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FR3153650A1 - Cryogenic process for separating CO2 and H2S - Google Patents

Cryogenic process for separating CO2 and H2S Download PDF

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FR3153650A1 FR2310564A FR2310564A FR3153650A1 FR 3153650 A1 FR3153650 A1 FR 3153650A1 FR 2310564 A FR2310564 A FR 2310564A FR 2310564 A FR2310564 A FR 2310564A FR 3153650 A1 FR3153650 A1 FR 3153650A1
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Abstract

Procédé d’extraction par givrage à pression atmosphérique de l’H2S et du CO2 dans des mélanges de gaz secs contenant des concentrations variables de méthane, d’hydrogène, d’azote, de CO, et de séparation de l’H2S et du CO2 par un contrôle du flux thermique de dégivrage générant deux pressions de sublimation successives pour la récupération en phase liquide séparée de l’H2S puis du CO2.Process for the extraction by atmospheric pressure frosting of H2S and CO2 in dry gas mixtures containing variable concentrations of methane, hydrogen, nitrogen, CO, and separation of H2S and CO2 by controlling the defrosting heat flow generating two successive sublimation pressures for the recovery in the separate liquid phase of H2S then CO2.

Description

Procédé cryogénique de séparation du CO2et de H2SCryogenic process for separating CO2 and H2S

Domaine technique et état de la techniqueTechnical field and state of the art

L’invention a trait à l’antisublimation et à la fusion différentielle de l’hydrogène sulfureux et du dioxyde de carbone.The invention relates to the antisublimation and differential fusion of hydrogen sulfide and carbon dioxide.

Dans la suite de ce texte, par simplification, les termes H2S et CO2sont employés pour désigner l’hydrogène sulfureux et le dioxyde de carbone.In the remainder of this text, for simplification, the terms H2S and CO2 are used to designate hydrogen sulphur and carbon dioxide.

Par antisublimation, on désigne ici la solidification directe de substances, ici le CO2et l’H2S, à des températures inférieures à leurs points triples. On peut se référer par exemple au documentPan et al. CO 2 capture by antisublimation process and its technical economic analysis, doi.org/10.1002/ghg.1313.Antisublimation refers to the direct solidification of substances, in this case CO2 and H2S , at temperatures below their triple points. For example , see Pan et al. CO2 capture by antisublimation process and its technical economic analysis , doi.org/10.1002/ghg.1313.

La nécessité de séparer le CO2, l’H2S d’autres gaz se rencontre à la fois dans l’épuration du gaz naturel et dans celle de gaz procédés, en particulier les gaz provenant de la gazéification de la biomasse. L’extraction de l’H2S et du CO2est nécessaire pour le gaz naturel, afin de garantir un pouvoir combustible élevé et d’éviter des corrosions acides en présence d’eau.The need to separate CO2 , H2S from other gases is encountered both in the purification of natural gas and in the purification of process gases, in particular gases from biomass gasification. The extraction of H2S and CO2 is necessary for natural gas, in order to ensure high fuel power and to avoid acid corrosion in the presence of water.

Pour certains procédés, il est nécessaire d’extraire l’H2S sans enlever le CO2, en particulier dans les procédés visant à produire des carburants de synthèse à partir de l’hydrogène, du méthane et du CO2.For some processes, it is necessary to extract H2S without removing the CO2, particularly in processes aimed at producing synthetic fuels from hydrogen, methane and CO2.

Les teneurs en H2S du gaz naturel peuvent varier de quelques centaines de ppm jusqu’à plusieurs pourcents, et les teneurs en CO2peuvent varier de 0,5% à 2%. H2S contents in natural gas can vary from a few hundred ppm to several percent, and CO2 contents can vary from 0.5% to 2%.

Pour les gaz de synthèse, les concentrations d’H2S peuvent varier entre quelques centaines de ppm et plusieurs pourcents, et les concentrations en CO2varient de 20% à 35%.For synthesis gases, H2S concentrations can vary from a few hundred ppm to several percent, and CO2 concentrations vary from 20% to 35%.

Depuis 1950, l’H2S et le CO2sont extraits aussi bien dans les raffineries de pétrole que dans les stations de traitement de gaz naturel par des solvants à base d’amines, comme le MEA : mono-éthanolamine.Since 1950, H2S and CO2 have been extracted in both oil refineries and natural gas processing plants using amine-based solvents, such as MEA: monoethanolamine.

Plus récemment, il a été proposé dans le document WO 2012/015554 (Exxon mobil, 2012) des dispositifs cryogéniques pour l’élimination des gaz acides d’un courant d’hydrocarbure gazeux utilisant des dispositifs de séparation à contre-courant. Ces dispositifs, bien qu’intéressants par rapport à l’état de l’art, sont cependant énergivores, car ils fonctionnent à des pressions nettement supérieures à la pression atmosphérique.More recently, cryogenic devices for the removal of acid gases from a gaseous hydrocarbon stream using countercurrent separation devices have been proposed in WO 2012/015554 (Exxon Mobil, 2012). These devices, although interesting compared to the state of the art, are however energy-intensive, because they operate at pressures significantly higher than atmospheric pressure.

Le document WO 02060561 (Armines, 2002) présente le givrage du CO2à pression atmosphérique sur des fumées sans présence d’H2S et donc sans séparation sélective de ces deux substances.Document WO 02060561 (Armines, 2002) presents the icing of CO 2 at atmospheric pressure on fumes without the presence of H 2 S and therefore without selective separation of these two substances.

Objets de l’inventionObjects of the invention

L‘invention vise à pallier les inconvénients des procédés et dispositifs connus dans l’art antérieur.The invention aims to overcome the drawbacks of the methods and devices known in the prior art.

Il est proposé, selon un premier aspect, un procédé d’extraction par givrage à pression atmosphérique de l’H2S et du CO2dans des mélanges de gaz secs à traiter, contenant des concentrations variables de méthane CH4, d’hydrogène H2, d’azote, de monoxyde de carbone CO, d’H2S et de CO2, pour former un mélange de gaz traité, le procédé assurant la séparation d’abord de l’H2S puis du CO2, le procédé comprenant deux étapes de dégivrage successives, à deux pressions différentes de sublimation, à savoir une étape de dégivrage de l’H2S suivie d’une étape de dégivrage du CO2, pour la récupération de l’H2S puis du CO2en phases liquides séparées, le procédé comprenant une étape d’injection du mélange de gaz secs à traiter dans une enceinte contenant un échangeur, l’échangeur étant connecté à un circuit de fluide caloporteur, le procédé comprenant un contrôle du flux thermique de dégivrage en ajustant le débit du fluide caloporteur selon le niveau de pression mesuré dans l’enceinte en cours de dégivrage.According to a first aspect, there is proposed a method for the extraction by frosting at atmospheric pressure of H 2 S and CO 2 in mixtures of dry gases to be treated, containing variable concentrations of methane CH 4 , hydrogen H 2 , nitrogen, carbon monoxide CO, H 2 S and CO 2 , to form a mixture of treated gases, the method ensuring the separation first of H 2 S then of CO 2 , the method comprising two successive defrosting steps, at two different sublimation pressures, namely a step of defrosting of H 2 S followed by a step of defrosting of CO 2 , for the recovery of H 2 S then of CO 2 in separate liquid phases, the method comprising a step of injecting the mixture of dry gases to be treated into an enclosure containing an exchanger, the exchanger being connected to a heat transfer fluid circuit, the method comprising a control of the heat flow defrosting by adjusting the flow rate of the heat transfer fluid according to the pressure level measured in the enclosure being defrosted.

Par mélange de gaz secs, on désigne ici des mélanges de gaz dont la teneur en vapeur d’eau est inférieure à 50 ppm (v).Dry gas mixtures are gas mixtures with a water vapour content of less than 50 ppm (v).

