WO2013117828A1 - Procédé de captage du c02 par absorption avec deux sections d'absorption et utilisation de vapeur basse température pour la régénération - Google Patents

Procédé de captage du c02 par absorption avec deux sections d'absorption et utilisation de vapeur basse température pour la régénération Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to the field of decarbonation of combustion fumes.
  • the energy is produced by burning fossil fuels that rejects C0 2 in the atmosphere. These emissions increase the concentration of CO 2 in the atmosphere and cause global warming. To limit the extent of this warming, it is necessary to reduce CO 2 emissions related to energy production.
  • One solution is to capture and store the C0 2 emitted by combustion, particularly in power plants.
  • a CO 2 capture process separates the CO 2 from the other constituents of the fumes produced by the combustion of fossil fuels and thus makes it possible to transport the CO 2 in concentrated form to an underground storage site. In this way, the CO 2 is sequestered in an underground reservoir instead of being released into the atmosphere.
  • CO 2 capture processes themselves consume energy.
  • the installation of a capture process then reduces the energy efficiency in the plant: part of the energy produced by the combustion of fossil resources is consumed by the capture unit.
  • the reference process is to date the absorption of CO 2 by a basic solution (eg amine), for example by an aqueous solution of monoethanolamine.
  • a basic solution eg amine
  • An example of this process is described in document FR 2 938 454.
  • energy especially the energy consumption to regenerate the aqueous solution of amine.
  • the present invention proposes to implement a process for capturing CO 2 contained in industrial fumes with two separate circuits, each comprising an absorption step and a regeneration step.
  • the first circuit eliminates most of the C0 2 , but does not achieve the required specifications.
  • the second circuit allows a finish.
  • one of the circuits uses low temperature steam.
  • the first circuit uses low temperature steam, in order to limit the energy consumption associated with the capture of C0 2 .
  • the invention describes a method for capturing CO 2 contained in a combustion smoke in which the following steps are carried out:
  • the combustion smoke is brought into contact with a first absorbent solution comprising at least a first amine in aqueous phase, so as to produce a C0 2 depleted smoke and a first absorbent solution loaded with CO 2 ,
  • said CO 2 loaded absorbent solution is heated to a first temperature of between 70 ° C and 90 ° C to release a CO 2 gas stream and produce a regenerated absorbent solution and is separated by means of a flash balloon ( F1) the gaseous flow of CO 2 and the regenerated absorbent solution which is recycled in step a) as the first absorbing solution,
  • step a) the CO 2 depleted smoke obtained in step a) is brought into contact with a second absorbent solution comprising at least a second amine in aqueous phase, so as to produce treated fumes and a second absorbent solution loaded with CO 2 , d) regenerating at least a portion of said second absorbent solution charged with CO 2 by heating to a second temperature above the first temperature to produce a regenerated fraction,
  • step e) recycling at least said fraction regenerated in step c) as a second absorbent solution.
  • the second amine can be chosen so as to form a monophasic solution when its temperature is below a critical temperature and to form two separable phases when it is heated to a temperature above the critical temperature, and in which before step d), the following steps can be performed:
  • said second CO 2 -charged absorbent solution can be heated to a temperature above the critical temperature to divide said second absorbent solution into an amine-enriched fraction and a water-enriched fraction,
  • step d) said fraction enriched with water can be regenerated and, in step e), a mixture composed of said regenerated fraction obtained in step d) and said amine-enriched fraction obtained in step g) as a second absorbent solution.
  • said second absorbent solution loaded with CO 2 can be pumped to a pressure of between 2 and 5 bar, and then, before step d), said fraction enriched with water can be pumped up to a pressure of between 4 and 10 bar.
  • said second absorbent solution charged with C0 2 can be pumped to a pressure of between 2 and 5 bar.
  • Step b) can be performed at a first pressure and step d) can be performed at a second pressure greater than the first pressure.
  • the temperature of said absorbent solution can be increased by a value between 20 ° C. and 50 ° C. so as to release at least 20% of the CO 2 captured by said absorbent solution in step a ).
  • the second temperature can be between 100 ° C and 190 ° C.
  • step c) the C0 2 -free smoke obtained in step a) can be brought into contact with a washing water.
  • Heat exchange can be carried out between the regenerated absorbent solution obtained in step b) and the second absorbent solution loaded with CO 2 obtained in step c).
  • Heat exchange can be carried out between the regenerated fraction obtained in step d) and the first absorbent solution loaded with CO 2 obtained in step a).
  • the combustion smoke can come from one of the following units: a thermal power plant for the production of electricity, a refinery, a cement plant, an iron and steel plant, a synthesis gas production unit by oxidation of a hydrocarbon fuel .
  • the present invention makes it possible, compared with the existing one, to reduce the cost of the hot utilities of a CO 2 capture process.
  • This implementation is particularly interesting when it implements in the first circuit an absorbent solution that allows a high capture rate despite a relatively low regeneration temperature compared to conventional methods.
  • the fact of using at least two temperature levels, or even more than two temperature levels, to perform the regenerations of the absorbent solutions makes it possible to use different fluids available at different temperature levels in the unit.
  • the method for capturing CO 2 according to the invention has a great flexibility of thermal integration with the combustion unit.
  • FIG. 1a shows schematically a method according to the invention
  • FIG. 1b schematizes a variant of the method according to the invention
  • FIG. 2 represents the evolution curve of the critical demixing temperature as a function of the composition of the absorbent solution
  • FIG. 3 schematizes a method according to the prior art.
  • the combustion fumes to be treated arrive via line 1 at a pressure that can be between 1 and 40 bars, and preferably between 1 and 30 bars absolute, and at a temperature that can be between 10 ° C and 00 ° C.
  • Combustion fumes can be produced by a thermal power plant for the generation of electricity.
  • the capture method according to the invention can also be applied to all combustion fumes, produced for example in a refinery, in a cement plant, in a steel plant, or a combustion smoke produced in the form of synthesis gas by oxidation. a hydrocarbon fuel.
  • the combustion fumes generally comprise between 5% and 30% CO 2 volume.
  • the content of SOx and NOx type compounds can reach a value of the order of 200 mg / Nm 3 volume for each of said compounds.
  • the combustion fumes arriving via the duct 1 can be compressed by the member A.
  • the element A is a blower or a compressor providing a pressure increase of the order of 100 to 250 mbar.
  • the C0 2 is captured by a first absorbent solution flowing in the first circuit S1, then by a second absorbent solution flowing in the second circuit S2.
  • the fumes from A are introduced through line 2 into the absorption section C1 provided with contacting elements between gas and liquid, for example trays, loose packing or structured packing.
  • section C1 the fumes are brought into contact with a first absorbent solution arriving via line 8.
  • the gas flows countercurrently from the liquid solution.
  • the absorbent solution captures the C0 2 contained in the fumes.
  • a CO 2 loaded absorbent solution is discharged through line 3 at the bottom of section C1. Fumes depleted in CO 2 discharged at the head of section C1 are obtained.
  • a washing section WS1 can be implemented to avoid contamination of the absorbent solution of section S2 by driving compounds of the absorbent solution from section S1.
  • the washing section WS1 is implemented in the case where the formulation of the absorbent solution of section S1 is different from the formulation of the absorbent solution of section S2.
  • the smoke thus treated is then discharged through line 10.
  • the first absorbent solution is an aqueous solution of amine.
  • the amine or amines used in the circuit S1 are chosen for their capacity to absorb a large quantity of acidic compounds and their capacity to be regenerated at least partially at a relatively low temperature, for example at a temperature below 90 ° C. .
  • the amine or amines used in the circuit S1 make it possible to achieve a high capture rate (nevertheless less than 90%), despite regeneration at a low thermal level, for example at a temperature below 90 ° C.
  • the aqueous solution used in the circuit S1 may comprise between 10% and 80% by weight, preferably between 20% and 60% by weight, very preferably between 30% and 50% by weight of amines.
