FR3148835A1 - Procédé et appareil de refroidissement et de séparation d'un débit de CO2 contenant un premier composant - Google Patents

Procédé et appareil de refroidissement et de séparation d'un débit de CO2 contenant un premier composant Download PDF

Info

Publication number
FR3148835A1
FR3148835A1 FR2304897A FR2304897A FR3148835A1 FR 3148835 A1 FR3148835 A1 FR 3148835A1 FR 2304897 A FR2304897 A FR 2304897A FR 2304897 A FR2304897 A FR 2304897A FR 3148835 A1 FR3148835 A1 FR 3148835A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
flow
component
stream
liquid
heat exchange
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR2304897A
Other languages
English (en)
Other versions
FR3148835B1 (fr
Inventor
Achraf HARBAL
Mathieu Leclerc
Gian Luigi CALORO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
Priority to FR2304897A priority Critical patent/FR3148835B1/fr
Priority to PCT/EP2024/060696 priority patent/WO2024235564A1/fr
Priority to EP24721553.6A priority patent/EP4713119A1/fr
Priority to KR1020257037906A priority patent/KR20260010702A/ko
Publication of FR3148835A1 publication Critical patent/FR3148835A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR3148835B1 publication Critical patent/FR3148835B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/002—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by condensation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/005—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/261—Drying gases or vapours by adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/263—Drying gases or vapours by absorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/265—Drying gases or vapours by refrigeration (condensation)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0266—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of carbon dioxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/06—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation
    • F25J3/063—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream
    • F25J3/067—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by partial condensation characterised by the separated product stream separation of carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/22—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/80—Water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/60—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using adsorption on solid adsorbents, e.g. by temperature-swing adsorption [TSA] at the hot or cold end
    • F25J2205/66—Regenerating the adsorption vessel, e.g. kind of reactivation gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/04—Recovery of liquid products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/80—Separating impurities from carbon dioxide, e.g. H2O or water-soluble contaminants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/80—Separating impurities from carbon dioxide, e.g. H2O or water-soluble contaminants
    • F25J2220/82—Separating low boiling, i.e. more volatile components, e.g. He, H2, CO, Air gases, CH4
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/04—Compressor cooling arrangement, e.g. inter- or after-stage cooling or condensate removal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/30—Compression of the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2260/00—Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
    • F25J2260/02—Integration in an installation for exchanging heat, e.g. for waste heat recovery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/02—Internal refrigeration with liquid vaporising loop

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Drying Of Gases (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

Titre de l’invention : Procédé et appareil de refroidissement et de séparation d'un débit de CO2 contenant un premier composant Procédé de refroidissement et de séparation d’un flux de CO2 (1) contenant au moins un premier composant ayant une température de rosée entre 0 et 15°C à une première pression dans lequel le flux est refroidi par échange indirect de chaleur dans un seul échangeur (R3) avec de l’eau et au moins un courant de CO2 liquide (19) qui se vaporise formant un flux de CO2 à une troisième température, afin de condenser l’au moins un premier composant (8) présent dans le flux de CO2. Figure de l’abrégé : FIG.1

