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WO2024200165A1 - Couplage des effets frigoporteur et caloporteur dans un procede et un dispositif de traitement de fumees - Google Patents

Couplage des effets frigoporteur et caloporteur dans un procede et un dispositif de traitement de fumees Download PDF

Info

Publication number
WO2024200165A1
WO2024200165A1 PCT/EP2024/057470 EP2024057470W WO2024200165A1 WO 2024200165 A1 WO2024200165 A1 WO 2024200165A1 EP 2024057470 W EP2024057470 W EP 2024057470W WO 2024200165 A1 WO2024200165 A1 WO 2024200165A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transfer fluid
fumes
cooling
circuit
exchanger
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/057470
Other languages
English (en)
Inventor
Denis Clodic
Joseph TOUBASSY
Original Assignee
Cryo Pur
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 Cryo Pur filed Critical Cryo Pur
Publication of WO2024200165A1 publication Critical patent/WO2024200165A1/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/002—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by condensation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/265—Drying gases or vapours by refrigeration (condensation)
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/02—Other waste gases
    • B01D2258/0283—Flue gases

Definitions

  • the invention relates to the treatment of fumes containing water vapor and carbon dioxide, and possibly nitrogen oxide.
  • the main gas mixtures to be treated are:
  • biomass gasification which may contain 25 to 35% CO2 by volume
  • the flow rates of the fumes to be treated typically vary from 50,000 to 1 million Nm3 /h.
  • Cryogenic CO2 icing processes require surfaces that are in the thousands of m2 for such flue gas flow rates.
  • condensation and then freezing of water represents 10 to 25% of energy requirements, when these fumes are cooled from 50°C to -40°C.
  • Cooling and frosting of CO2 from -90°C to -120°C represents an energy expenditure of the order of 45 to 55% of the total energy consumption, the 100% loop is the cooling of nitrogen.
  • the CO2 sublimation energy is recovered in various processes, either in a liquid and solid mixture as described in documents WO201 2/061 544 (Battelle, 2012) or US2012/0103561 (Battelle, 2012), or by a refrigerant fluid as described in document US6082133 (Cryo Fuel Systems, 2000), or under low pressure as described in document WO2016/1 62643 (Cryo Pur, 201 6).
  • Antisublimation here refers to the direct transition from the gas phase to the solid phase.
  • the parameters influencing the capture of carbon dioxide by antisublimation are the subject of modeling attempts, see for example Tian et al. Energy Engineering 2020, 1 17(5), 267-277. https://d0i.0rg/l 0.32604/EE.2020.01 1440; Ababneh et al. Processes, Vol 10, Iss 2406, p 2406 (2022) DOI: 10.3390/pr101 12406.
  • the sublimation and fusion of CO2 represents an energy of the order of 200 to 220 kJ/kg.
  • An object of the invention is to solve the problem of high energy efficiency management of CO2 icing and defrosting cycles, but also of substances such as water H2O or nitrogen dioxide NO2 , whatever the flow rates, and advantageously for high flow rates.
  • the invention proposes the recovery of cold energy by a transfer fluid playing the dual role of refrigerant and heat transfer fluid, to recover energy from very low temperatures, of the order of - 150°C, and this up to ambient temperature.
  • Such fluids are hydrocarbons that are liquid at room temperature, such as isopentane (2-methylbutane, CAS 78-78-4) or isohexane (2-methylpentane, CAS 107-83-5), and whose triple point temperature is less than -125°C and preferably less than -150°C.
  • the triple point temperature of 2-methylbutane is 117 K, or about -156°C (Journal of thermal analysis. June 1994 41 (6): 1577-1592 DOT. 10. 1007/bf02549956).
  • the triple point temperature of 2-methylpentane is 1 1 9 K, or about -154°C (Douslin, D.R.; Huffman, H.M., Low-Temperature Thermal Data on the Five Isomeric Hexanes, J. Am. Chem. Soc., 1946, 68, 1704, doi.org/10. 1021 /ja01213a006).
  • the invention proposes the coupling of two circuits, one refrigerant and the other heat transfer and refrigerant, using the same transfer fluid, the triple point of which is advantageously less than -125°C, and even more advantageously less than -150°C, such as for example isopentane the triple point of which is at -156°C, to recover the cold energy of the sublimation and fusion of CO2 and the cold energy of molecules such as nitrous oxide N2O , nitrogen dioxide NO2 and water when they are present in the gas mixture to be treated by the cold.
  • the refrigerant fluid is cooled to the lowest temperature level.
  • the heat transfer and refrigerant fluid recovers energy cold defrosting (and then functions as a heat transfer fluid) and transmits this cold energy at a higher temperature (and then functions as a refrigerant).
  • energy recovery be carried out by a process operating alternately on at least one pair of exchangers, one operating in icing and the other in defrosting of CO2.
  • a process operating alternately on at least one pair of exchangers, one operating in icing and the other in defrosting of CO2.
  • there may be tens or even several hundreds of pairs of exchangers operating in parallel and alternately.
  • the energy recovery is also carried out by a process operating alternately on at least one pair of exchangers, one operating in icing and the other in defrosting the water.
  • the energy recovery is carried out by a process operating alternately on at least one pair of exchangers, one operating in icing and the other in defrosting of nitrogen dioxide NO2 or nitrous oxide N2O .
  • a method for treating fumes containing water vapor and carbon dioxide and optionally a nitrogen oxide comprising a first step of cooling the fumes to be treated, by frosting the water and optionally the nitrogen dioxide NO2, this first step producing cooled fumes, the method comprising a second step of cooling and dehumidifying the cooled fumes, by frosting the water contained in these cooled fumes, this second step producing dehumidified fumes, the method comprising a third step of cooling and decarbonizing the dehumidified fumes, by frosting the carbon dioxide into dry ice and optionally a nitrogen oxide contained in the dehumidified fumes, each of the three steps of treating the fumes being carried out by an exchanger of a pair of exchangers, a transfer fluid circulating in each exchanger, each exchanger of a pair of exchangers being in frosting mode for cooling the fumes while the other exchanger is in defrosting mode of the water ice
  • the transfer fluid comprises isopentane or isohexane.
  • the transfer fluid circulates in a refrigerant circuit and a transfer fluid (advantageously the same transfer fluid) circulates in a heat transfer/refrigerant circuit, the heat transfer/refrigerant circuit recovering the cold energy from sublimation and fusion of the dry ice obtained in the third cooling and decarbonization stage and transferring this cold energy for cooling the fumes in the first treatment stage.
  • the method comprises a step of measuring the carbon dioxide concentration in the fumes to be treated and cooled in the first treatment step; a step of comparing the measured carbon dioxide concentration with a threshold value, a predetermined flow rate of the heat transfer/cooling circuit providing cooling power to cool the fumes to a target temperature in the first cooling step for this threshold value; a step of mixing the transfer fluid of the coolant circuit and the transfer fluid of the coolant/heat transfer circuit, when the measured carbon dioxide concentration is lower than the threshold value, the flow rate of the mixture obtained being substantially equal to the predetermined flow rate.
  • the transfer fluid of the heat transfer/coolant circuit circulates on an exchanger alternately with the transfer fluid of the coolant circuit, the transfer fluid of the coolant circuit ensuring the cooling of the fumes and the icing of the carbon dioxide in the exchanger, the transfer fluid of the heat transfer/coolant circuit ensuring the defrosting of the carbon dioxide in the exchanger.
  • the transfer fluid of the heat transfer/cooling medium circuit circulates on an exchanger alternately with the transfer fluid of the cooling medium circuit, the transfer fluid of the cooling medium circuit partially or not ensuring the cooling of the fumes and the frosting of the water into water ice in the exchanger, the transfer fluid of the heat transfer/cooling medium circuit partially or completely ensuring the cooling of the fumes and the frosting of the water, and then being a cooling medium by transferring the frigories recovered during the defrosting of the carbon dioxide during the third stage, the transfer fluid of the cooling medium/heat transfer medium circuit also being a heat transfer medium during the defrosting of the water ice in the exchanger.