  • the aqueous solution implemented in the circuit S1 can comprise between 20% and 90% by weight, preferably between 40% and 80% by weight of water, preferably between 50% and 70% by weight of water.
  • the first absorbent solution may comprise another compound containing at least one primary or secondary amine function to act as an activator.
  • the second absorbent solution may contain an activator content of between 0.5% and 20% by weight, preferably between 0.5% and 15% by weight, very preferably between 0.5% and 10% by weight, in the aqueous solution.
  • the absorbent solution may also contain an organic solvent which is not reactive with respect to acid gases, but which makes it possible to increase the physical solubility of an impurity, in order to improve its elimination (physical solvent).
  • the amines can be chosen from amines having the following characteristics: a capture rate higher than 50% for a regeneration energy of less than 10 GJ / tCO 2 captured.
  • the amine can be selected from the following compounds: monoethanolamine (MEA), 2-amino-2-methyl-propanol (AMP), 1-amino-2-propanol, 2-amino-1-butanol, 1 - (2-aminoethyl) -pyrrolidine, diethanolamine (DEA), 2 (ethylamino) ethanol, 2-methylpiperazine, N-methyldiethanolamine (MDEA), 1- (dimethylamino) -2-propanol, the ⁇ , ⁇ , ⁇ ', ⁇ Tetramethylhexane-1,6-diamine (TMHDA), 1-amino-6-pyrodinyl-hexane, pentamethyldipropylenetriamine, ⁇ , ⁇ , ⁇ ', ⁇ '-Tetraethyl
  • the amines can also be mixed with solvents of a physical nature, for example methanol, sulpholane, polyethylene glycols which can be etherified, pyrrolydones or derivatives such as for example N-methylpyrrolidone, N-formyl morpholine, acetyl morpholine , propylene carbonate.
  • solvents of a physical nature for example methanol, sulpholane, polyethylene glycols which can be etherified, pyrrolydones or derivatives such as for example N-methylpyrrolidone, N-formyl morpholine, acetyl morpholine , propylene carbonate.
  • the absorbent solution comprises between 10% and 50% by weight of a solvent of a physical nature.
  • the absorbent solution discharged at the bottom of section C1 through line 3 is regenerated by heating in order to cause a release in gaseous form of the CO 2 absorbed by the solution.
  • Solution 3 is heated in exchanger E9, E6 and then in heat exchanger E1.
  • the absorbent solution is heated to a temperature of between 70 ° C. and 90 ° C. preferably between 75 ° C and 85 ° C using low temperature steam, for example a vapor whose temperature is between 80 ° C and 100 ° C, preferably between 80 ° C and 92 ° C.
  • the total temperature increase experienced by the absorbent solution in the exchangers E9, E6 and E1 is limited, for example to a value between 20 ° C and 50 ° C.
  • the absorbent solution and the gaseous CO2 from E1 are introduced into the flash flask F1 to be separated.
  • the pressure in the flash ball F1 is between 1 and 2 bar absolute.
  • the gaseous CO 2 is discharged at the top of F1 through line 9.
  • the absorbent solution depleted in CO 2 is discharged into the bottom of the flask F1 via line 5 to be introduced into the heat exchanger E 6 in order to heat up the absorbent solution that arrives. through line 3b.
  • the cooled solution that comes from E6 via line 6 is introduced into exchanger E10 in order to preheat flow 14.
  • the flow 6 cooled in E10 is discharged through line 48 and introduced into storage tank B1.
  • a booster of water or amine can be introduced into the storage tank respectively through the ducts 11 and 12.
  • a flow of absorbent solution is taken from B1 through the duct 7.
  • the heat exchanger E7 makes it possible to lower the temperature of the solution 7 to a suitable value to achieve absorption in C1 for example at a temperature between 20 ° C and 40 ° C.
  • the absorbent solution resulting from E7 is recycled by being introduced into the absorption section C1 via line 8.
  • the CO2-depleted fumes from C1 are introduced into the washing section WS1 to remove the amine and any degradation products of the amine driven by the fumes.
  • the washing section WS1 is provided with contacting elements between gas and liquid, for example trays, loose packing or structured packing.
  • the CO2-depleted fumes are brought into contact with water flowing through line 49.
  • the gas flows countercurrently from the liquid solution.
  • the wash water captures the amine and any amine degradation products contained in the CO 2 depleted fumes.
  • We evacuate through the conduit 50 at the bottom of section WS1 the washing water loaded with the amine and degradation products of the amine. Purified fumes are obtained which are discharged at the top of section WS1 via line 10.
  • the partially decarbonated fumes from section WS1 are introduced via line 10 into the absorption section C2 provided with contacting elements between gas and liquid, for example trays, loose packing or structured packing.
  • the fumes are brought into contact with the second absorbent solution arriving via line 13.
  • the gas flows countercurrently from the liquid solution.
  • the absorbent solution captures some of the remaining CO 2 contained in the fumes.
  • Throughout the conduit 14 is evacuated at the bottom of the section C2 an absorbent solution loaded with CO2. CO 2 depleted fumes discharged at the head of section C2 are obtained via line 20.
  • the composition of the second absorbent solution comprises amines in aqueous phase. It is possible to use an aqueous solution comprising, in general, between 10% and 80% by weight, preferably between 20% and 60% by weight, very preferably between 30% and 50% by weight of amines.
  • the aqueous solution may comprise between 20% and 90% by weight, preferably between 40% and 80% by weight of water, very preferably between 50% and 70% by weight of water.
  • the second absorbent solution may comprise another compound containing at least one primary or secondary amine function to act as an activator.
  • the second absorbent solution may contain an activator content of between 0.5% and 20% by weight, preferably between 0.5% and 15% by weight, very preferably between 0.5% and 10% by weight, in the aqueous solution.
  • the amines of the second absorbent solution can also be mixed with solvents of a physical nature, for example methanol, sulfolane, polyethylene glycols which can be etherified, pyrrolydones or derivatives such as, for example, N-methylpyrrolidone, N-formyl morpholine. , acetyl morpholine, propylene carbonate.
  • the absorbent solution comprises between 10% and 50% by weight of a solvent of a physical nature.
  • an amine is selected which, in the aqueous phase, has the property of forming a monophasic solution when it is in aqueous solution at a temperature below a critical temperature and forming two phases.
  • the amine is chosen so that the absorbing solution which is initially monophasic forms two liquid phases when its temperature exceeds the critical demixing temperature, that is to say a temperature threshold.
  • the amine of the second absorbent solution can be selected from the following compounds: N, N, N ', N'-Tetramethylhexane-1,6-diamine, and N, N, N ", N" - tetraéthyldiéthylènetriamine. These amines can be used alone, or in a mixture.
  • Figure 2 shows an example of evolution of the critical temperature T
  • the absorbent solution of global concentration [C 0 ] in amines is diphasic (zone D) and separates into two phases, one poor in amines (concentration [Ci] in amine), the other rich in amines (concentration [C 2 ] amine).
  • the absorbent solution charged with C0 2 from section C2 via line 14 is reheated in E10 and then pumped by pump P1 to a pressure of between 2 and 5 bar abs, preferably between 3 and 4 bars abs. Then the solution is heated in the exchanger E2 to a temperature above its demixing temperature.
  • the solution absorbent resulting from E2 is introduced into the separation flask D. In the flask D, the solution is at a temperature higher than the critical temperature for which the absorbent solution separates into two fractions: a fraction L1 rich in amine and a fraction L2 rich in water. L1 fraction is rich in amine unreacted with CO 2 .
  • the L2 fraction is rich in water and contains amine salts produced by the reaction of the amine with CO 2 .
  • a gas fraction G rich in C0 2 is released in D.
  • fractions L1 and L2 can be separated by decantation, centrifugation.