Description

Procédé et appareil de refroidissement et de séparation d'un débit de CO2contenant un premier composant
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de refroidissement et de séparation, par exemple séchage, d’un débit de CO2contenant au moins un premier composant, pouvant être de l’eau, du méthanol, de l’ammoniac, ayant une température de condensation plus élevée que celle du CO2.
Le CO2peut contenir au moins un autre composant plus léger et/ou plus lourd que le CO2.
Les fumées traitées par les procédés de capture de CO2produisent souvent un produit CO2saturé en eau, disponible à basse pression alors qu’il est souvent nécessaire de le produire épuré en eau et sous pression (à cause de la spécification du produit ou de son intégration dans un liquéfacteur de CO2). Il est alors nécessaire de le comprimer et le sécher.
La présente invention propose une optimisation d’un agencement pour une condensation partielle de l'eau d'un fluide de CO2humide par refroidissement contre de l'eau et du CO2liquide.
Cette invention peut être appliquée dans le cadre de différentes synergies qui peuvent être identifiées lors de la compression et le séchage du CO2humide avec diverses unités/technologies (par exemple, CO2humide provenant d’une unité de lavage aux amines sur fumées et cryogénie sur gaz résiduaire d’un PSA H2d’un SMR, ou encore CO2humide provenant d’une canalisation et séchage en amont d’un liquéfacteur).
Quand la teneur en eau imposée par la spécification du CO2final est contraignante et/ou que le CO2 est destiné à une liquéfaction à des températures en dessous de 0°C, un séchage avec un TSA est l’un des moyens permettant d’être conforme. Il est possible d’utiliser un schéma qui comprend un premier échangeur de chaleur avec de l’eau de refroidissement à une première température suivi d’un deuxième échangeur de chaleur avec de l’eau de refroidissement à une deuxième température inférieure à la première température (produite par une unité de réfrigération mécanique donc consommatrice d’énergie) ou avec un fluide réfrigérant provenant d’une unité de réfrigération mécanique afin de refroidir le CO2humide davantage et diminuer la taille du TSA en aval ainsi que l’énergie nécessaire pour sa régénération.
GB-A-2416389 décrit un procédé de refroidissement de CO2humide dans lequel le CO2humide comprimé est refroidi d’abord avec l’eau de mer dans un premier échangeur de chaleur et ensuite par deux débits de CO2gazeux dans un deuxième échangeur de chaleur pour condenser de l’eau contenue dans le CO2en amont d’une unité d’adsorption. L’eau est enlevée au moyen d’un séparateur de phases en aval des deux échangeurs.
La présente invention est relative à un procédé de refroidissement et de séparation d’un flux de CO2contenant au moins un premier composant ayant une température de rosée entre 0 et 70°C à une première pression et éventuellement au moins un composant plus léger et/ou plus lourd que le CO2 comprenant au moins les étapes suivantes:
  1. Refroidissement du flux de CO2à la première pression depuis une première température jusqu’à une deuxième température par échange indirect de chaleur avec un courant d’eau de refroidissement se réchauffant
  2. Refroidissement du flux de CO2à la première pression à la deuxième température par échange indirect de chaleur avec au moins un courant de CO2liquide qui se vaporise formant un débit de CO2à une troisième température
  3. Séparation de condensat produit par condensation de l’au moins un premier composant présent dans le flux de CO2lors d’au moins une des étapes i) ou ii) formant un débit enrichi en CO2et épuré en l’au moins un premier composant
  4. les étapes i) et ii) ayant lieu dans un seul échangeur de chaleur et les première et/ou deuxième températures étant entre 0 et 15°C.
Selon d’autres étapes facultatives :