  • the transfer fluid of the heat transfer/cooling circuit circulates on an exchanger alternately with the transfer fluid of the cooling circuit, the transfer fluid of the cooling circuit ensuring the cooling of the fumes and the frosting of the water into water ice in the exchanger, the transfer fluid of the heat transfer/cooling circuit ensuring the defrosting of the water ice in the exchanger.
  • the same transfer fluid circulates in the refrigerant circuit and the heat transfer/refrigerant circuit.
  • a device for treating fumes containing water vapor and carbon dioxide and optionally a nitrogen oxide comprising a first pair of exchangers for a first step of cooling the fumes to be treated, by frosting the water, this first step producing cooled fumes, the device comprising a second pair of exchangers for a second step of cooling and dehumidifying the cooled fumes, by frosting the water and possibly the nitrogen dioxide NO2 contained in these cooled fumes, this second step producing dehumidified fumes, the device comprising a third pair of exchangers, for a third step of cooling and decarbonization of the dehumidified fumes, by frosting the carbon dioxide into dry ice and possibly a nitrogen oxide contained in the dehumidified fumes, a transfer fluid circulating in each exchanger, each exchanger of a pair of exchangers being in frosting mode for cooling the fumes while the other exchanger is in defrosting mode of the water ice or dry ice
  • the device comprises a refrigerant circuit in which a transfer fluid circulates, and a heat transfer/refrigerant circuit in which a transfer fluid circulates (advantageously the same transfer fluid), the heat transfer/refrigerant circuit recovering the cold energy from sublimation and fusion of the dry ice obtained in the third cooling and decarbonization stage and transferring this cold energy for cooling the fumes in the first treatment stage.
  • the device comprises means for measuring the carbon dioxide concentration in the fumes to be treated and cooled in the first pair of exchangers, at the first treatment stage; means for comparing the measured carbon dioxide concentration with a threshold value, a flow rate of the circuit predetermined cal opo rteur/frig opo rte ur providing a refrigerating power to cool the fumes to a target temperature at the first cooling stage for this threshold value; means for mixing the transfer fluid of the refrigerant circuit and the transfer fluid of the refrigerant/heat transfer circuit, when the measured carbon dioxide concentration is lower than the threshold value, the flow rate of the mixture obtained being substantially equal to the predetermined flow rate.
  • the transfer fluid comprises isopentane or isohexane.
  • the same transfer fluid circulates in the refrigerant circuit and the heat transfer/refrigerant circuit.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a smoke cooling and icing and defrosting installation for water vapour, then carbon dioxide, the installation comprising a refrigerant circuit and a heat transfer/refrigerant circuit;
  • figure 2 is a schematic representation of the installation shown in figure 1, certain elements of the refrigerant circuit being omitted, for the sake of simplification, figure 2 detailing certain elements of the heat transfer/refrigerant circuit.
  • the temperature values correspond to an example of decarbonization of fumes containing 30% by mass of CO2 and 70% of nitrogen, which corresponds to volume concentrations of 21.5% in carbon dioxide CO2 and therefore of 78.5% in nitrogen.
  • the installation shown in the figures allows, on a 700 circuit, the cooling of such fumes and the frosting and defrosting of the water vapor, then of the carbon dioxide.
  • the terms upstream and downstream are used in reference to the direction of circulation of the fluids, this direction of circulation being made apparent by arrows placed on the conduits of the different circuits of the installation, the conduits being represented in the form of lines.
  • the installation includes a 10 refrigerant circuit and a 20 heat transfer/refrigerant circuit.
  • the use of the “/” sign means that the fluid circulating in the circuit 20 has a heat transfer fluid or refrigerant fluid function, depending on the operating mode of the installation.
  • Circuit 700 is partially shown, so that the refrigerant circuit 10 and the heat transfer/refrigerant circuit 20 are clearly visible.
  • the installation shown in the attached figure 1 comprises two exchangers 1 10, 1 1 2 for cooling the fumes and icing the water.
  • the fumes to be cooled enter alternately via lines 701 and 702 into an enclosure 109 or 111 containing the exchangers 110, 112 respectively.
  • the installation includes two exchangers 1 06, 1 08 for more advanced cooling of the fumes which have left either the exchanger 1 1 0 or the exchanger 1 12.
  • the fumes leaving the exchanger 110 or the exchanger 112 enter alternately via the lines 705 or 706 into an enclosure 104 or 107 containing the exchangers 106, 108 respectively.
  • the installation includes two exchangers 101, 103 for cooling and decarbonizing dehumidified fumes.
  • Decarbonization here means the reduction of greenhouse gases contained in the fumes, in particular carbon dioxide.
  • the fumes to be cooled and decarbonized enter alternately via lines 709 and 710 into an enclosure 100 or 102 containing exchangers 101, 103 respectively.
  • the refrigerant fluid entering the exchangers 101, 103, 106, 108, 110, 112 comes from the refrigerant circuit 10.
  • the inlet of the refrigerant fluid into the evaporator 101 or the evaporator 103 is controlled by a solenoid valve 121 arranged on an inlet line 11 of the evaporator 101, and a solenoid valve 123 arranged on an inlet line 12 of the evaporator 103.
  • the outlet of the refrigerant fluid from the evaporator 101 is controlled by a solenoid valve 1110.
  • the outlet of the refrigerant fluid from the evaporator 103 is controlled by a solenoid valve 1111.
  • the conduits carrying the outlet solenoid valves 1110, 1111 of the evaporators 101, 103 join on a common branch 13.
  • the circulation of the refrigerant fluid in the evaporator 106 or in the evaporator 108, from the common branch 13, is controlled by a solenoid valve 1112 arranged on an inlet line 14 of the evaporator 106, and a solenoid valve 1113 arranged on an inlet line 15 in the evaporator 108.
  • the outlet of the refrigerant fluid from the evaporator 106 is controlled by a solenoid valve 1114 arranged on an outlet branch 16 of the evaporator 106.
  • the outlet of the refrigerant fluid from the evaporator 108 is controlled by a solenoid valve 1115 arranged on an outlet branch 17 of the evaporator 108.
  • the outlet branches 16 and 17 of the evaporators 106, 108 join on a common branch 19.
  • the circulation of the refrigerant fluid in the evaporator 110 or in the evaporator 112, from the common branch 19, is controlled by two solenoid valves, namely a solenoid valve 1118 on an inlet branch 29 in the evaporator 110, and a solenoid valve 1119 on an inlet branch 21 in the evaporator 112.
  • the outlet of the refrigerant fluid from the evaporator 110 is controlled by a solenoid valve 1120.
  • the outlet of the refrigerant fluid from the evaporator 112 is controlled by a solenoid valve 1 121.
  • the conduits carrying the solenoid valves 1 120, 1 1 21 join in a common branch 22.
  • the refrigerant circuit 10 comprises, downstream of the common branch 22, a counter-current refrigerant exchanger 30, and a pump 1 circulating the refrigerant fluid.
  • the refrigerant circuit 10 comprises, downstream of the refrigerant exchanger 30, a counter-current refrigerant exchanger 40.
  • Two probes 136, 137 allow the temperature of the refrigerant fluid to be measured at the inlet and outlet of the refrigerant exchanger 30.
  • Two probes 138, 120 allow the temperature of the refrigerant fluid to be measured at the inlet and outlet of the refrigerant exchanger 40.
  • the installation includes a 20 heat transfer/cooling circuit.
  • Circuit 20 includes a pump 2 circulating a transfer fluid.
  • Circuit 20 carries the transfer fluid to the inlet of evaporator 103, via a connection to the refrigerant circuit 10, on the inlet line 12 of evaporator 103.
  • the entry of the transfer fluid into the evaporator 103 is controlled by a solenoid valve 204 placed on a branch 202 of the circuit 20, upstream of a connection between the circuits 10, 20.
