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WO2013057387A1 - Method for capturing a compound, contained in a gas, by means of adsorption on a vertical bed - Google Patents

Method for capturing a compound, contained in a gas, by means of adsorption on a vertical bed Download PDF

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WO2013057387A1
WO2013057387A1 PCT/FR2012/000360 FR2012000360W WO2013057387A1 WO 2013057387 A1 WO2013057387 A1 WO 2013057387A1 FR 2012000360 W FR2012000360 W FR 2012000360W WO 2013057387 A1 WO2013057387 A1 WO 2013057387A1
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WO
WIPO (PCT)
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gas
bed
adsorption
adsorbent
fumes
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR2012/000360
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French (fr)
Inventor
Gerhard Pirngruber
Ludovic Raynal
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.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
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Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02C20/40Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Definitions

  • the present invention relates to a process for the capture of a compound contained in a gas, for example the capture of CO 2 in combustion fumes by adsorption.
  • C0 2 Much of the energy is produced by burning fossil fuels that rejects C0 2 in the atmosphere. These emissions increase the concentration of C0 2 in the atmosphere and cause global warming. To limit the extent of this warming, it is necessary to reduce C0 2 emissions related to energy production.
  • One solution is to capture and store the C0 2 emitted by combustion.
  • the main stationary sources of C0 2 emissions are: thermal power plants, iron and steel industry, cement plants, refineries, etc.
  • a C0 2 capture process separates C0 2 from the fumes produced by the combustion of fossil fuels and thus makes it possible to recover a concentrated C0 2 flux (> 90%, preferentially> 96%), which can be sequestered or used in the combustion process. chemical industry, agribusiness, etc.
  • the installation of a CO 2 capture process requires considerable investment and the process itself consumes energy which can cause secondary emissions of C0 2 .
  • the installation of a capture process reduces energy efficiency in the plant - part of the energy produced by burning fossil fuels is consumed by the capture unit - and increases the cost of energy. electricity through investment costs, operating costs and reduced energy efficiency. The aim is to minimize the investment costs as well as the energy consumption of the capture process.
  • a reference capture process is to date the absorption of C0 2 by a basic solution, for example by an aqueous solution of monoethanolamine, as described in document FR 2 958 454.
  • This process has several drawbacks: the energy consumption for regeneration of the amine is important and requires taking from the turbine cycle of the thermal power plant good quality steam that could have been used to provide electricity, the degradation of the amine which causes problems corrosion and emissions of volatile organic compounds requiring additional treatment.
  • the solvent absorption process for example, the separation of C0 2 by membrane or the separation of C0 2 by adsorption described in document FR 2 944 217. The adsorption on a solid avoids corrosion problems and can potentially reduce the energy cost of regeneration.
  • An adsorption process is a cyclic process in which a CO 2 adsorption step is carried out alternately with a regeneration step of the adsorbent.
  • the C0 2 adsorption methods in a fixed bed are confronted with the problems of pressure drop and the size of the equipment (bed volume, footprint ).
  • the flow rate of fumes emitted by a thermal power station is enormous (about 1, 8 Nm 3 / h for a 600 MW power plant).
  • the gas flows vertically in the bed of adsorbent material arranged in a column.
  • the gas velocity in the adsorbent bed is calculated by dividing the flow rate by the total section of the adsorption mode columns. To minimize the total section of the columns, it is necessary to increase the speed of the gas. However, an increase in the gas velocity also increases the pressure drop in the column. To compensate for this loss of charge it is necessary to compress the fumes upstream of the adsorption column. This compression has a high energy cost which is not desirable. It is therefore essential to limit the pressure drop, which imposes a constraint on the height of the column. This constraint can affect the quality of the separation, that is to say the purity and the yield of the C0 2 recovered, the yield being defined as the fraction of C0 2 in the fumes which is eliminated by the capture process. .
  • the present invention proposes to circulate the gas in a substantially horizontal direction in a bed of adsorbent material arranged vertically to limit the pressure drop in a fixed bed adsorber, while limiting the ground occupation of the adsorption system and maintaining the required quality of separation, in terms of C0 2 purity and efficiency.
  • the present invention provides a method for capturing a compound contained in a gas in which said gas is brought into contact with a material that adsorb the compound, said material being disposed in a first bed.
  • the method is characterized in that the gas is circulated in the first bed in a horizontal direction and in that the passage section of the gas in the first bed is perpendicular to said horizontal direction.
  • the passage section of the gas in the first bed may be a rectangle having a height of between 2 and 30 meters and having a length at least equal to 5 meters.
  • the length may be greater than the height.
  • the depth of the first bed traversed by the gas may be between 0.2 and 5 meters.
  • the material adsorbing the compound may be disposed in the first bed and in a second bed separated by a space of the first bed, the passage section of the gas in the second bed being perpendicular to said horizontal direction and in that the gas is injected. in said space.
  • the gas can be injected into said space by a gas distributor to homogenize the distribution of the gas in the first and second bed.
  • the gas can be brought into contact with the adsorbent material at a temperature of between 20 ° C. and 250 ° C. and at a pressure of between 1.1 and 5 bars absolute.
  • the length, the height and the depth can be chosen to circulate, through the first bed, a gas flow rate greater than 1000 Nm 3 / h at a speed of between 0.05 m / s and 1.5 m / s. .
  • the adsorbent material can be regenerated by contacting the material with steam at a temperature of between 50 ° C. and 90 ° C. and at a pressure of between 0.1 and 0.7 bar absolute.
  • the gas may consist of combustion fumes and the compound may be CO 2 .
  • FIG. 1 schematizes a deacidification process
  • FIG. 2 schematizes the adsorption and desorption steps
  • FIG. 3 shows a sequencing of adsorbers
  • FIGS. 4A and 4B show embodiments of a vertical bed according to the invention
  • FIGS. 5, 6 and 7 represent implementations of the vertical beds according to the invention
  • FIG. 8 schematizes the flow of the gas in the device of FIG. 5,
  • FIG. 9 schematizes a gas distributor to be implemented in the devices of FIGS. 5 to 7;
  • FIG. 10 schematizes the flow of the gas through an adsorbent bed with a gas distributor of FIG. 9.
  • the gas to be treated by the process according to the invention may be a combustion smoke comprising CO 2 , for example in a content of between 5% and 30% by volume.
  • Combustion fumes can be produced by a thermal power plant for the generation of electricity.
  • the capture process according to the invention can also be applied to all combustion fumes, produced for example in a refinery, in a cement plant, in a steel plant.
  • the method according to the invention can be applied to the capture of all types of compounds, for example SOx, NOx, contained in a gas.
  • the flow rates of gas, for example fumes, to be treated by the process according to the invention can be significant, of the order of 10 5 Nm 3 / h for a cement plant, 3.10 5 Nm 3 / h for a steel plant, and of the order of 10 6 to 3.10 6 Nm 3 / h for a thermal power station.
  • Combustion fumes contain nitrogen and CO 2 , oxygen and water vapor, and traces of NOx and SOx.
  • the volume concentration of CO 2 is typically in the range of 3 - 30%
  • the volume concentration of H 2 O can be in the range of 1 - 15%
  • the cumulative volume concentration of nitrogen and oxygen can be between 50 and 95%.
  • the pressure of the combustion fumes can be close to atmospheric pressure and at a temperature of between 100 and 250 ° C.
  • the fumes Before capturing C0 2 by the fixed bed adsorption process, the fumes can be prepared by carrying out one or more pretreatment steps. Preprocessing steps may include:
  • Cooling of the load and dehydration of fumes are optional steps. They make it possible to adapt the temperature and the humidity rate of the fumes to the optimal conditions for the operation of the adsorbent.
  • FIG. 1 One embodiment of the process according to the invention is illustrated in FIG. 1 in which the gas to be treated arrives via line 1.
  • Fumes 1 can be cooled in heat exchanger E1 to a temperature of between 20 and 100 ° C, preferably between 25 and 50 ° C.
  • the water that can be condensed during the cooling in E1 is separated from the flue gases in the separator tank B.
  • the condensates are discharged from the flask B via the duct 2, the cooled flue gases are discharged through the duct 3.
  • the cooled fumes 3 are introduced into the U units for the removal of nitrogen oxides and sulfur oxides. These units are commonly named deSOx and deNOx.
  • the purified fumes 4 are sent into a compressor or a fan K, to be compressed to a pad pressure of between 1.1 bar absolute and 5 bar absolute, preferably between 1.1 bar absolute and 2 bar absolute. Then the fumes can be introduced into the dehydration unit DH.
  • the dehydration process is that described in document FR 2 740 468.
  • the level of dehydration is chosen as a function of the adsorbent. Some adsorbents tolerate moisture and do not require dehydration of fumes, others are very sensitive to water and require extensive dehydration of fumes.
  • the dehydrated gas is discharged from DH via line 5.
  • the order of the operations of the pretreatment of the fumes can be modified. It is possible, for example, to place a deNOx unit, operating at high temperature, upstream of the exchanger-separator E1-B, and a deSOx unit downstream of the exchanger-separator E1-B, or to carry out the deNOx and deSOx operations at high temperature, that is to say, upstream of the exchanger-separator E1-B.
  • the fumes flowing in the pipe 5 are at a temperature of between 20 and 250 ° C, preferably between 30 and 200 ° C.
  • the partial pressure of C0 2 in the flue gases flowing in duct 5 is between 0.03 * Pads and 0.3 * Pads absolute bar, the Pads pressure being the pressure during contact of the gas to be treated with the adsorbent material in the unit. C described below.
  • the flue gases are introduced into the CO 2 capture unit C.
  • the fumes are brought into contact with one or more adsorbent materials arranged in fixed bed adsorbers.
  • Unit C makes it possible to separate the stream 5 from the flue gases into a stream 7 rich in C0 2 and a stream 6 constituted by fumes depleted in C0 2 .
  • the adsorbent material is selective for the adsorption of CO 2 with respect to nitrogen and oxygen, that is to say, in contact with a mixture of gases containing oxygen, nitrogen and of C0 2 , it adsorbs mainly C0 2 .
  • Other favorable characteristics of the adsorbent are: (i) a low affinity for water, (ii) a moderate CO 2 adsorption heat, (iii) a low resistance to material transfer.
  • the present invention is not directed to the adsorbent and is applicable to any adsorbent.
  • Non-limiting examples are zeolites, carbon molecular sieves, MOFs, amines immobilized on a support or basic oxides.
  • the adsorbent material is in the form of a bed composed of particles in the form of beads or extrudates.
  • Each adsorber of unit C alternates cyclically between at least one adsorption stage and a desorption stage.
  • the steps implemented in unit C are described with reference to FIGS. 2A and 2B, which represent an adsorbent bed C1.
  • the combustion fumes arriving via the pipe 5 are brought into contact with the adsorbent material in the bed C1.
  • the contacting in C1 can be carried out at a total pressure Pads of between 1 and 5 bar absolute, preferably between 1.1 and 2 bar absolute, and more preferably between 1.1 and 1.3 bar absolute.
  • the optimum temperature level depends on the type of adsorbent chosen.
  • a part, and preferably at least 50% by volume, or even at least 70% by volume or at least 90% by volume, of the CO 2 contained in the combustion fumes is adsorbed by the adsorbent material C1.
  • the C0 2 depleted fumes are removed from C1 by line 6.
  • the adsorption step is stopped.
  • the adsorbent C1 is brought into contact with a purge gas, preferably water vapor, which arrives via the conduit 8.
  • a purge gas preferably water vapor
  • the vapor causes the desorption of CO 2 either by an increase in the temperature of the adsorbent C1 either by a dilution effect or by a combination of these two effects.
  • the mixture of CO 2 and water vapor is evacuated via line 7.
  • Some adsorbents are sensitive to water. Regeneration by water vapor is therefore not feasible.