  • Water-rich fraction L2 is discharged from D via line 15, pumped by pump P2 to a pressure of between 4 and 10 bar abs, preferably between 6 and 8 bar abs. Then the fraction L2 under pressure is introduced into the regeneration section R via line 17 to be regenerated by distillation and / or entrainment of the acidic compounds by steam, operation commonly known as "stripping".
  • the amine can be chosen to capture the acidic compounds, with or without the property of giving two separable liquid phases when the temperature of the absorbing solution is increased.
  • the amine of the second absorbing solution may be chosen from the following compounds: MEA (monoethanolamine), DEA (diethanolamine), MDEA (methyldiethanolamine), DIPA (diisopropylamine), or DGA (diglycolamine), but also among multiamines such as piperazine, N- (2-hydroxyethyl) piperazine, 1,2-bis (2-diethylaminoethoxy) ethane, and 1,2-bis (2-pyrolidinoethoxy) ethane and 2-methylpiperazine .
  • the absorbent solution loaded with CO 2 coming from section C2 via line 14 is reheated in E10 and then pumped by pump P1 to a pressure of between 2 and 5 bar abs, preferably between 3 and 4 bars abs. Then the solution is heated in the exchanger E2.
  • the absorbent solution from E2 is introduced into the flash balloon F5. Under the effect of the rise in temperature, a gaseous fraction rich in CO 2 is released in F5. This gaseous fraction is removed from F5 via line 42.
  • the absorbent solution partially freed of C0 2 is removed from F5 by the pipe 27 pumped by the pump P2 to a pressure of between 4 and 10 bar abs, preferably between 6 and 8 bar abs. Then the absorbent solution under pressure is introduced into the regeneration section R via line 17 to be regenerated by distillation or entrainment of the acidic compounds by steam, operation commonly known as "stripping".
  • the pumps P1 and P2 make it possible to carry out the regeneration of the absorbent solution in the circuit S2 at a pressure greater than that of the regeneration in the circuit S1.
  • the pressure in the equipment D, F5 and R is greater than the pressure in the flask F1.
  • the regeneration section R is equipped with a reboiler E3 and internal contacting between gas and liquid.
  • the absorbent solution fraction is brought into contact with water vapor which is generated by the reboiler E3 and introduced at the bottom of R.
  • the reboiler E3 heats the absorbent solution fraction at a temperature between 100 ° C and 190 ° C, preferably between 120 ° C and 190 ° C, or between 140 ° C and 190 ° C.
  • the CO2 is released in gaseous form and discharged from R via line 19.
  • the flow 19 of CO 2 -rich water vapor is partially condensed by cooling in E8.
  • the condensates are separated from the gaseous CO 2 in the separation flask F 2.
  • the condensates are introduced through line 21 at the top of section R as a recycle.
  • the gaseous CO 2 is evacuated via line 22.
  • the regenerated solution is removed from section R via line 18.
  • Stream 8 is introduced into exchanger E2 to heat the absorbent solution 14 from section C2. After being cooled, the flow is removed from E2 via line 23. With reference to FIG. 1a, the flow arriving via line 23 and the amine-rich fraction L t discharged from D through line 16 are assembled in line 46.
  • conduit 23 is extended by the conduit
  • the flow 46 serves to preheat the stream 3 using the exchanger E9.
  • the stream 46, cooled in E9, is introduced into the storage bin B2 via the pipe 47.
  • detents are provided by the valve V1 disposed on the pipe 18 and the valve V2 disposed upstream of the storage tank B2 to balance the pressures.
  • An additional water or amine can be introduced into the storage tank B2 respectively through the conduits 24 and 25.
  • a flow of absorbent solution is taken from B2 through the conduit 26.
  • the heat exchanger E6 allows to lower the temperature of the solution 26 to a suitable value to carry out the absorption in C2, for example at a temperature between 20 ° C and 40 ° C.
  • the absorbent solution from E6 is recycled by being introduced into the absorption section C2 via the conduit 13.
  • the CO 2 depleted fumes from C2 via line 20 are introduced into the washing section WS2 to remove the amine and any amine degradation products entrained by the fumes.
  • the washing section WS2 is provided with gas-liquid contacting elements, for example trays, loose packing or structured packing.
  • the CO 2 depleted fumes are brought into contact with water flowing through line 30.
  • the gas flows countercurrently from the liquid solution.
  • the wash water captures the amine and any amine degradation products contained in the CO 2 depleted fumes.
  • the washing water loaded with amine and degradation products of the amine is discharged through line 31 into the bottom of section WS2. Purified fumes are obtained which are discharged at the head of section WS2 via line 32.
  • the flow rates of the first and second absorbent solutions flowing in the circuits S1 and S2 are independent and can be determined to take advantage of the energy at low temperature necessary for the regeneration of the first absorbent solution in E1 and F1.
  • the gaseous CO 2 coming from F1 via line 9 is cooled in heat exchanger E4, for example by an external fluid such as water or air.
  • the condensates formed during cooling are separated from the gaseous CO 2 in the flask F 3 and discharged through the duct 44.
  • the flow of gaseous CO 2 discharged from F 3 via the duct 40 is compressed by the compressor K 1 and then sent to the COMP unit of compression of CO 2 by the duct 41.
  • the C0 2 gas G from D via the duct 42 according to the embodiment of Figure 1a or the CO 2 gas from F5 via the duct 42 according to the embodiment of Figure 1b is cooled in the heat exchanger E5, for example by an external fluid such as water or air.
  • the condensate formed during the cooling are separated from the CO 2 gas in the flask F 4 and discharged through the duct 45.
  • the flow of CO 2 gas discharged from F 4 via the duct 43 is compressed by the compressor K 2 and then sent to the COMP unit of compression of the CO 2 by the conduit 44.
  • the gaseous CO 2 produced by R is sent via line 22 to the compression COMP unit of CO 2 .
  • the streams 22, 41 and 44 of CO 2 have been put at the same pressure level by K1 and K2 so that they can be collected before being sent to the COMP unit.
  • the processes according to the invention shown diagrammatically in FIGS. 1a and 1b comprise two circuits of absorbent solution each operating with a regeneration temperature level.
  • the method for capturing CO 2 according to the invention may comprise a third absorber solution circuit, or even more than three circuits, each of the circuits operating with an independent regeneration temperature level, possibly different. , the regeneration temperature level of others circuits and with an absorbent solution whose composition is similar or different from the absorbing solution circulating in the other circuits.
  • the first example illustrates the operation of the method according to the invention shown schematically in Figure 1a.
  • the combustion smoke to be treated comprises 13.5 mol% of CO 2 and comes to a nominal flow rate of 10,000 Nm 3 / h.
  • the process is set to capture 90% of the CO 2 contained in the smoke to be treated, which represents a flow rate of 2387 kg / h of CO 2 captured.
  • circuit S1 an absorbent solution comprising 33% by weight of TMHDA in aqueous phase is used.
  • the absorbent solution is heated and in E1 at a temperature of 80 ° C with water vapor at 0.7 bar.
  • F1 42% of the CO 2 absorbed by the absorbent solution in C1 is liberated in gaseous form at 1 bar. Under these conditions, the process consumes 0.98 MW thermal at the heat exchanger E1.
  • an absorbent solution is used, the same absorbent solution as in the circuit S1, and which comprises 33% by weight of TMHDA in aqueous solution.
  • the pressure level of the absorbent solution compressed by the pump P1 14% to 15% of the CO 2 absorbed by the absorbent solution in C2 is released into D.
  • the L2 fraction of absorbent solution is regenerated in R using steam at 9 bar in the reboiler E3. Under these conditions, the process consumes 0.96 MW thermal at the heat exchanger E3.
  • FIG. 3 which is composed of the method represented by FIG. 1a, is implemented. amputee of the first circuit of absorbent solution.
  • the references of Figure 3 identical to the references of Figure 1a designate the same elements.
  • the combustion smoke to be treated comprises 13.5 mol% of CO 2 and comes to a nominal flow rate of 10,000 Nm 3 / h.
  • the process is set to capture 90% of the C0 2 contained in the smoke to be treated.
