FR2987755A1 - Procede et appareil de separation par distillation d'un gaz contenant du dioxyde de carbone - Google Patents
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Abstract
Un appareil de séparation d'un gaz contenant du dioxyde de carbone et au moins un composant plus léger par distillation comprend un échangeur de chaleur (7) pour refroidir le gaz contenant du dioxyde de carbone jusqu'à une température subambiante, des moyens (9) pour condenser partiellement le gaz contenant du dioxyde du carbone pour produire un gaz et un liquide d'alimentation, une colonne de distillation (17) ayant un rebouilleur de cuve (27), une conduite pour envoyer le liquide d'alimentation (13) dans la colonne de distillation pour s'y séparer, une conduite pour soutirer un liquide riche en dioxyde de carbone de la cuve de la colonne et pour l'envoyer se vaporiser dans l'échangeur, une conduite pour envoyer le liquide vaporisé au rebouilleur de la colonne pour vaporiser une partie du liquide de cuve, une conduite pour renvoyer la partie de liquide de cuve vaporisée à la colonne, et un compresseur (Cp) pour comprimer le gaz refroidi dans le rebouilleur, le compresseur comprenant au moins deux roues successives (C7, C8) avec aucun moyen de refroidissement entre les deux premières roues successives.
Description
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séparation par distillation d'un gaz riche en dioxyde de carbone. Un gaz contenant du dioxyde de carbone est un gaz qui contient au moins 30% mol de dioxyde de carbone, ou au moins 50% mol de dioxyde de carbone, voire au moins 80% mol de dioxyde de carbone.
Le gaz contenant du dioxyde de carbone peut contenir également un ou plusieurs des composants suivants plus légers que le dioxyde de carbone : oxygène, azote, argon, monoxyde de carbone, hydrogène, méthane. Le gaz peut être émis par une unité d'oxycombustion, une unité sidérurgique, une cimenterie, une unité de reformage à la vapeur de gaz naturel.
Il est connu de séparer un gaz riche en dioxyde de carbone en le refroidissant, en séparant par distillation à une température en dessous de l'ambiante, en vaporisant un liquide de cuve de la colonne de distillation pour fournir un débit de gaz enrichi en dioxyde de carbone. FR-A-2934170 décrit le cas où le liquide de cuve vaporisé sert à rebouillir la colonne, s'en trouvant au moins partiellement condensé. La présente invention permet d'économiser un refroidisseur de compresseur en renvoyant le gaz refroidi dans le rebouilleur dans un compresseur de produit. Elle permet également la réduction de la taille d'une roue d'un compresseur de produit, la réduction ou l'élimination d'un réfrigérant de compresseur et la réduction de l'énergie de compression. Un gaz riche en dioxyde de carbone contient au moins 80% mol de dioxyde de carbone, voire au moins 90% de dioxyde de carbone. Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de séparation d'un gaz contenant du dioxyde de carbone et au moins un composant plus léger que le dioxyde de carbone par distillation dans lequel : i) on refroidit le gaz contenant du dioxyde de carbone dans un échangeur de chaleur jusqu'à une température subambiante, ii) on condense partiellement le gaz contenant du dioxyde du carbone pour produire un gaz et un liquide d'alimentation, iii) on sépare le liquide d'alimentation dans une colonne de distillation ayant un rebouilleur de cuve, iv) on soutire un gaz enrichi en le au moins un composant plus léger de la tête de la colonne, y) on soutire un liquide riche en dioxyde de carbone de la cuve de la colonne, vi) on vaporise le liquide riche en dioxyde de carbone dans l'échangeur, vii) on envoie le liquide vaporisé au rebouilleur de la colonne pour vaporiser une partie du liquide de cuve, éventuellement après compression, viii) on renvoie la partie de liquide de cuve vaporisée à la colonne, et ix) on refroidit le liquide vaporisé dans le rebouilleur sans le condenser et on comprime le gaz refroidi pour former un gaz riche en dioxyde de carbone. Selon d'autres caractéristiques facultatives : le gaz refroidi dans le rebouilleur est comprimé dans deux roues de compresseur successives sans être refroidi entre les deux roues les roues successives sont une première roue et une deuxième roue, le gaz refroidi dans le rebouilleur entrant dans la première roue à une température subambiante et sortant de la première roue à une température différant d'au plus 40°C de la température ambiante. le gaz refroidi dans le rebouilleur n'est pas réchauffé ensuite dans l'échangeur. Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un appareil de séparation d'un gaz contenant du dioxyde de carbone et au moins un composant plus léger que le dioxyde de carbone par distillation comprenant un échangeur de chaleur pour refroidir le gaz contenant du dioxyde de carbone jusqu'à une température subambiante, des moyens pour condenser partiellement le gaz contenant du dioxyde du carbone pour produire un gaz et un liquide d'alimentation, une colonne de distillation ayant un rebouilleur de cuve, une conduite pour envoyer le liquide d'alimentation dans la colonne de distillation pour s'y séparer, une conduite pour soutirer un gaz enrichi en le au moins un composant plus léger de la tête de la colonne, une conduite pour soutirer un liquide riche en dioxyde de carbone de la cuve de la colonne et pour l'envoyer se vaporiser dans l'échangeur, une conduite pour envoyer le liquide vaporisé au rebouilleur de la colonne pour vaporiser une partie du liquide de cuve, éventuellement après compression, une conduite pour renvoyer la partie de liquide de cuve vaporisée à la colonne, et un compresseur pour comprimer le gaz refroidi dans le rebouilleur, le compresseur comprenant au moins deux roues successives avec aucun moyen de refroidissement entre les deux premières roues successives. De préférence, l'appareil ne comprend pas de moyen d'envoyer le gaz refroidi dans le rebouilleur à l'échangeur de chaleur. L'échangeur de chaleur peut être un échangeur à plaques et à ailettes.
L'appareil peut comprendre des moyens pour comprimer le liquide de cuve vaporisé en amont du rebouilleur. Les moyens pour comprimer le liquide de cuve vaporisé en amont et en aval du rebouilleur peuvent être constitués par des roues d'un seul compresseur. L'invention sera décrite en plus de détails en se référant à la Figure 1 qui montre un procédé selon l'invention. Un gaz 1 contenant du dioxyde de carbone, par exemple au moins 30% de dioxyde de carbone est comprimé dans un compresseur C ayant quatre roues C1, C2, C3, C4 en série jusqu'à une pression de 15 à 25 bars a dans cet exemple. Le débit comprimé 3 est épuré en eau dans le sécheur 5, puis refroidi dans un échangeur 7 à plaques et à ailettes. Le débit 3 se condense partiellement, est envoyé à un séparateur de phase 9 d'où sort un gaz 11 qui est ensuite réchauffé dans l'échangeur, détendu dans une vanne 19 et envoyé à une cheminée 21 pour être dissipé dans l'air. Le liquide 13 du séparateur de phase 9 est détendu dans une vanne 15, puis envoyé à une colonne de distillation 17 ayant un rebouilleur de cuve 27. Le gaz de tête 22 de la colonne 17 est réchauffé dans l'échangeur 7 et recyclé à la sortie de la troisième roue C3 du compresseur C.
Une partie 23 du liquide de cuve est envoyée au rebouilleur de cuve 27, vaporisée et renvoyée à la colonne sous forme gazeuse. Le rebouilleur peut être situé à l'intérieur de la colonne ou à l'extérieur. Une autre partie 25 du liquide de cuve est divisée en deux. Une partie 29 se vaporise à la pression de la cuve dans l'échangeur 7 et le reste 31 est détendu à une pression plus basse puis vaporisé dans l'échangeur 7. La partie 31 est comprimée dans la première roue C5 d'un compresseur Cp, puis refroidi par un refroidisseur R5. La partie 29 est mélangée avec la partie 31 en aval du refroidisseur R5 et le mélange est comprimé dans la roue C6 du compresseur Cp avec une température de sortie de 80°C puis refroidi dans le refroidisseur R6 jusqu'à 20°C. Le mélange refroidi à 20°C est envoyé au rebouilleur 27 où il se refroidit jusqu' à -20°C, sans être condensé. Le mélange refroidi dans le rebouilleur est envoyé à la troisième roue C7 du compresseur Cp à -20°C d'où il sort à une température différant d'au plus 40°C de la température ambiante, par exemple 20°C et est comprimé dans la troisième roue puis la quatrième roue C8 sans refroidissement entre les deux. Le mélange comprimé constituant un gaz riche en dioxyde de carbone est condensé dans un condenseur 37 par contact indirect avec de l'eau pour le liquéfier. Le liquide formé est ensuite pompé dans une pompe 39 pour former un débit sous pression 41. Il s'agît de rebouillir avec du produit, sans le condenser, juste pour réduire la température à l'entrée d'une roue de compression dans le compresseur de produit, afin de réduire la consommation énergétique de cette roue et de supprimer un réfrigérant de compresseur ou d'en réduire substantiellement la taille.