  • the circuit 20 conveys the transfer fluid to the inlet of the evaporator 101, via a connection to the refrigerant circuit 10, on the inlet line 11 of the evaporator 101.
  • the entry of the transfer fluid into the evaporator 101 is controlled by a solenoid valve 203, placed on a branch 201 of the circuit 20, upstream of a connection between the circuits 10, 20.
  • the circulation of the transfer fluid in the evaporators 101, 103 allows them to be defrosted, the transfer fluid is then a heat transfer fluid circulating at the outlet of the evaporators 101, 103 via outlet branches 223 and 224, a solenoid valve 221 and 222 being placed on each of these two outlet branches 223, 224.
  • the outlet branches 223, 224 of the evaporators 101, 103 are connected to a common line 24.
  • a solenoid valve 225 is placed on this common line 24, between the junction point with the outlet branch 223 and the junction point with the outlet branch 224.
  • the solenoid valves 1110 and 225 are closed, and the solenoid valve 221 is open, the transfer fluid exiting the evaporator 101 via the branch 223 and being sent to a reservoir 28 via the common branch 24.
  • the solenoid valves 221 and 1111 are closed, and the solenoid valves 222 and 225 are open, the transfer fluid exiting the evaporator 103 via the branch 224 and being sent to the reservoir 28 via the common branch 24.
  • Tank 28 is connected by a line 23 to the common branch 19 of circuit 10.
  • a solenoid valve 231 is placed on line 23.
  • the circuit 20 thus conveys the transfer fluid to the inlet of the evaporator 1 1 0, or of the evaporator 1 12.
  • the entry of the transfer fluid into the evaporator 1 10 is controlled by the solenoid valve 1 1 1 8 placed on the branch 29 of the circuit 10, the transfer fluid leaving the tank 28 via the branch 23, the valve 231 being open.
  • the circulation of the transfer fluid in the evaporators 110, 112 allows them to frost, the transfer fluid then acting as a refrigerant fluid, the transfer fluid circulating at the outlet of the evaporators 110, 112 on a common line 25.
  • a solenoid valve 215 is arranged on an outlet branch 213 of the evaporator 112.
  • a solenoid valve 216 is arranged on an outlet branch 214 of the evaporator 110.
  • the two outlet branches 213, 214 of the evaporators 110, 112 are connected to the common line 25.
  • the heat transfer/cooling circuit 20 comprises a refrigeration system 50, and a flow meter 200.
  • the inlet temperatures of the fumes of each exchanger 101, 103, 106, 108, 110, 112 are measured by probes 78, 79, 74, 75, 70, 71 carried by the lines or pipes 709, 710, 705, 706, 701, 702.
  • the smoke outlet temperatures of each exchanger 101, 103, 106, 108, 110, 112 are measured by probes 80, 81, 76, 77, 72, 73 carried by pipes 711, 712, 707, 708, 703, 704.
  • the inlet temperatures of transfer fluid or refrigerant fluid in the enclosures 100, 102, 104, 107, 109, 111 of the exchangers 101, 103, 106, 108, 110, 112 are measured by probes 122 (on branch 11), 124 (on branch 12), 127 (on branch 14), 128 (on branch 15), 131 (on branch 29), 132 (on branch 21).
  • the temperatures of the transfer fluid or refrigerant fluid leaving the enclosures 100, 102, 104, 107, 109, 111 of the exchangers 101, 103, 106, 108, 110, 112 are measured by probes 125, 126, 129 (on branch 16), 130 (on branch 17), 133, 134.
  • a 1000 regulating solenoid valve is arranged on the common branch 19, between the junction of the common branch 19 with the line 23 and the junction of the common branch 19 with a branch 18 connecting to the common branch 22.
  • a solenoid valve 1 1 17 is placed on the connecting branch 18.
  • the exchanger 101 In a first operating mode of the installation, the exchanger 101 operates in CO2 frosting mode and the exchanger 103 in defrosting mode.
  • the CO2 icing is linked to the circulation of the refrigerant fluid of the circuit 10 in the exchanger 101, and the CO2 defrosting is linked to the circulation in the exchanger 103 of the fluid of the refrigerant/heat transfer circuit 20, this fluid acting as a heat transfer fluid.
  • This operating mode allows the recovery of the cold energy from the CO2 defrosting by the heat transfer/refrigerant circuit 20 coupled to the refrigerant circuit 10.
  • the fumes are cooled by exchanger 1 1 0 or exchanger 1 1 2, depending on the water frosting and defrosting cycles.
  • the fumes to be treated enter the enclosure 1 1 1 which contains the cooling exchanger 1 12 via the pipe 701, and exit the enclosure 1 1 1, via the pipe 703, or the fumes to be treated enter via the pipe 702 into the enclosure 109 which contains the cooling exchanger 1 1 0 and exit the enclosure 109 via the pipe 704.
  • the fumes to be treated enter the enclosure 1 1 1 or the enclosure 1 09 advantageously at a temperature of 2°C, and exit the enclosure 1 1 1 or the enclosure 1 09 advantageously at a temperature of -52°C.
  • the temperature values mentioned here correspond to an example of decarbonization of fumes containing 30% by mass of CO2 and 70% of nitrogen, which corresponds to volume concentrations of 21.5% in carbon dioxide CO2 and therefore 78.5% in nitrogen.
  • the fumes leaving the enclosure 109 or 111 are cooled, advantageously from -52°C to -90°C, by the exchanger 106 contained in the enclosure 104 or by the exchanger 108 contained in the enclosure 107, according to the water frosting and defrosting cycles.
  • the fumes, preferably very dehumidified, advantageously to around 0.1 ppm(v), leaving the exchanger 106 or the exchanger 108 are cooled, advantageously from -90°C to -120°C, by the exchanger 101 contained in the enclosure 100 or by the exchanger 103, contained in the enclosure 102 operating in CO2 frosting mode.
  • the fumes enter the exchanger 103 via the pipe 709, advantageously at a temperature of -90°C, and exit the exchanger 103, advantageously at a temperature of -120°C, via the pipe 711, or the fumes enter the exchanger 101 via the pipe 710 and exit the exchanger 101 via the pipe 712.
  • the progressive cooling of the fumes leads to their dehumidification, and their decarbonation is carried out on the circuit 700 by the different branches 701-712. Described below is the operation of an installation as shown in FIG. 1, coupling a refrigerant circuit 10 and a heat transfer/refrigerant circuit 20, the two circuits 10, 20 operating advantageously with the same transfer fluid, in particular advantageously isopentane.
  • the refrigerant circuit 1 0 is circulated by the pump 1 .
  • the refrigerant the temperature of which is measured by the probe 138, downstream of the pump 1, then enters an evaporator 4 of the refrigeration circuit 40, advantageously at a temperature of -95°C, and leaves the evaporator 4 at a temperature advantageously of -125°C, this outlet temperature being measured by the probe 120.
  • the refrigeration circuit 40 cools the secondary refrigerant in counter-current with the start of evaporation, advantageously at -128°C, this temperature being measured by a probe 41, the secondary refrigerant leaving the evaporator 4 advantageously at a temperature of -98°C, this outlet temperature being measured by a probe 42.
  • the refrigerant enters either the exchanger 101, contained in the enclosure 100, or the exchanger 103, contained in the enclosure 102.
  • the solenoid valves 123 and 1111 placed at the inlet and outlet of the exchanger 103 are open, and the solenoid valves 121, 1110 and 221 placed at the inlet and outlet of the exchanger 101 are closed, the refrigerant entering the evaporator 103 via the branch 12, advantageously at -125°C, this inlet temperature being measured by the probe 124.
  • the refrigerant cools the fumes and frosts the CO2 in exchanger 103.
  • the typical duration of the frosting cycle is advantageously one hour.
  • the refrigerant leaves the evaporator 103, advantageously at a temperature of -95°C, this outlet temperature being measured by the probe 126, and joins the common branch 13, via the solenoid valve 11111.