-l’au moins un premier composant est de l’eau, le débit enrichi en CO2contient encore de l’eau et est séché par adsorption de l’eau.
-l’au moins un premier composant est de l’eau, le débit enrichi en CO2contient encore de l’eau et est séché par absorption de l’eau.
-l’au moins un premier composant est de l’eau
-l’au moins un premier composant est du méthanol
-l’au moins un premier composant est de l’ammoniac
-le flux contenant au moins un premier composant est comprimé en amont de l’étape i) et/ou le flux enrichi en CO2est séché et ensuite comprimé.
-le débit de CO2gazeux issu de la vaporisation de l’au moins un courant de CO2liquide est au moins en partie mélangé avec le CO2contenant le premier composant ou un gaz produit en séchant le débit enrichi en CO2.
-l’échangeur de chaleur est de technologie tubes et calandre, comprenant au moins deux faisceaux tubulaires, le CO2contenant le premier composant étant injecté côté calandre et l’eau de refroidissement étant injecté dans un premier faisceau tubulaire et le au moins un courant de CO2liquide se vaporisant étant injecté dans un deuxième faisceau tubulaire.
-l’échangeur de chaleur de chaleur comprend au moins trois faisceaux tubulaires, un courant de CO2liquide étant injecté dans le deuxième faisceau tubulaire et un courant de CO2gazeux ou un courant de CO2liquide étant injecté dans un troisième faisceau tubulaire.
-l’au moins un courant de CO2liquide provient d’un procédé de distillation et/ou de condensation partielle dans lequel un débit contenant du CO2et au moins un composant plus léger que le CO2et/ou au moins un composant plus lourd que le CO2est séparé, ce débit étant constitué de préférence par le débit enrichi en CO2traité par les étapes i) et ii) pour réduire sa teneur en l’au moins un premier composant.
-le premier composant est de l’eau, un débit gazeux contenant du CO2provenant du procédé de distillation et/ou de condensation partielle sert à la régénération de l’unité d’adsorption dans laquelle le débit enrichi en CO2et épuré en l’au moins un premier composant est séché.
-le gaz ayant servi à la régénération est mélangé avec le flux de CO2humide en amont de l’étape i).
-l’au moins un débit de CO2liquide qui se vaporise dans l’échangeur de chaleur est à une pression entre 30 et 45 bars abs.
-le flux de CO2contenant au moins un premier composant provient d’un procédé de lavage aux amines
Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un appareil de refroidissement et de séparation d’un flux de CO2contenant au moins un premier composant ayant une température de rosée entre 0 et 70°C à une première pression et éventuellement au moins un composant plus léger et/ou plus lourd que le CO2 comprenant des moyens d’échange de chaleur, des moyens pour envoyer un courant d’eau de refroidissement aux moyens d’échange de chaleur, des moyens pour envoyer au moins un courant de CO2liquide aux moyens d’échange de chaleur, des moyens pour envoyer le flux de CO2à la première pression se refroidir dans les moyens d’échange de chaleur depuis une première température jusqu’à une deuxième température par échange indirect de chaleur avec le courant d’eau de refroidissement qui se réchauffe et se refroidir ensuite dans les moyens d’échange de chaleur à la première pression depuis la deuxième température par échange indirect de chaleur avec au moins un courant de CO2liquide qui se vaporise formant un débit de CO2à une troisième température, des moyens pour sortir des moyens d’échange du condensat produit par condensation de l’au moins un premier composant présent dans le flux de CO2, des moyens pour sortir des moyens d’échange de chaleur un débit enrichi en CO2et épuré en l’au moins un premier composant et les moyens d’échange de chaleur étant constitués par
un seul échangeur de chaleur.
Selon d’autres aspects facultatifs de l’invention :