II est possible de vaporiser le liquide de cuve 25 sans l'avoir divisé. Il est également possible d'envoyer le liquide de cuve vaporisé au rebouilleur à la pression de la cuve de colonne, donc sans l'avoir comprimé.30
Claims (9)
- REVENDICATIONS1. Procédé de séparation d'un gaz contenant du dioxyde de carbone et au moins un composant plus léger que le dioxyde de carbone par distillation dans lequel : i) on refroidit le gaz contenant du dioxyde de carbone dans un échangeur de chaleur (7) jusqu'à une température subambiante, ii) on condense partiellement le gaz contenant du dioxyde du carbone pour produire un gaz et un liquide d'alimentation, iii) on sépare le liquide d'alimentation dans une colonne de distillation (17) ayant un rebouilleur de cuve (27), iv) on soutire un gaz enrichi en le au moins un composant plus léger de la tête de la colonne, y) on soutire un liquide riche en dioxyde de carbone de la cuve de la colonne, vi) on vaporise le liquide riche en dioxyde de carbone dans l'échangeur, vii) on envoie le liquide vaporisé au rebouilleur de la colonne pour vaporiser une partie du liquide de cuve, éventuellement après compression, viii) on renvoie la partie de liquide de cuve vaporisée à la colonne, et ix) on refroidit le liquide vaporisé dans le rebouilleur sans le condenser et on comprime le gaz refroidi pour former un gaz riche en dioxyde de carbone.
- 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le gaz refroidi dans le rebouilleur (27) est comprimé dans deux roues de compresseur successives (C7, C8) sans être refroidi entre les deux roues.
- 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel les roues successives sont une première roue (C7) et une deuxième roue (C8), le gaz refroidi dans le rebouilleur (27) entrant dans la première roue à une température subambiante etsortant de la première roue à une température différant d'au plus 40°C de la température ambiante.
- 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel le gaz refroidi dans le rebouilleur (27) n'est pas réchauffé ensuite dans l'échangeur (7).
- 5. Appareil de séparation d'un gaz contenant du dioxyde de carbone et au moins un composant plus léger que le dioxyde de carbone par distillation comprenant un échangeur de chaleur (7) pour refroidir le gaz contenant du dioxyde de carbone jusqu'à une température subambiante, des moyens (9) pour condenser partiellement le gaz contenant du dioxyde du carbone pour produire un gaz et un liquide d'alimentation, une colonne de distillation (17) ayant un rebouilleur de cuve (27), une conduite pour envoyer le liquide d'alimentation (13) dans la colonne de distillation pour s'y séparer, une conduite pour soutirer un gaz (22) enrichi en le au moins un composant plus léger de la tête de la colonne, une conduite pour soutirer un liquide riche en dioxyde de carbone de la cuve de la colonne et pour l'envoyer se vaporiser dans l'échangeur, une conduite pour envoyer le liquide vaporisé au rebouilleur de la colonne pour vaporiser une partie du liquide de cuve, éventuellement après compression, une conduite pour renvoyer la partie de liquide de cuve vaporisée à la colonne, et un compresseur (Cp) pour comprimer le gaz refroidi dans le rebouilleur, le compresseur comprenant au moins deux roues successives (C7, C8) avec aucun moyen de refroidissement entre les deux premières roues successives.
- 6. Appareil selon la revendication 5 ne comprenant pas de moyen d'envoyer le gaz refroidi dans le rebouilleur à l'échangeur de chaleur.
- 7. Appareil selon la revendication 5 ou 6 dans lequel l'échangeur de chaleur (7) est un échangeur à plaques et à ailettes.30
- 8. Appareil selon la revendication 5, 6 ou 7 comprenant des moyens (C5, C6) pour comprimer le liquide de cuve vaporisé en amont du rebouilleur.
- 9. Appareil selon l'une des revendications 5 à 8 dans lequel les moyens pour comprimer le liquide de cuve vaporisé en amont et en aval du rebouilleur peuvent être constitués par des roues d'un seul compresseur (Cp).
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