Par flux thermique on désigne, pour un débit liquide, le débit massique de liquide multiplié par l’écart de température à l’entrée et à la sortie d’un échangeur.For a liquid flow rate, heat flux means the mass flow rate of liquid multiplied by the temperature difference at the inlet and outlet of an exchanger.

Avantageusement, le contrôle du flux thermique de dégivrage de l’H2S est effectué de telle manière que la pression dans l’enceinte est maintenue entre 80 kPa et 100 kPa pendant la liquéfaction de l’H2S.Advantageously, the control of the defrosting heat flow of the H 2 S is carried out in such a way that the pressure in the enclosure is maintained between 80 kPa and 100 kPa during the liquefaction of the H 2 S.

Avantageusement, l’H2S gazeux est purgé de l’enceinte jusqu’à 1 ppm, après la récupération dans l’enceinte de la phase liquide d’H2S et avant l’étape de dégivrage du CO2.Advantageously, the gaseous H 2 S is purged from the enclosure down to 1 ppm, after recovery in the enclosure of the liquid phase of H 2 S and before the CO 2 defrosting step.

Dans certaines mises en œuvre, la température finale de givrage est avantageusement ajustée entre -140°C et -150°C, selon la teneur souhaitée en H2S, respectivement de 560 ppm (v) et 100 ppm (v), dans le mélange de gaz traité.In some implementations, the final frosting temperature is advantageously adjusted between -140°C and -150°C, depending on the desired H 2 S content, respectively 560 ppm (v) and 100 ppm (v), in the treated gas mixture.

Dans certaines mises en œuvre, le mélange de gaz secs à traiter entrant dans l’échangeur est refroidi à une température de l’ordre de -150°C, un fluide frigoporteur circulant dans l’échangeur, le débit du fluide frigoporteur étant régulé pour que la température du fluide frigoporteur en sortie de l’échangeur soit de l’ordre de -90°C.In certain implementations, the mixture of dry gases to be treated entering the exchanger is cooled to a temperature of around -150°C, a refrigerant fluid circulating in the exchanger, the flow rate of the refrigerant fluid being regulated so that the temperature of the refrigerant fluid at the outlet of the exchanger is around -90°C.

Avantageusement, le dégivrage de l’enceinte comprend une mise sous vide de l’enceinte jusqu’à une pression de préférence de l’ordre de 10 Pa, suivie d’une circulation d’un fluide caloporteur dans l’échangeur.Advantageously, defrosting the enclosure includes placing the enclosure under vacuum to a pressure preferably of the order of 10 Pa, followed by circulation of a heat transfer fluid in the exchanger.

Avantageusement, le débit du fluide caloporteur dans l’échangeur est contrôlé pour maintenir la pression dans l’enceinte, de préférence autour de 80 kPa, lors du dégivrage de l’H2S.Advantageously, the flow rate of the heat transfer fluid in the exchanger is controlled to maintain the pressure in the enclosure, preferably around 80 kPa, during defrosting of the H 2 S.

Il est proposé, selon un deuxième aspect, un dispositif pour la mise en œuvre du procédé tel que présenté ci-dessus, le dispositif comprenant au moins deux échangeurs, un échangeur étant en mode de givrage tandis que l’autre échangeur est en mode de dégivrage.According to a second aspect, a device is proposed for implementing the method as presented above, the device comprising at least two exchangers, one exchanger being in frosting mode while the other exchanger is in defrosting mode.

Lors du refroidissement du mélange de gaz à pression atmosphérique, quand la concentration volumique d’H2S dans le mélange de gaz est supérieure à 2,34%, sa liquéfaction se fera par condensation : passage de la phase gaz à la phase liquide et ce jusqu’à la température de -85,5 °C qui est celle de son point triple.When cooling the gas mixture to atmospheric pressure, when the volume concentration of H2S in the gas mixture is greater than 2.34%, its liquefaction will occur by condensation: passage from the gas phase to the liquid phase and this up to the temperature of -85.5°C which is that of its triple point.

Pour les concentrations inférieures et à des températures inférieures à celle de son point triple, l’H2S sera givré, plus particulièrement antisublimé, passant directement de la phase gaz à la phase solide.For lower concentrations and at temperatures below its triple point, H2S will be frosted, more specifically antisublimated, passing directly from the gas phase to the solid phase.

Dans les mélanges de gaz contenant du méthane, de l’hydrogène, de l’azote, du CO, du CO2et de l’H2S, et pour des concentrations volumiques de CO2inférieures à 58% et inférieures à 2,34% pour H2S, à partir de -86°C, les deux substances (H2S et CO2) vont s’antisublimer ensemble.In gas mixtures containing methane, hydrogen, nitrogen, CO, CO2 and H2S , and for volume concentrations of CO2 below 58% and below 2.34% for H2S , from -86°C, the two substances ( H2S and CO2 ) will antisublimate together.

Le tableau suivant présente les températures et pressions des points triples de l’H2S et du CO2 ainsi que les chaleurs latentes de fusion au point triple.The following table shows the temperatures and pressures of the triple points of H2S and CO2 as well as the latent heats of fusion at the triple point.

Ces valeurs sont extraites de la base de données du NIST- National Institute of Standards and Technology. Substance Température du point triple (°C) Pression du point triple (kPa) Chaleur de fusion au point triple (kJ/kg) Chaleur de sublimation (kJ/kg) H2S -85,5 23,400 69,75 660 à -138°C CO2 -56,6 520,000 200 573 à -78.8°C These values are taken from the NIST-National Institute of Standards and Technology database. Substance Triple point temperature (°C) Triple point pressure (kPa) Heat of fusion at the triple point (kJ/kg) Heat of sublimation (kJ/kg) H 2 S -85.5 23,400 69.75 660 to -138°C CO2 -56.6 520,000 200 573 at -78.8°C

Selon un aspect de l’invention, la grande différence de pression des points triple de H2S et du CO2, (23,4 kPa pour l’H2S et 520 kPa pour le CO2) est avantageusement utilisée pour contrôler la liquéfaction de l’H2S, sans liquéfier le CO2.According to one aspect of the invention, the large pressure difference of the triple points of H 2 S and CO 2 , (23.4 kPa for H 2 S and 520 kPa for CO 2 ) is advantageously used to control the liquefaction of H 2 S, without liquefying the CO 2 .

Les pressions de liquéfaction sont avantageusement contrôlées par la maitrise du flux thermique de dégivrage, pour la séparation efficace des deux substances (H2S et CO2) lors des séquences de dégivrage, à deux pressions de sublimation successives.The liquefaction pressures are advantageously controlled by controlling the defrosting heat flow, for the efficient separation of the two substances (H 2 S and CO 2 ) during the defrosting sequences, at two successive sublimation pressures.

Il est proposé un procédé d’extraction de l’H2S et du CO2de mélanges de gaz avec alternance de givrage et de dégivrage séquencés en pressions de sublimation, pour séparer ces deux molécules.A process is proposed for the extraction of H2S and CO2 from gas mixtures with alternating icing and defrosting sequenced under sublimation pressures, to separate these two molecules.

Le refroidissement progressif à pression atmosphérique de mélanges de gaz contenant du méthane, de l’hydrogène, du CO, de l’azote, ou l’un quelconque de ces gaz avec du CO2et de l’H2S, s’effectue avantageusement jusqu’à des températures cryogéniques.The gradual cooling at atmospheric pressure of gas mixtures containing methane, hydrogen, CO, nitrogen, or any of these gases with CO2 and H2S , is advantageously carried out down to cryogenic temperatures.

Une fois que la température du mélange de gaz à traiter atteint une valeur inférieure à -85,5°C, la concentration d’H2S est au plus de 2,34% et l’H2S commence à s’antisublimer, c’est-à-dire à passer de la phase gaz à la phase solide.Once the temperature of the gas mixture to be treated reaches a value below -85.5°C, the concentration of H 2 S is at most 2.34% and the H 2 S begins to antisublimate, i.e. to pass from the gas phase to the solid phase.