  • the desorption of CO 2 is carried out under vacuum, without purge gas.
  • the material is placed in the adsorber C1 under vacuum at a pressure Pdes of between 0.01 and 0.20 bara (absolute bar), preferably between 0.05 and 0.10 bara.
  • the evacuation is performed by closing the adsorber at one end by the valve V2 and connecting a vacuum pump P at the other end.
  • the evacuation of the column C1 makes it possible to release the C0 2 absorbed by the adsorbent material.
  • the stream rich in C0 2 is pumped from column C1 and discharged through line 7.
  • the action of a purge gas can be combined with the evacuation of the column. If the purge gas is water vapor at low pressure and low temperature, evacuation of the column avoids condensation of water in the column.
  • evacuation of the column avoids condensation of water in the column.
  • this last case is particularly interesting in the case of industrial sites such as refineries or waste incineration sites where low-temperature steam is available. Indeed, in these cases, the energy of this steam at low temperature (generally less than 90 ° C or even lower than 80 ° C) is considered as not usable, it is lost and discharged in heat exchangers air-cooling type.
  • this vapor can be recovered and recovered at the regeneration stage by contacting the adsorbent material with water vapor under partial vacuum (for example at a temperature of between 50 ° C. and 90 ° C. preferably between 50 ° C and 80 ° C, and at a pressure between 0.1 and 0.7 bar absolute, preferably between 0.1 and 0.6 bar absolute), avoiding ai if a consumption of energy necessary for
  • the desorption step In cases where the desorption is carried out under vacuum, the desorption step must be followed by a repressurization step. One end of the adsorber is closed by a valve and the other end of the adsorber is brought into contact with the fumes. When the pressure in the adsorber has reached the Pads value, the adsorber is ready to go through a new adsorption and desorption cycle.
  • the number of adsorbers N ads which are simultaneously in adsorption mode, can be between 1 and 8, preferably between 2 and 6.
  • the total number N of the adsorbers can be between 3 and 24, preferably between 4 and 4. and 12.
  • FIG. 3 shows an example of sequencing of C1 to C10 adsorbers.
  • the cycle comprises the ADS adsorption, DES desorption and PP repressurization steps.
  • Repressurization time t rp is the cycle time t cyc i e divided by the number of adsorber N, in this case at 10. The beginning of the cycle of an adsorber is shifted by t with respect to rp
  • the adsorption time is cycle .
  • the present invention provides an implementation of the contacting between the gas and the adsorbent material. According to the present invention, it is a question of producing a bed of vertical adsorbent traversed horizontally by the gas, which makes it possible to have passage section dimensions which may be much greater than those possible in conventional circular columns.
  • the bed of adsorbent material is vertical, that is to say that the passage section of the gas through the bed is perpendicular to a horizontal direction.
  • the gas passes through the bed in a horizontal direction.
  • the passage section of the gas corresponds to the surface of the bed through which the gas enters the bed.
  • the passage section may be defined by projecting the bed surface on a vertical plane which is perpendicular to the horizontal direction of passage of the gas.
  • bed height corresponds, in the present invention, to the depth.
  • Figures 4A and 4B show different embodiments of a vertical bed according to the invention.
  • the bed is a rectangular parallelepiped of depth P, of height H and of length L.
  • the gas flows in the horizontal direction of the arrow G1 to cross the bed in its depth P.
  • the section of gas passage is the dimension rectangle H and L, the surface of the rectangle being perpendicular to the horizontal direction G1.
  • the bed is formed of an assembly of several rectangular parallelepipeds of height H, of depth P and of length L1, L2, L3, L4 and L5.
  • the passage section of the gas is formed by a rectangle of height H and length L perpendicular to the direction G2 gas passage.
  • the gas flows in the horizontal direction of the arrow G2 to cross the bed in its depth P.
  • FIGS. 4A and 4B are produced by means of grids which have the property of containing the adsorbent material and to be gas permeable.
  • Johnson grids can be used.
  • the hatched surfaces in FIGS. 4A and 4B are solid and impervious to gas.
  • the adsorbent material is disposed between the grids A and B and is contained by the hatched surfaces.
  • the material is in the form of particles, for example beads or extrudates, so that it can be easily introduced and removed from the space between the grids A and B.
  • the shape of the vertical beds makes it possible to use a large quantity of adsorbent material whose height H and / or length L is clearly greater than the depth P of the bed.
  • the height H can be between 2 and 30 m and preferably between 5 and 10 m, the bed depth P of which is between 0.2 and 5 m and preferably between 0.5 and 3 m and whose length, L, can be very large, preferably greater than 5 m, or even greater than 10 m or even greater than 20 m.
  • the L / H ratio can be large, preferably greater than 1 or 2, or even greater than 5.
  • the dimensions of the bed may be chosen so as to circulate, through the first bed, a large flue gas flow, greater than 1000 Nm 3 / h, preferably greater than 1500 Nm 3 / h or even 2000 Nm 3 / h, and at a speed between 0.05 m / s and 1, 5 m / s.
  • FIG. 5 An implementation according to the invention of a vertical bed is shown schematically in Figures 5 and 6.
  • the unit R is composed of two vertical beds L1 and L2 arranged in a chamber E, for example rectangular parallelepiped shape height Ha, of width La and depth Pa.
  • the beds L1 and L2 are separated by a space E1, the entrance surfaces in the beds L1 and L2 communicating with the space E1.
  • the exit surface of the bed L1 communicates with the space E2 and the exit surface of the bed L2 communicates with the space E3.
  • the adsorption unit R shown in FIG. 5 operates in adsorption mode.
  • the gas to be treated arriving via the conduit GE is separated into different streams, GE1 and GE2, which are injected into parallelepiped-shaped columns.
  • the column comprises two vertical beds L1 and L2 of adsorbent material.
  • the gas GE1 is sent into the space E1 separating the two beds L1 and L2.
  • the two beds L1 and L2 are located symmetrically by compared to the gas injection system.
  • the gas passes through each of the beds in a substantially horizontal direction perpendicular to the larger section of the bed. After passing through the bed L1, the gas opens into the chamber E2. After passing through the bed L2, the gas opens into the chamber E3.
  • the gas is respectively collected in outlet tubes GS1a and GS1b located on either side of the crossed beds and collected on a larger scale from the evacuation pipes GS.
  • the unit R shown in FIG. 6 operates in desorption mode.
  • the purge gas arriving via the conduit GP is subdivided into several flows, the flows arriving through the conduits GP and GP1b which supply the unit R respectively in the speakers E2 and E3.
  • the same introduction systems can be used as those used for the evacuation of the purified fumes at the adsorption stage.
  • the purge gas passes through the beds L1 and L2 and is collected in the space E1 located between the beds L1 and L2.
  • the gas is evacuated from the space E1 of the unit R via the exhaust duct GD1, preferably distinct from the supply system of the adsorption phase.
  • FIG. 7 represents the adsorption unit of FIG. 5 in which two beds whose shape is shown in FIG. 4B have been installed.
  • a gas injection and collection system is used downstream and upstream of the beds in order to ensure the most homogeneous distribution possible. Indeed, if no injection system is used, a flow as shown in FIG. 8 is obtained.
  • FIG. 8 the space E2 between the beds L1 and L2 is fed by the conduit GE1 as proposed.
  • FIG. 8 represents the gas flow lines in the adsorption phase.
  • FIG. 9 It is a system composed of a supply pipe T which feeds a multitude of identical pipes T1, they -Same equipped with slots or O holes for distribution (injection of fumes or collection of purge gas loaded C0 2 respectively for the adsorption phases and desorption).
  • the present invention can be used with a wide variety of such systems well known to those skilled in the art.
  • the distribution system is installed in the space E2 between the beds L1 and L2.
  • Figure 0 illustrates the flow of the gas dispensed by the system described with reference to Figure 9, through a bed of adsorbent material L1.
  • the perforated tube system T1 effectively distributes homogeneously both to the injection on the left of FIG. 10 and to the collection on the right of FIG. 10.
  • the diffusion in the particles dominate over the other resistance to transfer.
  • the relationship between the diffusion constant and the material transfer constant k is therefore, according to Gluckauf (Faraday Trans Soc 51, 1955, 1540).
  • R p is the radius of the particle.
  • the analytical model of Hirose calculates, based on u ads Udes reports and t ads / es t d, which is the number of transfer units required to achieve a certain average concentration of C02 in the outlet of the adsorber, d.
  • NTU increases as the adsorption capacity of the adsorbent increases and when the material transfer constant increases. NTU is also proportional to the residence time in the adsorber (the ratio P / u ads ). For a given adsorbent and a given temperature, k and q 0 * are set and the main parameter for varying NTU is the residence time.
  • the concentration of CO 2 in the fumes is 15 mol%, the remainder is considered as an inert gas (N 2 or O 2).
  • the total flue gas flow is 1.76 * 10 6 Nm 3 / h.
  • the adsorption and desorption are considered isothermal at 348 K.
  • the desorption is carried out under vacuum at 0.3 bar.
  • the capture efficiency of C0 2 is 1 - c-
  • Purge gas is water vapor.
  • the ratio t of / t ad s is fixed at 1, 5. Therefore, there are two columns in desorption mode for a column in adsorption mode.
  • the model calculates the value of Hirose NTU necessary to achieve the desired performance (90%).
  • the speed u ads , the pressure drop and the particle diameter are calculated as a function of the depth of the bed, while respecting equation (1) and the additional fluidization stress of the adsorbent particles (the speed u ads is limited to 80% of the fluidization rate).
  • the exercise is first conducted for a classical geometry of an adsorption column.
  • Calculations show that we need 15 columns of this size to treat fumes. This figure greatly exceeds the number of columns typically found in current PSA processes.
  • the total mass of adsorbent is approximately 31,500 liters.
  • the pressure drop is 0.56 bar.
  • the performance of the adsorption capture process depends on the residence time in the adsorber, that is to say, the ratio P / u to d S , which is equal to the ratio (total adsorber volume) / (smoke flow rate). Following this logic, the total volume of the adsorbers as well as the mass of adsorbent must remain constant to maintain the performance.
  • the number of adsorbers may remain below 17.
  • the required area is generated by adjusting the horizontal dimension of the adsorbers (30 m). Land use is significantly lower than with vertical columns.
  • Table 1 bed depth (P), gas u u ads velocity, particle diameter d p , adsorption adsorption number Nads, adsorber dimensions (diameter for conventional geometry, vertical length x horizontal length for geometry according to the invention ), land use, total adsorbent mass, pressure drop ( ⁇ ).
  • Example 1 The exercise of Example 1 is repeated for an adsorbent optimized in terms of capacity, regenerability and material transfer.
  • b 40 bar-1
  • D 6 * 10 -9 m 2 s-1
  • the gas velocity Uads can also increase compared to the previous example.
  • the pressure drop becomes greater than 2 bar, which is difficult to accept or at least generates a cost of compression too large.
  • a second advantage of the new geometry is the fact that the constraint of the fluidization of the particles falls in particular by the possibility of maintaining the bed by grids type Johnson grid on either side of the bed. It is thus possible to reduce the particle size to improve the performance of the adsorber.
  • the last line of Table 2 shows that a decrease in particle size below the fluidization limit reduces the adsorbent mass and the soil occupation, while the pressure drop remains acceptable.
  • Table 2 Bed depth (P), particle diameter dp, number of adsorbers in adsorption mode H ads , total number of adsorbers N, dimensions of the adsorbers (diameter for conventional geometry, vertical length x horizontal length for geometry according to the invention ), land use, total mass of adsorbent, pressure drop

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Abstract

The gas, that is to be treated and arrives via the pipe GE, is separated into different streams, GE1 and GE2, that are injected into parallelepiped columns. The column comprises two vertical beds, L1 and L2, of adsorbent material. The gas GE1 is sent into the space E1 separating both beds L1 and L2. Preferably, both beds L1 and L2 are symmetrically located relative to the system for injecting the gas. The gas passes through each bed in an essentially horizontal direction, perpendicular to the largest section of the bed.

