WO2010043797A1 - Procédé de production d'énergie et capture du co2 - Google Patents

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oxidation
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effluents
fuel
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Simon Jallais
Ivan Sanchez-Molinero
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C10/00—Fluidised bed combustion apparatus
    • F23C10/01—Fluidised bed combustion apparatus in a fluidised bed of catalytic particles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C13/00—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/99008—Unmixed combustion, i.e. without direct mixing of oxygen gas and fuel, but using the oxygen from a metal oxide, e.g. FeO
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the present invention relates to a process for producing energy by oxidation of a carbonaceous fuel, comprising the capture of the carbon dioxide product, and a device implementing this method.
  • Carbon dioxide (CO 2 ) is produced in large quantities by certain human activities, in particular during the industrial production of energy based on the oxidation of carbon compounds, typically the combustion of so-called "fossil” fuels (natural gas, coal, petroleum and their derivatives).
  • fluorescence fuels natural gas, coal, petroleum and their derivatives.
  • industrialists increasingly want to reduce, or even cancel, the release of CO 2 into the atmosphere, by storing it in appropriate geological layers or by valuing it as a product.
  • the CO 2 is found in the fumes, mixed with other products of the reactions involved, and / or compounds which have not or not completely reacted, and / or possibly less reactive or inert compounds, for example nitrogen in the case of a conventional combustion in air.
  • to store or recover this CO 2 it is desirable, even necessary, to obtain it in a sufficiently concentrated form.
  • some residual compounds may be detrimental to a particular use, such as oxygen or nitrogen oxides in the case of EOR (Enhanced OR Recovery or Enhanced Oil Recovery).
  • the first encompasses processes that include extensive post-treatment of fumes or purges related to separations or purifications of CO2. These include the following post-treatments:
  • US 4440731 described by For example, the method of absorbing CO2 in combustion fumes in air, by contact with an aqueous solution of alkanolamine. It proposes the use of additives to reduce the degradation of the solution and to reduce the corrosion that this solution causes in metals.
  • US 5318758 discloses a device for removing CO2 from the exhaust gas by means of an absorbent containing an aqueous alkanolamine solution; washing with an ammonia solution.
  • the second family includes methods for carrying out oxidation of said fuel and heat recovery without introducing undesired compounds found as such in the flue gas or purges, or causing the presence of undesired elements in these fumes or purges.
  • oxyfuel combustion or, more generally, processes where the oxidant is a mixture that is more or less enriched in oxygen, up to pure oxygen.
  • a fraction of the fumes can be recycled for thermal reasons (ballast effect) and / or reaction (if they contain interesting reagents).
  • These methods consume a lot of oxygen, usually from separation of air by cryogenic distillation.
  • special materials may be necessary, or special devices, such as burners or heat exchangers.
  • US 6955051 discloses a boiler for producing steam by combustion of a fuel with an oxidant whose oxygen concentration is higher than that of air.
  • US 6436337 describes an oxygen combustion system comprising an oven with at least one burner, means for providing a flow comprising at least 85% oxygen and a carbonaceous fuel and control devices.
  • the Cost and Performance Base report for the Fossil Energy Plants Desk, published by the US Department of Energy (DoE) in May 2007, provides a description of this technology, with detailed energy and mass balances.
  • This second category also includes gasification, which consists of a partial oxidation of the fuel, followed by treatments to decarbonize the syngas produced.
  • the decarbonized synthesis gas can then be used as fuel in a specific combustion turbine. This process also consumes relatively pure pressurized oxygen.
  • the combustion turbine has not yet been developed industrially.
  • the Cost and Performance Baseline for Fossil Energy Plants Desk Reference, cited above, also provides a detailed description of this technology.
  • thermochemical loop comprising oxidation and reduction chambers, cyclones for separating solid particles from effluent gases, heat exchangers and means of production. of electrical energy from the thermal energy released.
  • the application WO2008036902, "Chemical looping combustion” presents an implementation of the chemical loop principle, in particular thanks to a reactor composed of rotary compartments.
  • the fumes produced by the reaction generally contain undesired or even toxic compounds, such as CO. For this reason, chemical looping techniques do not allow easy capture of CO2.
  • An object of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of the prior art, in particular the consumption of a large amount of an oxidant generally requiring an air separation unit by cryogenic distillation or the systematic recourse to important post-treatments of the fumes or purging of the process.
  • the invention firstly relates to a process for producing energy by oxidizing a carbonaceous fuel and capturing the resulting carbon dioxide (CO2), comprising
  • a chemical loop step in which said fuel is oxidized by contact with at least one active oxygen-carrying compound, said oxidation producing primary effluents and reducing said active compound, said reduced active compound being then recovered, regenerated by oxidation at contacting a gas comprising oxygen, said regeneration producing regeneration effluents and said regenerated active compound being recovered to oxidize said fuel; b) a step of secondary oxidation of said primary effluents by at least one gas comprising predominantly oxygen, said secondary oxidation producing secondary effluents; c) transfer by heat exchange to at least one thermal fluid of at least a portion of the heat evolved by said chemical loop and secondary oxidation steps; and d) a post-treatment of said secondary effluents comprising one or more of the following: water condensation drying, compression, cooling, passage through adsorbents and / or polymeric and / or ceramic membranes, cryogenic distillation .
  • the solution according to the invention mainly combines two oxidation steps a) and b), with a step c) of recovery of the energy released by the oxidation steps and a step d) of treatment and conditioning. effluents.
  • steps a) and b) are opposed from the point of view of oxygen consumption, the inventors have established that it is technically and economically advantageous to combine them.
  • the chemical looping step a) is known not to require very pure oxygen, therefore a priori no separation of air, while step b) requires an oxidant containing a majority of oxygen, ie at least 50% by volume, which generally requires separation of the air.
  • this oxidant does not contain undesired elements (nitrogen, inert, non-completely oxidized compounds, etc.).
  • the oxidant used in step b) contains at least 95% oxygen by volume and, even more preferably, at least 99%.
  • step b) which uses an oxidant enriched in oxygen with respect to air, the quantities of inert gases other than CO2 and H2O, such as N2 or Ar, are considerably reduced in the effluents. Furthermore, the inventors have determined that the amounts of oxidant required in step b) remain reasonable.
  • the combination of the two steps a) and b) makes it possible to generate more energy from the same fuel reference flow rate than if there had been only a chemical loop oxidation.