Pour réduire la concentration d’H2S, par exemple à 100 ppm(v), la température d’antisublimation sera alors avantageusement de -150°C. De -85,5°C à -150°C, le CO2sera aussi givré dans cet intervalle de températures.To reduce the concentration of H2S , for example to 100 ppm(v), the antisublimation temperature will then advantageously be -150°C. From -85.5°C to -150°C, the CO2 will also be frosted in this temperature range.

Un dispositif pour la mise en œuvre du procédé comprend avantageusement au moins deux échangeurs, un échangeur étant en mode de givrage alors que l’autre échangeur est en mode de dégivrage.A device for implementing the method advantageously comprises at least two exchangers, one exchanger being in frosting mode while the other exchanger is in defrosting mode.

Pour assurer un refroidissement continu du débit du mélange de gaz, deux échangeurs ou deux séries d’échangeurs fonctionnent avantageusement en parallèle, l’un en mode givrage l’autre en mode dégivrage.To ensure continuous cooling of the gas mixture flow, two exchangers or two series of exchangers advantageously operate in parallel, one in frost mode and the other in defrost mode.

Dans certaines mises en œuvre, la séquence de dégivrage s’effectue par chauffage interne de tubes du ou des échangeurs, le CO2et l’H2S se sublimant.In some implementations, the defrost sequence is carried out by internal heating of tubes of the exchanger(s), the CO2 and H2S sublimating.

Avantageusement, quand la pression partielle d’H2S est supérieure à 23,4 kPa, l’H2S commence sa fusion à -85,5°C bien avant la pression de fusion de 520 kPa du CO2, l’H2S est récupéré en phase liquide et le CO2reste en phase solide, puis le CO2est lui-même récupéré en phase liquide lors de la deuxième séquence du dégivrage à une pression légèrement supérieure à 520 kPa.Advantageously, when the partial pressure of H 2 S is greater than 23.4 kPa, the H 2 S begins its fusion at -85.5°C well before the fusion pressure of 520 kPa of CO 2 , the H 2 S is recovered in the liquid phase and the CO 2 remains in the solid phase, then the CO 2 is itself recovered in the liquid phase during the second defrosting sequence at a pressure slightly greater than 520 kPa.

Avantageusement, le contrôle de la séquence de fusion d’H2S s’effectue par contrôle du flux thermique de chauffage pour stabiliser la pression dans l’enceinte fermée où se situe l’échangeur à une pression très inférieure à 520 kPa, typiquement entre 50 kPa et 100 kPa.Advantageously, the control of the H 2 S fusion sequence is carried out by controlling the heating heat flow to stabilize the pressure in the closed enclosure where the exchanger is located at a pressure much lower than 520 kPa, typically between 50 kPa and 100 kPa.

D’autres objets et avantages de l’invention apparaitront au cours de la description suivante de modes de réalisation, description qui va être effectuée en référence aux figures annexées dans lesquelles :Other objects and advantages of the invention will appear during the following description of embodiments, a description which will be carried out with reference to the appended figures in which:

FIG. 1présente les séquences d’un procédé pour extraire H2S et CO2de manière séparée ; FIG. 1 presents the sequences of a process for extracting H2S and CO2 separately;

FIG. 2présente les deux courbes d’équilibre solide / vapeur du CO2et de l’H2S dans un diagramme pression en Pascal et Température en °C ; FIG. 2 presents the two solid/vapor equilibrium curves of CO2 and H2S in a pressure diagram in Pascal and temperature in °C;

FIG. 3présente un dispositif pour la mise en œuvre d’un procédé de refroidissement d’un mélange de gaz, pour le givrage du CO2et de l’H2S et leurs dégivrages séquentiels ; FIG. 3 presents a device for implementing a method of cooling a gas mixture, for the icing of CO2 and H2S and their sequential defrosting;

FIG. 4présente la variation des flux thermiques juste nécessaires pour les séquences de sublimation sans fusion et de fusion à sublimation quasi nulle. FIG. 4 presents the variation of the heat fluxes just necessary for the sequences of sublimation without fusion and fusion with quasi-zero sublimation.

LaFIG. 1montre les étapes d’un traitement de mélange de gaz 11, pour en extraire l’H2S et le CO2.There FIG. 1 shows the steps of a gas mixture treatment 11, to extract H 2 S and CO 2 .

Dans une première étape E10, le mélange de gaz 11 est refroidi, avantageusement jusqu’à -85°C.In a first step E10, the gas mixture 11 is cooled, advantageously to -85°C.

A titre d’exemple, les compositions volumiques de ce mélange de gaz 11 sont les suivantes : CH454% ; CO235% ; H28,7% ; H2S 2,3%.For example, the volume compositions of this gas mixture 11 are as follows: CH 4 54%; CO 2 35%; H 2 8.7%; H 2 S 2.3%.

Lors d’une deuxième étape E20, la température est abaissée, avantageusement jusqu’à -150°C, définissant un nouveau mélange de gaz 12.During a second step E20, the temperature is lowered, advantageously to -150°C, defining a new gas mixture 12.

Dans une mise en œuvre, pour le mélange de gaz 12, la concentration d’H2S est réduite à 100 ppm(v) et la concentration de CO2est réduite à 75 ppm(v), la composition volumique du mélange de gaz 12 étant CH486,11% ; CO20,018% ; H213,87% ; H2S : 0,001% , ce mélange étant ainsi épuré de l’essentiel de l’H2S et du CO2.In one implementation, for the gas mixture 12, the concentration of H 2 S is reduced to 100 ppm(v) and the concentration of CO 2 is reduced to 75 ppm(v), the volume composition of the gas mixture 12 being CH 4 86.11%; CO 2 0.018%; H 2 13.87%; H 2 S: 0.001%, this mixture thus being purified of most of the H 2 S and CO 2 .

Dans une étape E25, une première séquence de dégivrage est effectuée.In a step E25, a first defrosting sequence is carried out.

Dans une mise en œuvre, pour cette étape E25 de dégivrage, une enceinte contenant un échangeur recouvert des givres 15 d’H2S et de CO2est mise sous vide.In one implementation, for this defrosting step E25, an enclosure containing an exchanger covered with the frosts 15 of H 2 S and CO 2 is placed under vacuum.

Le procédé décrit enFIG. 1comprend une deuxième étape E30 de dégivrage.The process described in FIG. 1 includes a second E30 defrosting step.

Avantageusement, la deuxième étape E30 de dégivrage commence lorsque la pression est réduite dans l’enceinte à environ 10 Pa et l’échangeur givré est chauffé, lorsque la température est passée de -150°C à -85°C, la pression dans l’enceinte étant légèrement supérieure à 76 kPa.Advantageously, the second defrosting step E30 begins when the pressure is reduced in the enclosure to approximately 10 Pa and the frosted exchanger is heated, when the temperature has dropped from -150°C to -85°C, the pressure in the enclosure being slightly greater than 76 kPa.

Ainsi qu’il apparait enFIG. 2, la pression de sublimation de l’H2S et du CO2augmentent lorsque la température passe de -110°C à -86°C, et l’écart entre ceux deux pressions de sublimation augmente.As it appears in FIG. 2 , the sublimation pressure of H2S and CO2 increases when the temperature goes from -110°C to -86°C, and the difference between these two sublimation pressures increases.

LaFIG. 4montre que l’énergie requise pour cette première phase notée 1, est maximale, elle est la somme des énergies de sublimation de l’H2S et du CO2présentées au tableau ci-dessous et sert de référence, c’est-à-dire 100%.There FIG. 4 shows that the energy required for this first phase noted 1, is maximum, it is the sum of the sublimation energies of H 2 S and CO 2 presented in the table below and serves as a reference, that is to say 100%.