-l’échangeur de chaleur est constitué par une calandre et au moins deux faisceaux tubulaires disposés dans la calandre, les moyens pour envoyer un flux de CO2à la première pression se refroidir, les moyens pour sortir le condensat et les moyens pour sortir le débit enrichi en CO2 étant reliés fluidiquement à la calandre.
-un des faisceaux tubulaires est relié fluidiquement aux moyens pour envoyer le courant d’eau de refroidissement et un autre des faisceaux tubulaires est relié aux moyens pour envoyer le courant de CO2 liquide.
Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un appareil de refroidissement et de séparation d’un flux de CO2contenant au moins un premier composant ayant une température de rosée entre 0 et 70°C à une première pression et au moins un composant plus léger et/ou plus lourd que le CO2 comprenant un appareil tel que décrit dessus, un appareil d’épuration pour réduire la teneur en le premier composant du débit enrichi en CO2 , un appareil de condensation partielle et/ou de distillation pour réduire la teneur en l’au moins un composant plus léger et/ou plus lourd que le CO2 du débit enrichi en CO2 épuré dans l’appareil d’épuration et des moyens pour sortir le courant de CO2 liquide de l’appareil de condensation partielle et/ou de distillation.
La présente invention propose une optimisation du schéma en introduisant une étape de refroidissement en amont de l’unité d’adsorption, par exemple du TSA (si présente) avec du CO2liquide provenant d’une unité cryogénique. Cette étape a lieu dans un seul échangeur de chaleur, refroidi également par de l’eau de refroidissement.
La configuration proposée dans cette invention présente la possibilité d'utiliser moins d’équipements, principalement un premier échangeur avec de l’eau de refroidissement et un deuxième échangeur avec du CO2liquide en amont du TSA en les rassemblant dans un seul échangeur.
Dans le cas d’un échangeur à tube et à calandre, la condensation d’eau pourra prendre lieu dans la calandre de cet échangeur d'où l'économie à la fois du refroidisseur et du pot séparateur en aval du refroidisseur, le CO2liquide sera vaporisé dans le deuxième faisceau tubulaire de l’échangeur.
Le CO2liquide vaporisé pourra être mis en commun avec le CO2qui est séché. Pour ce faire, il sera injecté à une section intermédiaire du compresseur commun ou à sa sortie.
L’échangeur avec le double faisceau tubulaire a une seule passe côté calandre, ce qui minimise les pertes de charge côté calandre et permet l’installation d’un séparateur de gouttelettes sur la face de sortie du deuxième faisceau.
Le CO2liquide servant pour la deuxième étape de refroidissement peut provenir d’un procédé opérant à basse température par exemple par distillation et/ou condensation partielle produisant du CO2.Ce procédé remplace l’unité de réfrigération mécanique servant pour produire de l’eau de refroidissement souvent utilisée pour cet objectif.
Description de l’invention
L’invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant à la figure :
représente schématiquement un procédé selon l’invention.
L’invention permet de récupérer et sécher du CO2humide 1 qui peut provenir par exemple d’une unité de lavage au amines M ou d’une canalisation de CO2gazeux à l’entrée d’un liquéfacteur.
Le CO2humide est comprimé dans un premier compresseur C1, refroidi au moyen d’eau dans un refroidisseur R1 pour condenser une partie de l’eau qu’il contient. L’eau 6 est enlevée dans un séparateur S1 et le CO23 toujours contenant de l’eau est comprimé dans un compresseur C2 jusqu’ à la pression d’adsorption du TSA A1, A2 entre 5 et 30 bara, de préférence à 10 bara et récupéré à la sortie de compresseur C2 à une température entre 80°C et 150°C.