  • step d) a purification of the CO 2 may be useful in some cases, for example if, in step b), an excess of oxygen with respect to the stoichiometry has been used and it is not desired to residual oxygen in the fumes, or even if the CO2 is intended for a particular application requiring a very high purity.
  • steps a) and b) make the constraints to satisfy step d) not too severe. This allows savings on the unit process or processes that constitute it.
  • the carbonaceous fuel can be solid, liquid or gaseous, or multiphase. It may be a conventional fuel, such as natural gas or naphtha, or a purge from another process, or coal, coke, petroleum coke, biomass or petroleum residues.
  • step a it is brought into contact with one or more oxygen-carrying active compounds.
  • active compounds may in particular be metals, in a form sometimes oxidized, sometimes reduced.
  • the bottom line is that the active compounds can bind the oxygen to a higher oxidation state and release oxygen back to a lower oxidation state.
  • the carbonaceous fuel reacts with an oxidized form of the active compounds. This results, on the one hand, the active compound (s) in a reduced form and, on the other hand, effluents which are the products of the oxidation of said fuel.
  • the active compounds are recovered, for example by physical separation, and then brought into contact with a gas containing oxygen. Upon contact, the active compounds fix oxygen. This can be done simultaneously or successively and can take several steps. At the end of this regeneration, they are again ready to be used for the oxidation of said fuel.
  • the oxidation of the active compounds of the chemical loop is exothermic, whereas their reduction on contact with the fuel is endothermic. It happens nevertheless at high temperature.
  • the secondary oxidation in step b) is also exothermic.
  • step c) Part of the heat released by the chemical reactions implemented in steps a) and b) is recovered by heat exchange.
  • This is the subject of step c) of the process according to the invention. It is important to note that this step c) may include many heat exchanges so as to recover heat where it is located. This can be recovered in particular in or around the reaction media, or in the primary effluent, secondary, and / or regeneration.
  • the heat energy is partly transferred to one or more heat transfer fluids, such as steam or hot oil, according to methods known to those skilled in the art. These fluids, possibly produced at different pressure and / or temperature levels, can be used as they are or to produce mechanical and / or electrical energy.
  • the water contained in the effluents of steps a) and / or b) may optionally be separated from the main flow by cooling resulting in its condensation and / or by an additional drying operation. This may also only occur in step d).
  • Secondary effluents are post-treated in step d). This may include one or more operations. Their type and the order in which they are carried out depend on the purpose of the capture of CO2, according to methods conventional for those skilled in the art. In particular, the following operations can be mentioned:
  • traces for example heavy metals (ie Hg, V, Pb), halides (ie Na, K), acids (ie HCl, HF), nitrogen compounds (ie oxides of nitrogen, ammonia), sulfur compounds (ie sulfur oxides, H 2 S), for example by physical or chemical adsorption on doped or non-doped activated carbon beds, or other materials; phase separation, which reduces the content of more volatile compounds (i.e. N2, Ar, O2) in the liquid phase, which will be enriched in CO2; - cryogenic distillation, which makes it possible to deepen the separation of the more volatile compounds, and in particular to reach very low concentrations of oxygen and nitrogen oxides in the main product rich in CO2;
  • heavy metals ie Hg, V, Pb
  • halides ie Na, K
  • acids ie HCl, HF
  • nitrogen compounds ie oxides of nitrogen, ammonia
  • sulfur compounds ie sulfur oxides, H 2 S
  • phase separation which reduces the content of
  • step d) can be influenced by the preceding steps. For example, if catalysts sensitive to pollutants present in the effluents to be treated are used in step b), some of the operations mentioned above as being able to be part of step d) are rather carried out before the step b). In particular, if the catalyst contains cobalt (Co) metal, it can be inactivated by the presence of sulfur in the effluent to be oxidized. In this case, it is necessary to include desulfurization and trace purification operations before step b).
  • Co cobalt
  • the method in question may further include one or more of the following features:
  • said active compound used by said chemical loop step is in the form of solid particles; said method comprises transfer by heat exchange to at least one thermal fluid of at least a portion of the heat contained in said solid particles.
  • the oxygen-carrying active compound (s) are generally used in the form of solid particles. These particles consist of the active compound or compounds, optionally agglomerated with a binder material according to techniques known to those skilled in the art. It will focus in particular on: to give them a specific capacity (per unit mass) to fix and release the highest possible oxygen, to give them good mechanical resistance, particularly to attrition, to promote the kinetics of reaction between said particles and said carbonaceous fuel and between said particles and the gas comprising oxygen. This feature can be called responsiveness.
  • the method according to the invention may further comprise one or more of the following features:
  • said gas for oxidizing said active compound at said chemical loop step is air; the effluents resulting from said regeneration of said active oxygen-carrying compound are used for the preparation of a reduced-oxygen gas. a part of the energy contained in said thermal fluid is converted into mechanical and / or electrical energy.
  • the effluents resulting from the regeneration of the active compounds in step a) are depleted of oxygen.
  • the invention has the additional advantage of providing a residual gas that can be used in inerting applications.
  • Part of the thermal fluids produced by heat exchange can be converted into mechanical energy, for example by steaming. Part of this mechanical energy can then be converted into electricity.
  • the invention further relates to a device for producing energy by oxidizing a carbonaceous fuel and capturing the resulting CO2, comprising:
  • an installation comprising a chemical loop including at least one reactor for oxidizing said carbonaceous fuel in contact with solid particles incorporating at least one active oxygen-carrying compound, said chemical loop relating to said particles;
  • a reactor for oxidizing a gas having at least one inlet for said gas to be oxidized and at least one other inlet connected to a source of gas comprising predominantly oxygen; and at least two heat exchangers for heating at least one thermal fluid, one located in said installation comprising a chemical loop, the other at said oxidation reactor of said gas, said exchangers being able to be within said reactors, or crossed by said effluent and / or said solid particles; characterized in that said gas inlet to be oxidized from said catalytic oxidation reactor is connected to at least one outlet of said oxidation reactor of said fuel so as to receive effluents produced by said oxidation reactor of said fuel.
  • Said exchangers can be located within said reactors, or traversed by said effluents and / or said solid particles.
  • the device according to the invention may comprise one or more of the following characteristics: it comprises at least one steam turbine connected at the inlet and / or in its intermediate stages to one or more steam pipes coming from said heat exchangers; - Said steam turbine is mechanically coupled to an electricity generator so as to drive said generator.