Les pressions de sublimation de l’H2S et du CO2à -86°C sont présentées au tableau ci-dessous. T (°C) P sublimation H2S (kPa) P sublimation CO2(kPa)
-86°C 22,3 53.28
The sublimation pressures of H2S and CO2at -86°C are shown in the table below. T (°C) P sublimation H 2 S (kPa) P sublimation CO 2 (kPa)
-86°C 22.3 53.28

A -86°C, juste avant la fusion de l’H2S à -85,5°C, la pression partielle du CO2est de 53,28 kPa, la pression totale est donc de l’ordre de 76 kPa, très loin des 520 kPa de la pression de fusion du CO2.At -86°C, just before the fusion of H 2 S at -85.5°C, the partial pressure of CO 2 is 53.28 kPa, the total pressure is therefore of the order of 76 kPa, very far from the 520 kPa of the fusion pressure of CO 2 .

Lors d’une étape E32, la pression est maintenue entre 76 kPa et 100 kPa. L’H2S solide fond et produit la phase liquide 13 d’H2S. L’énergie requise est celle de fusion de l’H2S (notée 2 dans laFIG. 4) qui est simplement 6% de l’énergie maximale.In step E32, the pressure is maintained between 76 kPa and 100 kPa. The solid H 2 S melts and produces the liquid phase 13 of H 2 S. The energy required is that of fusion of H 2 S (noted 2 in the FIG. 4 ) which is simply 6% of the maximum energy.

La phase liquide d’H2S est avantageusement stockée dans un volume tampon dédié, lors d’une étape E35.The liquid phase of H 2 S is advantageously stored in a dedicated buffer volume, during a step E35.

Une fois que la totalité de l’H2S est passée en phase liquide, la température monte assez rapidement ainsi que la pression, lors d’une étape E40, par accroissement de l’énergie pour la seule sublimation du CO2soit un peu plus de de 45% de l’énergie maximale (notée 3 sur laFIG. 4).Once all the H2S has passed into the liquid phase, the temperature rises quite quickly as well as the pressure, during a step E40, by increasing the energy for the sublimation of CO2 alone, i.e. a little more than 45% of the maximum energy (noted 3 on the FIG. 4 ).

Dans certaines mises en œuvre, la pression dans l’enceinte va s’élever jusqu’au-dessus de 520 kPa.In some implementations, the pressure in the enclosure will rise to above 520 kPa.

Avantageusement, une fois cette pression atteinte, une étape E42 est initiée, correspondant à la fusion du CO2à -56°C, l’énergie minimale fournie (notée 4 dans laFIG. 4) est d’environ 16% de l’énergie maximale.Advantageously, once this pressure is reached, a step E42 is initiated, corresponding to the fusion of CO2 at -56°C, the minimum energy supplied (noted 4 in the FIG. 4 ) is about 16% of the maximum energy.

Le CO2liquide 14 est avantageusement stocké dans un volume tampon dédié, lors d’une étape E45.Liquid CO2 14 is advantageously stored in a dedicated buffer volume, during a step E45.

On se reporte maintenant à laFIG. 3, qui illustre un dispositif 1 pour la mise en œuvre d’un procédé de décarbonation et désulfuration d’un mélange de gaz.We now refer to the FIG. 3 , which illustrates a device 1 for implementing a process for decarbonization and desulfurization of a gas mixture.

Les flèches apparaissant enFIG. 3correspondent au sens de circulation des fluides dans les conduits. Les termes « entrée », « sortie », « amont », « aval » sont employés dans la suite de cette description en référence au sens de circulation des fluides.The arrows appearing in FIG. 3 correspond to the direction of circulation of fluids in the conduits. The terms “inlet”, “outlet”, “upstream”, “downstream” are used in the remainder of this description in reference to the direction of circulation of fluids.

Le dispositif 1 comprend une tuyauterie 110 d’entrée du mélange de gaz 11 à décarboner et désulfurer.The device 1 comprises an inlet pipe 110 for the gas mixture 11 to be decarbonized and desulfurized.

La tuyauterie 110 est connectée à une branche 111 d’alimentation d’une enceinte 71. Une vanne 113 est disposée sur la branche 111.The piping 110 is connected to a branch 111 supplying a chamber 71. A valve 113 is arranged on the branch 111.

La tuyauterie 110 est connectée à une branche 112 d’alimentation d’une enceinte 72. Une vanne 114 est disposée sur la branche 112.The piping 110 is connected to a supply branch 112 of an enclosure 72. A valve 114 is arranged on the branch 112.

Le mélange de gaz 11 entre avantageusement dans le dispositif 1 à une température de -85°C, et une teneur en eau de 0,2 ppm (v) , et parvient dans l’une ou l’autre des enceintes 71 ou 72.The gas mixture 11 advantageously enters the device 1 at a temperature of -85°C, and a water content of 0.2 ppm (v), and arrives in one or other of the enclosures 71 or 72.

L’enceinte 71 contient un échangeur 73, et l’enceinte 71 est pourvue d’un manomètre ou capteur de pression 79 et d’une sonde de prélèvement 81.The enclosure 71 contains an exchanger 73, and the enclosure 71 is provided with a pressure gauge or sensor 79 and a sampling probe 81.

De même, l’enceinte 72 contient un échangeur 74, et est pourvue d’un manomètre ou capteur de pression 80 et d’une sonde de prélèvement 82.Likewise, the enclosure 72 contains an exchanger 74, and is provided with a pressure gauge or sensor 80 and a sampling probe 82.

Le mélange de gaz sort de l’enceinte 71 par une branche 121 sur laquelle est disposée une vanne 123.The gas mixture leaves the enclosure 71 through a branch 121 on which a valve 123 is arranged.

Le mélange de gaz sort de l’enceinte 72 par une branche 122 sur laquelle est disposée une vanne 124.The gas mixture leaves the enclosure 72 through a branch 122 on which a valve 124 is arranged.

Les deux branches 121, 122 sont connectées à une tuyauterie 120 de sortie du mélange de gaz 12 décarboné et désulfuré.The two branches 121, 122 are connected to a pipe 120 for the outlet of the decarbonized and desulfurized gas mixture 12.

Le dispositif 1 comprend un circuit de fluide frigoporteur 5.The device 1 comprises a refrigerant fluid circuit 5.

Dans le mode de réalisation représenté, ce circuit comprend une tuyauterie d’entrée 50 sur laquelle est placée une pompe à vitesse variable 55.In the embodiment shown, this circuit comprises an inlet pipe 50 on which a variable speed pump 55 is placed.

La tuyauterie d’entrée 50 est connectée à l’échangeur 73 de l’enceinte 71 par une branche sur laquelle est montée une vanne 58 et une sonde de température 772.The inlet pipe 50 is connected to the exchanger 73 of the enclosure 71 by a branch on which a valve 58 and a temperature probe 772 are mounted.

La tuyauterie d’entrée 50 est connectée à l’échangeur 74 de l’enceinte 72 par une branche sur laquelle est montée une vanne 59 et une sonde de température 774.The inlet pipe 50 is connected to the exchanger 74 of the enclosure 72 by a branch on which a valve 59 and a temperature probe 774 are mounted.

En sortie de l’échangeur 73, le fluide frigoporteur 5 est conduit dans une tuyauterie 51 par une branche sur laquelle sont montées une sonde de température 771 et une vanne 56.At the outlet of the exchanger 73, the refrigerant fluid 5 is conducted into a pipe 51 by a branch on which a temperature probe 771 and a valve 56 are mounted.

En sortie de l’échangeur 74, le fluide frigoporteur 5 est conduit dans la tuyauterie 51 par une branche sur laquelle sont montées une sonde de température 773 et une vanne 57.At the outlet of the exchanger 74, the refrigerant fluid 5 is conducted into the pipe 51 by a branch on which a temperature probe 773 and a valve 57 are mounted.

L’enceinte 71 est reliée par une branche à un circuit de vide 90, une vanne 91 étant montée sur la branche de liaison au circuit de vide 90.The enclosure 71 is connected by a branch to a vacuum circuit 90, a valve 91 being mounted on the branch connecting to the vacuum circuit 90.