Le débit 7 à une première pression entre 5 et 30 bara est envoyé à un échangeur de chaleur R3 à calandre et à tubes, ayant deux faisceaux de tubes F1, F2, le débit 7 étant envoyé à la calandre. L’eau contenue dans le débit 7 a une température de rosée entre 0 et 70°C à cette première pression. De l’eau de refroidissement est envoyée au premier faisceau F1 pour refroidir le CO2 humide en circulant dans les tubes du premier faisceau. Cette eau est de préférence à température ambiante. Un débit de CO2liquide 19 est envoyé au deuxième faisceau F2 où il se vaporise formant du CO2sec gazeux en circulant dans les tubes du deuxième faisceau F2, de préférence à une pression entre 25 bars abs voire 30 bars abs et 45 bars abs.
De l’eau condensée 8 produite par le refroidissement du CO2humide 7 est retirée de la calandre.
Au moins deux flux de CO2liquide peuvent être envoyés à l’échangeur R3 en rajoutant des faisceaux tubulaires.
Sinon au moins un flux de CO2liquide et au moins un flux de CO2gazeux peuvent être envoyés à l’échangeur R3 en rajoutant des faisceaux tubulaires.
Une étape de séchage intermédiaire du gaz 9 séché dans l’échangeur R3 sera effectuée par exemple dans une unité TSA d'adsorption A1 pour s'assurer que le produit CO2final est conforme à la spécification en eau. L’unité de séchage peut être un sécheur au tri éthylène glycol TEG également.
L'adsorption à température modulée (« temperature swing adsorption », TSA, en anglais) est un procédé de séparation de mélange gazeux au cours duquel ont lieu alternativement l’adsorption d’un gaz par un solide ou un liquide à une température donnée, puis sa désorption à une température plus élevée1.
L'adsorption à température modulée utilise la dépendance de l'adsorption à la température. L'adsorbant est chargé du composé à séparer et est largement débarrassé de ce composé dans une étape ultérieure au moyen de l'introduction d'énergie thermique. Pour le fonctionnement continu d'un système d'adsorption à température modulée, au moins deux lits d’adsorbants sont nécessaires ; l'un étant chargé et l'autre étant désorbé. Pendant que le gaz est adsorbé dans le lit A1, il est désorbé dans le lit A2 et vice versa.
Le CO2sec 11 sortant du lit d’adsorbant A1 (ou A2 selon le cycle) peut ensuite être comprimé davantage à la pression finale par un compresseur C3 en commun avec le ou les flux de CO2vaporisé(s) 19.
Si le CO2vaporisé 19 est à une pression suffisamment élevée, il peut être mélangé au CO2sec en aval du compresseur C3.
Sinon le CO2vaporisé peut être envoyé comme débit 19A en amont du compresseur C2, si sa pression n’est assez élevée pour être envoyé en amont du compresseur C3.
Le débit de CO2 sec peut être mélangé avec le flux de CO2liquide vaporisé 19 dans le faisceau F2 en amont ou en aval du compresseur C3. Le débit comprimé 21 peut être refroidi par un refroidisseur R4 pour former un débit 23 de CO2sec. Le gaz 23 peut alimenter un liquéfacteur de CO2.
Cette solution est favorablement économique en termes de coûts d’investissement car le nombre d’équipements nécessaires est réduit. Seulement un seul échangeur à double fluides froids R3 sera nécessaire à la place de plusieurs échangeurs et de potentiellement des pots de séparation gaz/liquide. De plus, cette solution se passe potentiellement de groupe de réfrigération dédié.
L’au moins un flux 19 peut être produit par un appareil de distillation et/ou de condensation partielle 20 produisant un débit gazeux enrichi en CO225 et/ou un débit gazeux 27 enrichi en l’au moins un composant plus léger ou plus lourd que le CO2.
Le débit 7 à la première pression peut contenir un autre premier composant que l’eau, ayant une température de rosée entre 0 et 70°C à cette première pression, par exemple du méthanol ou l’ammoniac.
Le débit 7 à la première pression peut contenir un autre premier composant à la place de l’eau ou en plus de l’eau, ayant une température de rosée entre 0 et 70°C à cette première pression, par exemple du méthanol ou l’ammoniac.