  • the device preferably operates at a pressure greater than that of the surrounding and incorporates means to ensure a good seal of the various components, to avoid possible air inlets which would introduce in particular nitrogen and water. oxygen in the effluents.
  • the operating pressure must not be too high either. Indeed, this would induce additional energy expenditure of gas compression and construction constraints.
  • the ideal target pressure is between -0.1 barg and 1 barg, preferably between -0.05 barg and 0.3 barg.
  • a coal 4 is oxidized in contact with solid ilmenite in reactor 2.
  • This oxidation produces primary effluents 5 and ilmenite in reduced form 9.
  • This is introduced into reactor 3 where it This reaction produces an oxygen-depleted air 7 that can be used for its inert properties and ilmenite that is sent back into reactor 2 to oxidize the coal 4.
  • Tubular heat exchangers 10a, 10b, 10c, 10d are put in place on the output streams of these reactors to produce steam. This steam is introduced into a steam turbine not shown in the figure to produce electricity.
  • the primary effluents 11 and pure oxygen 13 are then introduced into the secondary oxidation reactor 12 consisting of a solid vanadium oxide bed and having within it a heat exchanger 10e.
  • This reaction produces secondary effluents 14 free of carbon monoxide, hydrocarbons and hydrogen sulfide, the heat of which is recovered by the use of a tubular exchanger 10f.
  • the cooled secondary effluents consisting mainly of carbon dioxide are then fed to a post-treatment 16 consisting of adsorption drying and cryogenic distillation.
  • This post-treatment produces CO2 17 in supercritical form and a stream 18 containing residual impurities such as nitrogen, oxygen and argon.
  • heat is recovered in the exchanger 10g.
  • the product 17 is then sent to an appropriate underground storage site.
  • the inventors then carried out process calculations corresponding to the combination of the chemical loop 1 carried out in step a) with the secondary oxidation 12 carried out in step b).
  • the chemical loop they integrated the average composition estimated from the article. They dimensioned the secondary oxidation reaction 12 on the basis of a flow rate of 329 t / h of effluents 11 from coal oxidation reactor 2, corresponding to an overall plant size capable of producing 450 MW of electricity. .
  • the secondary oxidation reaction 12 was calculated under adiabatic conditions (but it could have been in an exchanger reactor), from reagents 11, 13 taken at room temperature.
  • the composition of the effluents 14 resulting from the secondary oxidation 12 is much more suitable for the capture of CO2. Indeed, there is almost no CO, H2, CH4. The amount of residual oxygen and argon is minimal. Extremely reduced after-treatment, which is the subject of step d) of the process according to the invention, is then sufficient to condition the CO2 for storage or use as a product.
  • the secondary oxidation step makes it possible to release an additional energy of 134 MW thermal, for an injected oxidant flow of the order of 35 to 37 tons / h.
  • the main advantages of the invention are to increase the recovered thermal power and to reduce the amount of undesired compounds in the CO2 to be captured, such as oxygen, hydrogen, H2S, NH3, CH4 CO and hydrocarbons, with reasonable consumption of oxidant containing predominantly oxygen.

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Abstract

Procédé de production d'énergie par oxydation d'un combustible carboné (4) et de capture du dioxyde de carbone (CO2) résultant, comprenant : - une étape de boucle chimique (1) - une étape d'oxydation secondaire (12), - un transfert par échange de chaleur (10a-10f), - un post-traitement (16).

Description

Procédé de production d'énergie et capture du CO2
La présente invention concerne un procédé de production d'énergie par oxydation d'un combustible carboné, comprenant la capture du dioxyde de carbone produit, ainsi qu'un dispositif mettant en œuvre ce procédé.
Du dioxyde de carbone (CO2) est produit en grande quantité par certaines activités humaines, en particulier lors de la production industrielle d'énergie reposant sur l'oxydation de composés carbonés, typiquement la combustion de combustibles dits « fossiles » (gaz naturel, charbon, pétrole et leurs dérivés). Pour des raisons environnementales et/ou économiques, les industriels souhaitent de plus en plus réduire, voire annuler, les rejets de CO2 dans l'atmosphère, en le stockant dans des couches géologiques appropriées ou en le valorisant en tant que produit.
En l'absence de traitements particuliers, le CO2 se retrouve dans les fumées, mélangé à d'autres produits des réactions mises en jeu, et/ou à des composés n'ayant pas, ou pas complètement réagi, et/ou éventuellement à des composés peu réactifs ou inertes, par exemple l'azote dans le cas d'une combustion classique à l'air. Or, pour stocker ou valoriser ce CO2, il est souhaitable, voire nécessaire, de l'obtenir sous une forme suffisamment concen- trée. Par exemple, pour des raisons de coût énergétique et économiques, on ne souhaite pas comprimer, transporter ou stocker autre chose que du CO2. En outre, certains composés résiduels peuvent être néfastes pour une utilisation donnée, comme par exemple l'oxygène ou les oxydes d'azote dans le cas de l'EOR (en anglais : Enhanced OU Recovery ou récupération améliorée du pétrole).
Un certain nombre de techniques ont donc été développées pour oxyder ledit combustible, récupérer la chaleur dégagée et obtenir un mélange post réactionnel riche en CO2. On peut les diviser en deux grandes familles.
La première englobe les procédés qui comprennent un post-traitement important des fumées ou des purges s 'apparentant à des séparations ou des purifications du CO2. Citons notamment les post-traitements suivants :
le lavage aux aminés. Celles-ci fixent le CO2, puis le restituent par chauffage. La solution d'aminés utilisée présente certains inconvénients de corrosion et de toxicité, ainsi qu'une demande énergétique élevée pour régénérer la solution d'aminés par chauffage et une dégradation de la solution en question au contact de polluants présents dans les fumées. Le document US 4440731 décrit par exemple le procédé d'absorption de CO2 dans des fumées de combustion à l'air, par contact avec une solution aqueuse d'alkano lamine. Il propose l'utilisation d'additifs pour diminuer la dégradation de la solution et pour réduire la corrosion que cette solution provoque dans les métaux. Le document US 5318758 présente un dispositif pour enlever le CO2 de gaz d'échappement grâce à un absorbant contenant une solution aqueuse d'alkanolamine ; le lavage par une solution d'ammoniac. Il réalise un cycle régénératif carbonate/bicarbonate d'ammonium. L'étape de régénération est moins consommatrice d'énergie que dans le procédé précédent, mais l'énergie nécessaire reste néanmoins considérable et l'industrialisation du procédé est en cours. Ce procédé est décrit dans le brevet US 7255842 Bl, dans lequel des fumées de combustion classique à l'air sont refroidies, puis oxydées, pour les faire réagir avec des composés ammoniaques et produire de ce fait des sels ammoniaques ; la séparation par adsorption sélective, par exemple sur des tamis moléculaires par des techniques PSA/VSA (en anglais : pressure swing adsorption/vacuum swing adsorption). Elle présente l'inconvénient d'être limitée en taille. En outre, une dégradation des adsorbants par des polluants peut se produire ; la séparation par perméation à travers des membranes. Elle présente également des limites de taille et le même problème de dégradation des membranes par cer- tains polluants ; la distillation ou la solidification cryogéniques. Ces deux technologies sont assez difficiles à mettre en œuvre. Ces procédés sont l'objet des documents EP 13555716 et EP 1601443, qui ajoutent à la capture du CO2 celle du SO2 potentiellement présent dans les fumées.