  • the process consumes 0.11 MW electrical at the compressor K2 and the COMP unit.
  • the process according to the invention consumes 38% of steam at 9 bar less than the method of the prior art.
  • the total energy consumption of low temperature steam at 0.7 bar and high temperature steam at 9 bar of the process according to the invention is almost identical to that of the reboiler of the process according to the prior art (diagram shown in FIG. ).
  • the comparative data are shown in Table 1.
  • the FCC unit is one of the most CO2 emitting but is also a unit that produces usable, but surplus steam.
  • the average amount of CO2 produced is 0.72 ton, and the amount of excess steam is in the order of 0.5 ton per ton of feedstock treated.
  • the amount of vapor available per tonne of CO2 captured is 0.77.
  • the low pressure vapor specific consumption of the improved process according to the invention has a consumption of 0.65 tons of vapor per tonne of CO 2 captured. As a result, the low pressure steam consumption is thus largely covered by the excess steam generation of the FCC unit.

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Description

PROCÉDÉ DE CAPTAGE DU C02 PAR ABSORPTION AVEC DEUX SECTIONS D'ABSORPTION ET UTILISATION DE VAPEUR BASSE TEMPÉRATURE POUR
LA RÉGÉNÉRATION
La présente invention concerne le domaine de la décarbonatation des fumées de combustion. L'énergie est produite par la combustion des ressources fossiles ce qui rejette du C02 dans l'atmosphère. Ces émissions font augmenter la concentration du CO2 dans l'atmosphère et provoquent un réchauffement climatique. Pour limiter l'ampleur de ce réchauffement, il est nécessaire de réduire les émissions de CO2 liées à la production d'énergie. Une solution consiste à capter puis stocker le C02 émis par combustion, notamment au sein des centrales électriques. Un procédé de captage du CO2 sépare le CO2 des autres constituants des fumées issues de la combustion des ressources fossiles et permet ainsi de transporter par la suite le CO2 sous forme concentrée dans un lieu de stockage souterrain. De cette façon, le CO2 est séquestré dans réservoir souterrain au lieu d'être rejeté dans l'atmosphère.
Un inconvénient majeur des procédés de captage de CO2 est qu'ils consomment eux même de l'énergie. Dans une centrale électrique, l'installation d'un procédé de captage réduit alors le rendement énergétique dans la centrale : une partie de l'énergie produite par la combustion des ressources fossiles est consommée par l'unité de captage.
Pour capter le C02, le procédé de référence est à ce jour l'absorption du CO2 par une solution basique (e.g. aminé), par exemple par une solution aqueuse de monoethanolamine. Un exemple de ce procédé est décrit dans le document FR 2 938 454. Pour éviter la production de CO2 par le procédé dont l'objet est d'éviter le rejet de CO2, il est primordial de minimiser la consommation énergétique, en particulier la consommation énergétique pour régénérer la solution aqueuse d'aminé.
La présente invention propose de mettre en œuvre un procédé de captage de CO2 contenu dans les fumées industrielles avec deux circuits distincts, comportant chacun une étape d'absorption et une étape de régénération. Le premier circuit permet d'éliminer la majeure partie du C02, mais ne permet pas d'atteindre les spécifications requises. Le second circuit permet de réaliser une finition. De manière préférée, pour effectuer la régénération, un des circuits utilise de la vapeur basse température. De manière préférée, pour effectuer la régénération, le premier circuit utilise de la vapeur basse température, afin de limiter la consommation d'énergie associée au captage du C02.
De manière générale, l'invention décrit un procédé de captage de C02 contenu dans une fumée de combustion dans lequel on effectue les étapes suivantes :
a) on met en contact la fumée de combustion avec une première solution absorbante comportant au moins une première aminé en phase aqueuse, de manière à produire une fumée appauvrie en C02 et une première solution absorbante chargée en CO2,
b) on chauffe ladite solution absorbante chargée en CO2 à une première température comprise entre 70°C et 90°C pour libérer un flux gazeux de C02 et produire une solution absorbante régénérée et on sépare au moyen d'un ballon de flash (F1 ) le flux gazeux de CO2 et la solution absorbante régénérée qui est recyclée à l'étape a) en tant que première solution absorbante,
c) on met en contact la fumée appauvrie en C02 obtenue à l'étape a) avec une deuxième solution absorbante comportant au moins une deuxième aminé en phase aqueuse, de manière à produire des fumées traitées et une deuxième solution absorbante chargée en CO2, d) on régénère au moins une portion de ladite deuxième solution absorbante chargée en CO2 par chauffage à une deuxième température supérieure à la première température pour produire une fraction régénérée,
e) on recycle au moins ladite fraction régénérée à l'étape c) en tant que deuxième solution absorbante.
Selon l'invention, la deuxième aminé peut être choisie de manière à former une solution monophasique lorsque sa température est inférieure à une température critique et à former deux phases séparables lorsqu'elle est chauffée à une température supérieure à la température critique, et dans lequel, avant l'étape d), on peut effectuer en outre les étapes suivantes :
f) on peut chauffer ladite deuxième solution absorbante chargée en CO2 jusqu'à une température supérieure à la température critique pour diviser ladite deuxième solution absorbante en une fraction enrichie en aminé et une fraction enrichie en eau,
g) on peut séparer ladite fraction enrichie en aminé et ladite fraction enrichie en eau,
à l'étape d), on peut régénérer ladite fraction enrichie en eau et, à l'étape e), on peut recycler à l'étape c) un mélange composé de ladite fraction régénérée obtenue à l'étape d) et de ladite fraction enrichie en aminé obtenue à l'étape g) en tant que deuxième solution absorbante.
Avant l'étape f), on peut pomper ladite deuxième solution absorbante chargée en CO2 jusqu'à une pression comprise entre 2 et 5 bars, puis, avant l'étape d), on peut pomper ladite fraction enrichie en eau jusqu'à une pression comprise entre 4 et 10 bars.
Avant l'étape d), on peut pomper ladite deuxième solution absorbante chargée en C02 jusqu'à une pression comprise entre 2 et 5 bars.
On peut effectuer l'étape b) à une première pression et on peut effectuer l'étape d) à une deuxième pression supérieure à la première pression. A l'étape b), on peut augmenter la température de ladite solution absorbante d'une valeur comprise entre 20°C et 50°C de manière à libérer au moins 20% du CO2 capté par ladite solution absorbante à l'étape a).
La deuxième température peut être comprise entre 100°C et 190°C.
Avant l'étape c), on peut mettre la fumée appauvrie en C02 obtenue à l'étape a) en contact avec une eau de lavage.
On peut effectuer un échange de chaleur entre la solution absorbante régénérée obtenue à l'étape b) et la deuxième solution absorbante chargée en CO2 obtenue à l'étape c).
On peut effectuer un échange de chaleur entre la fraction régénérée obtenue à l'étape d) et la première solution absorbante chargée en CO2 obtenue à l'étape a).
La fumée de combustion peut provenir de l'une des unités suivantes : une centrale thermique pour la production d'électricité, une raffinerie, une cimenterie, une installation de sidérurgie, une unité de production de gaz de synthèse par oxydation d'un combustible hydrocarboné.
La présente invention permet, par rapport à l'existant, de diminuer le coût des utilités chaudes d'un procédé de captage du CO2. Cette mise en œuvre est particulièrement intéressante lorsqu'elle met en œuvre dans le premier circuit une solution absorbante qui permet de réaliser un fort taux de captage malgré une température de régénération relativement basse par rapport aux procédés conventionnels.
Le fait d'utiliser au moins deux niveaux de température, voire plus de deux niveaux de température, pour effectuer les régénérations des solutions absorbantes, permet d'exploiter différents fluides disponibles à différents niveaux de température dans l'unité. Ainsi, le procédé de captage de CO2 selon l'invention dispose d'une grande flexibilité d'intégration thermique avec l'unité de combustion.