Description

PROCÉDÉ DE CAPTAGE D'UN COMPOSÉ CONTENU DANS UN GAZ PAR  METHOD FOR CAPTURING A COMPOUND CONTAINED IN A GAS BY

ADSORPTION SUR LIT VERTICAL  ADSORPTION ON VERTICAL BED

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

La présente invention concerne un procédé de captage d'un composé contenu dans un gaz, par exemple le captage du C02 dans des fumées de combustion par adsorption. The present invention relates to a process for the capture of a compound contained in a gas, for example the capture of CO 2 in combustion fumes by adsorption.

CONTEXTE CONTEXT

Une grande partie de l'énergie est produite par la combustion des ressources fossiles qui rejette du C02 dans l'atmosphère. Ces émissions font augmenter la concentration du C02 dans l'atmosphère et provoquent un réchauffement climatique. Pour limiter l'ampleur de ce réchauffement, il est nécessaire de réduire les émissions de C02 liées à la production d'énergie. Une solution consiste à capter puis stocker le C02 émis par combustion. Les principales sources stationnaires des émissions du C02 sont : les centrales thermiques, la sidérurgie, la cimenterie, les raffineries, etc. Un procédé de captage du C02 sépare le C02 des fumées issues de la combustion des ressources fossiles et permet ainsi de récupérer un flux de C02 concentré (> 90%, préférentiellement > 96%), qui peut être séquestré ou utilisé dans l'industrie chimique, agroalimentaire, etc. Much of the energy is produced by burning fossil fuels that rejects C0 2 in the atmosphere. These emissions increase the concentration of C0 2 in the atmosphere and cause global warming. To limit the extent of this warming, it is necessary to reduce C0 2 emissions related to energy production. One solution is to capture and store the C0 2 emitted by combustion. The main stationary sources of C0 2 emissions are: thermal power plants, iron and steel industry, cement plants, refineries, etc. A C0 2 capture process separates C0 2 from the fumes produced by the combustion of fossil fuels and thus makes it possible to recover a concentrated C0 2 flux (> 90%, preferentially> 96%), which can be sequestered or used in the combustion process. chemical industry, agribusiness, etc.

Or, l'installation d'un procédé de captage de C02 demande des investissements considérables et le procédé consomme lui même de l'énergie ce qui peut provoquer des émissions secondaires de C02. Dans une centrale électrique, l'installation d'un procédé de captage réduit le rendement énergétique dans la centrale - une partie de l'énergie produite par la combustion des ressources fossiles est consommée par l'unité de captage - et augmente le coût de l'électricité par le biais des coûts d'investissement, des coûts opératoires et la diminution du rendement énergétique. L'objectif est de minimiser les coûts d'investissement ainsi que la consommation énergétique du procédé de captage. However, the installation of a CO 2 capture process requires considerable investment and the process itself consumes energy which can cause secondary emissions of C0 2 . In a power plant, the installation of a capture process reduces energy efficiency in the plant - part of the energy produced by burning fossil fuels is consumed by the capture unit - and increases the cost of energy. electricity through investment costs, operating costs and reduced energy efficiency. The aim is to minimize the investment costs as well as the energy consumption of the capture process.

ETAT DE L'ART ANTERIEUR STATE OF THE PRIOR ART

Un procédé de captage de référence est à ce jour l'absorption du C02 par une solution basique, par exemple par une solution aqueuse de monoethanolamine, comme décrit dans le document FR 2 958 454. Ce procédé présente plusieurs inconvénients : la consommation énergétique pour la régénération de l'aminé est importante et nécessite de prélever sur le cycle de la turbine de la centrale thermique de la vapeur de bonne qualité qui aurait pu être utilisée à fournir de l'électricité, la dégradation de l'aminé qui cause des problèmes de corrosion et d'émissions de composés organiques volatils nécessitant un traitement supplémentaire. Il existe plusieurs alternatives au procédé d'absorption par solvant, par exemple, la séparation du C02 par membrane ou la séparation du C02 par adsorption décrite dans le document FR 2 944 217. L'adsorption sur un solide évite les problèmes de corrosion et peut potentiellement réduire le coût énergétique de la régénération. A reference capture process is to date the absorption of C0 2 by a basic solution, for example by an aqueous solution of monoethanolamine, as described in document FR 2 958 454. This process has several drawbacks: the energy consumption for regeneration of the amine is important and requires taking from the turbine cycle of the thermal power plant good quality steam that could have been used to provide electricity, the degradation of the amine which causes problems corrosion and emissions of volatile organic compounds requiring additional treatment. There are several alternatives to the solvent absorption process, for example, the separation of C0 2 by membrane or the separation of C0 2 by adsorption described in document FR 2 944 217. The adsorption on a solid avoids corrosion problems and can potentially reduce the energy cost of regeneration.

Un procédé d'adsorption est un procédé cyclique dans lequel on effectue une étape d'adsorption de C02 en alternance avec une étape de régénération de l'adsorbant. Il y a deux possibilités pour régénérer l'adsorbant : par modulation de la température couramment nommée "TSA" ou "Température Swing Adsorption" ou par modulation de la pression (totale ou partielle) couramment nommée "PSA" ou "Pressure Swing Adsorption". An adsorption process is a cyclic process in which a CO 2 adsorption step is carried out alternately with a regeneration step of the adsorbent. There are two possibilities for regenerating the adsorbent: by modulating the temperature commonly called "TSA" or "Temperature Swing Adsorption" or by modulating the pressure (total or partial) commonly called "PSA" or "Pressure Swing Adsorption".

Quel que soit le choix du mode de régénération (TSA ou PSA), les procédés de captage de C02 par adsorption dans un lit fixe sont confrontés aux problèmes de perte de charge et de la taille des équipements (volume de lit, encombrement au sol...). Le débit des fumées émises par une centrale thermique est énorme (de l'ordre de 1 ,8 Nm3/h pour une centrale de 600 MW). Généralement le gaz circule verticalement dans le lit de matériau adsorbant disposé dans une colonne. Whatever the choice of the regeneration mode (TSA or PSA), the C0 2 adsorption methods in a fixed bed are confronted with the problems of pressure drop and the size of the equipment (bed volume, footprint ...). The flow rate of fumes emitted by a thermal power station is enormous (about 1, 8 Nm 3 / h for a 600 MW power plant). Generally the gas flows vertically in the bed of adsorbent material arranged in a column.

Pour réduire la perte de charge dans les procédés par adsorption, on peut mettre en œuvre soit des colonnes de très grands diamètres et de faibles hauteurs, soit un très grand nombre de colonnes, ce qui dans les deux cas n'est pas optimum en terme d'encombrement et de coûts de construction.  To reduce the pressure drop in adsorption processes, it is possible to use either very large diameter columns and low heights, or a very large number of columns, which in both cases is not optimum in term congestion and construction costs.

En effet, la vitesse du gaz dans le lit d'adsorbant et calculée en divisant le débit par la section totale des colonnes en mode d'adsorption. Pour minimiser la section totale des colonnes, il faut augmenter la vitesse du gaz. Or, une augmentation de la vitesse de gaz augmente également la perte de charge dans la colonne. Pour compenser cette perte de charge il est nécessaire de comprimer les fumées en amont de la colonne d'adsorption. Cette compression a un fort coût énergétique ce qui n'est pas souhaitable. Il est donc indispensable de limiter la perte de charge, ce qui impose une contrainte sur la hauteur de la colonne. Cette contrainte peut nuire à la qualité de la séparation, c'est-à-dire à la pureté et au rendement du C02 récupéré, le rendement étant défini comme la fraction de C02 dans les fumées qui est éliminé par le procédé de captage. This is because the gas velocity in the adsorbent bed is calculated by dividing the flow rate by the total section of the adsorption mode columns. To minimize the total section of the columns, it is necessary to increase the speed of the gas. However, an increase in the gas velocity also increases the pressure drop in the column. To compensate for this loss of charge it is necessary to compress the fumes upstream of the adsorption column. This compression has a high energy cost which is not desirable. It is therefore essential to limit the pressure drop, which imposes a constraint on the height of the column. This constraint can affect the quality of the separation, that is to say the purity and the yield of the C0 2 recovered, the yield being defined as the fraction of C0 2 in the fumes which is eliminated by the capture process. .

Par ailleurs, pour limiter la perte de charge, on réduit la vitesse du gaz dans les colonnes, ce qui implique que la section totale des colonnes augmente. L'occupation au sol du système augmente en conséquence. De plus, la distribution de gaz devient très difficile lorsque la section d'une colonne est grande par rapport à sa hauteur. On doit faire face à des contraintes technologiques qui limitent la taille des diamètres des colonnes à des valeurs proches de 8 m à 10 m. Une augmentation de section correspond donc à une augmentation du nombre de colonnes. Le document "Lively et coll., Ind. Eng. Chem. Res. 2010, 49, 7550" évoque le problème de la perte de charge dans un lit fixe. Il décrit une mise en forme particulière des adsorbants. Les adsorbants sont mélangés avec des polymères et mis en forme sous la forme de fibres creuses tissées. Les auteurs prétendent que la perte de charge dans un adsorbeur, qui est constitué d'un ensemble de ces fibres creuses, est plus faible que dans un lit fixe conventionnel. L'utilisation de ces fibres creuses est également renseignée dans les documents US 2008/0282888 A1 , US 2008/0282885 A1 et US 2008/0314244 A1 , mais, si les trois documents mettent bien en avant leur capacité à améliorer le transfert de matière et le transfert de chaleur, ils n'exemplifient pas leur effet sur la perte de charge. In addition, to limit the pressure drop, the speed of the gas in the columns is reduced, which implies that the total section of the columns increases. The ground occupation of the system increases accordingly. In addition, the gas distribution becomes very difficult when the section of a column is large relative to its height. There are technological constraints that limit the size of the column diameters to values close to 8 m to 10 m. An increase in section therefore corresponds to an increase in the number of columns. "Lively et al., Ind. Eng Chem Res 2010, 49, 7550" discusses the problem of pressure drop in a fixed bed. It describes a particular shaping adsorbents. The adsorbents are mixed with polymers and shaped into woven hollow fibers. The authors claim that the pressure drop in an adsorber, which consists of a set of these hollow fibers, is lower than in a conventional fixed bed. The use of these hollow fibers is also indicated in the documents US 2008/0282888 A1, US 2008/0282885 A1 and US 2008/0314244 A1, but, if the three documents highlight their ability to improve the transfer of material and heat transfer, they do not fulfill their effect on the pressure drop.

La mise en forme proposée dans les documents cités ci-dessus est complexe et coûteuse. La fabrication des fibres très longues, nécessaire pour la taille des adsorbeurs mis en œuvre pour le captage de C02, n'est pas maîtrisée à ce jour. The formatting proposed in the documents cited above is complex and expensive. The manufacture of very long fibers, necessary for the size of the adsorbers used for the capture of C0 2 , is not controlled to date.

