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WO2025003033A1 - Method and device for separating a mixture containing co2 via partial condensation and/or distillation - Google Patents

Method and device for separating a mixture containing co2 via partial condensation and/or distillation Download PDF

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WO2025003033A1
WO2025003033A1 PCT/EP2024/067600 EP2024067600W WO2025003033A1 WO 2025003033 A1 WO2025003033 A1 WO 2025003033A1 EP 2024067600 W EP2024067600 W EP 2024067600W WO 2025003033 A1 WO2025003033 A1 WO 2025003033A1
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WO
WIPO (PCT)
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gas
flow
buffer capacity
compressed
mode
Prior art date
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Pending
Application number
PCT/EP2024/067600
Other languages
French (fr)
Inventor
Pascal Marty
Michele MURINO
Laurette MADELAINE
Ludovic Granados
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
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Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for separating a mixture containing CO2 by partial condensation and/or distillation.
  • the mixture contains CO2, nitrogen, oxygen, possibly argon, possibly water.
  • Some CO2 capture processes should preferably operate continuously and if possible with limited fluctuations in flow rates and molar mass.
  • PFRK Parallel Flow Regenerative Kilns
  • FIG. 1 illustrates a CO2 purification process using a preconcentration unit A capable of separating a gas by adsorption or permeation and a partial condensation and/or distillation process CC.
  • a gas 1 at atmospheric pressure and a temperature of 120°C containing CO 2 , nitrogen, oxygen, argon as well as impurities such as NO x and/or SO x is compressed in a compressor C1 forming a compressed gas 3, washed with water 4 and/or a basic component in a washing unit Q to remove impurities such as NO x and SO x .
  • the washed gas 5 is heated in a heater H and sent to a compressor C2 where it is compressed forming a compressed gas 8, cooled in a cooler R forming a cooled gas 9, dried in a dryer D for example by temperature swing adsorption and sent as dried gas 11 to a preconcentration unit, for example separation unit A by pressure swing adsorption producing a nitrogen-enriched and CO2- depleted gas 13 and a CO2 -enriched and nitrogen-depleted gas 15.
  • the gas 13 is compressed in a compressor C3 forming a gas 17, is cooled and then separated by partial condensation and/or distillation forming a CO2 -rich liquid, containing at least 80 mol% CO2 .
  • Gas 1 comes from a flue gas source that is not operating permanently. To supply separation units A, CC during periods when gas is not available, a portion 6 of the gas heated in heater H is sent to a gasometer G while gas 1 is available and stored. While gas 1, 6 is not available, it is gasometer G that sends gas to compressor C2.
  • the mixture is purified by washing with water in a washing unit producing a purified flow containing water
  • the purified flow is compressed in a compressor to form a compressed flow and then cooled and dried forming a compressed flow, cooled and dried
  • At least a portion of the compressed, cooled and dried flow is separated by partial condensation and/or distillation forming a CO2-rich liquid and/or a CO2-rich gas.
  • the gas mixture has a flow rate less than d, or even zero and/or a molar mass in CO2 less than C and a gas flow stored in the buffer capacity is sent upstream of the washing unit or upstream of the compressor of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit.
  • the mixture is purified by washing with water in a washing unit producing a purified flow containing water
  • the purified flow is compressed in a compressor to form a compressed flow and then cooled and dried forming a compressed flow, cooled and dried
  • At least part of the compressed, cooled and dried flow is separated by adsorption or permeation in a preconcentration unit forming a nitrogen-enriched and CO2-depleted gas and a CO2-enriched and nitrogen-depleted gas,
  • the gas mixture has a flow rate less than d, or even zero and/or a molar mass in CO2 less than C and a gas flow stored in the buffer capacity is sent upstream of the washing unit or upstream of the compressor of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit and downstream of the preconcentration unit.
  • the gas 1 consists of fumes, which are not always available or are not always available with the same flow rate and/or the same molar mass in CO2.
  • the fumes may come from a cement plant where no fumes are available during the inversion of the kilns, i.e. for about one minute.
  • Gas 1 at atmospheric pressure and a temperature of 120°C containing between 20 and 25 mol% CO 2 , nitrogen, oxygen as well as impurities such as NO x and/or SO x is compressed to approximately 8 bar in a compressor C1 forming a compressed gas 3, washed with water 4 and/or a basic component in a washing unit Q to remove impurities such as NO x and SO x .
  • the CO2-enriched gas 15 is compressed in a compressor C3 forming a gas 17, is cooled and then separated by partial condensation and/or distillation forming a CO2 -rich gas, containing at least 80 mol% CO2 and/or a CO2 -rich liquid, containing at least 80 mol% CO2 .
  • the gas 1 is available with a flow rate d and a CO2 concentration in mol% C.
  • the method produces a CO2-rich gas, containing at least 80 mol% CO2, or even at least 95 mol% CO2 and/or a CO2-rich liquid 21, containing at least 80 mol% CO2, or even at least 95 mol% CO2.
  • a buffer capacity B is filled by taking a portion 23 of the gas 1, 5 downstream of the compressor C2, taken for example downstream of the dryers D.
  • This gas 23 can be mixed with a portion 26, 29 of the gas 1, 5 and/or a portion 21, 27 of a gas enriched in CO2 relative to the gases 1, 5, for example the gas 25 and/or the gas 27.
  • gas it is also possible to derive gas to be mixed with gas 23 and sent to buffer capacity B from a point downstream of the preconcentration unit, taking for example gas 27 enriched in CO2 before or after compression in compressor C3.
  • gas it is also possible to derive gas to be mixed with gas 23 and sent to buffer capacity B by taking a gas and/or vaporizing a liquid 21 enriched in CO2 or rich in CO2 in the partial condensation and/or distillation unit.
  • the gas supplying the buffer capacity can come from several different points.
  • the volume of the buffer capacity B required at 20°C, 8 bar is 60 m3 (much lower than the volume of gasometer G of 500 m3 , P atm of the ).
  • the gas is stored in the buffer capacity B at the inlet pressure of the preconcentration unit A, for example a PSA adsorption separation unit A (between 60 and 30 bar abs, 8 bar abs for example) or a permeation separation unit, the permeation using for example at least one membrane permeation step operating at ambient temperature or below 0°C.
  • a PSA adsorption separation unit A between 60 and 30 bar abs, 8 bar abs for example
  • a permeation separation unit the permeation using for example at least one membrane permeation step operating at ambient temperature or below 0°C.
  • gas 1 is not available or is available with a flow rate lower than d and gas 31 released from buffer capacity B supplies compressor C1 with fumes 31 which replace gas 1 in order to maintain continuous operation of the entire compressor C1, washing unit Q and compression in compressor C2.
  • the gas constituting flow 31 can be sent to the washing tower Q as flow 4 and/or upstream of the compressor C2 and downstream of the washing tower Q as flow 32 and/or to an intermediate stage of the compressor C2 as flow 33.
  • the temperatures of the gas 31 and the buffer capacity B will decrease (approximately 1.2°C/sec), i.e. a temperature drop of approximately 70°C at the inlet of the compressor C1. Consequently, to avoid the risks of freezing of the water and CO2, it will be preferable to store a dry gas 23 taken downstream of the dryer D, preferably preheated in a dedicated heater H.
  • the temperature will increase: it will be necessary to regulate the preheating temperature by the heater H of the gas 23 supplying the buffer capacity B to maintain a temperature of 100°C at the bottom of the buffer capacity B by means of a TIC regulation means.
  • the preheater H can be used to heat any flow rate 21, 23, 26, 27, 29 and can heat a mixture of at least two of these gases.
  • either the preconcentration unit A or the compressor C are not present, for example in the case of a cement plant operating by oxycombustion.
  • the dried gas 11 is sent directly from the dryer D to the partial condensation and/or distillation and/or solidification separation unit CC to be separated.
  • the mixture 1 is purified by washing with water in a washing unit Q producing a purified flow 5 containing water, the purified flow is compressed in a compressor C2 to form a compressed flow then, cooled and dried forming a compressed flow, cooled and dried, at least a portion 11 of the compressed flow, cooled and dried is separated by partial condensation and/or distillation CC forming a gas enriched in nitrogen and depleted in CO2 and a gas enriched in CO2 and depleted in nitrogen in a partial condensation and/or distillation unit forming a liquid rich in CO2 and/or a gas rich in CO2.
  • the gas mixture has a flow rate d and a molar mass in CO2 of C and a flow which is a part of the compressed flow 1 and/or of the compressed, cooled and dried flow 11 and/or of the CO2-rich gas and/or of the CO2-enriched gas and/or of the CO2-rich liquid from the partial condensation and/or from the distillation which has been vaporized is sent to a buffer capacity B and stored.
  • the gas mixture 1 has a flow rate lower than d, or even zero, and/or a molar mass in CO2 lower than C and a gas flow stored in the buffer capacity B is sent upstream of the washing unit Q or upstream of the compressor C1 of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit.
  • the buffer capacity B can be depressurized and gas stored therein sent to the inlet of the flue gas compressor C1 (preferably) as in the or upstream of compressor C2 or at an interstage of compressor C2, as shown in , for flow rate 33.
  • the expansion of flow 31 will be less and less heating will be required from the preheater H to compensate for the cold generated by the expansion.
  • the apparatus also includes a TIC device for measuring the temperature of the gas in the buffer capacity and for regulating the operation of the preheater H to maintain the temperature in the buffer capacity B at a given value.
  • a CO2-enriched gas and/or a CO2-enriched vaporized liquid can be sent to the buffer capacity B to increase its molar mass in CO2.
  • a flow 25 from the vaporizer V brings a gas rich in CO2 to the buffer capacity B.
  • the sending of this gas to the buffer capacity B is triggered according to the CO2 concentration of the gas in the buffer capacity B measured by the CONC analyzer by opening a valve to let the flow 25 pass. If the molar mass of CO2 falls below the value C of the molar mass of CO2 of the gas 1 during the first mode, the sending of gas 25 and/or 27 is triggered to enrich the stored gas with CO2.
  • buffer capacity B is not supplied with gas during the second mode of operation and no gas leaves buffer capacity B to be sent to separation in units A or CC during the first mode of operation.
  • the buffer capacity does not store liquid.
  • the preheater is not present to heat the gas 23 intended for the buffer capacity. Since the buffer capacity in this case provides gas 34 at relatively high pressure after the expansion in the valve, less cold is generated and the preheater H is not essential. On the other hand, it can nevertheless be present to heat the flow 23 or another gas supplying the buffer capacity, for example the flow 27 coming from the compressor C3 and/or from the vaporizer V of liquid rich in CO2 coming from the separation CC.
  • the figures do not illustrate a flow meter for measuring the flow rate of the gas mixture 1, 5, 7 at at least one point of the process and an analyzer for detecting the molar mass in CO2 of the flow rate of the gas mixture 1, 5, 7 at at least one point of the process.
  • the device may include a regulating unit capable of sending the flow
  • the device includes a regulating unit capable of sending a gas from a regulating unit.
  • the buffer capacity upstream of the washing unit or upstream of the compressor of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit and downstream of the preconcentration unit is the buffer capacity upstream of the washing unit or upstream of the compressor of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit and downstream of the preconcentration unit

