresseur de cycle CC et renvoye au premier echangeur de chaleur ou il est refroidi, liquefie, separe et detendu dans deux vannes differentes pour former deux debits a 5.5 and 9.5 bar abs. Ces deux debits sont rechauffes dans le premier echangeur de chaleur E pour fournir du froid puis sont renvoyes au com¬ presseur de cycle CC. • Vaporisation du liquide 9 dans 1’echangeur E. • Un cycle ferme de CO2 ou d’ammoniac utilisant les compresseurs C22, C23.
[0064] Evidemment le systeme peut comprendre plusieurs separateurs de phase, en serie et/ ou en parallele et en amont de la distillation ainsi qu’au moins une colonne de dis¬ tillation.

Claims

Revendications [Revendication 1] Procede de separation a basse temperature d’un gaz d’alimentation (1) contenant du CO2, au moins un composant plus leger que CO2 et au moins un composant plus lourd que le CO2 pour produire un fluide riche en CO2 dans lequel le gaz d’alimentation est comprime dans un compresseur (Cl, C2, C3, C4) comprenant au moins deux etages, le gaz comprime etant refroidi dans un premier echangeur de chaleur (E), le gaz refroidi dans le premier echangeur de chaleur est separe a basse temperature au moins par distillation dans une premiere colonne de dis¬ tillation (C) pour produire un liquide enrichi en CO2 et appauvri en l’au moins un composant plus leger que le CO2 (8) et un gaz (7) appauvri en CO2 et enrichi en l’au moins un composant plus leger que le CO2, le gaz appauvri en CO2 (7) se rechauffe dans le premier echangeur de chaleur, un liquide appauvri en CO2 et enrichi en l’au moins un composant plus lourd (25) est soutire d’une deuxieme colonne et un gaz enrichi en CO2 et appauvri en l’au moins un composant plus lourd (21) est soutire en tete de la deuxieme colonne comme produit (24, 27) caracterise en ce qu’une premiere partie du liquide (10, 15) enrichi en CO2 est detendue et envoyee a la deuxieme colonne de distillation (N) sous forme liquide, une deuxieme partie (9) du liquide enrichi en CO2 est vaporisee dans le premier echangeur de chaleur puis envoyee sous forme gazeuse en cuve de la deuxieme colonne de distillation a un point d’arrivee, la premiere partie du liquide etant envoyee a la deuxieme colonne a un niveau au-dessus du point d’arrivee de la deuxieme partie du liquide, [Revendication 2] Procede selon la revendication 1 dans lequel une troisieme partie (17) du liquide enrichi en CO2 et appauvri en l’au moins un composant plus leger se vaporise dans le premier echangeur de chaleur (E) et est renvoyee a la premiere colonne de distillation (C). [Revendication 3] Procede selon la revendication 1 ou 2 dans lequel une partie (23, 28) du gaz enrichi en CO2 et appauvri en l’au moins un composant plus lourd est condensee et renvoyee en tete de la deuxieme colonne (N). [Revendication 4] Procede selon la revendication 3 dans lequel au moins une partie du froid pour condenser la partie (28) du gaz enrichi en CO2 et appauvri en l’au moins un composant plus lourd est produite par un premier cycle de refrigeration ferme (C21, C22, C23). [Revendication 5] Procede selon la revendication 4 dans lequel un compresseur du premierWO 2023/222637 PCT/EP2023/063035 12 cycle de refrigeration (C21) est entraine par une turbine (T) qui detend au moins une partie (3) d’un gaz appauvri en 1’au moins un composant leger produit par la separation du gaz d’alimentation par condensation partielle (S) et/ou par distillation (C). [Revendication 6] Procede selon une des revendications precedentes dans lequel la deuxieme (9) et eventuellement la troisieme partie (17) du liquide enrichi en CO2 et appauvri en 1’au moins un composant plus leger est pressurisee par une pompe (P) en amont du premier echangeur de chaleur (E). [Revendication 7] Procede selon 1’une des revendications precedentes dans lequel un cycle de refrigeration ferme (C21, C22, C23) produit du froid pour refroidir le premier echangeur de chaleur (E). [Revendication 8] Procede selon 1’une des revendications precedentes dans lequel le gaz d’alimentation (1) comprime