La présente invention propose de faire circuler le gaz dans une direction sensiblement horizontale dans un lit de matériau adsorbant disposé verticalement afin de limiter la perte de charge dans un adsorbeur en lit fixe, tout en limitant l'occupation au sol du système d'adsorption et en maintenant la qualité de séparation exigée, en terme de pureté de C02 et de rendement. RÉSUMÉ DE L'INVENTION The present invention proposes to circulate the gas in a substantially horizontal direction in a bed of adsorbent material arranged vertically to limit the pressure drop in a fixed bed adsorber, while limiting the ground occupation of the adsorption system and maintaining the required quality of separation, in terms of C0 2 purity and efficiency. SUMMARY OF THE INVENTION

De manière générale, la présente invention propose un procédé de captage d'un composé contenu dans un gaz dans lequel on met en contact ledit gaz avec un matériau adsorbant le composé, ledit matériau étant disposé dans un premier lit. Le procédé est caractérisé en ce qu'on fait circuler le gaz dans le premier lit selon une direction horizontale et en ce que la section de passage du gaz dans le premier lit est perpendiculaire à ladite direction horizontale.  In general, the present invention provides a method for capturing a compound contained in a gas in which said gas is brought into contact with a material that adsorb the compound, said material being disposed in a first bed. The method is characterized in that the gas is circulated in the first bed in a horizontal direction and in that the passage section of the gas in the first bed is perpendicular to said horizontal direction.

Selon l'invention, la section de passage du gaz dans le premier lit peut être un rectangle ayant une hauteur comprise entre 2 et 30 mètres et ayant une longueur au moins égale à 5 mètres. According to the invention, the passage section of the gas in the first bed may be a rectangle having a height of between 2 and 30 meters and having a length at least equal to 5 meters.

La longueur peut être supérieure à la hauteur.  The length may be greater than the height.

La profondeur du premier lit parcouru par le gaz peut être comprise entre 0,2 et 5 mètres.  The depth of the first bed traversed by the gas may be between 0.2 and 5 meters.

Le matériau adsorbant le composé peut être disposé dans le premier lit et dans un deuxième lit séparé par un espace du premier lit, la section de passage du gaz dans le deuxième lit étant perpendiculaire à ladite direction horizontale et en ce qu'on injecte le gaz dans ledit espace. Le gaz peut être injecté dans ledit espace par un distributeur gaz pour homogénéiser la répartition du gaz dans le premier et deuxième lit. The material adsorbing the compound may be disposed in the first bed and in a second bed separated by a space of the first bed, the passage section of the gas in the second bed being perpendicular to said horizontal direction and in that the gas is injected. in said space. The gas can be injected into said space by a gas distributor to homogenize the distribution of the gas in the first and second bed.

On peut mettre en contact le gaz avec le matériau adsorbant à une température comprise entre 20°C et 250°C et à une pression comprise entre 1 ,1 et 5 bars absolus.  The gas can be brought into contact with the adsorbent material at a temperature of between 20 ° C. and 250 ° C. and at a pressure of between 1.1 and 5 bars absolute.

On peut choisir la longueur, la hauteur et la profondeur pour faire circuler, à travers le premier lit, un débit de gaz supérieur à 1000 Nm3/h à une vitesse comprise entre 0,05 m/s et 1 ,5 m/s. The length, the height and the depth can be chosen to circulate, through the first bed, a gas flow rate greater than 1000 Nm 3 / h at a speed of between 0.05 m / s and 1.5 m / s. .

On peut régénérer ledit matériau adsorbant en mettant le matériau en contact avec de la vapeur d'eau à une température comprise entre 50°C et 90°C et à une pression comprise entre 0,1 et 0,7 bar absolu.  The adsorbent material can be regenerated by contacting the material with steam at a temperature of between 50 ° C. and 90 ° C. and at a pressure of between 0.1 and 0.7 bar absolute.

Selon l'invention, le gaz peut consister en des fumées de combustion et le composé peut être le C02. According to the invention, the gas may consist of combustion fumes and the compound may be CO 2 .

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront clairement à la lecture de la description faite ci-après en se référant aux dessins parmi lesquels :  Other features and advantages of the invention will be better understood and will become clear from reading the description given below with reference to the drawings among which:

- la figure 1 schématise un procédé de désacidification,  FIG. 1 schematizes a deacidification process,

- la figure 2 schématise les étapes d'adsorption et de désorption, - la figure 3 montre un séquençage d'adsorbeurs,  FIG. 2 schematizes the adsorption and desorption steps; FIG. 3 shows a sequencing of adsorbers,

- les figures 4A et 4B représentent des modes de réalisation d'un lit vertical selon l'invention,  FIGS. 4A and 4B show embodiments of a vertical bed according to the invention,

- les figures 5,6 et 7 représentent des mises en œuvre des lits verticaux selon l'invention,  FIGS. 5, 6 and 7 represent implementations of the vertical beds according to the invention,

- la figure 8 schématise l'écoulement du gaz dans le dispositif de la figure 5, FIG. 8 schematizes the flow of the gas in the device of FIG. 5,

- la figure 9 schématise un distributeur de gaz à mettre en œuvre dans les dispositifs des figures 5 à 7 FIG. 9 schematizes a gas distributor to be implemented in the devices of FIGS. 5 to 7;

la figure 10 schématise l'écoulement du gaz à travers un lit adsorbant avec un distributeur de gaz de la figure 9.  FIG. 10 schematizes the flow of the gas through an adsorbent bed with a gas distributor of FIG. 9.

Le gaz à traiter par le procédé selon l'invention peut être une fumée de combustion comportant du C02, par exemple dans une teneur comprise entre 5% et 30% volumique. Les fumées de combustion peuvent être produites par une centrale thermique pour la production d'électricité. Le procédé de captage selon l'invention peut également être appliqué à toutes les fumées de combustion, produites par exemple dans une raffinerie, dans une cimenterie, dans une installation de sidérurgie. De manière générale, le procédé selon l'invention peut être appliqué au captage de tout type de composés, par exemple des SOx, des NOx, contenus dans un gaz. The gas to be treated by the process according to the invention may be a combustion smoke comprising CO 2 , for example in a content of between 5% and 30% by volume. Combustion fumes can be produced by a thermal power plant for the generation of electricity. The capture process according to the invention can also be applied to all combustion fumes, produced for example in a refinery, in a cement plant, in a steel plant. In general, the method according to the invention can be applied to the capture of all types of compounds, for example SOx, NOx, contained in a gas.

Les débits de gaz, par exemple des fumées, à traiter par le procédé selon l'invention peuvent être importants, de l'ordre de 105 Nm3/h pour une cimenterie, 3.105 Nm3/h pour une installation de sidérurgie, et de l'ordre de 106 à 3.106 Nm3/h pour une centrale thermique d'électricité. The flow rates of gas, for example fumes, to be treated by the process according to the invention can be significant, of the order of 10 5 Nm 3 / h for a cement plant, 3.10 5 Nm 3 / h for a steel plant, and of the order of 10 6 to 3.10 6 Nm 3 / h for a thermal power station.

Les fumées de combustion contiennent de l'azote et du C02, de l'oxygène et de la vapeur d'eau ainsi que des traces de NOx et SOx. La concentration volumique de C02 est typiquement dans la gamme de 3 - 30%, la concentration volumique d'H20 peut être dans la gamme de 1 - 15%, et la concentration volumique cumulée d'azote et d'oxygène peut être entre 50 et 95%. La pression des fumées de combustion peut être proche de la pression atmosphérique et à une température comprise entre 100 et 250°C. Combustion fumes contain nitrogen and CO 2 , oxygen and water vapor, and traces of NOx and SOx. The volume concentration of CO 2 is typically in the range of 3 - 30%, the volume concentration of H 2 O can be in the range of 1 - 15%, and the cumulative volume concentration of nitrogen and oxygen can be between 50 and 95%. The pressure of the combustion fumes can be close to atmospheric pressure and at a temperature of between 100 and 250 ° C.

Avant d'effectuer le captage de C02 par le procédé d'adsorption en lit fixe, on peut préparer les fumées en effectuant une ou plusieurs étapes de prétraitement. Les étapes de prétraitement peuvent inclure : Before capturing C0 2 by the fixed bed adsorption process, the fumes can be prepared by carrying out one or more pretreatment steps. Preprocessing steps may include:

(i) le refroidissement de la charge à une température comprise entre 20 et 100°C,  (i) cooling the charge to a temperature between 20 and 100 ° C,

(ii) une étape d'élimination des oxydes d'azotes et les oxydes de soufre, (ii) a step of removing the oxides of nitrogen and the oxides of sulfur,

(iii) la compression des fumées à la pression d'adsorption comprise entre 1 ,1 bars et 5 bars absolus et de préférence inférieure à 2 bars,(iii) the compression of the fumes at the adsorption pressure of between 1.1 bar and 5 bar absolute and preferably less than 2 bar,

(iv) la déshydratation des fumées. (iv) dehydration of the fumes.

Le refroidissement de la charge et la déshydratation des fumées sont des étapes optionnelles. Elles permettent d'adapter la température et le taux d'humidité des fumées aux conditions optimales pour le fonctionnement de l'adsorbant.  Cooling of the load and dehydration of fumes are optional steps. They make it possible to adapt the temperature and the humidity rate of the fumes to the optimal conditions for the operation of the adsorbent.

Un mode de réalisation du procédé selon l'invention est illustré par la figure 1 dans laquelle le gaz à traiter arrive par le conduit 1. Les fumées 1 peuvent être refroidies dans l'échangeur de chaleur E1 jusqu'à une température comprise entre 20 et 100°C, de préférence entre 25 et 50°C. L'eau qui peut être condensée lors du refroidissement dans E1 est séparée des fumées dans le ballon séparateur B. Les condensais sont évacués du ballon B par le conduit 2, les fumées refroidies sont évacuées par le conduit 3.  One embodiment of the process according to the invention is illustrated in FIG. 1 in which the gas to be treated arrives via line 1. Fumes 1 can be cooled in heat exchanger E1 to a temperature of between 20 and 100 ° C, preferably between 25 and 50 ° C. The water that can be condensed during the cooling in E1 is separated from the flue gases in the separator tank B. The condensates are discharged from the flask B via the duct 2, the cooled flue gases are discharged through the duct 3.

Les fumées refroidies 3 sont introduites dans les unités U pour l'élimination des oxydes d'azotes et les oxydes de soufre. Ces unités sont couramment nommées deSOx et deNOx.  The cooled fumes 3 are introduced into the U units for the removal of nitrogen oxides and sulfur oxides. These units are commonly named deSOx and deNOx.

Les fumées purifiées 4 sont envoyées dans un compresseur ou une soufflante K, pour être comprimées jusqu'à une pression Pads comprise entre 1 ,1 bars absolus et 5 bars absolus, de préférence entre 1 ,1 bars absolus et 2 bars absolus. Puis les fumées peuvent être introduites dans l'unité de déshydratation DH. Par exemple, le procédé de déshydratation est celui décrit par le document FR 2 740 468. Le niveau de déshydratation est choisi en fonction de l'adsorbant. Certains adsorbants tolèrent l'humidité et ne nécessitent pas de déshydratation des fumées, d'autres sont très sensibles à l'eau et demandent une déshydratation poussée des fumées. Le gaz déshydraté est évacué de DH par le conduit 5. The purified fumes 4 are sent into a compressor or a fan K, to be compressed to a pad pressure of between 1.1 bar absolute and 5 bar absolute, preferably between 1.1 bar absolute and 2 bar absolute. Then the fumes can be introduced into the dehydration unit DH. For example, the dehydration process is that described in document FR 2 740 468. The level of dehydration is chosen as a function of the adsorbent. Some adsorbents tolerate moisture and do not require dehydration of fumes, others are very sensitive to water and require extensive dehydration of fumes. The dehydrated gas is discharged from DH via line 5.

Dans d'autres modes de réalisation, l'ordre des opérations du prétraitement des fumées peut être modifié. On peut, par exemple, placer une unité de deNOx, fonctionnant à haute température, en amont de l'échangeur-séparateur E1-B, et une unité de deSOx en aval de l'échangeur-séparateur E1-B, ou encore réaliser les opérations de deNOx et de deSOx à haute température, c'est-à-dire, en amont de l'échangeur-séparateur E1-B.  In other embodiments, the order of the operations of the pretreatment of the fumes can be modified. It is possible, for example, to place a deNOx unit, operating at high temperature, upstream of the exchanger-separator E1-B, and a deSOx unit downstream of the exchanger-separator E1-B, or to carry out the deNOx and deSOx operations at high temperature, that is to say, upstream of the exchanger-separator E1-B.