La seconde famille comprend les procédés visant réaliser l'oxydation dudit combustible et la récupération de chaleur sans introduire de composés non souhaités se retrouvant tels quels dans les fumées ou purges, ou entraînant la présence d'éléments non souhaités dans ces fumées ou purges.
Citons en particulier l'oxycombustion, ou plus généralement les procédés ou l'oxydant est un mélange plus ou moins enrichi en oxygène, allant jusqu'à l'oxygène pur. De manière optionnelle, une fraction des fumées peut-être recyclée pour des raisons thermiques (effet de ballast) et/ou réactionnelles (si elles contiennent des réactifs intéressants). Ces méthodes consomment beaucoup l'oxygène, en général issu d'une séparation de l'air par distillation cryogénique. En outre, selon le degré d'enrichissement de l'oxydant en oxygène, des matériaux spéciaux peuvent s'avérer nécessaires, ou bien des dispositifs particuliers, tels que des brûleurs ou des échangeurs de chaleur. Le document US 6955051 décrit une chaudière de production de vapeur par combustion d'un combustible avec un oxydant dont la concentration en oxygène est plus élevée que celle de l'air. Le document US 6436337 décrit quant à lui un système de combustion à l'oxygène comprenant un four avec au moins un brûleur, des moyens pour fournir un débit comprenant au moins 85% d'oxygène et un combustible carboné et des dispositifs de contrôle. Le rapport Cost and Performance Base- Une for Fossil Energy Plants Desk Référence publié par le DoE (Department of Energy) des Etats-Unis en mai 2007, fournit une description de cette technologie, avec des bilans masse et énergie détaillés.
Cette seconde catégorie comporte aussi la gazéification, qui consiste en une oxydation partielle du combustible, suivie de traitements pour décarboniser le gaz de synthèse produit. Le gaz de synthèse décarbonisé peut ensuite être utilisé comme combustible dans une turbine à combustion spécifique. Ce procédé consomme également de l'oxygène pressurisé assez pur. De plus, la turbine à combustion n'a pas encore été développée industriel- lement. Le rapport Cost and Performance Baseline for Fossil Energy Plants Desk Référence, cité plus haut, fournit également une description détaillée de cette technologie.
Plus récemment, des techniques dites de « boucle chimique » (en anglais : chemical looping) ont fait leur apparition. Elles ne nécessitent pas d'utiliser un oxydant spécial, ce qui évite en particulier d'avoir à injecter de l'oxygène obtenu en général par distillation cryogénique. Elles mettent en œuvre un composé actif solide, en général métallique, qui fixe chimiquement l'oxygène d'un mélange gazeux en comportant et sert ensuite à oxyder un composé carboné solide, liquide ou gazeux. En général, ledit composé actif circule en boucle, d'un réacteur où s'opère son oxydation au contact d'un mélange gazeux comprenant de l'oxygène, vers au moins un autre réacteur où il est réduit au cours de la réaction d'oxydation dudit combustible carboné. Cette réduction régénère le composé, qui peut être à nouveau utilisé pour fixer de l'oxygène. Le composé actif est en général utilisé sous forme d'un lit de particules fluidisé et circulant. Il se sépare facilement des mélanges gazeux, par exemple par un cyclone.
On peut citer notamment le document WO2007104655 Al qui décrit une centrale thermique incluant une boucle thermochimique, comprenant des chambres d'oxydation et de réduction, des cyclones pour séparer des particules solides des gaz effluents, des échan- geurs de chaleur et des moyens de production d'énergie électrique à partir de l'énergie thermique dégagée. La demande WO2008036902, « Chemical looping combustion », présente une mise en œuvre du principe de boucle chimique, en particulier grâce à un réacteur composé de compartiments rotatifs. Malheureusement, en l'état actuel de la technique de boucle chimique appliquée à l'oxydation d'un combustible carboné, les fumées produites par la réaction contiennent en général des composés non souhaités, voire toxiques, comme le CO. Pour cette raison, les techniques de boucle chimique ne permettent pas une capture facile du CO2.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur, en particulier la consommation d'une grande quantité d'un oxydant nécessitant en général une unité de séparation d'air par distillation cryogénique ou le recours systématique à des post-traitements importants des fumées ou purge du procédé.
L'invention concerne d'abord un procédé de production d'énergie par oxydation d'un combustible carboné et de capture du dioxyde de carbone (CO2) résultant, comprenant
a) une étape de boucle chimique dans laquelle ledit combustible est oxydé par contact avec au moins un composé actif transporteur d'oxygène, cette oxydation produisant des effluents primaires et réduisant ledit composé actif, ledit composé actif réduit étant ensuite récupéré, régénéré par oxydation au contact d'un gaz comportant de l'oxygène, ladite régénération produisant des effluents de régénération et ledit com- posé actif régénéré étant récupéré pour oxyder ledit combustible ; b) une étape de d'oxydation secondaire desdits effluents primaires par au moins un gaz comprenant majoritairement de l'oxygène, ladite oxydation secondaire produisant des effluents secondaires ; c) un transfert par échange de chaleur vers au moins un fluide thermique d'au moins une partie de la chaleur dégagée par lesdites étapes de boucle chimique et d'oxydation secondaire ; et d) un post-traitement desdits effluents secondaires comportant une ou plusieurs des opérations suivantes : séchage par condensation de l'eau, compression, refroidissement, passage à travers des adsorbants et/ou des membranes polymères et/ou céra- miques, distillation cryogénique.