  • the refrigerant then enters the exchanger 108, advantageously at a temperature of -95°C, this inlet temperature being measured by the probe 128, the exchanger 108 being integrated into the enclosure 107 where the fumes are cooled, advantageously to a temperature of -90°C.
  • the duration of the water vapour frosting cycle is advantageously of the order of 48 hours, taking into account the low humidity content at the inlet of the fumes in the 705 pipe, a value of 30 ppm corresponding to the saturation humidity at -52°C.
  • the refrigerant leaves the exchanger 108, advantageously at a temperature of -57°C, this outlet temperature being measured by the probe 130.
  • the refrigerant joins, via branch 1 7, the common branch 1 9, the valve 1 1 1 5 being open.
  • the regulating valve 1 000 is closed, the solenoid valve 1 1 17 placed on the connecting branch 18 is open.
  • the refrigerant does not enter the common branch 19 when the volume concentration of CO2 in the fumes to be treated is greater than or equal to 21.5%, a value which allows the heat transfer fluid/refrigerant loop 20 to provide all of the cooling power to cool the fumes to -52°C in the exchangers 1 1 0, 1 1 2.
  • the regulating valve 1000 opens for CO2 concentrations of less than 21.5% in the fumes to be treated, to allow mixing in the common branch 19 of the coolant coming from the branch 17 with the heat transfer fluid/coolant coming from the branch 23, and this to ensure temperature control, advantageously at a value of the order of -54°C, if the heat flow rate at -54°C of the heat transfer fluid/coolant in the branch 23 is insufficient.
  • the heat flow rate of the heat transfer fluid/coolant is sufficient, as indicated, the coolant does not pass into the common branch 19 (the control valve 1000 being closed).
  • the coolant then passes through the connecting branch 18, is sucked in by the pump 1 and cooled in the refrigerant exchanger 30, advantageously from an inlet temperature of -54°C, this temperature being measured by the probe 136, to an outlet temperature of -95°C, this outlet temperature being measured by the probe 137.
  • the refrigerant exchanger 30 is counter-current, with an inlet temperature, advantageously at -98°C, measured by a probe 31 and an outlet temperature, advantageously at -59°C, measured by a probe 32.
  • the pump 2 of the heat transfer/coolant circuit 20 advantageously circulates the same transfer fluid, advantageously isopentane, the two circuits 10, 20 circulating alternately in the same exchangers 101, 103 at each CO2 frosting and defrosting cycle.
  • control solenoid valve 1 1 20 (when the exchanger 1 1 0 is in water frosting mode) is opened or the control solenoid valve 1 1 21 (when the exchanger 1 12 is in water frosting mode) is opened, to allow the same flow rate to return to branch 1 9 of circuit 10 as the valve 1000 sent to one or other of this exchanger 1 1 0, 1 1 2 to ensure the temperature of -54°C measured by the probes 133 or 134.
  • the heat transfer/cooling circuit 20 is named as such because it provides heat to defrost the CO2 from the exchangers 101 or 103 and produces cold on the exchangers 110 or 112. This gain allows the return temperature of the coolant on the branch 22 to be as low as possible, advantageously at -54°C, when the circuit 20 provides the entire of the cooling power of the exchangers 1 1 0 or 1 1 2, this is the indirect gain.
  • Circuit 20 is a refrigerant for cooling the fumes and icing the water in exchangers 1 10, 1 12, this recovery of cold energy associated with defrosting the CO2 constitutes the direct gain.
  • the temperature measured by a probe 141 is advantageously -5°C, a temperature allowing the defrosting of the CO2.
  • the solenoid valve 203 of the branch 201 is open, as well as the solenoid valve 221 of the branch 223, the solenoid valve 204 of the branch 202 is closed as well as the solenoid valve 225 of the common branch 24, since the exchanger 103 is in frosting mode.
  • the transfer fluid advantageously enters at -5°C in the exchanger 101, in defrosting mode, temperature measured by the probe 122, at the inlet of the exchanger 101, and the solenoid valves 121, 1110 and 204 are closed.
  • the exchanger 101 at the start of defrosting, is advantageously at an average temperature of -110°C, and the enclosure 100 has been placed under vacuum at the start of the CO2 defrosting cycle.
  • the transfer fluid cools by heating the exchanger, the CO2 sublimates, the pressure in the enclosure advantageously increases progressively to 520 kPa, which is the pressure of the triple point of CO2, then the CO2 passes from the solid phase to the gas phase at -56°C.
  • the transfer fluid exits through branch 223, via solenoid valve 221, and reaches reservoir 28 via common line 24.
  • the average temperature of the transfer fluid in tank 28 is of the order of -62°C, measured by two probes 2210 and 231 1, these two probes 2210, 231 1 being respectively placed at the inlet and outlet of the tank 28.
  • the storage of the transfer fluid in the tank 28 ensures a stable flow of the heat transfer fluid/coolant for the frosting operations of the exchangers 1 1 0 or 1 12.
  • the exchanger 1 1 0 is advantageously a tube-fin exchanger, where the fumes circulating on the fins cool by 2°C, temperature measured by the probe 71, to advantageously -52°C, temperature measured by the probe 73.
  • the refrigerant, circulating in the tubes, advantageously enters at -64°C, temperature measured by probe 131, and advantageously exits at -5°C, temperature measured by probe 133, and joins branch 25 via regulating valve 21 6 which is open, regulating valve 21 5 being closed.
  • the heat transfer fluid / refrigerant reaches pump 2 via line 26 and in this operating case, exchanger 5 does not need to cool the heat transfer fluid / refrigerant.
  • the refrigerant/heat transfer circuit 20 recovers the cold energy from defrosting the CO2 and transfers this energy to cool the fumes from 2°C to -52°C.
  • the thermal flow of the heat transfer fluid/coolant coming from the cold energy recovered from defrosting CO2 is sufficient to meet all refrigeration requirements.
  • the heat transfer/cooling circuit 20 provides 60% of the cooling requirement from 2°C to -54°C; the additional 40% is provided by the cooling circuit 10.
  • the regulating valve 1000 is opened by a control system 800, so that the temperature measured by the probes 133 or 134 is controlled at -5°C.
  • the flow rate of pump 1 is regulated so as to ensure the cooling requirements of exchangers 101 or 102 and 106 or 108, in frosting mode.
  • the energy gains are significant, since the cooling power linked to the defrosting of the CO2 is recovered by the heat transfer fluid/coolant of circuit 20 at the level of the cooling of the gas mixture in the exchangers 1 1 0 or 1 12.
  • circuit 20 shown in figure 1 is completed by three branches 27, 36 and 37.
  • Branch 27 of circuit 20 includes a branch 209 for connection to branch 21 of circuit 10.
  • a solenoid valve 1001 is arranged on the connection branch 209.
  • Branch 27 of circuit 20 comprises a branch 210 for connection to branch 29 of circuit 10.
  • a solenoid valve 1002 is arranged on the connection branch 210.
  • branch 27 of circuit 20 is connected to branch 26 and successively comprises a regulating solenoid valve 1003, an exchanger 8, and a pump 33.
  • Two probes 321, 322 make it possible to measure the temperature of the fluid at the inlet and outlet of the exchanger 8.
  • the heat transfer flow is controlled by solenoid valve 1002 on branch 210 or by solenoid valve 1001 on branch 209 at the inlet of exchangers 110, 112, and is controlled at the outlet of exchangers 110, 112 by valve 216 on branch 214 or valve 215 on branch 213.
  • Branch 37 of circuit 20 comprises a branch 207 for connection to branch 15 of circuit 10.
  • a solenoid valve 1006 is arranged on this connection branch 207.
  • Branch 37 of circuit 20 includes a branch 208 for connection to branch 14 of circuit 10.
  • a solenoid valve 1005 is arranged on this connection branch 208.
  • branch 37 of circuit 20 is connected to branch 26 and successively comprises a regulating solenoid valve 1004, an exchanger 7, and a pump 35.
  • Branch 36 of circuit 20 includes a branch 226 for connection to circuit 10, at the outlet of exchanger 108.