Après avoir subi le prétraitement, les fumées circulant dans le conduit 5 sont à une température comprise entre 20 et 250°C, de préférence entre 30 et 200°C. La pression partielle du C02 dans les fumées circulant dans le conduit 5 est comprise entre 0,03*Pads et 0.3*Pads bars absolus, la pression Pads étant la pression lors du contact du gaz à traiter avec le matériau adsorbant dans l'unité C décrite ci-après. After undergoing pretreatment, the fumes flowing in the pipe 5 are at a temperature of between 20 and 250 ° C, preferably between 30 and 200 ° C. The partial pressure of C0 2 in the flue gases flowing in duct 5 is between 0.03 * Pads and 0.3 * Pads absolute bar, the Pads pressure being the pressure during contact of the gas to be treated with the adsorbent material in the unit. C described below.

Après prétraitement, les fumées 5 sont introduites dans l'unité C de captage de C02. Dans cette unité, les fumées sont mises en contact avec un ou plusieurs matériaux adsorbants disposés dans des adsorbeurs en lit fixe. L'unité C permet de séparer le flux 5 des fumées en un flux 7 riche en C02 et un flux 6 constitué des fumées appauvries en C02. After pretreatment, the flue gases are introduced into the CO 2 capture unit C. In this unit, the fumes are brought into contact with one or more adsorbent materials arranged in fixed bed adsorbers. Unit C makes it possible to separate the stream 5 from the flue gases into a stream 7 rich in C0 2 and a stream 6 constituted by fumes depleted in C0 2 .

Le matériau adsorbant est sélectif à l'adsorption du C02 par rapport à l'azote et à l'oxygène, c'est-à-dire, en contact avec un mélange de gaz contenant de l'oxygène, de l'azote et du C02, il adsorbe majoritairement du C02. D'autres caractéristiques favorables de l'adsorbant sont: (i) une faible affinité pour l'eau, (ii) une chaleur d'adsorption de C02 modérée, (iii) une faible résistance au transfert de matière. La présente invention ne porte pas sur l'adsorbant et est applicable à n'importe quel adsorbant. Des exemples non-limitants sont des zéolithes, des tamis moléculaires au carbone, des MOFs, des aminés immobilisées sur un support ou des oxydes basiques. Le matériau adsorbant est sous forme d'un lit composé de particules en forme de billes ou d'extrudés. The adsorbent material is selective for the adsorption of CO 2 with respect to nitrogen and oxygen, that is to say, in contact with a mixture of gases containing oxygen, nitrogen and of C0 2 , it adsorbs mainly C0 2 . Other favorable characteristics of the adsorbent are: (i) a low affinity for water, (ii) a moderate CO 2 adsorption heat, (iii) a low resistance to material transfer. The present invention is not directed to the adsorbent and is applicable to any adsorbent. Non-limiting examples are zeolites, carbon molecular sieves, MOFs, amines immobilized on a support or basic oxides. The adsorbent material is in the form of a bed composed of particles in the form of beads or extrudates.

Chaque adsorbeur de l'unité C alterne de manière cyclique entre au moins une étape d'adsorption et une étape de désorption. Les étapes mises en oeuvre dans l'unité C sont décrites en référence aux figures 2A et 2B qui représentent un lit d'adsorbant C1. a) Étape d'adsorption :  Each adsorber of unit C alternates cyclically between at least one adsorption stage and a desorption stage. The steps implemented in unit C are described with reference to FIGS. 2A and 2B, which represent an adsorbent bed C1. a) Adsorption step:

En référence à la figure 2A, on met en contact les fumées de combustion arrivant par le conduit 5 avec le matériau adsorbant dans le lit C1. La mise en contact dans C1 peut être réalisée à une pression totale Pads comprise entre 1 et 5 bars -absolus, préférentiellement entre 1,1 et 2 bars absolus, et plus préférentiellement entre 1 ,1 et 1 ,3 bar absolu. Le niveau de température optimale dépend du type d'adsorbant choisi. Une partie, et de préférence au moins 50% volumique, voire au moins 70% volumique ou au moins 90% volumique, du C02 contenu dans les fumées de combustion est adsorbée par le matériau adsorbant C1. Les fumées appauvries en C02 sont évacuées de C1 par le conduit 6. Lorsque le matériau adsorbant dans C1 est saturé en C02, on arrête l'étape d'adsorption. b) Étape de désorption : With reference to FIG. 2A, the combustion fumes arriving via the pipe 5 are brought into contact with the adsorbent material in the bed C1. The contacting in C1 can be carried out at a total pressure Pads of between 1 and 5 bar absolute, preferably between 1.1 and 2 bar absolute, and more preferably between 1.1 and 1.3 bar absolute. The optimum temperature level depends on the type of adsorbent chosen. A part, and preferably at least 50% by volume, or even at least 70% by volume or at least 90% by volume, of the CO 2 contained in the combustion fumes is adsorbed by the adsorbent material C1. The C0 2 depleted fumes are removed from C1 by line 6. When the adsorbent material in C1 is saturated with C0 2 , the adsorption step is stopped. b) Desorption stage:

Trois variantes pour réaliser l'étape de désorption sont décrites en référence à la figure 2B.  Three variants for carrying out the desorption step are described with reference to FIG. 2B.

Dans la première variante, l'adsorbant C1 est mis en contact avec un gaz de purge, de préférence de la vapeur d'eau, qui arrive par le conduit 8. La vapeur provoque la désorption de C02 soit par une augmentation de la température de l'adsorbant C1 soit par un effet de dilution, soit par une combinaison de ces deux effets. Le mélange de C02 et de vapeur d'eau est évacué par le conduit 7. In the first variant, the adsorbent C1 is brought into contact with a purge gas, preferably water vapor, which arrives via the conduit 8. The vapor causes the desorption of CO 2 either by an increase in the temperature of the adsorbent C1 either by a dilution effect or by a combination of these two effects. The mixture of CO 2 and water vapor is evacuated via line 7.

Certains adsorbants sont sensibles à l'eau. Une régénération par la vapeur d'eau n'est donc pas envisageable. Dans ce cas, la désorption du C02 est réalisée sous vide, sans gaz de purge. On met le matériau dans l'adsorbeur C1 sous vide à une pression Pdes comprise entre 0,01 et 0,20 bara (bar absolu ?), préférentiellement entre 0,05 et 0,10 bara. La mise sous vide est effectuée en obturant l'adsorbeur à une extrémité par la vanne V2 et en connectant une pompe P à vide à l'autre extrémité. La mise sous vide de la colonne C1 permet de libérer le C02 absorbé par le matériau adsorbant. Le flux riche en C02 est pompé de la colonne C1 et évacué par le conduit 7. Some adsorbents are sensitive to water. Regeneration by water vapor is therefore not feasible. In this case, the desorption of CO 2 is carried out under vacuum, without purge gas. The material is placed in the adsorber C1 under vacuum at a pressure Pdes of between 0.01 and 0.20 bara (absolute bar), preferably between 0.05 and 0.10 bara. The evacuation is performed by closing the adsorber at one end by the valve V2 and connecting a vacuum pump P at the other end. The evacuation of the column C1 makes it possible to release the C0 2 absorbed by the adsorbent material. The stream rich in C0 2 is pumped from column C1 and discharged through line 7.

Dans une troisième variante on peut combiner l'action d'un gaz de purge avec la mise sous vide de la colonne. Si le gaz de purge est de la vapeur d'eau à basse pression et basse température, la mise sous vide de la colonne évite la condensation de l'eau dans la colonne. Ce dernier cas est particulièrement intéressant dans le cas de sites industriels comme les raffineries ou les sites d'incinération des déchets où l'on dispose de la vapeur à basse température. En effet, dans ces cas, l'énergie de cette vapeur à basse température (généralement inférieure à 90°C voire inférieure à 80°C) est considérée comme non utilisable, elle est perdue et évacuée dans des échangeurs de chaleur de type aéroréfrigérant. Dans le cas présent cette vapeur peut être récupérée et valorisée à l'étape de la régénération par mise en contact du matériau adsorbant avec de la vapeur d'eau sous vide partiel (par exemple à une température comprise entre 50°C et 90°C, de préférence entre 50°C et 80°C, et à une pression comprise entre 0,1 et 0,7 bar absolu, de préférence comprise entre 0,1 et 0,6 bar absolu), en évitant ai si une consommation d'énergie nécessaire à la production de vapeur. In a third variant, the action of a purge gas can be combined with the evacuation of the column. If the purge gas is water vapor at low pressure and low temperature, evacuation of the column avoids condensation of water in the column. This last case is particularly interesting in the case of industrial sites such as refineries or waste incineration sites where low-temperature steam is available. Indeed, in these cases, the energy of this steam at low temperature (generally less than 90 ° C or even lower than 80 ° C) is considered as not usable, it is lost and discharged in heat exchangers air-cooling type. In the present case, this vapor can be recovered and recovered at the regeneration stage by contacting the adsorbent material with water vapor under partial vacuum (for example at a temperature of between 50 ° C. and 90 ° C. preferably between 50 ° C and 80 ° C, and at a pressure between 0.1 and 0.7 bar absolute, preferably between 0.1 and 0.6 bar absolute), avoiding ai if a consumption of energy necessary for the production of steam.

Dans les cas ou la désorption est réalisée sous vide, l'étape de désorption doit être suivie par une étape de repressurisation. Une extrémité de l'adsorbeur est obturée par une vanne et l'autre extrémité de l'adsorbeur est mise en contact avec les fumées. Lorsque la pression dans l'adsorbeur a atteint la valeur Pads, l'adsorbeur est prêt à parcourir un nouveau cycle d'adsorption et de désorption.  In cases where the desorption is carried out under vacuum, the desorption step must be followed by a repressurization step. One end of the adsorber is closed by a valve and the other end of the adsorber is brought into contact with the fumes. When the pressure in the adsorber has reached the Pads value, the adsorber is ready to go through a new adsorption and desorption cycle.

Dans un mode de réalisation préféré, plusieurs adsorbeurs peuvent être simultanément en train de traiter les fumées. Le nombre d'adsorbeurs Nads, qui sont simultanément en mode adsorption, peut être compris entre 1 et 8, de manière préférée entre 2 et 6. Le nombre total N des adsorbeurs peut être compris entre 3 et 24, de manière préférée entre 4 et 12. Le séquençage assure qu'il y a toujours au moins NadS parmi les N adsorbeurs en mode adsorption tandis que les autres adsorbeurs sont en mode de désorption ou de repressurisation. In a preferred embodiment, several adsorbers can be simultaneously treating the fumes. The number of adsorbers N ads , which are simultaneously in adsorption mode, can be between 1 and 8, preferably between 2 and 6. The total number N of the adsorbers can be between 3 and 24, preferably between 4 and 4. and 12. the sequencing ensures that there is always at least a N d S of the N adsorbers in the adsorption mode while the remaining adsorbers are in desorption mode or repressurization.

La Figure 3 montre un exemple de séquençage de 10 adsorbeurs C1 à C10. Le cycle comprend les étapes d'adsorption ADS, de désorption DES et de repressurisation PP. Le temps de repressurisation trp est le temps de cycle tcycie divisé par le nombre d'adsorbeur N, en l'occurence 10. Le début du cycle d'un adsorbeur est décalé par trp par rapport à Figure 3 shows an example of sequencing of C1 to C10 adsorbers. The cycle comprises the ADS adsorption, DES desorption and PP repressurization steps. Repressurization time t rp is the cycle time t cyc i e divided by the number of adsorber N, in this case at 10. The beginning of the cycle of an adsorber is shifted by t with respect to rp

4  4

l'adsorbeur précédent. Dans notre exemple, le temps d'adsorption est— x tcycle . the previous adsorber. In our example, the adsorption time is cycle .