On voit que la solution selon l'invention combine principalement deux étapes d'oxydation a) et b), avec une étape c) de récupération de l'énergie dégagée par les étapes d'oxydation et une étape d) de traitement et de conditionnement des effluents. Bien que les étapes a) et b) s'opposent du point de vue de la consommation d'oxygène, les inventeurs ont établi qu'il est techniquement et économiquement intéressant de les combiner. En effet, l'étape a) de boucle chimique est connue pour ne pas nécessiter d'oxygène très pur, donc a priori pas de séparation d'air, tandis que l'étape b) requiert un oxydant contenant majoritai- rement de l'oxygène, c'est à dire au moins 50% en volume, ce qui requiert en général une séparation de l'air. Il est en outre préférable que cet oxydant ne contienne pas d'éléments non souhaités (azote, inertes, composés non totalement oxydés...). De manière préférée, l'oxydant utilisé à l'étape b) contient au moins 95% d'oxygène en volume et, de manière encore plus préférée, au moins 99%.
La combinaison des deux étapes a) et b) a l'avantage de générer des fumées permettant une capture aisée du CO2. En particulier, des espèces non souhaitées, comme H2, CO, CH4, ou encore NH3, H2S ou des hydrocarbures, se retrouvent en quantités très réduites, voire nulle, dans les effluents. Grâce à l'étape b), qui utilise un oxydant enrichi en oxygène par rapport à l'air, les quantités de gaz inertes autres que CO2 et H2O, comme N2 ou Ar, sont considérablement réduites dans les effluents. Par ailleurs, les inventeurs ont déterminé que les quantités d'oxydant nécessaires à l'étape b) restent raisonnables.
En outre, la combinaison des deux étapes a) et b) permet de générer davantage d'énergie à partir du même débit de référence en combustible que s'il n'y avait eu qu'une oxydation par boucle chimique.
A l'étape d), une purification du CO2 peut s'avérer utile dans certains cas, par exemple si on a utilisé à l'étape b) un excès d'oxygène par rapport à la stœchiométrie et qu'on ne souhaite pas d'oxygène résiduel dans les fumées, ou bien encore si le CO2 est destiné à une application particulière requérant une très grande pureté. Dans tous les cas, les étapes a) et b) font que les contraintes à satisfaire à l'étape d) ne sont pas trop sévères. Ceci permet des économies sur le ou les procédés unitaires qui la constituent.
Le combustible carboné peut être solide, liquide ou gazeux, ou polyphasique. Il peut être un combustible classique, comme du gaz naturel ou du naphta, ou une purge d'un autre procédé, ou du charbon, du coke, du coke de pétrole, de la biomasse ou des résidus pétroliers.
A l'étape a), il est mis en contact avec un ou plusieurs composés actifs transporteurs d'oxygène. Cette mise en contact peut être simultanée ou successive. Ces composés actifs peuvent être notamment des métaux, sous une forme tantôt oxydée, tantôt réduite. Ici il faut donner une sens relatif à « oxydé » et « réduit ». L'essentiel est que les composés actifs puissent fixer l'oxygène en passant à un degré d'oxydation plus élevé et relâcher de l'oxygène en repassant à un degré d'oxydation inférieur. Le combustible carboné réagit avec une forme oxydée des composés actifs. Il en résulte, d'une part, le ou les composés actifs sous une forme réduite et, d'autre part, des ef- fluents qui sont les produits de l'oxydation dudit combustible. Les composés actifs sont récupérés, par exemple par une séparation physique, puis mis en contact avec un gaz conte- nant de l'oxygène. A son contact, les composés actifs fixent de l'oxygène. Ceci peut se faire simultanément ou successivement et peut prendre plusieurs étapes. A l'issue de cette régénération, ils sont à nouveau prêts à être utilisés pour l'oxydation dudit combustible.
En général, l'oxydation des composés actifs de la boucle chimique est exothermique, tandis que leur réduction au contact du combustible est endothermique. Elle se passe néanmoins à haute température. L'oxydation secondaire dans l'étape b) est également exothermique.
A l'étape b), les effluents primaires sont oxydés par un gaz contenant de l'oxygène. Les inventeurs ont établi qu'il est préférable de réaliser l'oxydation en présence d'un ou plusieurs catalyseurs. Ils peuvent contenir en particulier un ou plusieurs des éléments chimiques suivants : Fe, V, Co, Rh. La réaction a normalement lieu à une pression absolue inférieure à 50.105 Pa (soit 50 bars absolus), à une température normalement inférieure à 10000C. Elle produit des effluents chauds dans lesquels on s'arrange pour que la teneur ré- siduelle en oxygène soit en général inférieure à 5% en volume, de préférence inférieure à 2% en volume. On s'arrange en général aussi pour que la teneur résiduelle en gaz réactifs (CO, H2, CH4, hydrocarbures) soit inférieure à 5% en volume, de préférence inférieure à 2% en volume. Il s'agit donc de réaliser une réaction chimique avec addition de réactifs dans des proportions proches de la stœchiométrie et d'obtenir des taux de réaction élevés, de façon à diminuer la présence de réactifs en excès.
Une partie de la chaleur dégagée par les réactions chimiques mises en œuvre aux étapes a) et b) est récupérée par échange thermique. Ceci fait l'objet de l'étape c) du procédé selon l'invention. Il est important de noter que cette étape c) peut comprendre de nom- breux échanges thermiques de façon à récupérer la chaleur là où elle se trouve. Celle-ci peut être récupérée notamment dans ou autour des milieux réactionnels, ou bien dans les effluents primaires, secondaires, et/ou de régénération. L'énergie thermique est en partie transférée à un ou des fluides caloporteurs, comme de la vapeur ou de l'huile chaude, selon des modalités connues de l'homme du métier. Ces fluides, éventuellement produits à diffé- rents niveaux de pression et/ou de température, peuvent être utilisés tels quels ou pour produire de l'énergie mécanique et/ou électrique. L'étape exothermique d'oxydation secondaire peut intervenir sur un effluent chaud en sortie de la boucle chimique, avec l'avantage de générer lors de la réaction d'oxydation secondaire une chaleur qui sera disponible à plus haute température. Ceci permet un rendement de conversion plus élevé en travail ou en électricité. L'oxydation secondaire peut éga- lement intervenir sur un effluent ayant subi un refroidissement en sortie de la boucle chimique, ce qui facilite ladite oxydation secondaire, avec moins de contraintes de construction ou de matériaux. Si le refroidissement cité est important, il peut conduire à la condensation de l'eau contenue dans les fumées, avec l'avantage de diminuer le volume total de gaz à traiter dans b).