  • a solenoid valve 212 is arranged on this branch 226.
  • Branch 36 of circuit 20 includes a branch 227 for connection to circuit 10, at the outlet of exchanger 106.
  • a solenoid valve 211 is arranged on this branch 227.
  • branch 36 of circuit 20 is connected to branch 26.
  • the heat transfer flow is controlled by solenoid valve 1005 on branch 208 or by solenoid valve 1006 on branch 207 at the inlet of exchangers 106, 108 and is controlled at the outlet of exchangers 106, 108 by valve 211 on branch 227 and valve 212 on branch 226.
  • Branch 36 is the return branch of the heat transfer fluid to branch 26. This branch 36 is supplied by branch 227 when solenoid valve 21 1 is open during defrosting of exchanger 106, or by branch 226 when solenoid valve 21 2 is open during defrosting of exchanger 108.
  • An exchanger 6 takes the heat from circuit 60 onto a circuit 39 where a heat transfer fluid/coolant is circulated by a pump 34.
  • the outlet of the exchanger 7 is connected by a branch 38 to the inlet of the exchanger 8.
  • Three solenoid valves 351, 352, 353 are arranged on the branch 38.
  • the outlet of the exchanger 8 is connected by a branch 43 to the inlet of the exchanger 7.
  • a solenoid valve 354 is arranged on the branch 43.
  • Circuit 60 is connected to line 43 by a first branch, on which are placed pump 34 and a solenoid valve 341. Circuit 60 is connected to line 43 by a second branch, on which is placed a solenoid valve 342.
  • the set of valves 341, 342, 351, 352, 353, 354 makes it possible to alternately supply the exchanger 7 or the exchanger 8.
  • Exchanger 1 1 2 is in defrost mode and exchanger 1 1 0 is in frost mode, as described previously.
  • the total flow rate of the heat transfer fluid/coolant must be doubled, since the circuit of branch 21 requires this additional flow rate by operating pump 33 of branch 27 for defrosting exchanger 1 12.
  • the exchanger 1 12 in defrost mode is advantageously initially at an average temperature of -27°C and the heat transfer fluid will gradually heat it and melt the water ice deposited on the fins of this exchanger.
  • the control system 800 opens the regulating valve 1003 on the branch 27, and opens the valve 1 001 located on the branch 209, as well as the solenoid valve 21 5 located on the branch 213, the valve 1 002 being closed.
  • the control system 800 increases the flow rate of the pump 2 by a factor of 2, which is verified by the flow meter 200.
  • Branches 209 and 210 are then supplied by a similar flow, one refrigerant for branch 210, the other heat transfer fluid for branch 209.
  • a circuit 60 operating on an air cooler will provide the heat necessary for defrosting, by providing the necessary flow rate at 20°C, temperature measured by a temperature probe 61, and thus heat the heat transfer fluid, advantageously isopentane, from a variable temperature, advantageously -30°C, to a temperature advantageously of +15°C, measured by a probe 331.
  • the pump 34 circulates a suitable heat transfer fluid, for example potassium acetate, at 20°C, on the exchanger 8, the two solenoid valves 352, 342 being open, the four solenoid valves 341, 351, 353 and 354 being closed.
  • a suitable heat transfer fluid for example potassium acetate, at 20°C
  • Pump 33 of branch 27 is put into operation to suck the flow of heat transfer fluid, also regulated by the regulating valve 1003 set so as to pass half of the return flow to the exchanger 8.
  • the cooling flow rate of the refrigeration circuit 50 is itself increased, to provide the refrigeration power at -10°C measured by a temperature probe 51, and advantageously comes out at +3°C, temperature measured by a probe 52, this probe serving as an indicator for the control system 800 to regulate the flow rate of the refrigeration system 50.
  • the defrosting time of the exchangers 1 10 or 1 1 2 is advantageously short, of the order of half an hour, while the frosting time is of the order of 4 hours.
  • the control system 800 stops the pump 33, closes the regulating valves 1001 and 1003, closes the solenoid valve 215 and the flow rate of the pump 2 is reduced by a factor of 2.
  • the defrosting of exchangers 106 or 108 is carried out according to the same principle, but the defrosting advantageously takes place once every 48 hours and the control system 800 gives priority to the defrosting of exchangers 110 or 112, because exchangers 106 and 108 can wait, to avoid having two exchangers defrosting simultaneously on branch 26.
  • the exchanger 106 is in frosting mode
  • the exchanger 108 is in defrosting mode
  • its initial average temperature is approximately -70°C.
  • the heat transfer fluid preferably isopentane, will heat this exchanger and melt the water ice deposited on the fins of this exchanger.
  • the control system 800 opens the regulating valve 1004 and the valve 1006 on the branch 207 as well as the solenoid valve 212 located on the branch 226, and increases the flow rate of the pump 2 by a factor of 2.
  • the circuit 60 will provide the heat necessary for defrosting, by providing the necessary flow rate at 20°C, measured by the temperature probe 61, and thus heat the heat transfer fluid, advantageously isopentane, in the exchanger 7 advantageously from a temperature of -60°C to a temperature of +15°C, measured by the probe 144.
  • the pump 34 circulates the heat transfer fluid, advantageously potassium acetate, at 20°C on the exchanger 7, the solenoid valves 351, 352 and 342 being closed and the solenoid valves 341, 353 and 354 being open.
  • the cooling flow rate of the refrigeration circuit 50 is increased, to provide the refrigeration power, advantageously at -10°C, temperature measured by the temperature probe 51, and advantageously comes out at the warmest at +3°C, temperature measured by the probe 52, this probe serving as an indicator for the control system 800 to regulate the flow rate of the refrigeration system 50.
  • the defrosting time is advantageously significantly shorter, of the order of half an hour, while the frosting time is of the order of 48 hours, and therefore when the temperature of 15°C is reached on the probe 130, the control system 800 stops the pump 35, closes the regulating valves 1004 and 1006, closes the solenoid valve 21 2 and the flow rate of the pump 2 is reduced by a factor of 2.
  • the return branch of circuit 20 transfers the cooling power due to the defrosting of the water on exchangers 106 and 108 on the one hand and 110 and 112 on the other hand to the heat transfer/cooling medium circuit, this cooling power contributing to the cooling of the gas mixture or to that of the refrigeration systems, which shows how the coldness of the defrosting of exchangers 106, 108, 110, 112 is recovered by the coolant/heat transfer medium circuit.

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Abstract

Procédé utilisant un fluide de transfert liquide dont la température de point triple est inférieure à - 125°C, comme l'isopentane, afin de récupérer l'énergie froide de sublimation et de fusion de substances givrées sur des surfaces d'échangeurs et plus particulièrement du CO2. Le même fluide de transfert circule sur deux circuits couplés l'un purement frigoporteur, l'autre caloporteur lorsque qu'il opère des dégivrages et frigoporteur pour transférer la puissance frigorifique récupérée lors des dégivrages.

Description

COUPLAGE DES EFFETS FRIGOPORTEUR ET CALOPORTEUR DANS UN PROCEDE ET UN DISPOSITIF DE TRAITEMENT DE FUMEES
Domaine technique
L’invention se rapporte au traitement des fumées contenant de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone, et éventuellement un oxyde d’azote.
Etat de la technique
La récupération du dioxyde de carbone CO2 pour sa réutilisation ou son stockage géologique est devenue un objectif majeur pour limiter l’accroissement des concentrations de CO2 dans l’atmosphère.
De nombreux mélanges de gaz contenant de fortes concentrations de CO2 doivent être traités à leurs sources d’émissions.
Les principaux mélanges de gaz à traiter sont :
- les biogaz, pouvant contenir de 30 à 50% en volume de CO2,
- les gaz de synthèse provenant de la gazéification de la biomasse, pouvant contenir de 25 à 35% de CO2 en volume,
- les fumées de combustion des centrales de production d’énergie (gaz naturel, bois, charbon, fioul) , pouvant contenir du CO2 avec des concentrations volumiques allant de 10 à 1 5%,
- les fumées des procédés industriels de production du verre, de la chaux, du ciment, de l’acier, qui peuvent présenter des concentrations volumiques de CO2 allant de 10 à 40%.