De même, l’enceinte 72 est reliée par une branche au circuit de vide 90, une vanne 92 étant montée sur la branche de liaison au circuit de vide 90.Likewise, the enclosure 72 is connected by a branch to the vacuum circuit 90, a valve 92 being mounted on the branch connecting to the vacuum circuit 90.

Le dispositif 1 comprend un circuit caloporteur, comprenant une tuyauterie d’entrée 60 et une tuyauterie de sortie 61.The device 1 comprises a heat transfer circuit, comprising an inlet pipe 60 and an outlet pipe 61.

Dans le mode de réalisation représenté, la tuyauterie d’entrée 60 pour le fluide caloporteur 6 comprend une pompe 65 et un débitmètre 64.In the embodiment shown, the inlet piping 60 for the heat transfer fluid 6 comprises a pump 65 and a flow meter 64.

La tuyauterie d’entrée 60 du fluide caloporteur 6 est connectée à l’échangeur 73 de l’enceinte 71, par une branche sur laquelle est placée une vanne 66, cette branche aboutissant en amont de la vanne 56, dans la branche de sortie du fluide frigoporteur 5.The inlet pipe 60 of the heat transfer fluid 6 is connected to the exchanger 73 of the enclosure 71, by a branch on which a valve 66 is placed, this branch ending upstream of the valve 56, in the outlet branch of the refrigerant fluid 5.

De même, la tuyauterie 60 du fluide caloporteur 6 est connectée à l’échangeur 74 de l’enceinte 72, par une branche sur laquelle est placée une vanne 67, cette branche aboutissant, en amont de la vanne 57, dans la branche de sortie du fluide frigoporteur 5.Likewise, the piping 60 of the heat transfer fluid 6 is connected to the exchanger 74 of the enclosure 72, by a branch on which a valve 67 is placed, this branch ending, upstream of the valve 57, in the outlet branch of the refrigerant fluid 5.

La tuyauterie de sortie 61 du fluide caloporteur 6 est connectée à l’échangeur 73 de l’enceinte 71, par une branche sur laquelle est placée une vanne 68, cette branche aboutissant, en aval de la vanne 58, dans la branche d’entrée du fluide caloporteur 5.The outlet pipe 61 of the heat transfer fluid 6 is connected to the exchanger 73 of the enclosure 71, by a branch on which a valve 68 is placed, this branch ending, downstream of the valve 58, in the inlet branch of the heat transfer fluid 5.

De même, la tuyauterie de sortie 61 du fluide caloporteur 6 est connectée à l’échangeur 74 de l’enceinte 72, par une branche sur laquelle est placée une vanne 69, cette branche aboutissant, en aval de la vanne 59, dans la branche d’entrée du fluide caloporteur 5.Likewise, the outlet pipe 61 of the heat transfer fluid 6 is connected to the exchanger 74 of the enclosure 72, by a branch on which a valve 69 is placed, this branch ending, downstream of the valve 59, in the inlet branch of the heat transfer fluid 5.

Le dispositif 1 comprend un réservoir tampon 131 pour l’H2S liquide, le conduit d’alimentation 13 de ce réservoir tampon 131 étant pourvu d’une sonde de température 133 et d’une vanne 135.The device 1 comprises a buffer tank 131 for liquid H 2 S, the supply conduit 13 of this buffer tank 131 being provided with a temperature probe 133 and a valve 135.

Le réservoir tampon 131 est connecté à un circuit de purge comprenant une pompe 132 et une vanne 136.The buffer tank 131 is connected to a purge circuit comprising a pump 132 and a valve 136.

Le réservoir tampon 131 est pourvu d’un capteur de pression 137.The buffer tank 131 is provided with a pressure sensor 137.

Le dispositif 1 comprend un réservoir tampon 151 pour le CO2liquide, le conduit d’alimentation 15 de ce réservoir tampon 151 étant pourvu d’une sonde de température 153 et d’une vanne 155.The device 1 comprises a buffer tank 151 for liquid CO2 , the supply conduit 15 of this buffer tank 151 being provided with a temperature probe 153 and a valve 155.

Le réservoir tampon 151 est connecté à un circuit de purge comprenant une pompe 152 et une vanne 156.The buffer tank 151 is connected to a purge circuit comprising a pump 152 and a valve 156.

Le réservoir tampon 151 est pourvu d’un capteur de pression 157.The buffer tank 151 is provided with a pressure sensor 157.

L’enceinte 72 est reliée au circuit d’alimentation 13 du réservoir tampon 131 et au circuit d’alimentation 15 du réservoir tampon 151 par une branche 31 sur laquelle une vanne 34 est montée.The enclosure 72 is connected to the supply circuit 13 of the buffer tank 131 and to the supply circuit 15 of the buffer tank 151 by a branch 31 on which a valve 34 is mounted.

De même, l’enceinte 71 est reliée au circuit d’alimentation 13 du réservoir tampon 131 et au circuit d’alimentation 15 du réservoir tampon 151 par une branche 32 sur laquelle une vanne 35 est montée.Likewise, the enclosure 71 is connected to the supply circuit 13 of the buffer tank 131 and to the supply circuit 15 of the buffer tank 151 by a branch 32 on which a valve 35 is mounted.

Le dispositif 1 comprend un circuit d’alimentation en CO2sous haute pression. Ce circuit comprend une tuyauterie 95 connectée via une vanne 97 à l’enceinte 71, et connectée à l’enceinte 72 via une vanne 96.The device 1 comprises a high-pressure CO2 supply circuit. This circuit comprises a pipe 95 connected via a valve 97 to the enclosure 71, and connected to the enclosure 72 via a valve 96.

La description suivante est effectuée avec, à titre d’exemple, un mélange de gaz 11 de composition CH454% , CO235%, H28,7%, H2S 2,3%.The following description is carried out with, as an example, a gas mixture 11 of composition CH 4 54%, CO 2 35%, H 2 8.7%, H 2 S 2.3%.

Quand l’échangeur 73 de l’enceinte 71 est en mode givrage, les vannes 113 et 123 sont ouvertes, le mélange de gaz 11 entre dans l’enceinte 71 par la branche 111, et est avantageusement refroidi jusqu’à -150°C, pour réduire la teneur d’H2S à 100 ppm (v), le mélange de gaz 11 étant alors essentiellement décarboné et désulfuré et devenant le mélange de gaz 12, sortant de l’enceinte 71 par la branche 121, qui converge dans la tuyauterie 120.When the exchanger 73 of the enclosure 71 is in frosting mode, the valves 113 and 123 are open, the gas mixture 11 enters the enclosure 71 via the branch 111, and is advantageously cooled to -150°C, to reduce the H 2 S content to 100 ppm (v), the gas mixture 11 then being essentially decarbonized and desulfurized and becoming the gas mixture 12, leaving the enclosure 71 via the branch 121, which converges in the piping 120.

La composition volumique du mélange de gaz 12 est alors CH486,11% ; CO20,018% ; H213,87% ; H2S : 0,001%.The volume composition of the gas mixture 12 is then CH 4 86.11%; CO 2 0.018%; H 2 13.87%; H 2 S: 0.001%.

Cette composition est par exemple mesurée par un analyseur multi gaz 85, via une sonde de prélèvement 83.This composition is for example measured by a multi-gas analyzer 85, via a sampling probe 83.

En mode givrage de l’H2S et du CO2dans l’enceinte 71, la pompe à vitesse variable 55 fait circuler le fluide frigoporteur 5 via la tuyauterie 50.In H2S and CO2 icing mode in enclosure 71, the variable speed pump 55 circulates the refrigerant fluid 5 via the piping 50.

La température du fluide frigoporteur 5 est avantageusement de -153°C, mesurée par la sonde de température 772 disposée à l’entrée de l’échangeur 73.The temperature of the refrigerant fluid 5 is advantageously -153°C, measured by the temperature probe 772 arranged at the inlet of the exchanger 73.