L'eau contenue dans les effluents des étapes a) et/ou b) peut éventuellement être séparée du débit principal par un refroidissement aboutissant à sa condensation et/ou par une opération supplémentaire de séchage. Ceci peut aussi n'avoir lieu qu'à l'étape d).
Les effluents secondaires sont post-traités à l'étape d). Celle-ci peut comprendre une ou plusieurs opérations. Leur type et l'ordre dans lequel elles sont réalisées dépendent de la finalité de la capture du CO2, selon des modalités classiques pour l'homme de la technique. On peut citer en particulier les opérations suivantes :
- refroidissement des effluents, permettant la condensation de l'eau et sa séparation, ledit refroidissement pouvant se faire par échange avec un fluide thermique, en circuit ouvert ou fermé. L'énergie récupérée peut être valorisée ou dissipée dans l'environnement ; désazotation des fumées (traitement de-NOx), par ajout d'ammoniaque, d'urée ou d'autres composés azotés, de façon catalytique ou non (procédés industriels usuels dits SCR ou NSCR) ;
- désulfuration des fumées, selon des procédés industriels usuels, par exemple par réaction avec CaCO3 ou Ca(OH)2, par lavage avec des composés aminés (procédé Cansolv), ou autres ; - dépoussiérage, par exemple par fîltration (i.e. filtre à manches, filtre céramique), et/ou par précipitation électrostatique (sèche ou humide) ; lavage, enlevant certains composés par mise en contact avec des solutions aqueuses et permettant de refroidir ces fumées ; compression, dans des équipements selon l'état de l'art, par exemple par des moyens isothermes ou adiabatiques, avec ou sans échange de chaleur avec d'autres fluides, avec ou sans valorisation de cette chaleur ;
- séchage et/ou adsorption de composés non-souhaités, par exemple par des procédés régénératifs comme l'adsorption sur alumine, gel de silice, zéolithe, ,tamis moléculaire, charbon actif (seul ou en association) ou l'absorption physique avec des alcools ;
- purification des composés présents sous forme de traces, par exemple des métaux lourds (i.e. Hg, V, Pb), des halogénures (i.e. Na, K), des acides (i.e. HCl, HF), des composés azotés (i.e. oxydes d'azote, ammoniac), des composés soufrés (i.e. oxydes de soufre, H2S), par exemple par adsorption physique ou chimique sur des lits de charbon actif dopé ou non, ou d'autres matériaux ; séparation de phases, qui permet de réduire la teneur en composés plus volatiles (i.e. N2, Ar, 02) dans la phase liquide, qui sera enrichie en CO2 ; - distillation cryogénique, qui permet d'approfondir la séparation des composés plus volatiles, et en particulier, d'atteindre des concentrations très basses en oxygène et oxydes d'azote dans le produit principal riche en CO2 ;
- pompage pour augmenter la pression du débit riche en CO2, une fois en phase liquide ou en état supercritique.
Les caractéristiques de l'étape d) peuvent être influencées par les étapes précédentes. Par exemple, si des catalyseurs sensibles à des polluants présents dans les effluents à traiter sont mis en oeuvre à l'étape b), certaines des opérations citées ci-dessus comme pouvant faire partie de l'étape d) sont plutôt réalisées avant l'étape b). En particulier, si le catalyseur contient du cobalt (Co) métallique, il peut être inactivé par la présence de soufre dans l'effluent à oxyder. Dans ce cas, il est nécessaire d'inclure des opérations de désulfuration et de purification de traces avant l'étape b).
Selon des modes de réalisation particuliers, le procédé en question peut en outre comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- ledit composé actif mis en œuvre par ladite étape de boucle chimique) est sous la forme de particules solides ; ledit procédé comprend un transfert par échange de chaleur vers au moins un fluide thermique d'au moins une partie de la chaleur contenue dans lesdites particules solides.
A l'étape a), le ou lesdits composés actifs transporteurs d'oxygène sont en général mis en oeuvre sous la forme de particules solides. Ces particules sont constitués du ou des composés actifs, éventuellement agglomérés par un matériau liant selon des techniques connues de l'homme du métier. Celui-ci s'attachera notamment à : leur donner une capacité spécifique (par unité de masse) à fixer et à relâcher l'oxygène la plus élevée possible, à leur conférer une bonne résistance mécanique, notamment à l'attrition, favoriser la cinétique de réaction entre lesdites particules et ledit combustible carboné, et entre lesdites particules et le gaz comprenant de l'oxygène. Cette caractéristique peut être nommée réactivité.
Lesdites particules sont en général mises en œuvre sous la forme d'un lit fluidisé, par exemple par des injections de vapeur ou de gaz riche en CO2 ou de gaz combustible dans un réacteur, et des injections d'air ou d'autre gaz contenant de l'oxygène ou de la vapeur dans un autre réacteur. Cette vapeur peut être produite dans les échangeurs de chaleur. Ce lit fluidisé circule des zones où ont lieu la réduction desdites particules, c'est à dire l'oxydation dudit combustible, vers les zones où ont lieu la régénération desdites particules, c'est à dire l'oxydation des composés actifs qu'elles contiennent.
Lesdites particules sont en général séparées des autres produits de l'oxydation dudit combustible par séparation physique, par exemple dans un cyclone. Ils sont aussi séparés d'éventuels autres solides provenant de l'oxydation du combustible (cendres et/ou suies et/ou combustible solide non-converti). Il en va de même lors de la régénération desdites particules. D'autres éléments de séparation peuvent être prévus pour séparer les éventuels produits solides des réactions du composé actif transporteur d'oxygène, de façon à récupérer le matériau porteur et à augmenter l'efficacité de conversion.
Comme les réactions d'oxydation du combustible au contact du composé actif et de régénération dudit composé actif au contact d'un gaz comprenant de l'oxygène se passent en général à haute température, il peut être avantageux d'extraire la chaleur contenue dans le composé actif une fois séparé desdits effluents primaire et/ou de régénération.