Le fait d'utiliser deux circuits indépendants de solution absorbante permet de régler indépendamment les débits, les taux de charges, la composition des deux solutions absorbantes. Cela contribue à la souplesse de mise en œuvre du procédé selon l'invention.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront clairement à la lecture de la description faite ci-après en se référant aux dessins parmi lesquels :
- la figure 1a schématise un procédé selon l'invention,
- la figure 1 b schématise une variante du procédé selon l'invention
- la figure 2 représente la courbe d'évolution de la température critique de démixtion en fonction de la composition de la solution absorbante,
- la figure 3 schématise un procédé selon l'art antérieur.
En référence aux figures 1a et 1 b, les fumées de combustion à traiter arrivent par le conduit 1 à une pression qui peut être comprise entre 1 et 40 bars, et de préférence entre 1 et 30 bars absolus, et à une température qui peut être comprise entre 10°C et 00°C.
Les fumées de combustion peuvent être produites par une centrale thermique pour la production d'électricité. Le procédé de captage selon l'invention peut également être appliqué à toutes les fumées de combustion, produite par exemple dans une raffinerie, dans une cimenterie, dans une installation de sidérurgie, ou une fumée de combustion produite sous forme de gaz de synthèse par oxydation d'un combustible hydrocarboné.
Les fumées de combustion comportent en général entre 5% et 30% volume de CO2. Dans le cas des fumées de combustion, la teneur en composés de type SOx et NOx peut atteindre une valeur de l'ordre de 200 mg/Nm3 volume pour chacun dèsdits composés.
Les fumées de combustion arrivant par le conduit 1 peuvent être comprimées par l'organe A. Par exemple, l'élément A est une soufflante ou un compresseur assurant une augmentation de pression de l'ordre de 100 à 250 mbar. Selon l'invention, le C02 est capté par une première solution absorbante circulant dans le premier circuit S1 , puis par une deuxième solution absorbante circulant dans le deuxième circuit S2.
Dans le premier circuit S1 , les fumées issues de A sont introduites par le conduit 2 dans la section d'absorption C1 munie d'éléments de mise en contact entre gaz et liquide, par exemple des plateaux, un garnissage vrac ou un garnissage structuré. Dans la section C1 , les fumées sont mises en contact avec une première solution absorbante arrivant par le conduit 8. Dans C1 , par exemple, le gaz circule à contre-courant de la solution liquide. La solution absorbante capte le C02 contenu dans les fumées. On évacue par le conduit 3 en fond de la section C1 une solution absorbante chargée en CO2. On obtient des fumées appauvries en CO2 évacuée en tête de la section C1. Une section de lavage WS1 peut être mise en œuvre afin d'éviter la contamination de la solution absorbante de la section S2 par entraînement de composés de la solution absorbante provenant de la section S1. Par exemple, la section de lavage WS1 est mise en œuvre dans le cas où la formulation de la solution absorbante de la section S1 est différente de la formulation de la solution absorbante de la section S2. La fumée ainsi traitée est ensuite évacuée par le conduit 10.
De préférence, la première solution absorbante est une solution aqueuse d'amine. De manière préférée, la ou les aminés utilisées dans le circuit S1 sont choisies pour leur capacité à absorber une grande quantité de composés acides et leur capacité à être régénérées au moins partiellement à température relativement basse, par exemple à une température inférieure à 90°C. Par exemple, la ou les aminés utilisées dans le circuit S1 permettent de réaliser un fort taux de captage (néanmoins inférieure à 90%), malgré une régénération à un faible niveau thermique, par exemple à une température inférieure à 90°C.
La solution aqueuse mise en œuvre dans le circuit S1 peut comporter entre 10% et 80% poids, de préférence entre 20% et 60% poids, de manière très préférée entre 30% et 50% poids en aminés. La solution aqueuse mise en œuvre dans le circuit S1 peut comporter entre 20% et 90% poids, de préférence entre 40% et 80% poids d'eau, de manière préférée entre 50% et 70% poids d'eau. Dans un mode de réalisation, la première solution absorbante peut comporter un autre composé contenant au moins une fonction aminé primaire ou secondaire afin de jouer un rôle d'activateur. La deuxième solution absorbante peut contenir une teneur d'activateur comprise entre 0,5% et 20% poids, de préférence entre 0,5% et 15% poids, de manière très préférée entre 0,5% et 10% poids, dans la solution aqueuse.
La solution absorbante peut par ailleurs contenir un solvant organique, non réactif vis à vis des gaz acides, mais qui permet d'augmenter la solubilité physique d'une impureté, afin d'améliorer son élimination (solvant physique).
On peut choisir les aminés parmi les aminés ayant les caractéristiques suivantes: un taux de captage supérieur à 50% pour une énergie de régénération inférieure à 10 GJ/ tCO2 capté. Par exemple, on peut choisir l'aminé parmi les composés suivants : la monoethanolamine (MEA), 2-amino-2-methyl-propanol (AMP), 1-amino-2-propanol, 2-amino-1-butanol, 1-(2-aminoethyl)-pyrrolidine, diethanolamine (DEA), 2 (ethylamino) ethanol, 2-méthylpipérazine, N- methyldiethanolamine (MDEA), 1-(dimethylamino)-2-propanol, la Ν,Ν,Ν',Ν'- Tétraméthylhexane-1 ,6-diamine (TMHDA), 1-amino-6-pyrodinyl-hexane, Pentamethyldipropylenetriamine, Ν,Ν,Ν',Ν'-Tetraethyldiethylenetriamine, Bis[2- (N,N-diméthylamino)-éthyl]éther. Ces aminés peuvent être employées seules, ou " en mélange.
Les aminés peuvent également être mélangées à des solvants à caractère physique, par exemple le méthanol, le sulfolane, les polyéthylèneglycols qui peuvent être éthérifiés, les pyrrolydones ou dérivés comme par exemple la N- méthylpyrrolidone, la N-formyl morpholine, l'acétyl morpholine, le carbonate de propylène. Par exemple, la solution absorbante comporte entre 10% et 50% poids d'un solvant à caractère physique.
La solution absorbante évacuée en fond de la section C1 par le conduit 3 est régénérée par chauffage afin de provoquer une libération sous forme gazeuse du CO2 absorbé par la solution. La solution 3 est chauffée dans l'échangeur E9, E6 puis dans l'échangeur de chaleur E1. Dans l'échangeur E1 , la solution absorbante est chauffée jusqu'à une température comprise entre 70°C et 90°C, de préférence entre 75°C et 85°C à l'aide de vapeur basse température, par exemple une vapeur dont la température est comprise entre 80°C et 100°C, de préférence entre 80°C et 92°C. De préférence, l'augmentation totale de température subie par la solution absorbante dans les échangeurs E9, E6 et E1 est limitée, par exemple à une valeur comprise entre 20°C et 50°C. Lors du chauffage de la solution absorbante dans E9, E6 puis dans E1 , une part non négligeable du CO2 absorbé est libérée sous forme gazeuse. La solution absorbante et le CO2 gazeux issus de E1 sont introduits dans le ballon de flash F1 pour être séparés. Par exemple, la pression dans le ballon de flash F1 est comprise entre 1 et 2 bars absolus. Le CO2 gazeux est évacué en tête de F1 par le conduit 9. La solution absorbante appauvrie en CO2 est évacuée en fond du ballon F1 par le conduit 5 pour être introduit dans l'échangeur de chaleur E6 afin de réchauffer la solution absorbante arrivant par le conduit 3b. La solution refroidie qui est issue de E6 par le conduit 6, est introduite dans l'échangeur E10 afin de préchauffer le flux 14. Le flux 6 refroidi dans E10 est évacué par la conduite 48 et introduite dans le bac de stockage B1. Un appoint en eau ou en aminé peut être introduit dans le bac de stockage respectivement par les conduits 11 et 12. Un flux de solution absorbante est prélevé de B1 par le conduit 7. L'échangeur de chaleur E7 permet de baisser la température de la solution 7 jusqu'à une valeur adéquate pour réaliser l'absorption dans C1 par exemple à une température comprise entre 20°C et 40°C. La solution absorbante issue de E7 est recyclée en étant introduite dans la section d'absorption C1 par le conduit 8.