Les vannes 58 et 56 sont ouvertes.Valves 58 and 56 are open.

Les vannes 68, 66, 57 et 59 sont fermées.Valves 68, 66, 57 and 59 are closed.

Le fluide frigoporteur 5 sort de l’enceinte 71 à une température avantageusement de l’ordre de -90°C, par la tuyauterie 51, cette température est mesurée par la sonde de température 771.The refrigerant fluid 5 leaves the enclosure 71 at a temperature advantageously of the order of -90°C, via the pipe 51, this temperature is measured by the temperature probe 771.

Le fluide frigoporteur 5 est refroidi par un système cryogénique, non représenté, et revient aspiré par la pompe 55 dans la tuyauterie 50.The refrigerant fluid 5 is cooled by a cryogenic system, not shown, and returns sucked by the pump 55 into the piping 50.

Le débit de fluide frigoporteur 5, généré par la pompe à vitesse variable 55, est régulé par le contrôle de la température 771, qui doit être inférieure à -88°C.The flow of refrigerant fluid 5, generated by the variable speed pump 55, is regulated by the temperature control 771, which must be less than -88°C.

L’H2S de composition volumique 2,3% dans le mélange de gaz 11 commence à givrer à -86°C et le CO2de concentration 35% commence lui à givrer à -90°C, il y a donc co-givrage de ces deux substances. H2S with a volume composition of 2.3% in gas mixture 11 begins to freeze at -86°C and CO2 with a concentration of 35% begins to freeze at -90°C, so there is co-freezing of these two substances.

L’autre enceinte 72 est en mode dégivrage, et est isolée de la circulation du mélange de gaz 11, les vannes 114 et 124 des branches 112 et 122 étant fermées.The other enclosure 72 is in defrost mode, and is isolated from the circulation of the gas mixture 11, the valves 114 and 124 of the branches 112 and 122 being closed.

Le dégivrage dans l’enceinte 72 se déroule comme suit.Defrosting in enclosure 72 takes place as follows.

La vanne 92 est ouverte, la vanne 91 est fermée et l’enceinte 72 est mise sous vide par le circuit de vide 90.Valve 92 is open, valve 91 is closed and enclosure 72 is evacuated by vacuum circuit 90.

Quand la pression dans l’enceinte 72, mesurée par le manomètre 80, atteint 10 Pa, la vanne 92 se ferme.When the pressure in enclosure 72, measured by pressure gauge 80, reaches 10 Pa, valve 92 closes.

Les vannes 67 et 69 du circuit caloporteur 60 sont ouvertes, et les vannes 66, 68, 57 et 59 sont fermées.Valves 67 and 69 of the heat transfer circuit 60 are open, and valves 66, 68, 57 and 59 are closed.

Le fluide caloporteur 6 est mis en circulation par la pompe 65 et circule vers l’échangeur 74 en mode dégivrage.The heat transfer fluid 6 is circulated by the pump 65 and flows towards the exchanger 74 in defrost mode.

L’échangeur 74 est avantageusement à une température moyenne de -120°C, et est réchauffé par le caloporteur 6, dont la température mesurée par la sonde de température 773 à l’entrée de de l’échangeur 74, est de l’ordre de -50°C.The exchanger 74 is advantageously at an average temperature of -120°C, and is heated by the heat transfer fluid 6, the temperature of which, measured by the temperature probe 773 at the inlet of the exchanger 74, is of the order of -50°C.

Le caloporteur 6 refroidi par le dégivrage recircule via la tuyauterie de sortie 61, la froideur est récupérée et le caloporteur 6 revient à la température de -50°C, aspiré par la pompe 65 de la tuyauterie d’entrée 60.The heat transfer fluid 6 cooled by defrosting recirculates via the outlet pipe 61, the coldness is recovered and the heat transfer fluid 6 returns to the temperature of -50°C, sucked by the pump 65 from the inlet pipe 60.

La pression dans l’enceinte 72, mesurée par le manomètre 80, s’élève progressivement grâce à la sublimation de l’H2S et du CO2.The pressure in enclosure 72, measured by pressure gauge 80, rises gradually thanks to the sublimation of H2S and CO2 .

Quand la température de l’échangeur 74 atteint -85°C, la pression totale dans l’enceinte 72 est de l’ordre de 76 kPa, composée des pressions partielles de l’H2S pour 23,6 kPa et du CO2pour 53,4 kPa, ce qui se vérifie avantageusement par la mesure de composition par l’analyseur de gaz 85, via la sonde de prélèvement 82.When the temperature of the exchanger 74 reaches -85°C, the total pressure in the enclosure 72 is of the order of 76 kPa, composed of the partial pressures of H 2 S for 23.6 kPa and of CO 2 for 53.4 kPa, which is advantageously verified by the composition measurement by the gas analyzer 85, via the sampling probe 82.

L’H2S commence alors à se liquéfier, alors que le CO2reste en phase solide.The H2S then begins to liquefy, while the CO2 remains in the solid phase.

La pression mesurée par le manomètre 80 est maintenue avantageusement autour de 80 kPa, et le débit de la pompe 65 mesuré par le débitmètre 64 est ajusté selon cette valeur de pression.The pressure measured by the pressure gauge 80 is advantageously maintained around 80 kPa, and the flow rate of the pump 65 measured by the flow meter 64 is adjusted according to this pressure value.

Le flux thermique unitaire correspondant à la fusion de l’H2S, soit environ 70 kJ/kg, est ainsi contrôlé pour la seule fusion de l’H2S.The unit heat flux corresponding to the fusion of H2S , i.e. approximately 70 kJ/kg, is thus controlled for the fusion of H2S alone.

La température mesurée par la sonde 774 est quasi constante, autour de -83°C.The temperature measured by probe 774 is almost constant, around -83°C.

Quand la masse d’H2S est entièrement fondue, la température mesurée par la sonde 774 s’élève légèrement de 1 à 2°C, la pression dans l’enceinte 72 s’élève et la concertation en CO2s’élève, cette concentration étant avantageusement mesurée par l’analyseur de gaz 85 via la sonde de prélèvement 82, indiquant que l’énergie apportée par le caloporteur 6 sert dès lors à sublimer le CO2.When the mass of H 2 S is completely melted, the temperature measured by the probe 774 rises slightly by 1 to 2°C, the pressure in the enclosure 72 rises and the CO 2 concentration rises, this concentration being advantageously measured by the gas analyzer 85 via the sampling probe 82, indicating that the energy supplied by the heat transfer fluid 6 is then used to sublimate the CO 2 .

La purge de l’H2S liquide peut commencer.The purging of liquid H2S can begin.

Le réservoir tampon 131 est sous vide partiel, mesuré par le manomètre 137, les vannes 34 et 135 sont ouvertes, la vanne 35 est fermée ainsi que la vanne 155.The buffer tank 131 is under partial vacuum, measured by the pressure gauge 137, the valves 34 and 135 are open, the valve 35 is closed as well as the valve 155.

L’H2S liquide s’écoule via les tuyauteries 31, 30 et 13 dans le réservoir tampon 131.Liquid H2S flows via pipes 31, 30 and 13 into buffer tank 131.

Lorsque l’H2S liquide s’écoule, la température mesurée par la sonde 133 s’abaisse brutalement autour de -80°C.When liquid H2S flows, the temperature measured by probe 133 drops sharply to around -80°C.

Quand le débit se tarit, la température mesurée par la sonde 133 remonte rapidement, les vannes 34 et 135 sont alors fermées.When the flow stops, the temperature measured by probe 133 rises quickly, valves 34 and 135 are then closed.

Les tuyauteries 31, 30 et 13 sont mises sous vide jusqu’à environ 10 Pa, pour éliminer l’H2S gazeux résiduel.Pipes 31, 30 and 13 are evacuated to approximately 10 Pa, to eliminate residual gaseous H 2 S.