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Abstract

The invention relates to a method for separating a gaseous mixture containing CO2, nitrogen and oxygen, wherein the compressed, cooled and dried gaseous mixture (11) is separated via partial condensation and/or distillation (CC) to form a CO2-rich fluid (21) and/or a CO2-rich gas, and wherein, in a first operating mode, a stream which is part of the compressed, cooled and dried stream (23) is sent to a buffer capacity (B) and stored and, in a second operating mode, a gaseous stream (31) stored in the buffer capacity (B) is sent upstream of the washing unit.

Description

Procédé et appareil de séparation d’un mélange contenant du CO2 par condensation partielle et/ou distillationProcess and apparatus for separating a mixture containing CO2 by partial condensation and/or distillation

La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de séparation d’un mélange contenant du CO2 par condensation partielle et/ou distillation.The present invention relates to a method and apparatus for separating a mixture containing CO2 by partial condensation and/or distillation.

Le mélange contient du CO2, de l’azote, de l’oxygène, éventuellement de l’argon, possiblement de l’eau.The mixture contains CO2, nitrogen, oxygen, possibly argon, possibly water.

Le procédé produit un gaz riche en CO2, contenant au moins 80% mol de CO2, voire au moins 95% mol de CO2 et/ou un liquide riche en CO2, contenant au moins 80% mol de CO2, voire au moins 95% mol de CO2.The process produces a CO2-rich gas, containing at least 80 mol% CO2, or even at least 95 mol% CO2, and/or a CO2-rich liquid, containing at least 80 mol% CO2, or even at least 95 mol% CO2.

Certains procédés de capture de CO2, notamment les procédés cryogéniques, doivent préférablement fonctionner en continu et si possible avec des fluctuations limitées de débits et de masse molaire.Some CO2 capture processes, particularly cryogenic processes, should preferably operate continuously and if possible with limited fluctuations in flow rates and molar mass.

Afin d’homogénéiser les compositions et de moyenner les débits de gaz alimentant de telles unités, la solution habituelle consiste à mettre en place un gazomètre: les gaz (à débit et composition variables) sont stockés pendant un certain temps (appelé « temps de résidence ») dans une enceinte, telle qu’un gazomètre, qui peut être à volume ou à pression variables, pour éventuellement assurer un mélange plus homogène, en général à basse pression (c’est-à-dire, proche de la pression atmosphérique) et un débit moyenné alimentant l’unité de capture de CO2 qui est soutiré en continu. On s’assurera que les différents gaz alimentant le gazomètre seront convenablement mélangés par le positionnement et l'orientation d’entrées/sorties des gaz judicieux ou des recirculations ou des conceptions spécifiques de cannes d'injection.In order to homogenize the compositions and average the gas flow rates feeding such units, the usual solution is to set up a gasholder: the gases (of variable flow and composition) are stored for a certain time (called "residence time") in an enclosure, such as a gasholder, which can be of variable volume or pressure, to possibly ensure a more homogeneous mixture, generally at low pressure (i.e., close to atmospheric pressure) and an averaged flow rate feeding the CO2 capture unit which is continuously withdrawn. It will be ensured that the different gases feeding the gasholder are properly mixed by the positioning and orientation of judicious gas inlets/outlets or recirculations or specific designs of injection pipes.

Les cimenteries de type à fours à flux parallèles à régénération ou PFRK (en anglais « Parallel Flow Regenerative Kilns ») opèrent selon un procédé cyclique fonctionnant par paire de fours, un four étant en mode production de chaux, le second étant en mode de régénération, des fumées de compositions et de débits différents étant émises lors d’un cycle et le CO2 devant être capté sur les fumées générées par le procédé :Parallel Flow Regenerative Kilns (PFRK) cement plants operate according to a cyclic process using pairs of kilns, one kiln being in lime production mode, the second being in regeneration mode, fumes of different compositions and flow rates being emitted during a cycle and the CO2 having to be captured from the fumes generated by the process:

[TAB.1] Fonctionnement nominal Débit fumées Nm3/h 33,000 Température d’opération / max ℃ 120°C Pression bara atm Composition pendant Nominal CO2 mol% 22.9 H2O mol% 6.5 O2 mol% 8.4 N2 mol% 61.3 Ar mol% 0.7 Temps de production minutes 13 Temps d’inversion minutes 1 [TAB.1] Nominal operation Smoke flow rate Nm 3 /h 33,000 Operating temperature / max ℃ 120°C Pressure bara ATM Composition during Nominal CO2 mol% 22.9 H 2 O mol% 6.5 O 2 mol% 8.4 N 2 mol% 61.3 Ar mol% 0.7 Production time minutes 13 Reversal time minutes 1

Si le CO2 des fumées n’est pas capté pendant le temps d’inversion (c’est à dire que les fumées n’alimentent pas l’unité de CC pendant 1 minute toutes les 14 minutes), un premier calcul définit qu’un volume de stockage “utile” ou “déplacé” à Patm d’environ 500 m3 pour le cas nominal ci-dessus est nécessaire (gazomètre). L’absence des fumées peut éventuellement durer moins d’une minute, par exemple de l’ordre d’une dizaine de secondes mais perturbe néanmoins le fonctionnement de l’unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation CC.If the CO2 in the flue gases is not captured during the inversion time (i.e. the flue gases do not feed the CC unit for 1 minute every 14 minutes), an initial calculation defines that a “useful” or “displaced” storage volume at P atm of approximately 500 m3 for the nominal case above is necessary (gasometer). The absence of flue gases may possibly last less than a minute, for example of the order of ten seconds, but nevertheless disrupts the operation of the partial condensation separation and/or CC distillation unit.

illustre un procédé de purification de CO2 utilisant une unité de préconcentration A pouvant séparer un gaz par adsorption ou perméation et un procédé par condensation partielle et/ou distillation CC. Un gaz 1 à pression atmosphérique et une température de 120°C contenant du CO2, de l’azote, de l’oxygène, de l’argon ainsi que d’impuretés telles que le NOx et/ou le SOx est comprimé dans un compresseur C1 formant un gaz comprimé 3, lavé avec de l’eau 4 et/ou un composant basique dans une unité de lavage Q pour enlever les impuretés telles que le NOx et le SOx. Le gaz lavé 5 est chauffé dans un réchauffeur H et envoyé à un compresseur C2 où il est comprimé formant un gaz comprimé 8, refroidi dans un refroidisseur R formant un gaz refroidi 9, séché dans un sécheur D par exemple par adsorption à bascule de température et envoyé comme gaz séché 11 à une unité de préconcentration, par exemple unité de séparation A par adsorption à bascule de pression produisant un gaz 13 enrichi en azote et appauvri en CO2 et un gaz 15 enrichi en CO2 et appauvri en azote. Le gaz 13 est comprimé dans un compresseur C3 formant un gaz 17, est refroidi et puis séparé par condensation partielle et/ou distillation formant un liquide riche en CO2, contenant au moins 80% mol de CO2. illustrates a CO2 purification process using a preconcentration unit A capable of separating a gas by adsorption or permeation and a partial condensation and/or distillation process CC. A gas 1 at atmospheric pressure and a temperature of 120°C containing CO 2 , nitrogen, oxygen, argon as well as impurities such as NO x and/or SO x is compressed in a compressor C1 forming a compressed gas 3, washed with water 4 and/or a basic component in a washing unit Q to remove impurities such as NO x and SO x . The washed gas 5 is heated in a heater H and sent to a compressor C2 where it is compressed forming a compressed gas 8, cooled in a cooler R forming a cooled gas 9, dried in a dryer D for example by temperature swing adsorption and sent as dried gas 11 to a preconcentration unit, for example separation unit A by pressure swing adsorption producing a nitrogen-enriched and CO2- depleted gas 13 and a CO2 -enriched and nitrogen-depleted gas 15. The gas 13 is compressed in a compressor C3 forming a gas 17, is cooled and then separated by partial condensation and/or distillation forming a CO2 -rich liquid, containing at least 80 mol% CO2 .

Le gaz 1 provient d’une source de fumées ne fonctionnant pas de manière permanente. Pour alimenter les unités de séparation A, CC pendant les périodes où le gaz n’est pas disponible, une partie 6 du gaz réchauffé dans le réchauffeur H est envoyée à un gazomètre G pendant que le gaz 1 est disponible et stocké. Pendant que le gaz 1, 6 n’est pas disponible, c’est le gazomètre G qui envoie du gaz au compresseur C2.Gas 1 comes from a flue gas source that is not operating permanently. To supply separation units A, CC during periods when gas is not available, a portion 6 of the gas heated in heater H is sent to a gasometer G while gas 1 is available and stored. While gas 1, 6 is not available, it is gasometer G that sends gas to compressor C2.

Un procédé similaire est connu de WO2006/106253 et EP-A-341879.A similar method is known from WO2006/106253 and EP-A-341879.