Claims (14)

  1. Procédé de refroidissement et de séparation d’un flux de CO2(1,3, 7) contenant au moins un premier composant ayant une température de rosée entre 0 et 70°C à une première pression et éventuellement au moins un composant plus léger et/ou plus lourd que le CO2 comprenant au moins les étapes suivantes:
    1. Refroidissement du flux de CO2à la première pression depuis une première température jusqu’à une deuxième température par échange indirect de chaleur avec un courant d’eau de refroidissement se réchauffant
    2. Refroidissement du flux de CO2à la première pression à la deuxième température par échange indirect de chaleur avec au moins un courant de CO2liquide (19) qui se vaporise formant un débit de CO2à une troisième température
    3. Séparation de condensat (8) produit par condensation de l’au moins un premier composant présent dans le flux de CO2lors d’au moins une des étapes i) ou ii) formant un débit (9) enrichi en CO2et épuré en l’au moins un premier composant
    4. les étapes i) et ii) ayant lieu dans un seul échangeur de chaleur (R3) et les première et/ou deuxième températures étant entre 0 et 15°C.
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l’au moins un premier composant est de l’eau, le débit enrichi en CO2(9) contient encore de l’eau et est séché par adsorption (A1, A2) de l’eau.
  3. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l’au moins un premier composant est de l’eau, le débit enrichi en CO2(9) contient encore de l’eau et est séché par absorption de l’eau.
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le flux (1, 3, 7) contenant au moins un premier composant est comprimé (C1,C2) en amont de l’étape i) et/ou le flux enrichi en CO2(9) est séché et ensuite comprimé (C3).
  5. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le débit de CO2gazeux issu de la vaporisation de l’au moins un courant de CO2liquide (19) est au moins en partie mélangé avec le CO2contenant le premier composant (1,3,7) ou un gaz produit (11, 21) en séchant le débit enrichi en CO2.
  6. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’échangeur de chaleur (R3) est de technologie tubes et calandre, comprenant au moins deux faisceaux tubulaires (F1, F2) , le CO2contenant le premier composant étant injecté côté calandre et l’eau de refroidissement étant injectée dans un premier faisceau tubulaire (F1) et le au moins un courant de CO2liquide (19) se vaporisant étant injecté dans un deuxième faisceau tubulaire (F2).
  7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel l’échangeur de chaleur de chaleur comprend au moins trois faisceaux tubulaires (F1, F2), un courant de CO2liquide (19) étant injecté dans le deuxième faisceau tubulaire (F2) et un courant de CO2gazeux ou un courant de CO2liquide étant injecté dans un troisième faisceau tubulaire.
  8. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’au moins un courant de CO2liquide (19) provient d’un procédé de distillation et/ou de condensation partielle (20) dans lequel un débit contenant du CO2et au moins un composant plus léger que le CO2et/ou au moins un composant plus lourd que le CO2est séparé, ce débit étant constitué de préférence par le débit enrichi en CO2traité par les étapes i) et ii) (9, 21, 23) pour réduire sa teneur en l’au moins un premier composant.
  9. Procédé selon la revendication 2 et 8 dans lequel le premier composant est de l’eau, un débit gazeux (21, 29) contenant du CO2provenant du procédé de distillation et/ou de condensation partielle (20) sert à la régénération de l’unité d’adsorption (A1, A2) dans laquelle le débit (9) enrichi en CO2et épuré en l’au moins un premier composant
    est séché.
  10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel le gaz ayant servi à la régénération (31, 35, 37, 39) est mélangé avec le flux de CO2humide (1,3,7) en amont de l’étape i).
  11. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel l’au moins un débit de CO2liquide (19) qui se vaporise dans l’échangeur de chaleur (R3) est à une pression entre 25 et 45 bars abs, voire entre 30 et 45 bars abs.
  12. Appareil de refroidissement et de séparation d’un flux de CO2(1,3,7) contenant au moins un premier composant ayant une température de rosée entre 0 et 70°C à une première pression et éventuellement au moins un composant plus léger et/ou plus lourd que le CO2 comprenant des moyens d’échange de chaleur (R3), des moyens pour envoyer un courant d’eau de refroidissement aux moyens d’échange de chaleur, des moyens pour envoyer au moins un courant de CO2liquide (19)aux moyens d’échange de chaleur, des moyens pour envoyer le flux de CO2à la première pression se refroidir dans les moyens d’échange de chaleur depuis une première température jusqu’à une deuxième température par échange indirect de chaleur avec le courant d’eau de refroidissement qui se réchauffe et se refroidir ensuite dans les moyens d’échange de chaleur à la première pression depuis la deuxième température par échange indirect de chaleur avec au moins un courant de CO2liquide (19) qui se vaporise formant un débit de CO2à une troisième température, des moyens pour sortir des moyens d’échange du condensat (8) produit par condensation de l’au moins un premier composant présent dans le flux de CO2, des moyens pour sortir des moyens d’échange de chaleur un débit (9) enrichi en CO2et épuré en l’au moins un premier composant et les moyens d’échange de chaleur étant constitués par
    un seul échangeur de chaleur.
  13. Appareil selon la revendication 12 dans lequel l’échangeur de chaleur (R3) est constitué par une calandre et au moins deux faisceaux tubulaires (F1, F2) disposés dans la calandre, les moyens pour envoyer un flux de CO2 (7) à la première pression se refroidir, les moyens pour sortir le condensat (8) et les moyens pour sortir le débit enrichi en CO2 (9) étant reliés fluidiquement à la calandre.
  14. Appareil selon la revendication 13 dans lequel un des faisceaux tubulaires (F1) est relié fluidiquement aux moyens pour envoyer le courant d’eau de refroidissement et un autre des faisceaux tubulaires (F2) est relié aux moyens pour envoyer le courant de CO2 liquide (19).
FR2304897A 2023-05-17 2023-05-17 Procédé et appareil de refroidissement et de séparation d'un débit de CO2 contenant un premier composant Active FR3148835B1 (fr)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2304897A FR3148835B1 (fr) 2023-05-17 2023-05-17 Procédé et appareil de refroidissement et de séparation d'un débit de CO2 contenant un premier composant
PCT/EP2024/060696 WO2024235564A1 (fr) 2023-05-17 2024-04-19 Procédé et appareil de refroidissement et de séparation d'un débit de co2 contenant un premier composant
EP24721553.6A EP4713119A1 (fr) 2023-05-17 2024-04-19 Procédé et appareil de refroidissement et de séparation d'un débit de co2 contenant un premier composant
KR1020257037906A KR20260010702A (ko) 2023-05-17 2024-04-19 제1 성분을 함유하는 co2 흐름을 냉각 및 분리하기 위한 방법 및 장치