et refroidi est separe par condensation partielle (S) pour produire le gaz appauvri en CO2 (3) ainsi qu’un liquide (5), le liquide est separe par distillation dans la premiere colonne de distillation (C), etant envoye en tete de la premiere colonne de dis¬ tillation. [Revendication 9] Appareil de separation a basse temperature d’un gaz d’alimentation contenant du CO2, au moins un composant plus leger que CO2 et au moins un composant plus lourd que le CO2 pour produire un fluide riche en CO2 comprenant un compresseur (Cl, C2, C3,C4) comprenant au moins deux etages, un premier echangeur de chaleur (E), une premiere colonne de distillation (C), une deuxieme colonne de dis¬ tillation (N), une conduite pour envoyer le gaz d’alimentation pour etre comprime dans le compresseur comprenant au moins deux etages, une conduite pour envoyer le gaz comprime se refroidir dans le premier echangeur de chaleur, des moyens pour envoyer le gaz refroidi dans le premier echangeur de chaleur se separer a basse temperature au moins par distillation dans la premiere colonne de distillation pour produire un liquide enrichi en CO2 et appauvri en 1’au moins un composant plus leger que le CO2 et un gaz appauvri en CO2 et enrichi en 1’au moins un composant plus leger que le CO2, une conduite pour envoyer le gaz appauvri en CO2 se rechauffer dans le premier echangeur de chaleur, un moyen de detente, des moyens pour soutirer un liquide (25) appauvri en CO2 et enrichi en 1’au moins un composant plus lourd de la deuxieme colonne et des moyens pour soutirer un gaz enrichi en CO2 et appauvri en 1’au moins un composant plus lourd (21) en tete de la deuxiemeWO 2023/222637 PCT/EP2023/063035 13 colonne comme produit (24, 27) caracterise en ce qu’il comprend une conduite pour envoyer une premiere partie du liquide (10,15) enrichi en CO2 pour etre detendue dans le moyen de detente, une conduite pour envoyer la premiere partie detendue a la deuxieme colonne de dis¬ tillation sous forme liquide, une conduite pour envoyer une deuxieme partie du liquide (9) enrichi en CO2 se vaporiser dans le premier echangeur de chaleur et une conduite pour envoyer la deuxieme partie vaporisee en cuve de la deuxieme colonne de distillation a un point d’arrivee, la premiere partie du liquide etant envoyee a la deuxieme colonne a un niveau au-dessus du point d’arrivee de la deuxieme partie du liquide. [Revendication 10] Appareil selon la revendication 9 comprenant un cycle de refrigeration ferme comprenant au moins un compresseur de cycle (CC) et comprenant au moins un compresseur de produit (C6, C7), au moins un dit compresseur de cycle et au moins un dit compresseur de produit etant integres dans une seule machine de compression. [Revendication 11] Appareil selon 1’une des revendications 9 et 10 comprenant une pompe (P) pour pressuriser la deuxieme partie du liquide (9) enrichi en CO2 en amont du premier echangeur de chaleur. [Revendication 12] Appareil selon 1’une des revendications 9 a 11 comprenant une pompe (P) pour pressuriser la premiere partie du liquide (19) enrichi en CO2 en amont de la deuxieme colonne de distillation (N). [Revendication 13] Appareil selon 1’une des revendications 9 a 12 comprenant une pompe (P) pour pressuriser une partie du liquide (17) enrichi en CO2 en amont du premier echangeur de chaleur (E) et des moyens de detente (17) pour detendre cette partie du liquide en amont de la premiere colonne de dis¬ tillation (C). [Revendication 14] Appareil selon 1’une des revendications 9 a 13 comprenant un separateur de phase (S) pour separer le gaz d’alimentation refroidi dans le premier echangeur de chaleur (E) et des moyens pour envoyer du liquide (5) du separateur de phases a la premiere colonne de distillation (C). [Revendication 15] Appareil selon la revendication 14 dans lequel les moyens pour envoyer du liquide (5) du separateur de phases a la premiere colonne de dis¬ tillation (C) sont relies a la tete de la premiere colonne de distillation.
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