Selon d'autres modes de réalisation particuliers, le procédé selon l'invention peut en outre comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
ledit gaz servant à oxyder ledit composé actif à ladite étape de boucle chimique est de l'air ; les effluents issus de ladite régénération dudit composé actif transporteur d'oxygène servent à la préparation d'un gaz à teneur réduite en oxygène. une partie de l'énergie contenue dans ledit fluide thermique est convertie en énergie mécanique et/ou électrique. De manière optionnelle, on peut également recycler au moins une partie des ef- fluents issus de l'oxydation secondaire b) et/ou du post-traitement d). Ce ou ces débits peuvent être incorporés à l'étape a) en amont de la réaction d'oxydation dudit combustible carboné et/ou à l'étape b) en amont de la réaction d'oxydation secondaire. Ceci peut procurer un avantage si les effluents en question contiennent encore des réactifs utiles, ou bien s'il y a lieu de créer un effet de ballast.
Par ailleurs, les effluents issus de la régénération des composés actifs à l'étape a) sont appauvris en oxygène. En réalisant un appauvrissement suffisant, l'invention présente l'avantage supplémentaire de fournir un gaz résiduel pouvant servir dans des applications d'inertage.
Une partie des fluides thermiques produits par échange de chaleur peut être convertie en énergie mécanique, par exemple en turbinant de la vapeur. Une partie de cette énergie mécanique peut ensuite être convertie en électricité.
L'invention concerne d'autre part un dispositif de production d'énergie par oxydation d'un combustible carboné et de capture du CO2 résultant, comprenant :
- une installation comportant une boucle chimique incluant au moins un réac- teur pour l'oxydation dudit combustible carboné au contact de particules solides intégrant au moins un composé actif transporteur d'oxygène, ladite boucle chimique portant sur lesdi- tes particules ;
- un réacteur d'oxydation d'un gaz possédant au moins une entrée pour ledit gaz à oxyder et au moins une autre entrée connectée à une source de gaz comprenant majo- ritairement de l'oxygène ; et au moins deux échangeurs de chaleur permettant de chauffer au moins un fluide thermique, l'un situé dans ladite installation comportant une boucle chimique, l'autre au niveau dudit réacteur d'oxydation dudit gaz, lesdits échangeurs pouvant être au sein desdits réacteurs, ou bien traversés par lesdits effluents et/ou lesdites particules solides; caractérisé en ce que ladite entrée de gaz à oxyder dudit réacteur d'oxydation catalytique est reliée à au moins une sortie dudit réacteur d'oxydation dudit combustible de manière à recevoir des effluents produits par ledit réacteur d'oxydation dudit combustible.
Lesdits échangeurs peuvent se situer au sein desdits réacteurs, ou bien traversés par lesdits effluents et/ou lesdites particules solides.
Selon des modes particuliers, le dispositif selon l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : il comprend au moins une turbine à vapeur connectée en entrée et/ou dans ses étages intermédiaires à une ou plusieurs canalisations de vapeur provenant desdits échangeurs de chaleurs ; - ladite turbine à vapeur est couplée mécaniquement à un générateur d'électricité de façon à pouvoir entraîner ledit générateur.
Le dispositif fonctionne de préférence à une pression supérieure à celle de l'entourage et incorpore des moyens pour assurer une bonne étanchéité des différents com- posants, pour éviter d'éventuelles entrées d'air qui introduiraient en particulier de l'azote et de l'oxygène dans les effluents. La pression de fonctionnement ne doit pas non plus être trop élevée. En effet, cela induirait des dépenses énergétiques supplémentaires de compression des gaz et des contraintes de construction. La pression idéale visée est entre -0,1 barg et 1 barg, de préférence entre -0,05 barg et 0,3 barg.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence à la figure 1 , qui représente une installation mettant en œuvre le procédé selon l'invention.
Sur la figure 1, un charbon 4 est oxydé au contact de d'ilménite solide dans le réacteur 2. Cette oxydation produit des effluents primaires 5 et de l'ilménite sous forme réduite 9. Celle-ci est introduite dans le réacteur 3 où elle subit une oxydation au contact de l'air 6. Cette réaction produit un air appauvri en oxygène 7 pouvant être utilisé pour ses propriétés inertantes et de l'ilménite envoyé à nouveau dans le réacteur 2 pour oxyder le charbon 4. Des échangeurs de chaleur tubulaires 10a, 10b, 10c, 1Od sont mis en place sur les flux de sortie de ces réacteurs afin de produire de la vapeur. Cette vapeur est introduite dans une turbine à vapeur non représentée sur la figure afin de produire de l'électricité. Les effluents primaires 11 et de l'oxygène pur 13 sont ensuite introduits dans le réacteur d'oxydation secondaire 12 constitué d'un lit d'oxyde de vanadium solide et comportant en son sein un échangeur de chaleur 10e. Cette réaction produit des effluents secondaires 14 exempts de monoxyde de carbone, d'hydrocarbures et d'hydrogène sulfuré dont on récupère la chaleur par l'utilisation d'un échangeur tubulaire 1Of. Les effluents secondaires refroidis 15 majoritairement constitués de dioxyde de carbone sont ensuite acheminés vers un post-traitement 16 constitué d'un séchage par adsorption et d'une distillation cryogénique. Ce post traite- ment produit du CO2 17 sous forme supercritique et un flux 18 comportant les impuretés résiduelles comme l'azote, l'oxygène et l'argon. Au cours du post-traitement, au moment de la compression du CO2, de la chaleur est récupérée dans l'échangeur 10g. Le produit 17 est ensuite envoyé vers un site de stockage souterrain approprié. L'exemple suivant illustre notamment la combinaison des étapes a) et b) du procédé selon l'invention.
Un exemple chiffré de boucle chimique est donné dans l'article Design and opération of a 10 kWth chemical-looping combustor for solid fuels - Testing with South African coal, de la revue Fuel n°87, 2008, p. 2713 - 2726. L'article relate une expérience dans laquelle le combustible carboné 4 est un charbon sud-africain. Son oxydation 2 a lieu en lit fluidisé et le composé actif transporteur d'oxygène 8, 9 est de l'ilménite, un oxyde naturel de fer et de titane, sous forme de granulés. Un réacteur de régénération 3 du composé actif est mis en oeuvre, avec de l'air 6 comme oxydant. Le débit de charbon 4 introduit correspond à une puissance thermique de 3,3 kW, la température étant supérieure à 8500C. Les tests ont duré plus de 22 heures.
En colonne A du tableau 1 ci-dessous, on peut voir la composition moyenne des ef- fluents gazeux 5 en sortie du réacteur 2 d'oxydation du charbon 4, telle que calculée par les inventeurs à partir des données de l'article. On peut voir que le mélange 5 comporte encore des composés indésirables pour la capture du CO2, dont certains toxiques, comme le CO.