Ces tuyauteries sont rincées par du CO2, via une tuyauterie, non représentée.These pipes are rinsed with CO2 , via a pipe, not shown.

Ce rinçage des tuyauteries 31, 30 et 15 est effectué pour récupérer lors de la deuxième phase, un CO2liquide le plus pur possible.This rinsing of pipes 31, 30 and 15 is carried out to recover, during the second phase, the purest possible liquid CO2 .

L’H2S liquide stocké dans le réservoir tampon 131 est transféré vers un stockage extérieur, la vanne 136 est ouverte et la pompe 132 est activée.The liquid H2S stored in the buffer tank 131 is transferred to an external storage, the valve 136 is opened and the pump 132 is activated.

L’atmosphère de l’enceinte 72, qui est un mélange de CO2et d’H2S, est purgée par tirage au vide, par ouverture de la vanne 92.The atmosphere of enclosure 72, which is a mixture of CO2 and H2S , is purged by vacuum, by opening valve 92.

Une fois que la mesure de la composition par l’analyseur 85, via la sonde de prélèvement 82, indique une concentration en H2S inférieure à 1 ppm, la vanne 92 est fermée et la pression remonte rapidement dans l’enceinte 72 par la sublimation du CO2, du fait de l’apport de chaleur continu du caloporteur 6.Once the measurement of the composition by the analyzer 85, via the sampling probe 82, indicates a concentration of H 2 S less than 1 ppm, the valve 92 is closed and the pressure rises rapidly in the enclosure 72 by the sublimation of the CO 2 , due to the continuous heat supply from the heat transfer fluid 6.

Une fois que la pression atteint 520 kPa, la température de l’échangeur 74 est à -56°C et le CO2passe en phase liquide, cette liquéfaction se poursuit jusqu’à ce que la sonde de température 774 indique une remontée de température qui passe de -56°C rapidement jusqu’ à -45°C, indiquant par-là que tout le CO2est fondu.Once the pressure reaches 520 kPa, the temperature of the exchanger 74 is at -56°C and the CO 2 passes into the liquid phase, this liquefaction continues until the temperature probe 774 indicates a rise in temperature which goes from -56°C quickly to -45°C, thereby indicating that all the CO 2 is melted.

Un débit 10 de CO2sous pression de 650 kPa est amené via la tuyauterie 95, la vanne 97 est fermée, la vanne 96 est ouverte, la pression dans l’enceinte 72 s’établit à 650 kPa.A flow 10 of CO 2 under pressure of 650 kPa is brought via the pipe 95, the valve 97 is closed, the valve 96 is open, the pressure in the enclosure 72 is established at 650 kPa.

Une fois cette pression atteinte, mesurée par le capteur de pression 80, la vanne 34 est ouverte ainsi que la vanne 155, la vanne 35 est fermée, le réservoir tampon de CO2151 est à une pression de 550 kPa, mesurée par le capteur de pression 157.Once this pressure is reached, measured by the pressure sensor 80, the valve 34 is opened as well as the valve 155, the valve 35 is closed, the CO 2 buffer tank 151 is at a pressure of 550 kPa, measured by the pressure sensor 157.

Le CO2en phase liquide est donc transféré par différence de pression via les tuyauteries 31, 30 et 15.The liquid phase CO2 is therefore transferred by pressure difference via pipes 31, 30 and 15.

La température du capteur 153 décroit brusquement jusqu’à -50°C quand le CO2liquide circule dans la tuyauterie 15.The temperature of sensor 153 decreases sharply to -50°C when liquid CO2 flows through pipe 15.

Quand le capteur 153 mesure une remontée de température de -50°C à -40°C, cette remontée de température indique la fin du transfert en phase liquide.When sensor 153 measures a temperature rise from -50°C to -40°C, this temperature rise indicates the end of the transfer to the liquid phase.

De là, les vannes 96, 34 et 155 sont fermées.From there, valves 96, 34 and 155 are closed.

Le CO2contenu dans le réservoir tampon 151 est transféré, après ouverture de la vanne 156 par la pompe 152, vers un stockage.The CO2 contained in the buffer tank 151 is transferred, after opening the valve 156 by the pump 152, to storage.

L’enceinte 72 est mise sous vide par l’ouverture de la vanne 92 de la tuyauterie de mise sous vide 90.The enclosure 72 is evacuated by opening the valve 92 of the vacuum pipe 90.

L’enceinte 72 est prête à recevoir le mélange de gaz 11, et le cycle de givrage / dégivrage s’inverse.Enclosure 72 is ready to receive gas mixture 11, and the frosting/defrosting cycle is reversed.

Le mélange de gaz 11 via la tuyauterie 110 puis la branche 112 entre dans l’enceinte 72, car les vannes 114, 124 sont ouvertes et les vannes 113 et 123 sont fermées.The gas mixture 11 via the pipe 110 then the branch 112 enters the enclosure 72, because the valves 114, 124 are open and the valves 113 and 123 are closed.

Le mélange de gaz 11 est décarboné et désulfuré par le givrage du CO2et de l’H2S jusqu’à -150°C sur l’échangeur 74, le mélange de gaz 11 change de composition comme indiqué ci-dessus et devient le mélange de gaz 12 dont la composition est mesurée par l’analyseur 85 via la sonde de prélèvement 84, sortant par la branche 122 et rejoignant la tuyauterie 120.The gas mixture 11 is decarbonized and desulfurized by the icing of CO 2 and H 2 S down to -150°C on the exchanger 74, the gas mixture 11 changes composition as indicated above and becomes the gas mixture 12 whose composition is measured by the analyzer 85 via the sampling probe 84, exiting through the branch 122 and joining the piping 120.

Le fluide frigoporteur entre dans l’échangeur 74, les vannes 59 et 57 sont alors ouvertes et les vannes 69, 67, 56 et 58 sont fermées.The refrigerant enters the exchanger 74, the valves 59 and 57 are then opened and the valves 69, 67, 56 and 58 are closed.

Le givrage de l’H2S et du CO2sur l’échangeur 74 se déroule de la même manière que présenté ci-dessus pour l’échangeur 73.The icing of H2S and CO2 on exchanger 74 takes place in the same way as presented above for exchanger 73.

La température de -90°C, mesurée par la sonde de température 773, sert au contrôle du débit généré par la pompe à vitesse variable 55.The temperature of -90°C, measured by the temperature probe 773, is used to control the flow rate generated by the variable speed pump 55.

Le dégivrage dans l’enceinte 71 se déroule comme suit.Defrosting in enclosure 71 takes place as follows.

Les vannes 113 et 123 des branches 111 et 121 sont fermées, la vanne 91 est ouverte, la vanne 92 est fermée et l’enceinte 71 est mise sous vide par le circuit de vide 90 et la pression est mesurée par le capteur de pression 79.Valves 113 and 123 of branches 111 and 121 are closed, valve 91 is open, valve 92 is closed and enclosure 71 is evacuated by vacuum circuit 90 and the pressure is measured by pressure sensor 79.

Les vannes 66 et 68 du circuit caloporteur sont ouvertes et les vannes 56, 58, 67 et 69 sont fermées.Valves 66 and 68 of the heat transfer circuit are open and valves 56, 58, 67 and 69 are closed.

La température mesurée par la sonde 772 est quasi constante autour de -83°C.The temperature measured by probe 772 is almost constant around -83°C.

La fusion d’H2S se déroule de la même manière et le transfert d’H2S liquide se fait vers le réservoir tampon 131 par ouverture des vannes 35 et 135, la vanne 34 étant fermée.The fusion of H 2 S takes place in the same way and the transfer of liquid H 2 S is made to the buffer tank 131 by opening the valves 35 and 135, the valve 34 being closed.

Quand le débit d’H2S se tarit, les vannes 35 et 135 sont fermées.When the H2S flow dries up, valves 35 and 135 are closed.