Selon un objet de l’invention, il est prévu un procédé de séparation d’un mélange gazeux contenant du CO2, de l’azote et de l’oxygène dans lequel :According to one object of the invention, there is provided a method for separating a gas mixture containing CO2, nitrogen and oxygen in which:

i. Le mélange est épuré par lavage à l’eau dans une unité de lavage produisant un débit épuré contenant de l’eau, i. The mixture is purified by washing with water in a washing unit producing a purified flow containing water,

ii. Le débit épuré est comprimé dans un compresseur pour former un débit comprimé puis, refroidi et séché formant un débit comprimé, refroidi et séchéii. The purified flow is compressed in a compressor to form a compressed flow and then cooled and dried forming a compressed flow, cooled and dried

iii. Au moins une partie du débit comprimé, refroidi et séché est séparé par condensation partielle et/ou distillation formant un liquide riche en CO2 et/ou un gaz riche en CO2iii. At least a portion of the compressed, cooled and dried flow is separated by partial condensation and/or distillation forming a CO2-rich liquid and/or a CO2-rich gas.

dans lequel pendant un premier mode d’opération le mélange gazeux a un débit d et une masse molaire en CO2 de C et un flux qui est une partie du débit comprimé, refroidi et séché et éventuellement

  1. Du débit comprimé pris en amont du refroidissement et/ou du séchage et/ou
  2. Du gaz riche en CO2 et/ou
  3. Du gaz enrichi en CO2 et/ou
  4. Du liquide riche en CO2 provenant de la condensation partielle et/ou de la distillation qui a été vaporisé
in which during a first mode of operation the gas mixture has a flow rate d and a molar mass in CO2 of C and a flow which is a part of the compressed, cooled and dried flow and optionally
  1. From the compressed flow taken upstream of cooling and/or drying and/or
  2. Gas rich in CO2 and/or
  3. Gas enriched with CO2 and/or
  4. CO2-rich liquid from partial condensation and/or distillation that has been vaporized

est envoyé à une capacité-tampon et stocké etis sent to a buffer capacity and stored and

dans lequel pendant un deuxième mode d’opération, le mélange gazeux a un débit inférieur à d, voire nul et/ou une masse molaire en CO2 inférieure à C et un débit gazeux stocké dans la capacité-tampon est envoyé en amont de l’unité de lavage ou en amont du compresseur du débit épuré ou en amont de l’unité de condensation partielle et/ou distillation.in which during a second mode of operation, the gas mixture has a flow rate less than d, or even zero and/or a molar mass in CO2 less than C and a gas flow stored in the buffer capacity is sent upstream of the washing unit or upstream of the compressor of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit.

Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un procédé de séparation d’un mélange gazeux contenant du CO2, de l’azote et de l’oxygène dans lequel :According to another object of the invention, there is provided a method for separating a gas mixture containing CO2, nitrogen and oxygen in which:

i. Le mélange est épuré par lavage à l’eau dans une unité de lavage produisant un débit épuré contenant de l’eau, i. The mixture is purified by washing with water in a washing unit producing a purified flow containing water,

ii. Le débit épuré est comprimé dans un compresseur pour former un débit comprimé puis, refroidi et séché formant un débit comprimé, refroidi et séchéii. The purified flow is compressed in a compressor to form a compressed flow and then cooled and dried forming a compressed flow, cooled and dried

iii. Au moins une partie du débit comprimé, refroidi et séché est séparé par adsorption ou perméation dans une unité de préconcentration formant un gaz enrichi en azote et appauvri en CO2 et un gaz enrichi en CO2 et appauvri en azote,iii. At least part of the compressed, cooled and dried flow is separated by adsorption or permeation in a preconcentration unit forming a nitrogen-enriched and CO2-depleted gas and a CO2-enriched and nitrogen-depleted gas,

iv. Le gaz enrichi en CO2 est éventuellement comprimé, éventuellement refroidi et ensuite séparé par condensation partielle et/ou distillation dans une unité de condensation partielle et/ou distillation formant un liquide riche en CO2 et/ou un gaz riche en CO2 dans lequel pendant un premier mode d’opération le mélange gazeux a un débit d et une masse molaire en CO2 de C et un flux qui est une partie du débit comprimé, refroidi et séché et éventuellement

  1. Du débit comprimé pris en amont du refroidissement et/ou du séchage et/ou
iv. The CO2-enriched gas is optionally compressed, optionally cooled and then separated by partial condensation and/or distillation in a partial condensation and/or distillation unit forming a CO2-rich liquid and/or a CO2-rich gas in which during a first mode of operation the gas mixture has a flow rate d and a molar mass of CO2 of C and a stream which is a part of the compressed, cooled and dried flow and optionally
  1. From the compressed flow taken upstream of cooling and/or drying and/or

et/ou

  1. Du gaz enrichi en CO2 et/ou
  2. Du gaz riche en CO2 et/ou
  3. Du liquide riche en CO2 provenant de la condensation partielle et/ou de la distillation qui a été vaporisé
and/or
  1. Gas enriched with CO2 and/or
  2. Gas rich in CO2 and/or
  3. CO2-rich liquid from partial condensation and/or distillation that has been vaporized

est envoyé à une capacité-tampon et stocké etis sent to a buffer capacity and stored and

dans lequel pendant un deuxième mode d’opération, le mélange gazeux a un débit inférieur à d, voire nul et/ou une masse molaire en CO2 inférieure à C et un débit gazeux stocké dans la capacité-tampon est envoyé en amont de l’unité de lavage ou en amont du compresseur du débit épuré ou en amont de l’unité de condensation partielle et/ou distillation et en aval de l’unité de préconcentration.in which during a second mode of operation, the gas mixture has a flow rate less than d, or even zero and/or a molar mass in CO2 less than C and a gas flow stored in the buffer capacity is sent upstream of the washing unit or upstream of the compressor of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit and downstream of the preconcentration unit.

Selon d’autres aspects optionnels :

  • la capacité-tampon stocke le gaz pendant le premier mode d’opération à une pression supérieure à 6 bars abs, voire au moins égale à 8 bars abs et de préférence inférieure à 30 bars abs.
  • pendant le deuxième mode d’opération, le débit gazeux stocké dans la capacité-tampon est détendu avant d’être envoyé en amont de l’unité de lavage ou en amont du compresseur du débit épuré ou en amont de l’unité de condensation partielle et/ou distillation et éventuellement en aval de l’unité de préconcentration.
  • pendant le premier mode d’opération, le flux destiné à la capacité tampon est réchauffé en amont de la capacité tampon.
  • la capacité tampon stocke le gaz à une température supérieure à 80°C.
  • la température dans la capacité tampon est régulée pendant le deuxième mode d’opération pour maintenir la température au-dessus d’un seuil.
  • pendant le premier mode d’opération un flux qui est une partie du débit comprimé, refroidi et séché est envoyé à la capacité-tampon et stocké.
  • pendant le premier mode d’opération, aucun gaz ne sort de la capacité-tampon pour être séparé dans l’unité de préconcentration, si présent, ou l’unité de condensation partielle et/ou de distillation.
  • pendant le deuxième mode d’opération, aucun gaz n’est envoyé à la capacité-tampon.
  • pendant le deuxième mode d’opération, la capacité tampon se dépressurise, de préférence jusqu’à la pression atmosphérique.
  • pendant le premier mode d’opération, la capacité tampon stocke du gaz à la pression d’entrée de l’unité de préconcentration.
  • pendant le premier mode d’opération, la capacité tampon stocke du gaz à la pression d’entrée de l’unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation.
  • pendant un deuxième mode d’opération, le mélange gazeux a un débit inférieur à d, voire nul et/ou une masse molaire en CO2 inférieure à T, un débit gazeux stocké dans la capacité-tampon est envoyé en amont de l’unité de lavage.
  • pendant un deuxième mode d’opération, le mélange gazeux a un débit inférieur à d, voire nul et/ou une masse molaire en CO2 inférieure à T, un débit gazeux stocké dans la capacité-tampon est envoyé en amont du compresseur du débit épuré.
  • pendant un deuxième mode d’opération, le mélange gazeux a un débit inférieur à d, voire nul et/ou une masse molaire en CO2 inférieure à T et un débit gazeux stocké dans la capacité-tampon est envoyé en amont de l’unité de condensation partielle et/ou distillation et en aval du sécheur.
  • pendant un deuxième mode d’opération, le mélange gazeux a un débit inférieur à d, voire nul et/ou une masse molaire en CO2 inférieure à T, et un débit gazeux stocké dans la capacité-tampon est envoyé en amont de l’unité de condensation partielle et/ou distillation et en aval de l’unité de préconcentration.
  • l’unité de préconcentration fonctionne par adsorption à bascule de pression
  • l’unité de préconcentration fonctionne par perméation utilisant au moins une étape de perméation membranaire fonctionnant à une température ambiante ou en dessous de 0°C.
  • un envoi de gaz d’une source plus riche en CO2 que le gaz stocké dans la capacité tampon est déclenché si la teneur en CO2 dans la capacité tampon tombe en dessous d’un seuil.
  • on envoie du gaz enrichi en CO2 et/ou du gaz riche en CO2 et/ou du liquide riche en CO2 provenant de la condensation partielle et/ou de la distillation qui a été vaporisé à la capacité-tampon si, de préférence, seulement si la teneur en CO2 dans la capacité tampon tombe en dessous d’un seuil.
According to other optional aspects:
  • the buffer capacity stores the gas during the first mode of operation at a pressure greater than 6 bars abs, or at least equal to 8 bars abs and preferably less than 30 bars abs.
  • during the second mode of operation, the gas flow stored in the buffer capacity is expanded before being sent upstream of the washing unit or upstream of the compressor of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit and possibly downstream of the preconcentration unit.
  • during the first mode of operation, the flow intended for the buffer capacity is heated upstream of the buffer capacity.
  • The buffer capacity stores the gas at a temperature above 80°C.
  • the temperature in the buffer capacity is regulated during the second mode of operation to maintain the temperature above a threshold.
  • during the first mode of operation a flow which is a part of the compressed, cooled and dried flow is sent to the buffer capacity and stored.
  • during the first mode of operation, no gas leaves the buffer capacity to be separated in the preconcentration unit, if present, or the partial condensation and/or distillation unit.
  • during the second mode of operation, no gas is sent to the buffer capacity.
  • during the second mode of operation, the buffer capacity depressurizes, preferably to atmospheric pressure.
  • During the first mode of operation, the buffer capacity stores gas at the inlet pressure of the preconcentration unit.
  • during the first mode of operation, the buffer capacity stores gas at the inlet pressure of the separation unit by partial condensation and/or distillation.
  • during a second operating mode, the gas mixture has a flow rate less than d, or even zero and/or a molar mass in CO2 less than T, a gas flow stored in the buffer capacity is sent upstream of the washing unit.
  • during a second mode of operation, the gas mixture has a flow rate lower than d, or even zero and/or a molar mass in CO2 lower than T, a gas flow stored in the buffer capacity is sent upstream of the compressor of the purified flow.
  • during a second mode of operation, the gas mixture has a flow rate less than d, or even zero and/or a molar mass in CO2 less than T and a gas flow stored in the buffer capacity is sent upstream of the partial condensation and/or distillation unit and downstream of the dryer.
  • during a second mode of operation, the gas mixture has a flow rate less than d, or even zero and/or a molar mass in CO2 less than T, and a gas flow stored in the buffer capacity is sent upstream of the partial condensation and/or distillation unit and downstream of the preconcentration unit.
  • The preconcentration unit operates by pressure swing adsorption
  • the preconcentration unit operates by permeation using at least one membrane permeation stage operating at ambient temperature or below 0°C.
  • a gas shipment from a source richer in CO2 than the gas stored in the buffer capacity is triggered if the CO2 content in the buffer capacity falls below a threshold.
  • CO2-enriched gas and/or CO2-rich gas and/or CO2-rich liquid from partial condensation and/or distillation which has been vaporized are fed to the buffer capacity if, preferably, only if the CO2 content in the buffer capacity falls below a threshold.