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2304897A FR3148835B1 (fr) 2023-05-17 2023-05-17 Procédé et appareil de refroidissement et de séparation d'un débit de CO2 contenant un premier composant
FR2304897 2023-05-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR3148835A1 true FR3148835A1 (fr) 2024-11-22
FR3148835B1 FR3148835B1 (fr) 2025-04-11

Family

ID=87748232

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2304897A Active FR3148835B1 (fr) 2023-05-17 2023-05-17 Procédé et appareil de refroidissement et de séparation d'un débit de CO2 contenant un premier composant

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4713119A1 (fr)
KR (1) KR20260010702A (fr)
FR (1) FR3148835B1 (fr)
WO (1) WO2024235564A1 (fr)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5607011A (en) * 1991-01-25 1997-03-04 Abdelmalek; Fawzy T. Reverse heat exchanging system for boiler flue gas condensing and combustion air preheating
GB2416389A (en) 2004-07-16 2006-01-25 Statoil Asa Multi-step cooling and compression to form liquid carbon dioxide
WO2010141995A1 (fr) * 2009-06-12 2010-12-16 Cool Energy Limited Procédé et appareil pour adoucir et liquéfier un courant de gaz
WO2012162690A2 (fr) * 2011-05-26 2012-11-29 Brigham Young University Systèmes et procédés de séparation de vapeurs condensables à partir de gaz légers ou de liquides par le biais de processus cryogéniques de récupération
WO2017216456A1 (fr) * 2016-06-16 2017-12-21 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Appareil et procédé de séparation de co2 à basse température comprenant une étape de séparation par perméation
EP3828393A1 (fr) * 2018-07-23 2021-06-02 Velloso Mohedano, Javier Carlos Installation pour la production d'énergie mécanique au moyen d'un cycle combiné de puissance