La présente invention propose une mise en œuvre de la mise en contact entre le gaz et le matériau adsorbant. Il s'agit selon la présente invention de réaliser un lit d'adsorbant vertical traversé horizontalement par le gaz, ce qui permet d'avoir des dimensions de section de passage qui peuvent être très supérieures à celles possibles dans les colonnes circulaires conventionnelles. The present invention provides an implementation of the contacting between the gas and the adsorbent material. According to the present invention, it is a question of producing a bed of vertical adsorbent traversed horizontally by the gas, which makes it possible to have passage section dimensions which may be much greater than those possible in conventional circular columns.

Selon l'invention, le lit de matériau adsorbant est vertical, c'est à dire que la section de passage du gaz à travers le lit est perpendiculaire à une direction horizontale. De plus, le gaz traverse le lit selon une direction horizontale. La section de passage du gaz correspond à la surface du lit à travers laquelle le gaz pénètre dans le lit. La section de passage peut être définie en projetant la surface du lit sur un plan vertical qui est perpendiculaire à la direction horizontale de passage du gaz. Ce qui est communément appelé hauteur de lit correspond, dans la présente invention, à la profondeur. Les figures 4A et 4B représentent différents modes de réalisation d'un lit vertical selon l'invention. Sur la figure 4A, le lit est un parallélépipède rectangle de profondeur P, de hauteur H et de longueur L. Le gaz circule selon la direction horizontale de la flèche G1 pour traverser le lit dans sa profondeur P. Dans ce cas, la section de passage du gaz est le rectangle de dimension H et L, la surface du rectangle étant perpendiculaire la direction horizontale G1. En référence à la figure 4B, le lit est formé d'un assemblage de plusieurs parallélépipèdes rectangles de hauteur H, de profondeur P et de longueur L1 , L2, L3, L4 et L5. La section de passage du gaz est formée par un rectangle de hauteur H et de longueur L perpendiculaire à la direction G2 de passage du gaz. Le gaz circule selon la direction horizontale de la flèche G2 pour traverser le lit dans sa profondeur P. Les surfaces d'entrée et de sorties référencées A et B sur les figures 4A et 4B sont réalisées au moyen de grilles qui ont la propriété de contenir le matériau adsorbant et d'être perméables au gaz. Par exemple, on peut utiliser des grilles Johnson. Les surfaces hachurées sur les figures 4A et 4B sont pleines et imperméables au gaz. Ainsi, le matériau adsorbant est disposé entre les grilles A et B et est contenu par les surfaces hachurées. De préférence, le matériau est sous forme de particules, par exemple des billes ou des extrudés, pour pouvoir être facilement introduit et retiré de l'espace situé entre les grilles A et B. According to the invention, the bed of adsorbent material is vertical, that is to say that the passage section of the gas through the bed is perpendicular to a horizontal direction. In addition, the gas passes through the bed in a horizontal direction. The passage section of the gas corresponds to the surface of the bed through which the gas enters the bed. The passage section may be defined by projecting the bed surface on a vertical plane which is perpendicular to the horizontal direction of passage of the gas. What is commonly referred to as bed height corresponds, in the present invention, to the depth. Figures 4A and 4B show different embodiments of a vertical bed according to the invention. In FIG. 4A, the bed is a rectangular parallelepiped of depth P, of height H and of length L. The gas flows in the horizontal direction of the arrow G1 to cross the bed in its depth P. In this case, the section of gas passage is the dimension rectangle H and L, the surface of the rectangle being perpendicular to the horizontal direction G1. With reference to FIG. 4B, the bed is formed of an assembly of several rectangular parallelepipeds of height H, of depth P and of length L1, L2, L3, L4 and L5. The passage section of the gas is formed by a rectangle of height H and length L perpendicular to the direction G2 gas passage. The gas flows in the horizontal direction of the arrow G2 to cross the bed in its depth P. The input and output surfaces referenced A and B in FIGS. 4A and 4B are produced by means of grids which have the property of containing the adsorbent material and to be gas permeable. For example, Johnson grids can be used. The hatched surfaces in FIGS. 4A and 4B are solid and impervious to gas. Thus, the adsorbent material is disposed between the grids A and B and is contained by the hatched surfaces. Preferably, the material is in the form of particles, for example beads or extrudates, so that it can be easily introduced and removed from the space between the grids A and B.

La forme des lits verticaux permet de mettre en œuvre une grande quantité de matériau adsorbant dont la hauteur H et/ou la longueur L est nettement supérieure à la profondeur P du lit. Selon l'invention, la hauteur H peut être comprise entre 2 et 30 m et de préférence entre 5 et 10 m, dont la profondeur de lit, P, est comprise entre 0,2 et 5 m et de préférence entre 0,5 et 3 m et dont la longueur, L, peut être très grande, de préférence supérieure à 5 m, voire supérieure à 10 m voire supérieure à 20 m. Etant donné qu'il y a peu de contrainte de construction sur la longueur du lit vertical, selon l'invention, le ratio L/H peut être grand, de préférence supérieur à 1 ou à 2, voire supérieur à 5. Les dimensions du lit, c'est-à-dire la longueur L, la hauteur H et la profondeur P, peuvent être choisies de manière à faire circuler, à travers le premier lit, un débit de fumées important, supérieur à 1000 Nm3/h, de préférence supérieur à 1500 Nm3/h voire 2000 Nm3/h, et à une vitesse comprise entre 0,05 m/s et 1 ,5 m/s. The shape of the vertical beds makes it possible to use a large quantity of adsorbent material whose height H and / or length L is clearly greater than the depth P of the bed. According to the invention, the height H can be between 2 and 30 m and preferably between 5 and 10 m, the bed depth P of which is between 0.2 and 5 m and preferably between 0.5 and 3 m and whose length, L, can be very large, preferably greater than 5 m, or even greater than 10 m or even greater than 20 m. Since there is little construction stress along the length of the vertical bed, according to the invention, the L / H ratio can be large, preferably greater than 1 or 2, or even greater than 5. The dimensions of the bed, that is to say the length L, the height H and the depth P, may be chosen so as to circulate, through the first bed, a large flue gas flow, greater than 1000 Nm 3 / h, preferably greater than 1500 Nm 3 / h or even 2000 Nm 3 / h, and at a speed between 0.05 m / s and 1, 5 m / s.

Une mise en œuvre selon l'invention d'un lit vertical est représentée schématiquement par les figures 5 et 6. L'unité R est composée de deux lits verticaux L1 et L2 disposés dans une enceinte E, par exemple de forme parallélépipédique rectangle de hauteur Ha, de largeur La et de profondeur Pa. Dans l'enceinte E, les lits L1 et L2 sont séparés par un espace E1 , les surfaces d'entrée dans les lits L1 et L2 communiquant avec l'espace E1. De plus, dans l'enceinte E, la surface de sortie du lit L1 communique avec l'espace E2 et la surface de sortie du lit L2 communique avec l'espace E3.  An implementation according to the invention of a vertical bed is shown schematically in Figures 5 and 6. The unit R is composed of two vertical beds L1 and L2 arranged in a chamber E, for example rectangular parallelepiped shape height Ha, of width La and depth Pa. In the enclosure E, the beds L1 and L2 are separated by a space E1, the entrance surfaces in the beds L1 and L2 communicating with the space E1. In addition, in the enclosure E, the exit surface of the bed L1 communicates with the space E2 and the exit surface of the bed L2 communicates with the space E3.

L'unité d'adsorption R représentée par la figure 5 fonctionne en mode adsorption. Le gaz à traiter arrivant par le conduit GE est séparé en différents flux, GE1 et GE2 qui sont injectés dans des colonnes de forme parallélépipédique. La colonne comporte deux lits verticaux L1 et L2 de matériau adsorbant. Le gaz GE1 est envoyé dans l'espace E1 séparant les deux lits L1 et L2. De préférence, les deux lits L1 et L2 sont situés symétriquement par rapport au système d'injection du gaz. Le gaz traverse chacun' des lits dans une direction essentiellement horizontale, perpendiculaire à la plus grande section du lit. Après avoir traversé le lit L1 , le gaz débouche dans l'enceinte E2. Après avoir traversé le lit L2, le gaz débouche dans l'enceinte E3. Dans les enceintes E2 et E3, le gaz est respectivement collecté dans des tubes de sorties GS1a et GS1b situés de part et d'autre des lits traversés et collecté à plus grande échelle depuis les tuyaux d'évacuations GS. The adsorption unit R shown in FIG. 5 operates in adsorption mode. The gas to be treated arriving via the conduit GE is separated into different streams, GE1 and GE2, which are injected into parallelepiped-shaped columns. The column comprises two vertical beds L1 and L2 of adsorbent material. The gas GE1 is sent into the space E1 separating the two beds L1 and L2. Preferably, the two beds L1 and L2 are located symmetrically by compared to the gas injection system. The gas passes through each of the beds in a substantially horizontal direction perpendicular to the larger section of the bed. After passing through the bed L1, the gas opens into the chamber E2. After passing through the bed L2, the gas opens into the chamber E3. In the enclosures E2 and E3, the gas is respectively collected in outlet tubes GS1a and GS1b located on either side of the crossed beds and collected on a larger scale from the evacuation pipes GS.

L'unité R représentée par la figure 6 fonctionne en mode désorption. Le gaz de purge arrivant par le conduit GP est subdivisé en plusieurs flux, dont les flux arrivant par les conduits GP a et GP1b qui alimentent l'unité R respectivement dans les enceintes E2 et E3. Par exemple pour injecter le gaz dans l'unité R on peut mettre en œuvre les mêmes systèmes d'introduction que ceux utilisés pour l'évacuation des fumées purifiées à l'étape d'adsorption. Le gaz de purge traverse les lits L1 et L2, puis est collecté dans l'espace E1 situé entre les lits L1 et L2. Le gaz est évacué de l'espace E1 de l'unité R par le conduit d'évacuation GD1 , de préférence distinct du système d'alimentation de la phase d'adsorption. Le fait de disposer de différents systèmes d'évacuation soit des fumées purifiées, soit du gaz de purge chargé en C02 selon que l'on soit dans la phase d'adsorption ou de désorption, permet d'éviter les phénomènes de rétro-mélange dans les tuyaux et dans les zones vides des réacteurs et permet ainsi d'éviter de dégrader les performances de séparation du procédé (taux de captage en phase d'adsorption, pureté en C02 en phase de désorption). The unit R shown in FIG. 6 operates in desorption mode. The purge gas arriving via the conduit GP is subdivided into several flows, the flows arriving through the conduits GP and GP1b which supply the unit R respectively in the speakers E2 and E3. For example, to inject the gas into the unit R, the same introduction systems can be used as those used for the evacuation of the purified fumes at the adsorption stage. The purge gas passes through the beds L1 and L2 and is collected in the space E1 located between the beds L1 and L2. The gas is evacuated from the space E1 of the unit R via the exhaust duct GD1, preferably distinct from the supply system of the adsorption phase. The fact of having different evacuation systems either purified fumes or purge gas loaded with C0 2 depending on whether one is in the adsorption or desorption phase, makes it possible to avoid back-mixing phenomena. in the pipes and in the empty zones of the reactors and thus makes it possible to avoid degrading the separation performance of the process (capture rate in the adsorption phase, C0 2 purity in the desorption phase).

La figure 7 représente l'unité d'adsorption de la figure 5 dans laquelle on a installé deux lits dont la forme est présentée par la figure 4B.  FIG. 7 represents the adsorption unit of FIG. 5 in which two beds whose shape is shown in FIG. 4B have been installed.