Les fumées appauvries en CO2 issues de C1 sont introduites dans la section de lavage WS1 pour retirer l'aminé et les éventuels produits de dégradation de l'aminé entraîné par les fumées. La section de lavage WS1 est munie d'éléments de mise en contact entre gaz et liquide, par exemple des plateaux, un garnissage en vrac ou un garnissage structuré. Dans la section WS1 , les fumées appauvries en CO2 sont mises en contact avec de l'eau arrivant par le conduit 49. Dans WS1 , par exemple, le gaz circule à contre-courant de la solution liquide. L'eau de lavage capte l'aminé et les éventuels produits de dégradation de l'aminé contenus dans les fumées appauvries en CO2. On évacue par le conduit 50 en fond de la section WS1 l'eau de lavage chargée en l'aminé et en produits de dégradation de l'aminé. On obtient des fumées purifiées qui sont évacuées en tête de la section WS1 par le conduit 10. Dans le deuxième circuit S2, les fumées partiellement décarbonatées issues de la section WS1 sont introduites par le conduit 10 dans la section d'absorption C2 munie d'éléments de mise en contact entre gaz et liquide, par exemple des plateaux, un garnissage vrac ou un garnissage structuré. Dans la section C2, les fumées sont mises en contact avec la seconde solution absorbante arrivant par le conduit 13. Dans C2, par exemple, le gaz circule à contre-courant de la solution liquide. La solution absorbante capte une partie du CO2 restant contenu dans les fumées. On évacue par le conduit 14 en fond de la section C2 une solution absorbante chargée en CO2. On obtient des fumées appauvries en CO2 évacuées en tête de la section C2 par le conduit 20.
La composition de la deuxième solution absorbante comporte des aminés en phase aqueuse. On peut mettre en œuvre une solution aqueuse comportant, en général entre 10% et 80% poids, de préférence entre 20% et 60% poids, de manière très préférée entre 30% et 50%poids en aminés. La solution aqueuse peut comporter entre 20% et 90% poids, de préférence entre 40% et 80% poids d'eau, de manière très préférée entre 50% et 70% poids d'eau.
Dans un mode de réalisation, la seconde solution absorbante peut comporter un autre composé contenant au moins une fonction aminé primaire ou secondaire afin de jouer un rôle d'activateur. La deuxième solution absorbante peut contenir une teneur d'activateur comprise entre 0,5% et 20% poids, de préférence entre 0,5% et 15% poids, de manière très préférée entre 0,5% et 10% poids, dans la solution aqueuse.
Une liste non exhaustive des composés pouvant être utilisés comme activateur est donnée ci-dessous :
- BenzylAmine,
- N-MethylBenzylAmine,
- N-EthylBenzylAmine, - α-MethylBenzylAmine,
- α-EthylBenzylAmine,
- PhénéthylAmine,
- TetraHydrolsoQuinoline,
- Isolndoline,
- ButylAmine,
- N-ButylPipérazine,
- MonoEthanolAmine,
- AminoEthylEthanolAmine,
- DiGlycolAmine,
- Pipérazine,
- N-(2-HydroxyEthyl)Pipérazine,
- N-(2-AminoEthyl)Pipérazine,
- N-MethylPipérazine,
- N-EthylPipérazine,
- N-PropylPipérazine,
- 1 ,6-HexaneDiAmine,
- 1 , 1 ,9,9-TetraMéthylDiPropylèneTriamine,
- Morpholine,
- Pipéridine,
- 3-(MetylAmino)PropylAmine,
- N-MethylBenzylAmine.
Les aminés de la seconde solution absorbante peuvent également être mélangées à des solvants à caractère physique, par exemple le méthanol, le sulfolane, les polyéthylèneglycols qui peuvent être éthérifiés, les pyrrolydones ou dérivés comme par exemple la N-méthylpyrrolidone, la N-formyl morpholine, l'acétyl morpholine, le carbonate de propylène. Par exemple, la solution absorbante comporte entre 10% et 50% poids d'un solvant à caractère physique. Dans le mode de la réalisation de la figure 1a, on choisit une aminé qui, en phase aqueuse, présente la propriété de former une solution monophasique lorsqu'elle est en solution aqueuse à une température inférieure à une température critique, et de former deux phases liquides séparables lorsque la température de la solution absorbante est supérieure à ladite température critique. En d'autres termes, on choisit l'aminé de telle sorte que la solution absorbante qui est au départ monophasique forme deux phases liquides lorsque sa température dépasse la température critique de démixtion, c'est-à-dire un seuil de température.
Par exemple, on peut choisir l'aminé de la deuxième solution absorbante parmi les composés suivants : la N,N,N',N'-Tétraméthylhexane-1 ,6-diamine, et la N,N,N",N"-tetraéthyldiéthylènetriamine. Ces aminés peuvent être employées seules, ou en mélange. La figure 2 montre un exemple d'évolution de la température critique T
(en °C) de démixtion en fonction de la concentration [C] (en % poids) en aminé TMHDA (N,N,N',N'-Tétraméthylhexane-1 ,6-diamine) pour une solution absorbante constituée de TMHDA en solution aqueuse, n'ayant pas absorbé de composés acides. Le domaine M indique les conditions de température et de concentration pour lesquelles la solution absorbante est monophasique. Le domaine D indique les conditions de température et de concentration pour lesquelles la solution absorbante est diphasique. A haute température, la solution absorbante de concentration globale [C0] en aminés est diphasique (zone D) et se sépare en deux phases, l'une pauvre en aminés (concentration [C-i] en aminé), l'autre riche en aminés (concentration [C2] en aminé).
En référence à la figure 1a, la solution absorbante chargée en C02 issue de la section C2 par le conduit 14 est réchauffée dans E10, puis pompée par la pompe P1 jusqu'à une pression comprise entre 2 et 5 bars abs, de préférence entre 3 et 4 bars abs. Puis la solution est chauffée dans l'échangeur E2 jusqu'à une température supérieure à sa température de démixtion. La solution absorbante issue de E2 est introduite dans le ballon de séparation D. Dans le ballon D, la solution est à une température supérieure à la température critique pour laquelle la solution absorbante se sépare en deux fractions : une fraction L1 riche en aminé et une fraction L2 riche en eau. La fraction L1 est riche en aminé n'ayant pas réagi avec le CO2. La fraction L2 est riche en eau et comporte des sels d'amines produits par la réaction de l'aminé avec le CO2. De plus, sous l'effet de la hausse de température, une fraction gazeuse G riche en C02 est libérée dans D. Dans le ballon D, les fractions L1 et L2 peuvent être séparées par décantation, centrifugation.
La fraction L2 riche en eau est évacuée de D par le conduit 15, pompée par la pompe P2 jusqu'à une pression comprise entre 4 et 10 bars abs, de préférence entre 6 et 8 bars abs. Puis la fraction L2 sous pression est introduite dans la section de régénération R par le conduit 17 pour être régénérée par distillation et/ou entraînement des composés acides par la vapeur, opération couramment nommée "stripage".
Alternativement, selon le mode de réalisation de la figure 1 b, on peut choisir l'aminé pour capter les composés acides, avec ou sans propriété de donner deux phases liquides séparables lorsque la température de la solution absorbante est augmentée. Par exemple, l'aminé de la deuxième solution absorbante peut être choisie parmi les composés suivants : MEA (monoéthanolamine), la DEA (diéthanolamine), la MDEA (méthyldiéthanolamine), la DIPA (diisopropylamine), ou la DGA (diglycolamine), mais aussi parmi des multiamines telles que la pipérazine, la N-(2-hydroxyéthyl)piperazine, la 1 ,2-bis(2- diéthylaminoéthoxy)éthane, et la 1 ,2-bis(2-pyrolidinoéthoxy)éthane et la 2- méthylpipérazine.