Selon un autre objet de l’invention, il est un prévu un appareil de séparation d’un mélange gazeux contenant du CO2, de l’azote et de l’oxygène comprenant une unité de lavage, un compresseur, une unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation, une capacité tampon, des moyens pour envoyer le mélange être épuré par lavage à l’eau dans l’unité de lavage produisant un débit épuré contenant de l’eau, des moyens pour envoyer le débit épuré être comprimé dans le compresseur pour former un débit comprimé, des moyens pour refroidir le débit comprimé, des moyens pour sécher le débit comprimé et refroidi, des moyens pour envoyer au moins une partie du débit comprimé, refroidi et séché être séparé par condensation partielle et/ou distillation dans l’unité de séparation formant un liquide riche en CO2 et/ou un gaz riche en CO2, des moyens pour envoyer un flux qui est une partie

  1. Du débit comprimé et/ou
  2. Du débit comprimé, refroidi et séché et/ou
  3. Du gaz riche en CO2 et/ou
  4. Du liquide riche en CO2 provenant de la condensation partielle et/ou de la distillation qui a été vaporisé à la capacité-tampon
According to another object of the invention, there is provided an apparatus for separating a gas mixture containing CO2, nitrogen and oxygen comprising a washing unit, a compressor, a unit for separation by partial condensation and/or distillation, a buffer capacity, means for sending the mixture to be purified by washing with water in the washing unit producing a purified flow containing water, means for sending the purified flow to be compressed in the compressor to form a compressed flow, means for cooling the compressed flow, means for drying the compressed and cooled flow, means for sending at least a portion of the compressed, cooled and dried flow to be separated by partial condensation and/or distillation in the separation unit forming a liquid rich in CO2 and/or a gas rich in CO2, means for sending a flow which is a portion
  1. Compressed flow and/or
  2. Compressed, cooled and dried flow and/or
  3. Gas rich in CO2 and/or
  4. CO2-rich liquid from partial condensation and/or distillation that has been vaporized at the buffer capacity

pour être stocké et des moyens to be stored and means

pour envoyer un débit gazeux stocké dans la capacité-tampon en amont de l’unité de lavage ou en amont du compresseur du débit épuré ou en amont de l’unité de condensation partielle et/ou distillation.to send a gas flow stored in the buffer capacity upstream of the washing unit or upstream of the compressor of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit.

Selon un autre objet de l’invention, il est un prévu un appareil de séparation d’un mélange gazeux contenant du CO2, de l’azote et de l’oxygène comprenant une unité de lavage, un compresseur, une unité de préconcentration, une unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation, une capacité tampon, des moyens pour envoyer le mélange être épuré par lavage à l’eau dans l’unité de lavage produisant un débit épuré contenant de l’eau, des moyens pour envoyer le débit épuré être comprimé dans le compresseur pour former un débit comprimé, des moyens pour refroidir le débit comprimé, des moyens pour sécher le débit comprimé et refroidi, des moyens pour envoyer au moins une partie du débit comprimé, refroidi et séché être séparé dans l’unité de préconcentration formant un gaz enrichi en azote et appauvri en CO2 et un gaz enrichi en CO2 et appauvri en azote, des moyens pour envoyer le gaz enrichi en CO2 éventuellement comprimé, éventuellement refroidi pour être séparé par condensation partielle et/ou distillation dans l’unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation formant un liquide riche en CO2 et/ou un gaz riche en CO2, des moyens pour envoyer un flux qui est une partie 

  1. Du débit comprimé et/ou
  2. Du débit comprimé, refroidi et séché et/ou
  3. Du gaz enrichi en CO2 et/ou
  4. Du gaz riche en CO2 et/ou
  5. Du liquide riche en CO2 provenant de la condensation partielle et/ou de la distillation qui a été vaporisé
According to another object of the invention, there is provided an apparatus for separating a gas mixture containing CO2, nitrogen and oxygen comprising a washing unit, a compressor, a preconcentration unit, a unit for separation by partial condensation and/or distillation, a buffer capacity, means for sending the mixture to be purified by washing with water in the washing unit producing a purified flow containing water, means for sending the purified flow to be compressed in the compressor to form a compressed flow, means for cooling the compressed flow, means for drying the compressed and cooled flow, means for sending at least part of the compressed, cooled and dried flow to be separated in the preconcentration unit forming a nitrogen-enriched and CO2-depleted gas and a CO2-enriched and nitrogen-depleted gas, means for sending the optionally compressed CO2-enriched gas, optionally cooled to be separated by partial condensation and/or distillation in the unit for separation by partial condensation and/or distillation forming a CO2-rich liquid and/or a gas rich in CO2, means to send a flow which is a part
  1. Compressed flow and/or
  2. Compressed, cooled and dried flow and/or
  3. Gas enriched with CO2 and/or
  4. Gas rich in CO2 and/or
  5. CO2-rich liquid from partial condensation and/or distillation that has been vaporized

à la capacité-tampon pour être stocké et des moyens pour envoyer to the buffer capacity to be stored and means to send

un débit gazeux stocké dans la capacité-tampon en amont de l’unité de lavage ou en amont du compresseur du débit épuré ou en amont de l’unité de condensation partielle et/ou distillation et en aval de l’unité de préconcentration.a gas flow stored in the buffer capacity upstream of the washing unit or upstream of the compressor of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit and downstream of the preconcentration unit.

De préférence l’appareil comprend un débitmètre pour mesurer le débit du mélange gazeux 1, 5, 7 à au moins un point du procédé.Preferably the apparatus comprises a flow meter for measuring the flow rate of the gas mixture 1, 5, 7 at at least one point in the process.

De préférence l’appareil comprend un analyseur pour détecter la masse molaire en CO2 du débit du mélange gazeux 1, 5, 7 à au moins un point du procédéPreferably the apparatus comprises an analyzer for detecting the molar mass in CO2 of the flow of the gas mixture 1, 5, 7 at at least one point of the process.

De préférence, l’appareil comprend une unité de régulation capable d’envoyer le flux Preferably, the apparatus comprises a regulating unit capable of sending the flow

à la capacité-tampon en fonction du débit et/ou de la masse molaire du mélange gazeux.to the buffer capacity depending on the flow rate and/or the molar mass of the gas mixture.

De préférence, l’appareil comprend une unité de régulation capable d’envoyer un gaz depuis Preferably, the apparatus comprises a regulating unit capable of sending a gas from

la capacité-tampon en amont de l’unité de lavage ou en amont du compresseur du débit épuré ou en amont de l’unité de condensation partielle et/ou distillation et en aval de l’unité de préconcentration.the buffer capacity upstream of the washing unit or upstream of the compressor of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit and downstream of the preconcentration unit.

en fonction du débit et/ou de la masse molaire du mélange gazeux.depending on the flow rate and/or the molar mass of the gas mixture.

L’appareil peut comprendre un analyseur du gaz dans la capacité tampon et des moyens pour déclencher un envoi de gaz d’une source plus riche en CO2 que le gaz stocké dans la capacité tampon si la teneur en CO2 dans la capacité tampon tombe en dessous d’un seuil.The apparatus may include an analyzer of the gas in the buffer capacity and means for triggering a delivery of gas from a source richer in CO2 than the gas stored in the buffer capacity if the CO2 content in the buffer capacity falls below a threshold.

L’innovation proposée consiste à s'affranchir du gazomètre basse pression G de la en mettant en place une capacité tampon à une pression P2 supérieure à la pression atmosphérique P1 alimentée par au moins un gaz de charge disponible à ladite pression P2 et en alimentant l’unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation CC par dépressurisation de la capacité tampon au moment le plus opportun.The proposed innovation consists of freeing itself from the low pressure gasometer G of the by setting up a buffer capacity at a pressure P2 higher than the atmospheric pressure P1 supplied by at least one feed gas available at said pressure P2 and by supplying the partial condensation separation unit and/or distillation CC by depressurization of the buffer capacity at the most opportune moment.