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5607011A (en) * 1991-01-25 1997-03-04 Abdelmalek; Fawzy T. Reverse heat exchanging system for boiler flue gas condensing and combustion air preheating
GB2416389A (en) 2004-07-16 2006-01-25 Statoil Asa Multi-step cooling and compression to form liquid carbon dioxide
WO2010141995A1 (fr) * 2009-06-12 2010-12-16 Cool Energy Limited Procédé et appareil pour adoucir et liquéfier un courant de gaz
WO2012162690A2 (fr) * 2011-05-26 2012-11-29 Brigham Young University Systèmes et procédés de séparation de vapeurs condensables à partir de gaz légers ou de liquides par le biais de processus cryogéniques de récupération
WO2017216456A1 (fr) * 2016-06-16 2017-12-21 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Appareil et procédé de séparation de co2 à basse température comprenant une étape de séparation par perméation
EP3828393A1 (fr) * 2018-07-23 2021-06-02 Velloso Mohedano, Javier Carlos Installation pour la production d'énergie mécanique au moyen d'un cycle combiné de puissance

Also Published As

Publication number Publication date
KR20260010702A (ko) 2026-01-21
FR3148835B1 (fr) 2025-04-11
WO2024235564A1 (fr) 2024-11-21
EP4713119A1 (fr) 2026-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1869385B1 (fr) Procede et installation integres d'adsorption et de separation cryogenique pour la production de co2
US6301927B1 (en) Autorefrigeration separation of carbon dioxide
US12084347B2 (en) Process and plant for producing hydrogen and for separating carbon dioxide from synthesis gas
JPS581350B2 (ja) 気体酸素製造法及び該製造法実施用低温プラント
FR2934170A3 (fr) Procede et appareil de separation d'un debit ayant comme un des composants principaux du dioxyde de carbone
EP2959243B1 (fr) Séparation à température subambiante d'un mélange gazeux contenant du dioxyde de carbone et un contaminant plus léger
EP3899389A1 (fr) Appareil et procédé de séparation d'air par distillation cryogénique
JPH01104690A (ja) 重炭化水素と高純度水素生成物の分離および回収の方法
FR3127558A1 (fr) Procédé et appareil de séparation à basse température d’un gaz contenant du CO2 pour produire un fluide riche en CO2
FR3125434A1 (fr) Procédé et appareil de séparation membranaire d’un mélange contenant comme composants principaux de l’hydrogène et du dioxyde de carbone
CA3225233A1 (fr) Procede et appareil de separation d'un melange d'hydrogene et de dioxyde de carbone
CA1339975C (fr) Procede et installation de production simultanee d'hydrogene et de monoxyde de carbone
WO2024235564A1 (fr) Procédé et appareil de refroidissement et de séparation d'un débit de co2 contenant un premier composant
WO2013014349A1 (fr) Procédé et appareil de refroidissement et de compression d'un gaz humide riche en dioxyde de carbone
CA2911248A1 (fr) Purification, recuperation et recyclage de gaz d'event
FR2884304A1 (fr) Procede integre d'absorption et de separation cryogenique pour la production de co2 et installation pour la mise en oeuvre du procede
WO2023222637A1 (fr) Procédé et appareil de séparation à basse température d'un gaz contenant du co2 pour produire un fluide riche en co2
FR3054304A1 (fr) Procede et appareil de lavage a temperature cryogenique pour la production d’un melange d’hydrogene et d’azote
FR3058207A1 (fr) Procede de separation cryogenique d'un melange d'hydrogene et de monoxyde de carbone
FR3119885A3 (fr) Séparation d’hélium d’un mélange par perméation et condensation partielle
FR3148836A1 (fr) Procédé et appareil de séparation d’un mélange contenant du CO2
FR3161940A3 (fr) Procédé de capture de dioxyde de carbone à partir d'un flux de gaz de synthèse reçu d'une unité de production de gaz de synthèse
CA3250041A1 (fr) Method and apparatus for low-temperature separation of a gas containing co2 to produce a co2-rich fluid
WO2025243220A1 (fr) Procédé et appareil de séparation cryogénique d'hydrogène et de dioxyde de carbone
FR3154626A3 (fr) Procédé de capture de CO2

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20241122

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3