En référence à la figure 1 b, la solution absorbante chargée en CO2 issue de la section C2 par le conduit 14 est réchauffée dans E10, puis pompée par la pompe P1 jusqu'à une pression comprise entre 2 et 5 bars abs, de préférence entre 3 et 4 bars abs. Puis la solution est chauffée dans l'échangeur E2. La solution absorbante issue de E2 est introduite dans le ballon de flash F5. Sous l'effet de la hausse de température, une fraction gazeuse riche en CO2 est libérée dans F5. Cette fraction gazeuse est évacuée de F5 par le conduit 42.
La solution absorbante partiellement débarrassée de C02 est évacuée de F5 par le conduit 27 pompée par la pompe P2 jusqu'à une pression comprise entre 4 et 10 bars abs, de préférence entre 6 et 8 bars abs. Puis la solution absorbante sous pression est introduite dans la section de régénération R par le conduit 17 pour être régénérée par distillation ou entraînement des composés acides par la vapeur, opération couramment nommée "stripage". En référence aux figures 1a et 1 b, les pompes P1 et P2 permettent d'effectuer la régénération de la solution absorbante dans le circuit S2 à une pression supérieure à celle de la régénération dans le circuit S1. Par exemple, la pression dans les équipements D, F5 et R est supérieure à la pression dans le ballon F1.
En référence aux figures 1a et 1b, la section de régénération R est équipée d'un rebouilleur E3 et d'interne de mise en contact entre gaz et liquide. Dans R, la fraction de solution absorbante est mise en contact avec de la vapeur d'eau qui est générée par le rebouilleur E3 et introduite en fond de R. Par exemple, le rebouilleur E3 chauffe la fraction de solution absorbante à une température comprise entre 100°C et 190°C, de préférence entre 120°C et 190°C, voire entre 140°C et 190°C. Le CO2 est libéré sous forme gazeuse et évacuée de R par le conduit 19. Le flux 19 de vapeur d'eau riche en CO2 est partiellement condensé par refroidissement dans E8. Les condensats sont séparés du CO2 gazeux dans le ballon de séparation F2. Les condensats sont introduits par le conduit 21 en tête de la section R à titre de recycle. Le CO2 gazeux est évacué par le conduit 22. La solution régénérée est évacuée de la section R par le conduit 18.
Le flux 8 est introduit dans l'échangeur E2 pour réchauffer la solution absorbante 14 issue de la section C2. Après avoir été refroidi, le flux est évacué de E2 par le conduit 23. En référence à la figure 1a, on assemble dans le conduit 46 le flux arrivant par le conduit 23 et la fraction L t riche en aminé évacuée de D par le conduit 16.
En référence à la figure b, on le conduit 23 est prolongé par le conduit
46.
En référence aux figures 1a et 1 b, le flux 46 sert à réaliser une préchauffe du flux 3 à l'aide de l'échangeur E9. Le flux 46, refroidi dans E9, est introduit dans le bac de stockage B2 par la conduite 47. En fonction des niveaux de pression imposés par les pompes P1 et P2, on prévoit des détentes effectuées par la vanne V1 disposée sur le conduit 18 et la vanne V2 disposée en amont du bac de stockage B2 pour équilibrer les pressions.
Un appoint en eau ou en aminé peut être introduit dans le bac de stockage B2 respectivement par les conduits 24 et 25. Un flux de solution absorbante est prélevé de B2 par le conduit 26. L'échangeur de chaleur E6 permet de baisser la température de la solution 26 jusqu'à une valeur adéquate pour réaliser l'absorption dans C2, par exemple à une température comprise entre 20°C et 40°C. La solution absorbante issue de E6 est recyclée en étant introduite dans la section d'absorption C2 par le conduit 13.
Les fumées appauvries en CO2 issues de C2 par le conduit 20 sont introduites dans la section de lavage WS2 pour retirer l'aminé et les éventuels produits de dégradation de l'aminé entraînés par les fumées. La section de lavage WS2 est munie d'éléments de mise en contact entre gaz et liquide, par exemple des plateaux, un garnissage en vrac ou un garnissage structuré. Dans la section WS2, les fumées appauvries en CO2 sont mises en contact avec de l'eau arrivant par le conduit 30. Dans WS2, par exemple, le gaz circule à contre-courant de la solution liquide. L'eau de lavage capte l'aminé et les éventuels produits de dégradation de l'aminé contenus dans les fumées appauvries en CO2. On évacue par le conduit 31 en fond de la section WS2 l'eau de lavage chargée en aminé et en produits de dégradation de l'aminé. On obtient des fumées purifiées qui sont évacuées en tête de la section WS2 par le conduit 32. Les débits des premières solutions et deuxième solutions absorbantes circulant dans les circuits S1 et S2 sont indépendants et peuvent être déterminés pour profiter au mieux de l'énergie à bas niveau de température nécessaire à la régénération de la première solution absorbante dans E1 et F1.
Le CO2 gazeux issu de F1 par le conduit 9 est refroidi dans l'échangeur de chaleur E4, par exemple par un fluide externe tel que de l'eau ou de l'air. Les condensats formés lors du refroidissement sont séparés du CO2 gazeux dans le ballon F3 et évacués par le conduit 44. Le flux de CO2 gazeux évacué de F3 par le conduit 40 est comprimé par le compresseur K1 puis envoyé dans l'unité COMP de compression du CO2 par le conduit 41.
Le C02 gazeux G issu de D par le conduit 42 selon le mode de réalisation de la figure 1a ou le CO2 gazeux issu de F5 par le conduit 42 selon le mode de réalisation de la figure 1b est refroidi dans l'échangeur de chaleur E5, par exemple par un fluide externe tel que de l'eau ou de l'air. Les condensât formés lors du refroidissement sont séparés du C02 gazeux dans le ballon F4 et évacués par le conduit 45. Le flux de C02 gazeux évacué de F4 par le conduit 43 est comprimé par le compresseur K2 puis envoyé dans l'unité COMP de compression du CO2 par le conduit 44.
Le CO2 gazeux produit par R est envoyé par le conduit 22 dans l'unité COMP de compression du CO2.
Eventuellement, les flux 22, 41 et 44 de CO2 ont été mis au même niveau de pression par K1 et K2 pour pouvoir être rassemblés avant d'être envoyés à l'unité COMP.
Les procédés selon l'invention schématisés par les figures 1a et 1 b comportent deux circuits de solution absorbante fonctionnant chacun avec un niveau de température de régénération. Sans sortir du cadre de l'invention, le procédé de captage du CO2 selon l'invention peut comporter un troisième circuit de solution absorbante, voire plus de trois circuits, chacun des circuits fonctionnant avec un niveau de température de régénération indépendant, éventuellement différent, du niveau de température de régénération des autres circuits et avec une solution absorbante dont la composition est similaire ou différente de la solution absorbante circulant dans les autres circuits.
Les exemples présentés ci-après permettent d'illustrer les avantages du procédé selon l'invention.
Le premier exemple illustre le fonctionnement du procédé selon l'invention schématisé par la figure 1a.
La fumée de combustion à traiter comporte 13,5% molaire de CO2 et arrive à un débit nominal de 10 000 Nm3/h. Le procédé est paramétré pour capter 90% du CO2 contenu dans la fumée à traiter, ce qui représente un débit de 2387 kg/h de CO2 capté.
Dans le circuit S1 , on met en œuvre une solution absorbante comportant 33% poids de TMHDA en phase aqueuse. La solution absorbante est chauffée et dans E1 à une température de 80°C par de la vapeur d'eau à 0,7 bars. Dans F1 , 42% du CO2 absorbé par la solution absorbante dans C1 est libéré sous forme gazeuse à 1 bar. Dans ces conditions, le procédé consomme 0,98MW thermique au niveau l'échangeur de chaleur E1.