T1= durée de remplissage de la CTT1 = CT filling time

T2= durée de disponibilité d’au moins un gaz de charge aux caractéristiques CAR2 (débit d2, composition C2…) et à la pression P2 de la capacité tampon CTT2 = duration of availability of at least one charge gas with the characteristics CAR2 (flow rate d2, composition C2, etc.) and at the pressure P2 of the buffer capacity CT

T3= durée de non disponibilité du gaz de charge aux caractéristiques CAR2 (c’est à dire présentant des caractéristiques CAR3 (c’est à dire débit d3, composition C3…) différentes de CAR2)T3 = duration of non-availability of the feed gas with CAR2 characteristics (i.e. presenting CAR3 characteristics (i.e. flow rate d3, composition C3, etc.) different from CAR2)

La capacité tampon sera alimentée par un pourcentage du débit de gaz de charge aux caractéristiques CAR2 pendant une durée T1 inférieure ou égale à T2. Le pourcentage de gaz de charge restant pourra alimenter l’unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation CC. La capacité tampon sera dépressurisée pour alimenter l’unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation CC pendant un temps au moins égal à T3.The buffer capacity will be supplied by a percentage of the feed gas flow rate with CAR2 characteristics for a duration T1 less than or equal to T2. The remaining percentage of feed gas may supply the partial condensation and/or distillation separation unit CC. The buffer capacity will be depressurized to supply the partial condensation and/or distillation separation unit CC for a time at least equal to T3.

Plusieurs gaz à décarboner peuvent intervenir dans le remplissage et la vidange de la capacité tampon.Several decarbonizing gases can be involved in the filling and emptying of the buffer capacity.

Lors de la dépressurisation du gaz stocké dans la capacité tampon, les températures du gaz et de la capacité tampon vont décroitre. En conséquence, il faudra éviter les risques de gel de l’eau et du CO2.When depressurizing the gas stored in the buffer tank, the temperatures of the gas and the buffer tank will decrease. As a result, the risk of freezing of water and CO2 must be avoided.

L’invention sera décrite en manière plus détaillée en se référant aux figures où :The invention will be described in more detail with reference to the figures where:

représente un procédé selon l’invention. represents a method according to the invention.

représente un procédé selon l’invention. represents a method according to the invention.

représente un procédé selon l’invention. represents a method according to the invention.

représente un procédé selon l’invention dans lequel le gaz 1 est constitué par des fumées, qui ne sont pas toujours disponibles ou ne sont pas toujours disponibles avec le même débit et/ou la même masse molaire en CO2. Par exemple, les fumées peuvent venir d’une cimenterie où aucune fumée n’est disponible pendant l’inversion des fours, c’est-à-dire pendant environ une minute. represents a method according to the invention in which the gas 1 consists of fumes, which are not always available or are not always available with the same flow rate and/or the same molar mass in CO2. For example, the fumes may come from a cement plant where no fumes are available during the inversion of the kilns, i.e. for about one minute.

Le gaz 1 peut provenir d’au moins deux sources différentes, ayant éventuellement des débits et/ou des masses molaires en CO2 différents.Gas 1 can come from at least two different sources, possibly having different flow rates and/or molar masses of CO2.

On note l’absence du gazomètre G en amont du compresseur C2.Note the absence of gasometer G upstream of compressor C2.

Le gaz 1 à pression atmosphérique et une température de 120°C contenant entre 20 et 25% mol CO2, de l’azote, de l’oxygène ainsi que d’impuretés telles que le NOx et/ou le SOx est comprimé jusqu’à environ 8 bars dans un compresseur C1 formant un gaz comprimé 3, lavé avec de l’eau 4 et/ou un composant basique dans une unité de lavage Q pour enlever les impuretés telles que le NOx et le SOx. Le gaz lavé 5 est chauffé dans un réchauffeur H et envoyé à un compresseur C2 où il est comprimé formant un gaz comprimé 8 à une pression supérieure à 6 bars abs, refroidi dans un refroidisseur R formant un gaz refroidi 9, séché dans un sécheur D par exemple par adsorption à bascule de température et envoyé comme gaz séché 11 selon cette première variante à une unité de préconcentration optionnelle A qui effectue une séparation par exemple par adsorption à bascule de pression ou par perméation produisant un gaz 13 enrichi en azote et appauvri en CO2 et un gaz 15 enrichi en CO2 et appauvri en azote. Le gaz 15 enrichi en CO2 est comprimé dans un compresseur C3 formant un gaz 17, est refroidi et puis séparé par condensation partielle et/ou distillation formant un gaz riche en CO2, contenant au moins 80% mol de CO2 et/ou un liquide riche en CO2, contenant au moins 80% mol de CO2.Gas 1 at atmospheric pressure and a temperature of 120°C containing between 20 and 25 mol% CO 2 , nitrogen, oxygen as well as impurities such as NO x and/or SO x is compressed to approximately 8 bar in a compressor C1 forming a compressed gas 3, washed with water 4 and/or a basic component in a washing unit Q to remove impurities such as NO x and SO x . The washed gas 5 is heated in a heater H and sent to a compressor C2 where it is compressed forming a compressed gas 8 at a pressure greater than 6 bar abs, cooled in a cooler R forming a cooled gas 9, dried in a dryer D for example by temperature swing adsorption and sent as dried gas 11 according to this first variant to an optional preconcentration unit A which carries out a separation for example by pressure swing adsorption or by permeation producing a nitrogen-enriched and CO2 -depleted gas 13 and a CO2 -enriched and nitrogen-depleted gas 15. The CO2-enriched gas 15 is compressed in a compressor C3 forming a gas 17, is cooled and then separated by partial condensation and/or distillation forming a CO2 -rich gas, containing at least 80 mol% CO2 and/or a CO2 -rich liquid, containing at least 80 mol% CO2 .

Pendant un premier mode d’opération, le gaz 1 est disponible avec un débit d et une concentration en CO2 en% mol C. Le procédé produit un gaz riche en CO2, contenant au moins 80% mol de CO2, voire au moins 95% mol de CO2 et/ou un liquide 21 riche en CO2, contenant au moins 80% mol de CO2, voire au moins 95% mol de CO2. Pendant ce premier mode, une capacité tampon B est remplie en prenant une partie 23 du gaz 1, 5 en aval du compresseur C2, pris par exemple en aval des sécheurs D. Ce gaz 23 peut être mélangé avec une partie 26, 29 du gaz 1,5 et/ou une partie 21, 27 d’un gaz enrichi en CO2 par rapport aux gaz 1, 5, par exemple le gaz 25 et/ou le gaz 27. During a first mode of operation, the gas 1 is available with a flow rate d and a CO2 concentration in mol% C. The method produces a CO2-rich gas, containing at least 80 mol% CO2, or even at least 95 mol% CO2 and/or a CO2-rich liquid 21, containing at least 80 mol% CO2, or even at least 95 mol% CO2. During this first mode, a buffer capacity B is filled by taking a portion 23 of the gas 1, 5 downstream of the compressor C2, taken for example downstream of the dryers D. This gas 23 can be mixed with a portion 26, 29 of the gas 1, 5 and/or a portion 21, 27 of a gas enriched in CO2 relative to the gases 1, 5, for example the gas 25 and/or the gas 27.

Plusieurs emplacements optionnels sont possibles pour dériver le gaz à mélanger avec le gaz 23 envoyé vers la capacité tampon B selon l’invention:

  • En sortie des étages de compression intermédiaires C2 du gaz 5 en amont du séchage et du refroidisseur R (flux 26) ou après compression dans C3 du gaz 15 (flux 27).
  • En sortie des refroidisseurs d’étages intermédiaires ou du refroidisseur final R du compresseur C2 (flux 29).
Several optional locations are possible to divert the gas to be mixed with the gas 23 sent to the buffer capacity B according to the invention:
  • At the outlet of the intermediate compression stages C2 of gas 5 upstream of drying and cooler R (flow 26) or after compression in C3 of gas 15 (flow 27).
  • At the outlet of the intermediate stage coolers or the final cooler R of compressor C2 (flow 29).

L’usage des gaz 25, 27 sera décrit plus loin.The use of gases 25, 27 will be described later.

Il est également possible de dériver du gaz à mélanger avec le gaz 23 et à envoyer vers la capacité tampon B d’un point en aval de l’unité de préconcentration, prenant par exemple le gaz 27 enrichi en CO2 avant ou après la compression dans le compresseur C3.It is also possible to derive gas to be mixed with gas 23 and sent to buffer capacity B from a point downstream of the preconcentration unit, taking for example gas 27 enriched in CO2 before or after compression in compressor C3.

Il est également possible de dériver du gaz à mélanger avec le gaz 23 et à envoyer vers la capacité tampon B en prenant un gaz et/ou en vaporisant un liquide 21 enrichi en CO2 ou riche en CO2 dans l’unité de condensation partielle et/ou de distillation.It is also possible to derive gas to be mixed with gas 23 and sent to buffer capacity B by taking a gas and/or vaporizing a liquid 21 enriched in CO2 or rich in CO2 in the partial condensation and/or distillation unit.

Le gaz alimentant la capacité tampon peut venir de plusieurs points différents.The gas supplying the buffer capacity can come from several different points.

La capacité tampon B sera pressurisée pendant T1=13 minutes par un débit constituant 1/13 du débit du gaz de charge 1 pendant le premier mode d’opération puis dépressurisée pendant le deuxième mode d’opération pendant T3=1 minute (par exemple, pendant le temps d'inversion des fours, si le gaz 1 vient d’une cimenterie) afin de maintenir un débit d’alimentation sensiblement constant vers l’unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation CC.Buffer capacity B will be pressurized for T1=13 minutes by a flow rate constituting 1/13 of the flow rate of charge gas 1 during the first operating mode and then depressurized during the second operating mode for T3=1 minute (for example, during the inversion time of the kilns, if gas 1 comes from a cement plant) in order to maintain a substantially constant feed flow rate to the partial condensation separation and/or distillation unit CC.

Le volume de la capacité tampon B nécessaire à 20°C, 8 bar est de 60 m3 (bien inférieur au volume de gazomètre G de 500 m3, Patm de la ).The volume of the buffer capacity B required at 20°C, 8 bar is 60 m3 (much lower than the volume of gasometer G of 500 m3 , P atm of the ).