A noter que tous ces mélanges de gaz contiennent aussi de la vapeur d’eau. Les fumées industrielles contiennent typiquement de 1 0 à 35% de CO2 et de 5 à 15% de vapeur d’eau .
Les débits des fumées à traiter varient typiquement de 50 000 à 1 million de Nm3/h . Les procédés cryogéniques de givrage de CO2 requièrent des surfaces qui se comptent en milliers de m2 pour de tels débits de fumées.
Ces surfaces d’échange sont reparties sur plusieurs dizaines voire plusieurs centaines d’échangeurs qui fonctionnent selon des cycles de givrage et de dégivrage de CO2.
Dans le bilan énergétique, la condensation puis le givrage de l’eau représente de 1 0 à 25% des besoins énergétiques, lorsque ces fumées sont refroidies de 50°C à -40°C.
Le refroidissement et le givrage du CO2 de -90°C à - 120°C représente une dépense énergétique de l’ordre de 45 à 55% de la consommation énergétique totale, le bouclage à 1 00% est le refroidissement de l’azote.
Les procédés qui givrent et dégivrent le CO2, comme décrit par exemple dans le document W002/060561 (Armines, 2002) , doivent récupérer l’énergie de sublimation du dioxyde de carbone, pour minimiser leur consommation d’énergie associée au givrage du CO2.
Dans l’état de la technique, l’énergie de sublimation du CO2 est récupérée dans divers procédés, soit dans un mélange liquide et solide comme décrit dans les documents WO201 2/061 544 (Battelle, 2012) ou US2012/0103561 (Battelle, 2012), ou par un fluide frigorigène comme décrit dans le document US6082133 (Cryo Fuel Systems, 2000) , ou sous basse pression comme décrit dans le document WO2016/1 62643 (Cryo Pur, 201 6).
Le givrage du CO2 à une pression inférieure à son point triple, qui est de 520 kPa et -56,5°C, demande une énergie qui varie de 550 à 595 kJ/kg, selon la température d’antisublimation.
Par antisublimation on désigne ici le passage direct de la phase gaz à la phase solide. Les paramètres influant sur la capture du dioxyde de carbone par antisublimation font l’objet de tentatives de modélisation , voir par exemples Tian et al. Energy Engineering 2020, 1 17(5), 267-277. https://d0i.0rg/l 0.32604/EE.2020.01 1440; Ababneh ét al. Processes, Vol 10, Iss 2406, p 2406 (2022) DOI: 10.3390/pr101 12406.
La sublimation et la fusion du CO2 représente une énergie de l’ordre de 200 à 220 kJ/kg. Objet de l’invention
Un objet de l’invention est de résoudre le problème de la gestion à haute efficacité énergétique des cycles de givrage et de dégivrage du CO2, mais aussi de substances comme l’eau H2O ou le dioxyde d’azote NO2, quels que soient les débits, et avantageusement pour les débits élevés.
Présentation générale de l’invention
L’invention propose la récupération d’énergie froide par un fluide de transfert jouant le double rôle de frigoporteur et de caloporteur, pour récupérer de l’énergie à partir de températures très basses, de l’ordre de - 150°C, et ce jusqu’à la température ambiante.
De tels fluides sont des hydrocarbures liquides à température ambiante, comme l’isopentane (2-méthylbutane, CAS 78-78-4) ou l’isohexane (2- méthylpentane, CAS 107-83-5) , et dont la température de point triple est inférieure à -1 25°C et de préférence inférieure à - 150°C. Selon Tan et al. , la température de point triple du 2-métylbutane est de 1 1 7 K, soit environ - 1 56°C (Journal of thermal analysis. June 1994 41 (6): 1577- 1592 DOT. 10. 1007/bf02549956). Selon Douslin et al. , la température de point triple du 2-méthylpentane est de 1 1 9 K, soit environ - 154°C (Douslin, D.R.; Huffman, H.M., Low-Temperature Thermal Data on the Five Isomeric Hexanes, J. Am. Chem. Soc., 1946, 68, 1704, doi.org/10. 1021 /ja01213a006) .
L’invention propose le couplage de deux circuits, l’un frigoporteur et l’autre caloporteur et frigoporteur, utilisant le même fluide de transfert, dont le point triple est avantageusement inférieur à - 125°C, et encore plus avantageusement inférieur à -1 50°C, comme par exemple l’isopentane dont le point triple est à - 1 56°C, pour récupérer l’énergie froide de la sublimation et de la fusion du CO2 et l’énergie froide de molécules comme le protoxyde d’azote N2O, le dioxyde d’azote NO2 et l’eau quand elles sont présentes dans le mélange de gaz à traiter par le froid. Le fluide frigoporteur est refroidi au plus bas niveau de température. Le fluide caloporteur et frigoporteur récupère de l’énergie froide de dégivrage (et fonctionne alors comme caloporteur) et transmet cette énergie froide à plus haute température, (et fonctionne alors en frigoporteur).
Il est en outre proposé que la récupération d’énerg ie s’effectue par un procédé fonctionnant alternativement sur au moins une paire d’échangeurs, l’un fonctionnant en givrage et l’autre en dégivrage du CO2. Selon les tailles d’installation , il peut y avoir des dizaines, voire plusieurs centaines de paires d’échangeurs fonctionnant en parallèle et de manière alternée.
Il est en outre proposé que la récupération d’énergie s’effectue également par un procédé fonctionnant alternativement sur au moins une paire d’échangeurs, l’un fonctionnant en givrage et l’autre en dégivrage de l’eau.
Il est également proposé que la récupération d’énergie s’effectue par un procédé fonctionnant alternativement sur au moins une paire d’échangeurs, l’un fonctionnant en givrage et l’autre en dégivrage du dioxyde d’azote NO2 ou du protoxyde d’azote N2O.
A ces fins, il est proposé, selon un premier aspect, un procédé de traitement de fumées contenant de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone et éventuellement un oxyde d’azote, le procédé comprenant une première étape de refroidissement des fumées à traiter, par givrage de l’eau et éventuellement du dioxyde d’azote NO2, cette première étape produisant des fumées refroidies, le procédé comprenant une deuxième étape de refroidissement et déshumidification des fumées refroidies, par givrage de l’eau contenue dans ces fumées refroidies, cette deuxième étape produisant des fumées déshumidifiées, le procédé comprenant une troisième étape de refroidissement et décarbonation des fumées déshumidifiées, par givrage du dioxyde de carbone en glace carbonique et éventuellement d’un oxyde d’azote contenu dans les fumées déshumidifiées, chacune des trois étapes de traitement des fumées étant effectuée par un échangeur d’une paire d’échangeurs, un fluide de transfert circulant dans chaque échangeur, chaque échangeur d’une paire d’échangeur étant en mode givrage pour le refroidissement des fumées tandis que l’autre échangeur est en mode dégivrage de la glace hydrique ou de la glace carbonique formée lors d’une étape de refroidissement effectuée auparavant, le fluide de transfert étant frigoporteur dans les échangeurs en mode givrage, le fluide de transfert étant caloporteur dans les échangeurs en mode dégivrage, le fluide de transfert récupérant l’énergie froide de sublimation et fusion de la glace carbonique obtenue à la troisième étape de refroidissement et décarbonation et transférant cette énergie froide pour le refroidissement des fumées à la première étape de traitement, le fluide de transfert ayant un point triple dont la température est inférieure à - 125°C.
Avantageusement, le fluide de transfert comprend de l’isopentane ou de l’isohexane.