Dans le circuit S2, on met en œuvre une solution absorbante la même solution absorbante que dans dans le circuit S1 , et qui comporte 33% poids de TMHDA en solution aqueuse. Selon le niveau de pression de la solution absorbante comprimée par la pompe P1 , on libère dans D entre 14% et 15% du CO2 absorbé par la solution absorbante dans C2. Puis, la fraction L2 de solution absorbante est régénérée dans R en utilisant de la vapeur d'eau à 9 bars dans le rebouilleur E3. Dans ces conditions, le procédé consomme 0,96 MW thermique au niveau de l'échangeur de chaleur E3.
Pour comprimer le C02 gazeux, le procédé consomme 0,137 MW électrique au niveau des compresseurs K1 et, K2 et de l'unité COMP.
En comparaison, on met en œuvre le procédé selon l'art antérieur représenté par la figure 3 qui est composé du procédé représenté par la figure 1a amputé du premier circuit de solution absorbante. Les références de la figure 3 identiques aux références de la figure 1a désignent les mêmes éléments.
La fumée de combustion à traiter comporte 13,5% molaire de CO2 et arrive à un débit nominal de 10 000 Nm3/h. Le procédé est paramétré pour capter 90% du C02 contenu dans la fumée à traiter.
On met en oeuvre une solution absorbante comportant 33% poids de TMHDA en phase aqueuse. La fraction L2 de solution absorbante est régénérée dans R en utilisant de la vapeur d'eau à 9 bars dans le rebouilleur E3. Dans ces conditions, le procédé selon l'art antérieur consomme 1 ,57 MW thermique au niveau de l'échangeur de chaleur E3.
Pour comprimer le CO2 gazeux, le procédé consomme 0,11 MW électrique au niveau du compresseur K2 et de l'unité COMP.
Pour une même solution absorbante, le procédé selon l'invention consomme 38% de vapeur à 9 bars de moins que le procédé de l'art antérieur. La consommation d'énergie totale de vapeur basse température à 0,7 bars et de vapeur haute température à 9 bars du procédé selon l'invention est quasiment identique à celle du rebouilleur du procédé selon l'art antérieur (schéma représenté sur la figure 3). Les données comparatives sont représentées dans le tableau 1.
Procédé
amélioré Gain
Art antérieur
selon configuration (figure 3)
l'invention "figure 1" (figure 1 )
E Rebouilleur (E3) (MW 0.96 (coût
1.57
thermique) élevé) + 388 %
Consommation de vapeur 9 bar 2785 1703
Figure imgf000020_0001
Dans le cas d'une raffinerie, l'unité FCC est une des plus émettrices de CO2 mais est également une unité qui produit de la vapeur utilisable, mais excédentaire.
Par exemple, pour une unité FCC traitant 1 Tonne de charge, la quantité moyenne de CO2 produit est de 0,72 Tonne, et la quantité de vapeur excédentaire est de l'ordre de 0,5 Tonne par Tonne de charge traitée.
En considérant un taux de captage de 90%, la quantité de vapeur disponible par Tonne de CO2 capté est de 0,77. La consommation spécifique de vapeur basse pression du procédé amélioré selon l'invention présente une consommation de 0,65 Tonne de vapeur par Tonne de CO2 capté. En conséquence, la consommation de vapeur basse pression est donc largement couverte par la production de vapeur excédentaire de l'unité FCC.
Le coût de la vapeur à 0,7 bars est très faible voire nul comparé à celui de la vapeur à 9 bars. Le coût de régénération du procédé selon l'invention est donc considérablement réduit grâce à l'exploitation de la vapeur excédentaire disponible.
La consommation d'électricité au niveau de la compression du CO2 augmente de 25% pour le procédé selon l'invention par rapport au procédé selon l'art antérieur. Cette augmentation de puissance reste négligeable par rapport au gain sur l'énergie thermique de la régénération du procédé selon l'invention. Par conséquent le procédé selon l'invention est plus économique que le procédé selon l'art antérieur, représenté par la figure 3.

Claims

REVENDICATIONS
1) Procédé de captage de CO2 contenu dans une fumée de combustion dans lequel on effectue les étapes suivantes :
a) on met en contact (C1 ) la fumée de combustion avec une première solution absorbante comportant au moins une première aminé en phase aqueuse, de manière à produire une fumée appauvrie en CO2 et une première solution absorbante chargée en CO2,
b) on chauffe (E1 ) ladite solution absorbante chargée en CO2 à une première température comprise entre 70°C et 90°C pour libérer un flux gazeux de CO2 et produire une solution absorbante régénérée et on sépare au moyen d'un ballon de flash (F1 ) le flux gazeux de CO2 et la solution absorbante régénérée qui est recyclée à l'étape a) en tant que première solution absorbante,
c) on met en contact (C2) la fumée appauvrie en CO2 obtenue à l'étape a) avec une deuxième solution absorbante comportant au moins une deuxième aminé en phase aqueuse, de manière à produire des fumées traitées et une deuxième solution absorbante chargée en CO2,
d) on régénère (R) au moins une portion de ladite deuxième solution absorbante chargée en CO2 par chauffage à une deuxième température supérieure à la première température pour produire une fraction régénérée, e) on recycle au moins ladite fraction régénérée à l'étape c) en tant que deuxième solution absorbante.
2) Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la deuxième aminé est choisie de manière à former une solution monophasique lorsque sa température est inférieure à une température critique et à former deux phases séparables lorsqu'elle est chauffée à une température supérieure à la température critique, et dans lequel, avant l'étape d), on effectue en outre les étapes suivantes : f) on chauffe (E2) ladite deuxième solution absorbante chargée en CO2 jusqu'à une température supérieure à la température critique pour diviser ladite deuxième solution absorbante en une fraction enrichie en aminé et une fraction enrichie en eau,
g) on sépare (D) ladite fraction enrichie en aminé et ladite fraction enrichie en eau,
à l'étape d), on régénère ladite fraction enrichie en eau et, à l'étape e), on recycle à l'étape c) un mélange composé de ladite fraction régénérée obtenue à l'étape d) et de ladite fraction enrichie en aminé obtenue à l'étape g) en tant que deuxième solution absorbante.
3) Procédé selon la revendication 2, dans lequel, avant l'étape f), on pompe (P1 ) ladite deuxième solution absorbante chargée en CO2 jusqu'à une pression comprise entre 2 et 5 bars, puis, avant l'étape d), on pompe (P2) ladite fraction enrichie en eau jusqu'à une pression comprise entre 4 et 10 bars.
4) Procédé selon la revendication 1 , dans lequel, avant l'étape d), on pompe (P2) ladite deuxième solution absorbante chargée en CO2 jusqu'à une pression comprise entre 2 et 5 bars.
5) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, on effectue l'étape b) à une première pression et on effectue l'étape d) à une deuxième pression supérieure à la première pression. 6) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel à l'étape b), on augmente la température de ladite solution absorbante d'une valeur comprise entre 20°C et 50°C de manière à libérer au moins 20% du CO2 capté par ladite solution absorbante à l'étape a). 7) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la deuxième température est comprise entre 100°C et 190°C. 8) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel avant l'étape c), on met la fumée appauvrie en C02 obtenue à l'étape a) en contact avec une eau de lavage.
9) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on effectue un échange de chaleur entre la solution absorbante régénérée obtenue à l'étape b) et la deuxième solution absorbante chargée en CO2 obtenue à l'étape c).
10) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on effectue un échange de chaleur entre la fraction régénérée obtenue à l'étape d) et la première solution absorbante chargée en CO2 obtenue à l'étape a).
11) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la fumée de combustion provient de l'une des unités suivantes : une centrale thermique pour la production d'électricité, une raffinerie, une cimenterie, une installation de sidérurgie, une unité de production de gaz de synthèse par oxydation d'un combustible hydrocarboné.
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