Dans cet exemple de la , le gaz est stocké dans la capacité tampon B à la pression d’entrée de l’unité de préconcentration A, par exemple une unité de séparation par adsorption A par PSA (entre 60 et 30 bars abs, 8 bars abs par exemple) ou une unité de séparation par perméation, la perméation utilisant par exemple au moins une étape de perméation membranaire fonctionnant à une température ambiante ou en dessous de 0°C.In this example of the , the gas is stored in the buffer capacity B at the inlet pressure of the preconcentration unit A, for example a PSA adsorption separation unit A (between 60 and 30 bar abs, 8 bar abs for example) or a permeation separation unit, the permeation using for example at least one membrane permeation step operating at ambient temperature or below 0°C.

Pendant le deuxième mode d’opération, le gaz 1 n’est pas disponible ou est disponible avec un débit inférieur à d et le gaz 31 déstocké de la capacité tampon B alimente le compresseur C1 de fumées 31 qui remplacent le gaz 1 afin de maintenir en opération continue l’ensemble du compresseur C1, de l’unité de lavage Q et de compression dans le compresseur C2. During the second operating mode, gas 1 is not available or is available with a flow rate lower than d and gas 31 released from buffer capacity B supplies compressor C1 with fumes 31 which replace gas 1 in order to maintain continuous operation of the entire compressor C1, washing unit Q and compression in compressor C2.

Le gaz constituant le flux 31 peut être envoyé à la tour de lavage Q comme débit 4 et/ou en amont du compresseur C2 et en aval de la tour de lavage Q comme débit 32 et/ou à un étage intermédiaire du compresseur C2 comme débit 33.The gas constituting flow 31 can be sent to the washing tower Q as flow 4 and/or upstream of the compressor C2 and downstream of the washing tower Q as flow 32 and/or to an intermediate stage of the compressor C2 as flow 33.

Il est à noter que lors de la dépressurisation du gaz stocké dans la capacité tampon B de 8 bars à une pression inférieure, par exemple la Patm, les températures du gaz 31 et de la capacité tampon B vont décroitre (environ 1.2°C/sec), soit une baisse de température d’environ 70°C à l’entrée du compresseur C1. En conséquence, pour éviter les risques de gel de l’eau et du CO2, il sera préférable de stocker un gaz sec 23 pris en aval du sécheur D de préférence préchauffé dans un réchauffeur dédié H.It should be noted that when depressurizing the gas stored in the buffer capacity B from 8 bars to a lower pressure, for example P atm , the temperatures of the gas 31 and the buffer capacity B will decrease (approximately 1.2°C/sec), i.e. a temperature drop of approximately 70°C at the inlet of the compressor C1. Consequently, to avoid the risks of freezing of the water and CO2, it will be preferable to store a dry gas 23 taken downstream of the dryer D, preferably preheated in a dedicated heater H.

On peut ainsi concevoir une température de préchauffage du gaz stocké de 100°C (soit une capacité de stockage qui passe de 60 m3 à 100 m3) au début de la dépressurisation permettant d’atteindre 20°C en fin de dépressurisation afin de limiter les variations de températures en entrée du compresseur C1.It is thus possible to design a preheating temperature of the stored gas of 100°C (i.e. a storage capacity which increases from 60 m3 to 100 m3 ) at the start of depressurization, making it possible to reach 20°C at the end of depressurization in order to limit temperature variations at the inlet of compressor C1.

Au fur et à mesure de la pressurisation de la capacité tampon B, la température va augmenter: il sera nécessaire de réguler la température de préchauffage par le réchauffeur H du gaz 23 alimentant la capacité tampon B pour maintenir une température de 100°C en fond de la capacité tampon B au moyen d’un moyen de régulation TIC.As the buffer capacity B is pressurized, the temperature will increase: it will be necessary to regulate the preheating temperature by the heater H of the gas 23 supplying the buffer capacity B to maintain a temperature of 100°C at the bottom of the buffer capacity B by means of a TIC regulation means.

Il sera donc préférable de stocker un gaz sec (le gaz 23 de la sortie du sécheur D par exemple) et/ou de maintenir une température suffisamment haute dans la capacité tampon B (via un préchauffeur H par exemple) pour éviter de gel de l’eau et/ou du CO2 pendant la dépressurisation de la capacité tampon B. On évitera aussi ainsi les risques de formation de condensats acides (en présence de SOxdans le gaz 1 notamment). La température dans la capacité tampon B pourra être contrôlée par le taux de préchauffage du réchauffeur H.It will therefore be preferable to store a dry gas (gas 23 from the outlet of dryer D for example) and/or to maintain a sufficiently high temperature in buffer capacity B (via a preheater H for example) to avoid freezing of the water and/or CO2during the depressurization of buffer capacity B. This will also avoid the risks of formation of acid condensates (in the presence of SOxin gas 1 The temperature in buffer capacity B can be controlled by the preheating rate of heater H.

Il sera remarqué que le préchauffeur H peut servir à chauffer n’importe lequel débit 21, 23, 26, 27, 29 et peut chauffer un mélange d’au moins deux de ces gaz.It will be noted that the preheater H can be used to heat any flow rate 21, 23, 26, 27, 29 and can heat a mixture of at least two of these gases.

Selon une deuxième variante, soit l’unité de préconcentration A soit le compresseur C ne sont pas présents, par exemple dans le cas d’une cimenterie fonctionnant par oxycombustion. According to a second variant, either the preconcentration unit A or the compressor C are not present, for example in the case of a cement plant operating by oxycombustion.

En l’absence de l’unité de préconcentration, le gaz séché 11 est envoyé directement du sécheur D à l’unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation et/ou solidification CC pour être séparé.In the absence of the preconcentration unit, the dried gas 11 is sent directly from the dryer D to the partial condensation and/or distillation and/or solidification separation unit CC to be separated.

Dans ce cas, sans unité de préconcentration P, le mélange 1 est épuré par lavage à l’eau dans une unité de lavage Q produisant un débit épuré 5 contenant de l’eau, le débit épuré est comprimé dans un compresseur C2 pour former un débit comprimé puis, refroidi et séché formant un débit comprimé, refroidi et séché, au moins une partie 11 du débit comprimé, refroidi et séché est séparé par condensation partielle et/ou distillation CC formant un gaz enrichi en azote et appauvri en CO2 et un gaz enrichi en CO2 et appauvri en azote dans une unité de condensation partielle et/ou distillation formant un liquide riche en CO2 et/ou un gaz riche en CO2.In this case, without a preconcentration unit P, the mixture 1 is purified by washing with water in a washing unit Q producing a purified flow 5 containing water, the purified flow is compressed in a compressor C2 to form a compressed flow then, cooled and dried forming a compressed flow, cooled and dried, at least a portion 11 of the compressed flow, cooled and dried is separated by partial condensation and/or distillation CC forming a gas enriched in nitrogen and depleted in CO2 and a gas enriched in CO2 and depleted in nitrogen in a partial condensation and/or distillation unit forming a liquid rich in CO2 and/or a gas rich in CO2.

Pendant un premier mode d’opération le mélange gazeux a un débit d et une masse molaire en CO2 de C et un flux qui est une partie du débit comprimé 1 et/ou du débit comprimé, refroidi et séché 11 et/ou du gaz riche en CO2 et/ou du gaz enrichi en CO2 et/ou du liquide riche en CO2 provenant de la condensation partielle et/ou de la distillation qui a été vaporisé est envoyé à une capacité-tampon B et stocké. During a first mode of operation the gas mixture has a flow rate d and a molar mass in CO2 of C and a flow which is a part of the compressed flow 1 and/or of the compressed, cooled and dried flow 11 and/or of the CO2-rich gas and/or of the CO2-enriched gas and/or of the CO2-rich liquid from the partial condensation and/or from the distillation which has been vaporized is sent to a buffer capacity B and stored.

Pendant un deuxième mode d’opération, le mélange gazeux 1 a un débit inférieur à d, voire nul et/ou une masse molaire en CO2 inférieure à C et un débit gazeux stocké dans la capacité-tampon B est envoyé en amont de l’unité de lavage Q ou en amont du compresseur C1 du débit épuré ou en amont de l’unité de condensation partielle et/ou distillation.During a second operating mode, the gas mixture 1 has a flow rate lower than d, or even zero, and/or a molar mass in CO2 lower than C and a gas flow stored in the buffer capacity B is sent upstream of the washing unit Q or upstream of the compressor C1 of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit.

Dans le cas (avec ou sans préconcentration) où un débit de gaz 1 est toujours disponible pendant le deuxième mode d’opération mais avec des caractéristiques (par exemple de débit et/ou de composition) fluctuantes et en supposant que le compresseur C1 et l’unité de lavage Q peuvent gérer les fluctuations (ou une situation d’opération intermittente si le débit de fumées 1 est disponible ponctuellement pendant un certain temps), on pourra dépressuriser la capacité tampon B et envoyer du gaz qu’elle stocke vers l’entrée du compresseur de fumées C1 (préférablement) comme dans la ou en amont du compresseur C2 ou à un inter-étage du compresseur C2, comme illustré à la , pour le débit 33.In the case (with or without preconcentration) where a gas flow 1 is always available during the second mode of operation but with fluctuating characteristics (e.g. flow rate and/or composition) and assuming that the compressor C1 and the scrubbing unit Q can handle the fluctuations (or an intermittent operation situation if the flue gas flow 1 is available punctually for a certain time), the buffer capacity B can be depressurized and gas stored therein sent to the inlet of the flue gas compressor C1 (preferably) as in the or upstream of compressor C2 or at an interstage of compressor C2, as shown in , for flow rate 33.

La montre une variante de la dans lequel le gaz 31 de la capacité tampon B est détendu jusqu’à la pression de sortie du compresseur C1 et est envoyé à la tour de lavage Q comme débit 4 ou en amont du compresseur C2 comme débit 32.There shows a variant of the in which the gas 31 from the buffer capacity B is expanded to the outlet pressure of the compressor C1 and is sent to the washing tower Q as flow 4 or upstream of the compressor C2 as flow 32.

Dans ce cas, la détente du débit 31 sera moindre et moins de chauffage sera requis du préchauffeur H pour compenser le froid généré par la détente.In this case, the expansion of flow 31 will be less and less heating will be required from the preheater H to compensate for the cold generated by the expansion.