Le dégivrage du CO2sur l’échangeur 73 se déroule de la même manière que décrit ci-dessus pour l’échangeur 74, la mesure de concentration est effectuée par l’analyseur 85, via la sonde de prélèvement 81, pour indiquer la fin de la purge d’H2S par tirage au vide de l’enceinte 71.The defrosting of the CO 2 on the exchanger 73 takes place in the same way as described above for the exchanger 74, the concentration measurement is carried out by the analyzer 85, via the sampling probe 81, to indicate the end of the H 2 S purge by drawing a vacuum from the enclosure 71.

C’est la sonde de température 772 qui, par sa remontée, indique la fin du dégivrage de CO2de l’échangeur 73.It is the temperature probe 772 which, by its rise, indicates the end of the defrosting of CO 2 of the exchanger 73.

Le CO2en phase liquide est transféré par différence de pression via les tuyauteries 32,39,15.Liquid phase CO2 is transferred by pressure difference via pipes 32,39,15.

A la fin du transfert de CO2les vannes 35 et 155 sont fermées.At the end of the CO2 transfer, valves 35 and 155 are closed.

L’invention présente de nombreux avantages.The invention has many advantages.

Il n’est pas nécessaire d’utiliser un solvant, par exemple à base d’amine tel que le MEA, pour extraire le CO2ou l’H2S du mélange de gaz. La monoéthanolamine (CAS 141-43-5) est un produit nocif par inhalation ou par contact cutané.It is not necessary to use a solvent, for example an amine-based solvent such as MEA, to extract CO2 or H2S from the gas mixture. Monoethanolamine (CAS 141-43-5) is harmful by inhalation or skin contact.

Le refroidissement des mélanges de gaz à traiter est effectué à pression atmosphérique, le procédé étant moins énergivore que les procédés connus de l’art antérieur.The cooling of the gas mixtures to be treated is carried out at atmospheric pressure, the process being less energy-intensive than the processes known from the prior art.

Le choix de la température d’antisublimation permet une réduction de la concentration en H2S du gaz traité, vers une valeur cible, par exemple 100 ppm (v) avec une température d’antisublimation de -150°C.The choice of the antisublimation temperature allows a reduction of the H2S concentration of the treated gas, towards a target value, for example 100 ppm (v) with an antisublimation temperature of -150°C.

La mise en œuvre de deux échangeurs fonctionnant en parallèle, ou de deux séries d’échangeurs fonctionnant en parallèle, l’un en mode givrage, l’autre en mode dégivrage, permet un traitement en continu des mélanges de gaz à traiter.The implementation of two exchangers operating in parallel, or two series of exchangers operating in parallel, one in frosting mode, the other in defrosting mode, allows continuous treatment of the gas mixtures to be treated.

Claims (8)

Procédé d’extraction par givrage à pression atmosphérique de l’H2S et du CO2dans des mélanges de gaz (11) secs à traiter, contenant des concentrations variables de méthane CH4, d’hydrogène H2, d’azote, de monoxyde de carbone CO, d’H2S, de CO2, pour former un mélange de gaz traité (12), le procédé assurant la séparation d’abord de l’H2S puis du CO2, le procédé comprenant deux étapes de dégivrage successives, à deux pressions différentes de sublimation , à savoir une étape de dégivrage de l’H2S suivie d’une étape de dégivrage du CO2, pour la récupération de l’H2S puis du CO2 en phases liquides séparées, le procédé comprenant une étape d’injection du mélange de gaz (11) secs à traiter dans une enceinte (71, 72) contenant un échangeur (73, 74), l’échangeur (73, 74) étant connecté à un circuit de fluide caloporteur (6), le procédé comprenant un contrôle du flux thermique de dégivrage en ajustant le débit du fluide caloporteur (6) selon le niveau de pression mesuré dans l’enceinte (71, 72) en cours de dégivrage.Atmospheric pressure frost extraction process for H2S and CO2in dry gas mixtures (11) to be treated, containing variable concentrations of methane CH4, hydrogen H2, nitrogen, carbon monoxide CO, H2S, of CO2, to form a treated gas mixture (12), the process ensuring the separation first of the H2S then CO2, the process comprising two successive defrosting steps, at two different sublimation pressures, namely a defrosting step of the H2S followed by a CO defrosting step2, for the recovery of H2S then CO2 in separate liquid phases, the method comprising a step of injecting the mixture of dry gases (11) to be treated into an enclosure (71, 72) containing an exchanger (73, 74), the exchanger (73, 74) being connected to a heat transfer fluid circuit (6), the method comprising controlling the defrosting heat flow by adjusting the flow rate of the heat transfer fluid (6) according to the pressure level measured in the enclosure (71, 72) during defrosting. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contrôle du flux thermique de dégivrage de l’H2S est effectué de telle manière que la pression dans l’enceinte (71, 72) est maintenue entre 80 kPa et 100 kPa pendant la liquéfaction de l’H2S.Method according to claim 1, characterized in that the control of the defrosting heat flow of the H 2 S is carried out in such a way that the pressure in the enclosure (71, 72) is maintained between 80 kPa and 100 kPa during the liquefaction of the H 2 S. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’H2S gazeux est purgé de l’enceinte (71, 72) jusqu’à 1ppm, après la récupération dans l’enceinte (71, 72) de la phase liquide d’H2S et avant l’étape de dégivrage du CO2.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the gaseous H 2 S is purged from the enclosure (71, 72) down to 1 ppm, after the recovery in the enclosure (71, 72) of the liquid phase of H 2 S and before the CO 2 defrosting step. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la température finale de givrage est ajustée entre -140°C et -150°C, selon la teneur souhaitée en H2S, respectivement 560 ppm (v) et 100 ppm (v), dans le mélange de gaz (12) traité.Method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the final frosting temperature is adjusted between -140°C and -150°C, depending on the desired H 2 S content, respectively 560 ppm (v) and 100 ppm (v), in the treated gas mixture (12). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le mélange de gaz (11) secs à traiter entrant dans l’échangeur (71, 72) est refroidi à une température de l’ordre de -150°C, un fluide frigoporteur (5) circulant dans l’échangeur (73, 74), le débit du fluide frigoporteur (5) étant régulé pour que la température du fluide frigoporteur (5) en sortie de l’échangeur (73, 74) soit de l’ordre de -90°C.Method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the mixture of dry gases (11) to be treated entering the exchanger (71, 72) is cooled to a temperature of the order of -150°C, a refrigerant fluid (5) circulating in the exchanger (73, 74), the flow rate of the refrigerant fluid (5) being regulated so that the temperature of the refrigerant fluid (5) at the outlet of the exchanger (73, 74) is of the order of -90°C. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dégivrage de l’enceinte (71, 72) comprend une mise sous vide de l’enceinte (71, 72) jusqu’à une pression de préférence de l’ordre de 10 Pa, suivie d’une circulation d’un fluide caloporteur (6) dans l’échangeur (73, 74).Method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the defrosting of the enclosure (71, 72) comprises placing the enclosure (71, 72) under vacuum to a pressure preferably of the order of 10 Pa, followed by circulation of a heat transfer fluid (6) in the exchanger (73, 74). Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le débit du fluide caloporteur (6) dans l’échangeur (73, 74) est contrôlé pour maintenir la pression dans l’enceinte (71, 72), de préférence autour de 80 kPa, lors du dégivrage de l’H2S.Method according to claim 6, characterized in that the flow rate of the heat transfer fluid (6) in the exchanger (73, 74) is controlled to maintain the pressure in the enclosure (71, 72), preferably around 80 kPa, during defrosting of the H 2 S. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé tel que présenté dans l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins deux échangeurs (71, 72), un échangeur étant en mode de givrage tandis que l’autre échangeur est en mode de dégivrage.Device for implementing the method as presented in any one of the preceding claims, characterized in that it comprises at least two exchangers (71, 72), one exchanger being in frosting mode while the other exchanger is in defrosting mode.
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