Les inventeurs ont ensuite réalisé des calculs procédés correspondant à la combinaison de la boucle chimique 1 réalisée à l'étape a) avec l'oxydation secondaire 12 réalisée à l'étape b). Pour la boucle chimique, ils ont intégré la composition moyenne estimée à partir de l'article. Ils ont dimensionné la réaction d'oxydation secondaire 12 sur la base d'un débit de 329 t/h d'effluents 11 du réacteur 2 de d'oxydation du charbon, correspondant à une taille globale d'installation capable de produire 450 MW électriques. La réaction d'oxydation secondaire 12 a été calculée dans des conditions adiabatiques (mais elle aurait pu l'être dans un réacteur échangeur), à partir de réactifs 11, 13 pris à la température ambiante.
La colonne B du tableau 1 donne, pour un oxydant 13 comprenant en volume 95%
02, 3% N2, 2% Ar : la composition et le débit du gaz 14 sortant du réacteur 12 d'oxydation secondaire, le débit requis d'oxydant 13 et la puissance thermique qui peut être récupérée à partir des fumées 14, en supposant que ces fumées 14 sont refroidies jusqu'à une température de 1000C dans un échangeur 1Of. La colonne C du tableau 1 donne les mêmes paramè- très pour un oxydant 13 comprenant 99,5% 02, 0,5% Ar
Figure imgf000015_0001
Tableau 1.
On voit donc que la composition des effluents 14 issus de l'oxydation secondaire 12 est beaucoup plus appropriée à la capture du CO2. En effet, il n'y a presque plus de CO, H2, CH4. La quantité d'oxygène résiduel et d'argon est minime. Un post-traitement extrêmement réduit, objet de l'étape d) du procédé selon l'invention, suffit alors à conditionner le CO2 en vue de son stockage ou de son utilisation comme produit. En outre, l'étape d'oxydation secondaire permet de dégager une énergie supplémentaire de 134 MW thermi- ques, pour un débit d'oxydant injecté de l'ordre de 35 à 37 tonnes/h.
A la lumière des explications ci-dessus, on comprend que les principaux avantages de l'invention sont d'augmenter la puissance thermique récupérée et de réduire la quantité de composés non-souhaités dans le CO2 à capturer, tels que des inertes, de l'oxygène, de l'hydrogène, de l'H2S, du NH3, du CO du CH4 et des hydrocarbures, moyennant une consommation raisonnable en oxydant contenant majoritairement de l'oxygène.

Claims

Revendications
1. Procédé de production d'énergie par oxydation d'un combustible carboné (4) et de capture du dioxyde de carbone (CO2) résultant, comprenant :
a) une étape de boucle chimique (1) dans laquelle ledit combustible (4) est oxydé par contact (2) avec au moins un composé actif transporteur d'oxygène, cette oxydation produisant des effluents primaires (5) et réduisant ledit composé actif, ledit composé actif réduit étant ensuite récupéré, régénéré par oxydation au contact (3) d'un gaz (6) comportant de l'oxygène, ladite régénération (3) produisant des effluents (7) de régénération et ledit composé actif régénéré étant récupéré pour oxyder ledit combustible (4) ; b) une étape d'oxydation secondaire (12) desdits effluents primaires (11) par au moins un gaz (13) comprenant majoritairement de l'oxygène, ladite oxyda- tion secondaire (12) produisant des effluents secondaires (14) ; c) un transfert par échange de chaleur (10a, 10b, 10c, 1Od, 10e, 1Of) vers au moins un fluide thermique d'au moins une partie de la chaleur dégagée par lesdites étapes de boucle chimique (1) et d'oxydation secondaire (12) ; et d) un post-traitement (16) desdits effluents secondaires (14) comportant une ou plusieurs des opérations suivantes : séchage par condensation de l'eau, compression, refroidissement (10g), passage à travers des adsorbants et/ou des membranes polymères et/ou céramiques, distillation cryogénique.
2. Procédé tel que décrit à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit composé actif mis en œuvre (8, 9) par ladite étape de boucle chimique (1) est sous la forme de particules solides.
3. Procédé tel que décrit à la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un transfert par échange de chaleur (10) vers au moins un fluide thermique d'au moins une partie de la chaleur contenue dans lesdites particules solides.
4. Procédé tel que décrit à l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit gaz (6) servant à oxyder ledit composé actif à ladite étape de boucle chimique (1) est de l'air.
5. Procédé tel que décrit à l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les effluents (7) issus de ladite régénération (3) dudit composé actif transporteur d'oxygène servent à la préparation d'un gaz à teneur réduite en oxygène.
6. Procédé tel que décrit à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une partie de l'énergie contenue dans ledit fluide thermique est convertie en énergie mécanique et/ou électrique.
7. Dispositif de production d'énergie par oxydation d'un combustible carboné (4) et de capture du CO2 résultant, comprenant :
une installation (1) comportant une boucle chimique (8, 9) incluant au moins un ré- acteur (2) pour l'oxydation dudit combustible carboné (4) au contact de particules solides intégrant au moins un composé actif transporteur d'oxygène et au moins un réacteur (3) pour la régénération dudit composé actif, ladite boucle chimique (8, 9) portant sur lesdites particules ; un réacteur (12) d'oxydation d'un gaz (11) possédant au moins une entrée pour ledit gaz (11) à oxyder et au moins une autre entrée connectée à une source de gaz comprenant majoritairement de l'oxygène (13) ; et au moins deux échangeurs de chaleur (10a, 10b, 10c, 1Od, 10e, 1Of) permettant de chauffer au moins un fluide thermique, l'un situé dans ladite installation (1) comportant une boucle chimique, l'autre au niveau dudit réacteur (12) d'oxydation dudit gaz (11) ; caractérisé en ce que ladite entrée (11) du gaz à oxyder dudit réacteur d'oxydation (12) est reliée à au moins une sortie (5) dudit réacteur (2) d'oxydation dudit combustible (4) de manière à recevoir des effluents produits par ledit réacteur (2) d'oxydation dudit combustible (4).
8. Dispositif tel que décrit à la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une turbine à vapeur connectée en entrée et/ou dans ses étages intermédiaires à une ou plusieurs canalisations de vapeur provenant desdits échangeurs de chaleurs (10).
9. Dispositif tel que décrit à la revendication 8, caractérisé en ce que ladite turbine à vapeur est couplée mécaniquement à un générateur d'électricité de façon à pouvoir entraîner ledit générateur.
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