La montre que l’envoi des débits 21, 27 enrichis en CO2 et/ou riche en CO2 est régulé par un analyseur de la concentration en CO2 CONC qui détecte la concentration en CO2 du gaz dans la capacité tampon. De cette façon il est possible de compenser une baisse de concentration en CO2 du gaz 1. Il est possible d’utiliser les gaz 21, 27 pour alimenter la capacité tampon seulement dans le cas où la concentration en CO2 du gaz dans la capacité tampon baisse.There shows that the sending of the CO2-enriched and/or CO2-rich flows 21, 27 is regulated by a CO2 concentration analyzer CONC which detects the CO2 concentration of the gas in the buffer capacity. In this way it is possible to compensate for a drop in the CO2 concentration of gas 1. It is possible to use the gases 21, 27 to supply the buffer capacity only in the case where the CO2 concentration of the gas in the buffer capacity drops.

L’appareil comprend également un appareil TIC pour mesurer la température du gaz dans la capacité tampon et de réguler le fonctionnement du préchauffeur H pour maintenir la température dans la capacité tampon B à une valeur donnée.The apparatus also includes a TIC device for measuring the temperature of the gas in the buffer capacity and for regulating the operation of the preheater H to maintain the temperature in the buffer capacity B at a given value.

Pour la deuxième variante où l’unité de préconcentration A et le compresseur C3 sont absents, un gaz enrichi en CO2 et/ou un liquide vaporisé enrichi en CO2 peut être envoyé à la capacité-tampon B pour augmenter sa masse molaire en CO2.For the second variant where the preconcentration unit A and the compressor C3 are absent, a CO2-enriched gas and/or a CO2-enriched vaporized liquid can be sent to the buffer capacity B to increase its molar mass in CO2.

La montre un procédé selon l’invention selon la première variante avec préconcentration A et compresseur C3, dans lequel la capacité tampon B est alimenté par du gaz 23 pris en aval du sécheur D, comme pour les figures 2 et 3.There shows a method according to the invention according to the first variant with preconcentration A and compressor C3, in which the buffer capacity B is supplied with gas 23 taken downstream of the dryer D, as for figures 2 and 3.

Pour lisser les fluctuations de composition vers l’unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation CC, on aura aussi la possibilité de pressuriser la capacité tampon B avec des gaz complémentaires, plus riches en CO2 que les gaz 1, 5, 23, 26, 29, tels que le résiduaire 27 de l’unité d’adsorption A ou du liquide riche en CO2 21 produit par l’unité CC et vaporisé dans un vaporiseur V. Ainsi comme on voit dans les Figures 2,3 et 4 un flux 25 du vaporiseur V amène un gaz riche en CO2 vers la capacité tampon B. L’envoi de ce gaz vers la capacité tampon B est déclenché en fonction de la concentration en CO2 du gaz dans la capacité tampon B mesuré par l’analyseur CONC en ouvrant une vanne pour laisser passer le flux 25. Si la masse molaire en CO2 passe en dessous de la valeur C de la masse molaire en CO2 du gaz 1 pendant le premier mode, l’envoi de gaz 25 et/ou 27 est déclenché pour enrichir le gaz stocké en CO2.To smooth out the fluctuations in composition towards the partial condensation separation unit and/or distillation CC, it will also be possible to pressurize the buffer capacity B with additional gases, richer in CO2 than the gases 1, 5, 23, 26, 29, such as the residual 27 from the adsorption unit A or the CO2-rich liquid 21 produced by the unit CC and vaporized in a vaporizer V. Thus, as seen in Figures 2, 3 and 4, a flow 25 from the vaporizer V brings a gas rich in CO2 to the buffer capacity B. The sending of this gas to the buffer capacity B is triggered according to the CO2 concentration of the gas in the buffer capacity B measured by the CONC analyzer by opening a valve to let the flow 25 pass. If the molar mass of CO2 falls below the value C of the molar mass of CO2 of the gas 1 during the first mode, the sending of gas 25 and/or 27 is triggered to enrich the stored gas with CO2.

On peut aussi envisager de dépressuriser la capacité tampon B à l’entrée de l’unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation CC pour limiter les fluctuations qu’elle peut avoir à gérer. Ainsi le débit 34 est envoyé depuis la capacité B à l’entrée du compresseur C3 pour alimenter l’unité CC.It is also possible to consider depressurizing the buffer capacity B at the entrance to the partial condensation and/or distillation separation unit CC to limit the fluctuations that it may have to manage. Thus, flow 34 is sent from capacity B to the entrance of compressor C3 to supply the CC unit.

Pour la gestion des fluctuations à l’entrée de l’unité d’adsorption A, pendant le deuxième mode d’opération, on peut envisager de recycler tout ou partie 33 du gaz enrichi en CO2 15 à l’unité d’adsorption A pour augmenter son débit en entrée et sa masse molaire en CO2.For the management of fluctuations at the inlet of the adsorption unit A, during the second operating mode, it is possible to consider recycling all or part 33 of the CO 2 -enriched gas 15 to the adsorption unit A to increase its inlet flow rate and its molar mass in CO 2 .

Pour toutes les figures 2 à 4, la capacité tampon B n’est pas alimentée en gaz pendant le deuxième mode d’opération et aucun gaz ne sort de la capacité tampon B pour être envoyé à la séparation dans les unités A ou CC pendant le premier mode d’opération.For all figures 2 to 4, buffer capacity B is not supplied with gas during the second mode of operation and no gas leaves buffer capacity B to be sent to separation in units A or CC during the first mode of operation.

La capacité tampon ne stocke pas de liquide.The buffer capacity does not store liquid.

Dans le cas de la , on remarque que le préchauffeur n’est pas présent pour chauffer le gaz 23 destiné à la capacité-tampon. Comme la capacité tampon fournit dans ce cas du gaz 34 à pression relativement élevée après la détente dans la vanne, moins de froid est généré et le préchauffeur H n’est pas essentiel. Par contre il peut néanmoins être présent pour chauffer le débit 23 ou un autre gaz alimentant la capacité tampon, par exemple le débit 27 venant du compresseur C3 et/ou du vaporiseur V de liquide riche en CO2 venant de la séparation CC.In the case of the , it is noted that the preheater is not present to heat the gas 23 intended for the buffer capacity. Since the buffer capacity in this case provides gas 34 at relatively high pressure after the expansion in the valve, less cold is generated and the preheater H is not essential. On the other hand, it can nevertheless be present to heat the flow 23 or another gas supplying the buffer capacity, for example the flow 27 coming from the compressor C3 and/or from the vaporizer V of liquid rich in CO2 coming from the separation CC.

Dans toutes les figures, il peut être nécessaire de recycler une partie 33 du gaz appauvri en CO2 15 en amont de l’unité de préconcentration A pour s’y séparer et ainsi compenser une baisse de débit dans le gaz venant du sécheur D.In all figures, it may be necessary to recycle a portion 33 of the CO2-depleted gas 15 upstream of the preconcentration unit A to separate there and thus compensate for a drop in flow rate in the gas coming from the dryer D.

Le procédé et l’appareil décrits ici pourrait s’appliquer au cas où la séparation de l’unité CC est faite au moins en partie par adsorption à bascule de pression ou par perméation.The method and apparatus described herein could be applied to the case where the separation of the CC unit is done at least in part by pressure swing adsorption or by permeation.

Les figures n’illustrant pas de débitmètre pour mesurer le débit du mélange gazeux 1, 5, 7 à au moins un point du procédé et d’un analyseur pour détecter la masse molaire en CO2 du débit du mélange gazeux 1, 5, 7 à au moins un point du procédé.The figures do not illustrate a flow meter for measuring the flow rate of the gas mixture 1, 5, 7 at at least one point of the process and an analyzer for detecting the molar mass in CO2 of the flow rate of the gas mixture 1, 5, 7 at at least one point of the process.

L’appareil peut comprendre une unité de régulation capable d’envoyer le flux The device may include a regulating unit capable of sending the flow

à la capacité-tampon en fonction du débit et/ou de la masse molaire du mélange gazeux.to the buffer capacity depending on the flow rate and/or the molar mass of the gas mixture.

L’appareil comprend une unité de régulation capable d’envoyer un gaz depuis The device includes a regulating unit capable of sending a gas from

la capacité-tampon en amont de l’unité de lavage ou en amont du compresseur du débit épuré ou en amont de l’unité de condensation partielle et/ou distillation et en aval de l’unité de préconcentrationthe buffer capacity upstream of the washing unit or upstream of the compressor of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit and downstream of the preconcentration unit

en fonction du débit et/ou de la masse molaire du mélange gazeux.depending on the flow rate and/or the molar mass of the gas mixture.

Sinon l’envoi de flux et/ou de gaz peut être déclenché manuellement.Otherwise the sending of flow and/or gas can be triggered manually.