Avantageusement, le fluide de transfert circule dans un circuit frigoporteur et un fluide de transfert (avantageusement le même fluide de transfert) circule dans un circuit caloporteur/frigoporteur, le circuit caloporteur/frigoporteur récupérant l’énergie froide de sublimation et fusion de la glace carbonique obtenue à la troisième étape de refroidissement et décarbonation et transférant cette énergie froide pour le refroidissement des fumées à la première étape de traitement.
Dans certaines mises en oeuvre, le procédé comprend une étape de mesure de la concentration en dioxyde de carbone dans les fumées à traiter et à refroidir à la première étape de traitement ; une étape de comparaison de la concentration en dioxyde de carbone mesurée avec une valeur seuil, un débit du circuit caloporteur/frigoporteur prédéterminé fournissant une puissance frigorifique pour refroidir les fumées jusqu’à une température cible à la première étape de refroidissement pour cette valeur seuil ; une étape de mélange de fluide de transfert du circuit frigoporteur et du fluide de transfert du circuit frigoporteur/caloporteur, lorsque la concentration en dioxyde de carbone mesurée est inférieure à la valeur seuil, le débit du mélange obtenu étant sensiblement égal au débit prédéterminé.
Avantageusement, pour les échangeurs de la troisième étape de refroidissement et décarbonation des fumées, le fluide de transfert du circuit caloporteur/frigoporteur circule sur un échangeur en alternance avec le fluide de transfert du circuit frigoporteur, le fluide de transfert du circuit frigoporteur assurant le refroidissement des fumées et le givrage du dioxyde de carbone dans l’échangeur, le fluide de transfert du circuit caloporteur/frigoporteur assurant le dégivrage du dioxyde de carbone dans l’échangeur.
Avantageusement, pour les échangeurs de la première étape de refroidissement des fumées à traiter, le fluide de transfert du circuit caloporteur/frigoporteur circule sur un échangeur en alternance avec le fluide de transfert du circuit frigoporteur, le flu ide de transfert du circuit frigoporteur assurant partiellement ou pas le refroidissement des fumées et le givrage de l’eau en glace hydrique dans l’échangeur, le fluide de transfert du circuit caloporteur/frigoporteur assurant partiellement ou totalement le refroidissement des fumées et le givrage de l’eau , et étant alors frigoporteur par transfert des frigories récupérées lors du dégivrage du dioxyde de carbone lors de la troisième étape, le fluide transfert du circuit frigoporteur/caloporteur étant également caloporteur lors du dégivrage de la glace hydrique dans l’échangeur.
Avantageusement, pour les échangeurs de la deuxième étape de refroidissement et déshumidification des fumées, le fluide de transfert du circuit caloporteur/frigoporteur circule sur un échangeur en alternance avec le fluide de transfert du circuit frigoporteur, le fluide de transfert du circuit frigoporteur assurant le refroidissement des fumées et le givrage de l’eau en glace hydrique dans l’échangeur, le flu ide de transfert du circuit caloporteur/frigoporteur assurant le dégivrage de la glace hydrique dans l’échangeur.
Avantageusement, le même fluide de transfert circule dans le circuit frigoporteur le circuit caloporteur/frigoporteur.
Il est proposé, selon un deuxième aspect, un dispositif de traitement de fumées contenant de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone et éventuellement un oxyde d’azote, le dispositif comprenant une première paire d’échangeurs pour une première étape de refroidissement des fumées à traiter, par givrage de l’eau , cette première étape produisant des fumées refroidies, le dispositif comprenant une deuxième paire d’échangeurs pour une deuxième étape de refroidissement et déshumidification des fumées refroidies, par givrage de l’eau et éventuellement du dioxyde d’azote NO2 contenue dans ces fumées refroidies, cette deuxième étape produisant des fumées déshumidifiées, le dispositif comprenant une troisième paire d’échangeurs, pour une troisième étape de refroidissement et décarbonation des fumées déshumidifiées, par givrage du dioxyde de carbone en glace carbonique et éventuellement d’un oxyde d’azote contenu dans les fumées déshumidifiées, un fluide de transfert circulant dans chaque échangeur, chaque échangeur d’une paire d’échangeur étant en mode givrage pour le refroidissement des fumées tandis que l’autre échangeur est en mode dégivrage de la glace hydrique ou de la glace carbonique formée lors d’une étape de refroidissement effectuée auparavant, le fluide de transfert étant frigoporteur dans les échangeurs en mode givrage, le fluide de transfert étant caloporteur dans les échangeurs en mode dégivrage, le fluide de transfert récupérant l’énergie froide de sublimation et fusion de la glace carbonique obtenue à la troisième étape de refroidissement et décarbonation et transférant cette énergie froide pour le refroidissement des fumées à la première étape de traitement, le fluide de transfert ayant un point triple dont la température est inférieure à -125°C.
Avantageusement, le dispositif comprend un circuit frigoporteur dans lequel circule un fluide de transfert, et un circuit caloporteur/frigoporteur dans lequel circule un fluide de transfert (avantageusement le même fluide de transfert) , le circuit caloporteur/frigoporteur récupérant l’énergie froide de sublimation et fusion de la glace carbonique obtenue à la troisième étape de refroidissement et décarbonation et transférant cette énergie froide pour le refroidissement des fumées à la première étape de traitement.
Avantageusement, le dispositif comprend des moyens de mesure de la concentration en dioxyde de carbone dans les fumées à traiter et à refroidir dans la première paire d’échangeurs, à la première étape de traitement ; des moyens de comparaison de la concentration en dioxyde de carbone mesurée avec une valeur seuil, un débit du circuit cal opo rteu r/f r i g opo rte u r prédéterminé fournissant une puissance frigorifique pour refroidir les fumées jusqu’à une température cible à la première étape de refroidissement pour cette valeur seuil ; des moyens de mélange de fluide de transfert du circuit frigoporteur et du fluide de transfert du circuit frigoporteur/caloporteur, lorsque la concentration en dioxyde de carbone mesurée est inférieure à la valeur seuil, le débit du mélange obtenu étant sensiblement égal au débit prédéterminé.
Avantageusement, le fluide de transfert comprend de l’isopentane ou de l’isohexane.
Avantageusement, le même fluide de transfert circule dans le circuit frigoporteur et le circuit caloporteur/frigoporteur.
D’autres objets et avantages de l’invention apparaîtront au cours de la description suivante de modes de réalisation , description qui va être effectuée en référence aux figures annexées dans lesquelles
- la figure 1 est une représentation schématique d’une installation de refroidissement de fumées et de givrage et dégivrage de la vapeur d’eau , puis du dioxyde de carbone, l’installation comprenant un circuit frigoporteur et un circuit caloporteur/frigoporteur ;
- la figure 2 est une représentation schématique de l’installation représentée en figure 1 , certains éléments du circu it frigoporteur étant omis, à fin de simplification , la figure 2 détaillant certains éléments du circuit caloporteur/frigoporteur.
Dans la description suivante, les valeurs de températures correspondent à un exemple de décarbonation de fumées contenant 30% en masse de CO2 et 70% d’azote, ce qui correspond aux concentrations volumiques de 21 ,5% en dioxyde de carbone CO2 et donc de 78.5% en azote.
L’installation représentée sur les figures permet, sur un circuit 700, le refroidissement de telles fumées et le givrage et dégivrage de la vapeur d’eau, puis du dioxyde de carbone. Dans la description, les termes amont et aval sont employés en référence au sens de circulation des fluides, ce sens de circulation étant rendu apparent par des flèches placées sur les conduits des différents circuits de l’installation , les conduits étant représentés sous forme de traits.
L’installation comprend un circuit frigoporteur 10 et un circuit caloporteur/frigoporteur 20.
L’emploi du signe « / » signifie que le fluide circulant dans le circuit 20 a une fonction de fluide caloporteur ou bien de fluide frigoporteur, suivant le mode de fonctionnement de l’installation.
Le circuit 700 est partiellement représenté, pour que le circuit frigoporteur 1 0 et le circuit caloporteur/frigoporteur 20 soient bien visibles.