De préférence, on met en uvre un système d'injection et de collecte du gaz en aval et en amont des lits afin d'assurer la distribution la plus homogène possible. En effet, si aucun système d'injection n'est utilisé, on obtient un écoulement tel que représenté sur la figure 8. Sur la figure 8, on alimente l'espace E2 entre les lits L1 et L2 par le conduit GE1 tel que proposé par la figure 5. Cette figure 8 représente les lignes de courant du gaz en phase d'adsorption. On observe que si, en fond de l'espace E1 , les lignes de courant alimentent le lit de façon homogène, il n'en est pas de même en entrée de l'espace El En effet, on observe de part et d'autre de l'orifice d'alimentation deux zones de recirculation, souvent appelées zones mortes, qui vont accumuler du fluide lors de la phase d'adsorption, et qui est toujours présent lors de la phase de désorption, ce qui peut nuire fortement à la pureté du C02 dans le gaz de purge. Il est donc préférable d'utiliser des systèmes de distribution de gaz par exemple comme celui représenté sur la figure 9. Il s'agit d'un système composé d'un tuyau d'alimentation T qui alimente une multitude de tuyaux T1 identiques, eux-mêmes équipés de fentes ou d'orifices O permettant une distribution (injection des fumées ou collecte du gaz de purge chargé en C02 respectivement pour les phases d'adsorption et de désorption). La présente invention peut être utilisée avec une grande variété de ce type de systèmes bien connus par l'homme de métier. Le système de distribution est installé dans l'espace E2 entre les lits L1 et L2. Preferably, a gas injection and collection system is used downstream and upstream of the beds in order to ensure the most homogeneous distribution possible. Indeed, if no injection system is used, a flow as shown in FIG. 8 is obtained. In FIG. 8, the space E2 between the beds L1 and L2 is fed by the conduit GE1 as proposed. FIG. 8 represents the gas flow lines in the adsorption phase. It is observed that if, at the bottom of the space E1, the current lines feed the bed homogeneously, it is not the same at the entrance of the space E Indeed, we observe on both sides two recirculation zones, often called dead zones, which will accumulate fluid during the adsorption phase, and which is always present during the desorption phase, which can strongly impede the purity C0 2 in the purge gas. It is therefore preferable to use gas distribution systems for example as shown in FIG. 9. It is a system composed of a supply pipe T which feeds a multitude of identical pipes T1, they -Same equipped with slots or O holes for distribution (injection of fumes or collection of purge gas loaded C0 2 respectively for the adsorption phases and desorption). The present invention can be used with a wide variety of such systems well known to those skilled in the art. The distribution system is installed in the space E2 between the beds L1 and L2.

La figure 0 illustre l'écoulement du gaz distribué par le système décrit en référence à la figure 9, à travers un lit de matériau adsorbant L1. Le système de tubes perforés T1 permet effectivement de distribuer de façon homogène tant à l'injection à gauche de la figure 10 qu'à la collecte à droite de la figure 10.  Figure 0 illustrates the flow of the gas dispensed by the system described with reference to Figure 9, through a bed of adsorbent material L1. The perforated tube system T1 effectively distributes homogeneously both to the injection on the left of FIG. 10 and to the collection on the right of FIG. 10.

Les exemples d'applications numériques présentés ci-après permettent d'illustrer le fonctionnement et les avantages du procédé selon l'invention. The examples of digital applications presented below make it possible to illustrate the operation and the advantages of the method according to the invention.

Exemple 1 Example 1

L'adsorbant utilisé pour cet exemple est une silice imprégnée par l'aminé tetraethylenepentamine (voir G. D. Pirngruber, S. Cassiano-Gaspar, S. Louret, A. Chaumonnot, B. Delfort, Energy Procedia 1 (2009) 1335). Son isotherme à 348 K est représentée par une équation Langmuir q = q ^ ou Q = Q The adsorbent used for this example is a silica impregnated with the amine tetraethylenepentamine (see GD Pirngruber, S. Cassiano-Gaspar, S. Louret, A. Chaumonnot, B. Delfort, Energy Procedia 1 (2009) 1335). Its 348 K isotherm is represented by a Langmuir equation q = q ^ or Q = Q

l + bp ~ mt l + Bc l + bp ~ mt l + Bc

p étant la pression partielle du C02 (en bar), c étant la concentration de C02 en mol/m3, q la quantité adsorbée de C02 en mol/kg et Q la concentration de C02 en phase adsorbée en mol/m3 adsorbant. Les valeurs des paramètres b, qsat, B et Qsat sont : where p is the CO 2 partial pressure (in bar), where c is the CO 2 concentration in mole / m 3, the adsorbed amount of CO 2 in moles / kg, and the CO 2 concentration in the adsorbed phase in moles / m 3 adsorbent. The values of the parameters b, q its t, B and Q sat are:

b = 116 bar"1 ou B = 3.356 m3/mol b = 116 bar "1 or B = 3.356 m 3 / mol

qsat = 2.1 mol/kg ou Qsat = 2300 mol/m3 q sat = 2.1 mol / kg or Q sat = 2300 mol / m 3

Le coefficient de diffusion de C02 dans les particules de la silice est estimé Dc = 5*10" 1 m2/s. Dans le type de silice utilisé, la diffusion dans les particules domine sur les autres résistances au transfert. La relation entre la constante de diffusion et la constante de transfert de matière k est donc, selon Gluckauf (Trans. Faraday Soc. 51 , 1955, 1540) The C0 2 diffusion coefficient in the particles of the silica is estimated D c = 5 * 10 "1 m 2 / s. In the type of silica used, the diffusion in the particles dominate over the other resistance to transfer. The relationship between the diffusion constant and the material transfer constant k is therefore, according to Gluckauf (Faraday Trans Soc 51, 1955, 1540).

15  15

k = -  k = -

Rp est le rayon de la particule. Pour évaluer la performance de l'adsorbant dans un procédé PSA nous avons utilisé un modèle très simplifié d'un PSA, proposé par Hirose (J. Chem. Eng. Japan, 20 (1987) p. 339). Ce modèle considère un procédé PSA à deux étapes : (i) une étape d'adsorption à la pression pads, une vitesse de gaz en fut vide de uads et une durée de tads, (ii) une étape de désorption à la pression pdes, une vitesse de gaz de purge en fût vide de udes et une durée de tdes. La concentration de C02 dans la charge est c0. Le modèle analytique de Hirose calcule, en fonction des rapports uads Udes et tads/tdes, quel est le nombre d'unités de transfert nécessaire pour atteindre une certaine concentration moyenne de C02 en sortie de l'adsorbeur, d. Le nombre d'unités de transfert NTL) est défini comme NTU = k l - £) - P - q: (1) R p is the radius of the particle. To evaluate the performance of the adsorbent in a PSA process we have used a very simplified model of a PSA, proposed by Hirose (J Chem Eng Japan, 20 (1987) p 339). This model considers a PSA process in two stages: (i) a adsorption step at the pressure p ads , a gas velocity that was empty of u ads and a duration of t ads , (ii) a desorption stage at the pressure p of a purge gas velocity u of the empty drum and a duration of t of . The concentration of C0 2 in the feed is c 0 . The analytical model of Hirose calculates, based on u ads Udes reports and t ads / es t d, which is the number of transfer units required to achieve a certain average concentration of C02 in the outlet of the adsorber, d. The number of NTL transfer units ) is defined as NTU = kl - £) - P - q: (1)

Uads ' 0 U ads ' 0

k = constante du transfert de matière (s-1)  k = material transfer constant (s-1)

ε = porosité du lit  ε = porosity of the bed

P = profondeur du lit  P = depth of the bed

qO* = quantité adsorbé à l'équilibre (mol/kg)  qO * = amount adsorbed at equilibrium (mol / kg)

NTU augmente lorsque la capacité d'adsorption de l'adsorbant augmente et lorsque la constante du transfert de matière augmente. NTU est également proportionnel au temps de séjour dans l'adsorbeur (le rapport P/uads). Pour un adsorbant donné et une température donnée, k et q0* sont fixés et le paramètre principal qui permet de varier NTU est le temps de séjour. NTU increases as the adsorption capacity of the adsorbent increases and when the material transfer constant increases. NTU is also proportional to the residence time in the adsorber (the ratio P / u ads ). For a given adsorbent and a given temperature, k and q 0 * are set and the main parameter for varying NTU is the residence time.

Dans le cas présent, la concentration de C02 dans les fumées est de 15% molaire, le reste est considéré comme un gaz inerte (N2 ou 02). Le débit total des fumées est de 1.76*106 Nm3/h. L'adsorption et la désorption sont considérées isothermes, à 348 K. La désorption est réalisée sous vide, à 0.3 bar. La porosité de l'adsorbeur est ε = 0.37. In the present case, the concentration of CO 2 in the fumes is 15 mol%, the remainder is considered as an inert gas (N 2 or O 2). The total flue gas flow is 1.76 * 10 6 Nm 3 / h. The adsorption and desorption are considered isothermal at 348 K. The desorption is carried out under vacuum at 0.3 bar. The porosity of the adsorber is ε = 0.37.

Le rendement de captage de C02 est 1 - c-|/c0. Il est fixé à 90%. The capture efficiency of C0 2 is 1 - c- | / c 0 . It is set at 90%.

Le gaz de purge est de la vapeur d'eau. La vitesse fût vide en désorption est égale à la vitesse fût vide en adsorption (uads/udes = 1). Purge gas is water vapor. The speed was empty in desorption is equal to the speed was empty in adsorption (u ads / u d es = 1).

Le rapport tdes/tads est fixé à 1 ,5. Par conséquent, il y a deux colonnes en mode désorption pour une colonne en mode adsorption. The ratio t of / t ad s is fixed at 1, 5. Therefore, there are two columns in desorption mode for a column in adsorption mode.

En fixant tdes/tads, le modèle de Hirose calcule la valeur de NTU nécessaire pour atteindre le rendement voulu (90%). By setting t / t d s, the model calculates the value of Hirose NTU necessary to achieve the desired performance (90%).

Ensuite on calcule la vitesse uads, la perte de charge et le diamètre de particule en fonction de la profondeur du lit, en respectant l'équation (1) et la contrainte supplémentaire de fluidisation des particules adsorbants (la vitesse uads est limitée à 80% de la vitesse de fluidisation). Then the speed u ads , the pressure drop and the particle diameter are calculated as a function of the depth of the bed, while respecting equation (1) and the additional fluidization stress of the adsorbent particles (the speed u ads is limited to 80% of the fluidization rate).

L'exercice est d'abord mené pour une géométrie classique d'une colonne d'adsorption. Les dimensions typiques d'une colonne d'adsorption sont : hauteur = 8 m, diamètre = 8 m. Les calculs montrent que nous avons besoin de 15 colonnes de cette taille pour traiter les fumées. Ce chiffre dépasse largement le nombre de colonnes que l'on trouve typiquement dans des procédés PSA actuels. La masse totale d'adsorbant est environ 31500 1. La perte de charge est de 0.56 bar. Selon un raisonnement conventionnel la performance de procédé de captage par adsorption dépend du temps de séjour dans l'adsorbeur, c'est-à-dire, du rapport P/uadS, qui est égal au rapport (volume total adsorbeurs)/(débit fumées). Suivant cette logique, le volume total des adsorbeurs ainsi que la masse d'adsorbant doivent rester constants pour maintenir la performance. The exercise is first conducted for a classical geometry of an adsorption column. The typical dimensions of an adsorption column are: height = 8 m, diameter = 8 m. Calculations show that we need 15 columns of this size to treat fumes. This figure greatly exceeds the number of columns typically found in current PSA processes. The total mass of adsorbent is approximately 31,500 liters. The pressure drop is 0.56 bar. According to conventional reasoning, the performance of the adsorption capture process depends on the residence time in the adsorber, that is to say, the ratio P / u to d S , which is equal to the ratio (total adsorber volume) / (smoke flow rate). Following this logic, the total volume of the adsorbers as well as the mass of adsorbent must remain constant to maintain the performance.