Claims (15)

Procédé de séparation d’un mélange gazeux contenant du CO2, de l’azote et de l’oxygène dans lequel :
  1. Le mélange (1) est épuré par lavage à l’eau dans une unité de lavage (Q) produisant un débit épuré (5) contenant de l’eau, 
  2. Le débit épuré est comprimé dans un compresseur (C2) pour former un débit comprimé puis, refroidi et séché (D) formant un débit comprimé, refroidi et séché (11)
  3. Au moins une partie (17) du débit comprimé, refroidi et séché est séparé 
par condensation partielle et/ou distillation (CC) formant un liquide (21) riche en CO2 et/ou un gaz riche en CO2
dans lequel pendant un premier mode d’opération le mélange gazeux a un débit d et une masse molaire en CO2 de C et un flux qui est une partie du débit comprimé, refroidi et séché (23) et éventuellement
  1. Du débit comprimé pris en amont du refroidissement et/ou du séchage (26, 29) et/ou
  2. Du gaz riche en CO2 et/ou
  3. Du liquide riche en CO2 (21) provenant de la condensation partielle et/ou de la distillation qui a été vaporisé
est envoyé à une capacité-tampon (B) et stocké et
dans lequel pendant un deuxième mode d’opération, le mélange gazeux (1) a un débit inférieur à d, voire nul et/ou une masse molaire en CO2 inférieure à C et un débit gazeux (4,31, 32, 33, 34) stocké dans la capacité-tampon (B) est envoyé en amont de l’unité de lavage ou en amont du compresseur du débit épuré ou en amont de l’unité de condensation partielle et/ou distillation.Process for separating a gas mixture containing CO2, nitrogen and oxygen in which:
  1. The mixture (1) is purified by washing with water in a washing unit (Q) producing a purified flow (5) containing water,
  2. The purified flow is compressed in a compressor (C2) to form a compressed flow and then cooled and dried (D) forming a compressed, cooled and dried flow (11)
  3. At least a portion (17) of the compressed, cooled and dried flow is separated
by partial condensation and/or distillation (CC) forming a liquid (21) rich in CO2 and/or a gas rich in CO2
in which during a first mode of operation the gas mixture has a flow rate d and a molar mass in CO2 of C and a flow which is a part of the compressed, cooled and dried flow (23) and optionally
  1. From the compressed flow taken upstream of cooling and/or drying (26, 29) and/or
  2. Gas rich in CO2 and/or
  3. CO2-rich liquid (21) from partial condensation and/or distillation that has been vaporized
is sent to a buffer capacity (B) and stored and
in which during a second mode of operation, the gas mixture (1) has a flow rate less than d, or even zero and/or a molar mass in CO2 less than C and a gas flow (4, 31, 32, 33, 34) stored in the buffer capacity (B) is sent upstream of the washing unit or upstream of the compressor of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit. Procédé de séparation d’un mélange gazeux (1) contenant du CO2, de l’azote et de l’oxygène dans lequel :
  1. Le mélange est épuré par lavage à l’eau dans une unité de lavage (Q) produisant un débit épuré (5) contenant de l’eau, 
  2. Le débit épuré est comprimé dans un compresseur (C2) pour former un débit comprimé puis, refroidi et séché formant un débit comprimé, refroidi et séché (11)
  3. Au moins une partie du débit comprimé, refroidi et séché est séparé par adsorption ou perméation dans une unité de préconcentration (A) formant un gaz enrichi en azote et appauvri en CO2 (13) et un gaz enrichi en CO2 et appauvri en azote (15),
  4. Le gaz enrichi en CO2 est éventuellement comprimé, éventuellement refroidi et ensuite séparé par condensation partielle et/ou distillation dans une unité de condensation partielle et/ou distillation (CC) formant un liquide riche en CO2 (21) et/ou un gaz riche en CO2
dans lequel pendant un premier mode d’opération le mélange gazeux a un débit d et une masse molaire en CO2 de C et un flux qui est une partie du débit comprimé, refroidi et séché (23) et éventuellement
  1. Du débit comprimé pris en amont du refroidissement et/ou du séchage (26, 29) et/ou
  2. Du gaz enrichi en CO2 (27) et/ou
  3. Du gaz riche en CO2 et/ou
  4. Du liquide riche en CO2 (21) provenant de la condensation partielle et/ou de la distillation qui a été vaporisé
est envoyé à une capacité-tampon (B) et stocké et
dans lequel pendant un deuxième mode d’opération, le mélange gazeux a un débit inférieur à d, voire nul et/ou une masse molaire en CO2 inférieure à C et un débit gazeux stocké (4, 31, 32, 33, 34) dans la capacité-tampon est envoyé en amont de l’unité de lavage ou en amont du compresseur du débit épuré ou en amont de l’unité de condensation partielle et/ou distillation et en aval de l’unité de préconcentration.Process for separating a gas mixture (1) containing CO2, nitrogen and oxygen in which:
  1. The mixture is purified by washing with water in a washing unit (Q) producing a purified flow (5) containing water,
  2. The purified flow is compressed in a compressor (C2) to form a compressed flow and then cooled and dried forming a compressed, cooled and dried flow (11)
  3. At least a portion of the compressed, cooled and dried flow is separated by adsorption or permeation in a preconcentration unit (A) forming a nitrogen-enriched and CO2-depleted gas (13) and a CO2-enriched and nitrogen-depleted gas (15),
  4. The CO2-enriched gas is optionally compressed, optionally cooled and then separated by partial condensation and/or distillation in a partial condensation and/or distillation unit (CC) forming a CO2-rich liquid (21) and/or a CO2-rich gas.
in which during a first mode of operation the gas mixture has a flow rate d and a molar mass in CO2 of C and a flow which is a part of the compressed, cooled and dried flow (23) and optionally
  1. From the compressed flow taken upstream of cooling and/or drying (26, 29) and/or
  2. Gas enriched with CO2 (27) and/or
  3. Gas rich in CO2 and/or
  4. CO2-rich liquid (21) from partial condensation and/or distillation that has been vaporized
is sent to a buffer capacity (B) and stored and
in which during a second mode of operation, the gas mixture has a flow rate less than d, or even zero and/or a molar mass in CO2 less than C and a gas flow stored (4, 31, 32, 33, 34) in the buffer capacity is sent upstream of the washing unit or upstream of the compressor of the purified flow or upstream of the partial condensation and/or distillation unit and downstream of the preconcentration unit. Procédé selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la capacité-tampon (B) stocke le gaz (26, 29, 23, 27, 21) pendant le premier mode d’opération à une pression supérieure à 6 bars abs, voire au moins égale à 8 bars abs et de préférence inférieure à 30 bars abs.Method according to claim 1 or 2 in which the buffer capacity (B) stores the gas (26, 29, 23, 27, 21) during the first mode of operation at a pressure greater than 6 bars abs, or even at least equal to 8 bars abs and preferably less than 30 bars abs. Procédé selon l’une des revendications précédentes pendant le deuxième mode d’opération, le débit gazeux (3, 31, 33) stocké dans la capacité-tampon est détendu avant d’être envoyé en amont de l’unité de lavage (Q) ou en amont du compresseur du débit épuré (C2) ou en amont de l’unité de condensation partielle et/ou distillation (CC) et éventuellement en aval de l’unité de préconcentration (A).Method according to one of the preceding claims during the second mode of operation, the gas flow (3, 31, 33) stored in the buffer capacity is expanded before being sent upstream of the washing unit (Q) or upstream of the compressor of the purified flow (C2) or upstream of the partial condensation and/or distillation unit (CC) and possibly downstream of the preconcentration unit (A). Procédé selon l’une des revendications précédentes pendant le premier mode d’opération, le flux (26, 29, 23, 27, 21) destiné à la capacité tampon (B) est réchauffé en amont de la capacité tampon.Method according to one of the preceding claims, during the first mode of operation, the flow (26, 29, 23, 27, 21) intended for the buffer capacity (B) is heated upstream of the buffer capacity. Procédé selon la revendication 4 dans lequel la capacité tampon (B) stocke le gaz (26, 29, 23, 27, 21) à une température supérieure à 80°C.Method according to claim 4 in which the buffer capacity (B) stores the gas (26, 29, 23, 27, 21) at a temperature above 80°C. Procédé selon l’une des revendication 4 ou 5 dans lequel la température dans la capacité tampon (B) est régulée pendant le deuxième mode d’opération pour maintenir la température au-dessus d’un seuil.Method according to one of claims 4 or 5 in which the temperature in the buffer capacity (B) is regulated during the second mode of operation to maintain the temperature above a threshold. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel pendant le premier mode d’opération un flux (23) qui est une partie du débit comprimé, refroidi et séché est envoyé à la capacité-tampon (B) et stocké.Method according to one of the preceding claims, in which during the first mode of operation a flow (23) which is a part of the compressed, cooled and dried flow is sent to the buffer capacity (B) and stored. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel pendant le premier mode d’opération, aucun gaz ne sort de la capacité-tampon (B) pour être séparé dans l’unité de préconcentration (A), si présent, ou l’unité de condensation partielle et/ou de distillation (CC).Method according to one of the preceding claims, in which during the first mode of operation, no gas leaves the buffer capacity (B) to be separated in the preconcentration unit (A), if present, or the partial condensation and/or distillation unit (CC). Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel pendant le deuxième mode d’opération, aucun gaz n’est envoyé à la capacité-tampon (B).Method according to one of the preceding claims, in which during the second mode of operation, no gas is sent to the buffer capacity (B). Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel pendant le deuxième mode d’opération, la capacité tampon (B) se dépressurise, de préférence jusqu’à la pression atmosphérique.Method according to one of the preceding claims, in which during the second mode of operation, the buffer capacity (B) is depressurized, preferably to atmospheric pressure. Procédé selon la revendication 2 ou l’une des revendications précédentes quand dépendante de la revendication 2 dans lequel pendant le premier mode d’opération, la capacité tampon (B) stocke du gaz à la pression d’entrée de l’unité de préconcentration (A).A method according to claim 2 or one of the preceding claims when dependent on claim 2 wherein during the first mode of operation, the buffer capacity (B) stores gas at the inlet pressure of the preconcentration unit (A). Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel pendant le premier mode d’opération, la capacité tampon (B) stocke du gaz à la pression d’entrée de l’unité de séparation par condensation partielle et/ou distillation (CC).Method according to one of the preceding claims, in which during the first mode of operation, the buffer capacity (B) stores gas at the inlet pressure of the partial condensation and/or distillation separation unit (CC). Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel pendant un deuxième mode d’opération, le mélange gazeux a un débit inférieur à d, voire nul et/ou une masse molaire en CO2 inférieure à T, un débit gazeux stocké dans la capacité-tampon (B) est envoyé en amont de l’unité de lavage (Q).Method according to one of the preceding claims, in which during a second mode of operation, the gas mixture has a flow rate less than d, or even zero and/or a molar mass in CO2 less than T, a gas flow stored in the buffer capacity (B) is sent upstream of the washing unit (Q). Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel pendant un deuxième mode d’opération, le mélange gazeux a un débit inférieur à d, voire nul et/ou une masse molaire en CO2 inférieure à T, un débit gazeux (32) stocké dans la capacité-tampon est envoyé en amont du compresseur du débit épuré (C2).Method according to one of the preceding claims, in which during a second mode of operation, the gas mixture has a flow rate less than d, or even zero and/or a molar mass in CO2 less than T, a gas flow (32) stored in the buffer capacity is sent upstream of the compressor of the purified flow (C2).
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