Or les calculs montrent que dans un système qui est contraint par la vitesse de fluidisation, la masse d'adsorbant diminue lorsque la profondeur du lit diminue. Le Tableau 1 indique que la masse d'adsorption diminue de 31500 t à 19200 t lorsque la profondeur du lit est réduite de 8 à 3 m. La perte de charge diminue également ce qui implique que la consommation d'énergie mécanique pour la compression des fumées en amont du procédé d'adsorption diminue.  But the calculations show that in a system that is constrained by the fluidization velocity, the mass of adsorbent decreases as the depth of the bed decreases. Table 1 indicates that the adsorption mass decreases from 31500 t to 19200 t when the depth of the bed is reduced from 8 to 3 m. The pressure drop also decreases which implies that the mechanical energy consumption for the compression of fumes upstream of the adsorption process decreases.

Néanmoins, le nombre de colonnes nécessaire pour traiter les fumées devient déraisonnable (187 au lieu de 115) et l'occupation du sol augmente fortement.  Nevertheless, the number of columns necessary to treat the fumes becomes unreasonable (187 instead of 115) and the land use increases sharply.

Si l'adsorbant est dispensé dans un adsorbeur selon l'invention, le nombre des adsorbeurs peut rester inférieur à 17. La surface nécessaire est générée en jouant sur la dimension horizontale des adsorbeurs (30 m). L'occupation du sol est nettement plus faible qu'avec des colonnes verticales.  If the adsorbent is dispensed in an adsorber according to the invention, the number of adsorbers may remain below 17. The required area is generated by adjusting the horizontal dimension of the adsorbers (30 m). Land use is significantly lower than with vertical columns.

Lorsque la profondeur du lit est réduite à 2 m, la masse d'adsorbant, l'occupation du sol et la perte de charge diminuent encore.  When the depth of the bed is reduced to 2 m, the mass of adsorbent, the occupation of the soil and the loss of charge decrease again.

Tableau 1 : profondeur du lit (P), vitesse du gaz uads, diamètre des particules dp, nombre des adsorbeurs en mode adsorption Nads, dimensions des adsorbeurs (diamètre pour géométrie classique, longueur verticale x longueur horizontale pour géométrie selon l'invention), occupation du sol, masse totale d'adsorbant, perte de charge (Δρ). Table 1: bed depth (P), gas u u ads velocity, particle diameter d p , adsorption adsorption number Nads, adsorber dimensions (diameter for conventional geometry, vertical length x horizontal length for geometry according to the invention ), land use, total adsorbent mass, pressure drop (Δρ).

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Figure imgf000015_0001

Exemple 2 Example 2

L'exercice de l'exemple 1 est répété pour un adsorbant optimisé en termes de capacité, de régénérabilité et de transfert de matière. b = 40 bar-1 , qsat = 3 mol/kg ( r = 0.13), D = 6*10"9 m2s-1 The exercise of Example 1 is repeated for an adsorbent optimized in terms of capacity, regenerability and material transfer. b = 40 bar-1, q sat = 3 mol / kg (r = 0.13), D = 6 * 10 -9 m 2 s-1

Grâce à l'isotherme très favorable de cet adsorbant optimisé, le procédé d'adsorption peut être opéré avec un rapport Wtads très faible, c'est-à-dire, tdes/tads = 1 -0. Thanks to the very favorable isotherm of this optimized adsorbent, the adsorption process can be operated with a ratio Wt to ds very low, that is to say, t of / t a ds = 1 -0.

Grâce à l'augmentation de la constante caractéristique de diffusion, la vitesse de gaz Uads peut également augmenter par rapport à l'exemple précédent. Cependant, lorsque la profondeur de lit est de 8m, la perte de charge devient supérieure à 2 bars, ce qui est difficilement acceptable ou du moins génère un coût de compression trop important.  By increasing the diffusion characteristic constant, the gas velocity Uads can also increase compared to the previous example. However, when the bed depth is 8m, the pressure drop becomes greater than 2 bar, which is difficult to accept or at least generates a cost of compression too large.

La perte de charge devient raisonnable lorsque la profondeur du lit est inférieure à 4 m. Le Tableau 2 montre les calculs réalisés pour une profondeur de lit de 3 m. Avec des colonnes d'adsorbeur conventionnelles, d'un diamètre de 8 m, ce qui pose par ailleurs des problèmes de distribution de gaz, il faut 22 colonnes pour traiter les fumées. L'occupation du sol est de 1105 m2. 4 adsorbeurs d'une géométrie selon l'invention, avec une épaisseur du lit équivalent (3 m) peuvent traiter les fumées avec une occupation du sol nettement plus faible. Si l'épaisseur du lit est réduite à 2 ou 1 m (ce qui est difficilement envisageable dans une géométrie conventionnelle et qui rend la mise en oeuvre selon la présente invention très intéressante) la masse d'adsorbant et l'occupation du sol diminuent encore.  The pressure drop becomes reasonable when the depth of the bed is less than 4 m. Table 2 shows the calculations made for a bed depth of 3 m. With conventional adsorber columns, with a diameter of 8 m, which also poses problems of gas distribution, it takes 22 columns to treat the fumes. The land occupation is 1105 m2. 4 adsorbers of a geometry according to the invention, with a thickness of the equivalent bed (3 m) can treat fumes with a significantly lower land occupation. If the thickness of the bed is reduced to 2 or 1 m (which is difficult to envisage in a conventional geometry and makes the implementation according to the present invention very interesting) the mass of adsorbent and the land use decreases further. .

Un deuxième avantage de la nouvelle géométrie est le fait que la contrainte de la fluidisation des particules tombe en particulier par la possibilité de maintien du lit par des grilles de type grille Johnson de part et d'autre du lit. On peut ainsi d'avantage réduire la taille de particules pour améliorer la performance de l'adsorbeur. La dernière ligne du Tableau 2 montre qu'une diminution de la taille des particules en dessous de la limite de fluidisation réduit la masse d'adsorbant et l'occupation du sol, alors que la perte de charge reste acceptable. A second advantage of the new geometry is the fact that the constraint of the fluidization of the particles falls in particular by the possibility of maintaining the bed by grids type Johnson grid on either side of the bed. It is thus possible to reduce the particle size to improve the performance of the adsorber. The last line of Table 2 shows that a decrease in particle size below the fluidization limit reduces the adsorbent mass and the soil occupation, while the pressure drop remains acceptable.

Tableau 2 : Profondeur du lit (P), diamètre des particules dp, nombre des adsorbeurs en mode adsorption Hads, nombre total des adsorbeurs N, dimensions des adsorbeurs (diamètre pour géométrie classique, longueur verticale x longueur horizontale pour géométrie selon l'invention), occupation du sol, masse totale d'adsorbant, perte de chargeTable 2: Bed depth (P), particle diameter dp, number of adsorbers in adsorption mode H ads , total number of adsorbers N, dimensions of the adsorbers (diameter for conventional geometry, vertical length x horizontal length for geometry according to the invention ), land use, total mass of adsorbent, pressure drop

(Δρ). (Δρ).

P Uads dp Nads N Dimension Occ masse Δρ m m/s mm colonne sol totale bar m2 t  P uads dp Nads N Dimension Occ mass Δρ m m / s mm total soil column bar m2 t

art ant 3 1.00 2.5 10 22 o 8 1 105 1580 0.46 art ant 3 1.00 2.5 10 22 o 8 1 105 1580 0.46

2 0.85 2.3 13 28 o 8 1410 1240 0.24 invention 3 1.00 2.5 4 10 8 x 7.8 470 1800 0.46  2 0.85 2.3 13 28 o 8 1410 1240 0.24 invention 3 1.00 2.5 4 10 8 x 7.8 470 1800 0.46

2 0.85 2.3 4 10 10 x 8.1 320 1480 0.25 2 0.85 2.3 4 10 10 x 8.1 320 1480 0.25

1 0.62 1 .9 4 10 10 x 10.9 240 1 150 0.081 0.62 1 .9 4 10 10 x 10.9 240 1 150 0.08

1 0.88 1 .6 4 10 10 x 8.1 160 770 0.20 1 0.88 1 .6 4 10 10 x 8.1 160 770 0.20

Claims

REVENDICATIONS 1. Procédé de captage d'un composé contenu dans un gaz dans lequel on met en contact le gaz avec un matériau adsorbant le composé, ledit matériau étant disposé dans un premier lit, caractérisé en ce qu'on fait circuler le gaz dans le premier lit selon une direction horizontale et en ce que la section de passage du gaz dans le premier lit est perpendiculaire à ladite direction horizontale. 1. A method for capturing a compound contained in a gas in which the gas is brought into contact with a material adsorbing the compound, said material being disposed in a first bed, characterized in that the gas is circulated in the first bed in a horizontal direction and in that the passage section of the gas in the first bed is perpendicular to said horizontal direction. 2. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la section de passage du gaz dans le premier lit est un rectangle ayant une hauteur comprise entre 2 et 30 mètres et ayant une longueur au moins égale à 5 mètres. 2. Method according to one of claims 1 and 2, characterized in that the passage section of the gas in the first bed is a rectangle having a height of between 2 and 30 meters and having a length at least equal to 5 meters. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la longueur est supérieure à la hauteur. 3. Method according to claim 2, characterized in that the length is greater than the height. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la profondeur du premier lit parcouru par le gaz est comprise entre 0,2 et 5 mètres. 4. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the depth of the first bed traversed by the gas is between 0.2 and 5 meters. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le matériau adsorbant le composé est disposé dans le premier lit et dans un deuxième lit séparé par un espace du premier lit, la section de passage du gaz dans le deuxième lit étant perpendiculaire à ladite direction horizontale et en ce qu'on injecte le gaz dans ledit espace. 5. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the material adsorbing the compound is disposed in the first bed and in a second bed separated by a space of the first bed, the passage section of the gas in the second bed being perpendicular to said horizontal direction and in that the gas is injected into said space. 6. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz est injecté dans ledit espace par un distributeur gaz pour homogénéiser la répartition du gaz dans le premier et deuxième lit. 6. Method according to claim 6, characterized in that the gas is injected into said space by a gas distributor to homogenize the distribution of gas in the first and second bed. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on met en contact le gaz avec le matériau adsorbant le composé à une température comprise entre 20°C et 250°C et à une pression comprise entre 1,1 et 5 bars absolus. 7. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the gas is brought into contact with the material adsorbing the compound at a temperature between 20 ° C and 250 ° C and at a pressure between 1.1 and 5 absolute bars. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on choisit la longueur, la hauteur et la profondeur pour faire circuler, à travers le premier lit, un débit de gaz supérieur à 1000 Nm3/h, à une vitesse comprise entre 0,05 m/s et 1 ,5 m/s. 8. Method according to one of the preceding claims, characterized in that one chooses the length, the height and the depth to circulate, through the first bed, a gas flow rate greater than 1000 Nm 3 / h, to a speed between 0.05 m / s and 1.5 m / s. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes,' caractérisé en ce qu'on régénère ledit matériau adsorbant en mettant le matériau en contact avec de la vapeur d'eau à une température comprise entre 50°C et 90°C et à une pression comprise entre 0,1 et 0,7 bar absolu. 9. Method according to one of the preceding claims, 'characterized in that regenerates the adsorbent material by bringing the material into contact with steam at a temperature between 50 ° C and 90 ° C and a pressure between 0.1 and 0.7 bar absolute. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz consiste en des fumées de combustion et le composé est le C02. 10. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the gas consists of combustion fumes and the compound is C0 2 .
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