L’installation représentée sur la figure 1 annexée comprend deux échangeurs 1 10, 1 1 2 de refroidissement des fumées et de givrage de l’eau .
Les fumées à refroidir entrent alternativement par les lignes 701 et 702 dans une enceinte 1 09 ou 1 1 1 contenant respectivement les échangeurs 1 1 0, 1 1 2.
L’installation comprend deux échangeurs 1 06, 1 08 de refroidissement plus poussé des fumées qui sont sorties soit de l’échangeur 1 1 0, soit de l’échangeur 1 12.
Les fumées sortant de l’échangeur 1 10 ou de l’échangeur 1 1 2 entrent alternativement par les lignes 705 ou 706 dans une enceinte 1 04 ou 1 07 contenant respectivement les échangeurs 106, 1 08.
L’installation comprend deux échangeurs 101 , 103 de refroidissement et décarbonation des fumées déshumidifiées. Par décarbonation on désigne ici la réduction des gaz à effet de serre contenus dans les fumées, en particulier le dioxyde de carbone. Les fumées à refroidir et à décarboner entrent alternativement par les lignes 709 et 710 dans une enceinte 100 ou 102 contenant respectivement les échangeurs 101, 103.
Le fluide frigoporteur entrant dans les échangeurs 101, 103, 106, 108, 110, 112 (par la suite dénommés évaporateurs 101, 103, 106, 108, 110, 112) provient du circuit frigoporteur 10.
Sur le circuit 10, l’entrée du fluide frigoporteur dans l’évaporateur 101 ou l’évaporateur 103 est contrôlée par une électrovanne 121 disposée sur une ligne d’entrée 11 de l’évaporateur 101, et une électrovanne 123 disposée sur une ligne d’entrée 12 de l’évaporateur 103. La sortie du fluide frigoporteur de l’évaporateur 101 est contrôlée par une électrovanne 1110. La sortie du fluide frigoporteur de l’évaporateur 103 est contrôlée par une électrovanne 1111. Les conduits portant les électrovannes 1110, 1111 de sortie des évaporateurs 101, 103 se rejoignent sur une branche commune 13.
Sur le circuit 10, la circulation du fluide frigoporteur dans l’évaporateur 106 ou dans l’évaporateur 108, depuis la branche commune 13, est contrôlée par une électrovanne 1112 disposée sur une ligne d’entrée 14 de l’évaporateur 106, et une électrovanne 1113 disposée sur une ligne 15 d’entrée dans l’évaporateur 108. La sortie du fluide frigoporteur de l’évaporateur 106 est contrôlée par une électrovanne 1114 disposée sur une branche 16 de sortie de l’évaporateur 106. La sortie du fluide frigoporteur de l’évaporateur 108 est contrôlée par une électrovanne 1115 disposée sur une branche 17 de sortie de l’évaporateur 108. Les branches 16 et 17 de sortie des évaporateurs 106, 108 se rejoignent sur une branche commune 19.
Sur le circuit 10, la circulation du fluide frigoporteur dans l’évaporateur 110 ou dans l’évaporateur 112, depuis la branche commune 19, est contrôlée par deux électrovannes, à savoir une électrovanne 1118 sur une branche 29 d’entrée dans l’évaporateur 110, et une électrovanne 1119 sur une branche 21 d’entrée dans l’évaporateur 112. La sortie du fluide frigoporteur de l’évaporateur 110 est contrôlée par une électrovanne 1120. La sortie du fluide frigoporteur de l’évaporateur 112 est contrôlée par une électrovanne 1 121 . Les conduits portant les électrovannes 1 120, 1 1 21 se rejoignent en une branche commune 22.
Le circuit frigoporteur 10 comporte, en aval de la branche commune 22, un échangeur frigorifique 30 à contre-courant, et une pompe 1 mettant le fluide frigoporteur en circulation .
Le circuit frigoporteur 1 0 comporte, en aval de l’échangeur frigorifique 30, un échangeur frigorifique 40 à contre-courant.
Deux sondes 136, 137 permettent la mesure de la température du fluide frigoporteur en entrée et en sortie de l’échangeur frigorifique 30.
Deux sondes 138, 1 20 permettent la mesure de la température du fluide frigoporteur en entrée et en sortie de l’échangeur frigorifique 40.
L’installation comprend un circuit caloporteur/frigoporteur 20.
Le circuit 20 comprend une pompe 2 faisant circuler un fluide de transfert.
Le circuit 20 achemine le fluide de transfert jusqu’en entrée de l’évaporateur 1 03, par un branchement sur le circuit frigoporteur 1 0, sur la ligne d’entrée 12 de l’évaporateur 1 03.
L’entrée du fluide de transfert dans l’évaporateur 103 est contrôlée par une électrovanne 204 placée sur une branche 202 du circuit 20, en amont d’un branchement entre les circuits 1 0, 20.
Le circuit 20 achemine le fluide de transfert jusqu’en entrée de l’évaporateur 1 01 , par un branchement sur le circuit frigoporteur 1 0, sur la ligne d’entrée 1 1 de l’évaporateur 1 01 .
L’entrée du fluide de transfert dans l’évaporateur 101 est contrôlée par une électrovanne 203, placée sur une branche 201 du circuit 20, en amont d’un branchement entre les circuits 1 0, 20. La circulation du fluide de transfert dans les évaporateurs 101 , 1 03 permet leur dégivrage, le fluide de transfert est alors un caloporteur circulant en sortie des évaporateurs 1 01 , 1 03 par des branches 223 et 224 de sortie, une électrovanne 221 et 222 étant placée sur chacune de ces deux branches 223, 224 de sortie.
Les branches 223, 224 de sortie des évaporateurs 101 , 1 03 sont connectées à une ligne commune 24. Une électrovanne 225 est placée sur cette ligne commune 24, entre le point de jonction avec la branche de sortie 223 et le point de jonction avec la branche de sortie 224.
Lorsque le fluide de transfert sort de l’évaporateur 1 01 , les électrovannes 1 1 10 et 225 sont fermées, et l’électrovanne 221 est ouverte, le fluide de transfert sortant de l’évaporateur 1 01 par la branche 223 et étant envoyé vers un réservoir 28 par la branche commune 24.
Lorsque le fluide de transfert sort de l’évaporateur 1 03, les électrovannes 221 et 1 1 1 1 sont fermées, et les électrovannes 222 et 225 sont ouvertes, le fluide de transfert sortant de l’évaporateur 1 03 par la branche 224 et étant envoyé vers le réservoir 28 via la branche commune 24.
Le réservoir 28 est connecté par une ligne 23 à la branche commune 19 du circuit 1 0.
Une électrovanne 231 est placée sur la ligne 23.
Le circuit 20 achemine ainsi le fluide de transfert jusqu’en entrée de l’évaporateur 1 1 0, ou de l’évaporateur 1 12.
L’entrée du fluide de transfert dans l’évaporateur 1 10 est contrôlée par l’électrovanne 1 1 1 8 placée sur la branche 29 du circuit 10, le fluide de transfert sortant du réservoir 28 par la branche 23, la vanne 231 étant ouverte.
L’entrée du fluide de transfert venant de la branche 23 dans l’évaporateur 1 1 2 est contrôlée par l’électrovanne 1 1 1 9 placée sur la branche 21 du circuit 10, le fluide de transfert sortant du réservoir 28 par la branche 23, la vanne 231 étant ouverte.
La circulation du fluide de transfert dans les évaporateurs 110, 112 permet leur givrage, le fluide de transfert agissant alors en fluide frigoporteur, le fluide de transfert circulant en sortie des évaporateurs 110, 112 sur une ligne commune 25.
Une électrovanne 215 est disposée sur une branche 213 de sortie de l’évaporateur 112. Une électrovanne 216 est disposée sur une branche 214 de sortie de l’évaporateur 110. Les deux branches 213, 214 de sortie des évaporateurs 110, 112 sont connectées à la ligne commune 25.
Lorsque le fluide de transfert sort de l’évaporateur 110, l’électrovanne
1120 du circuit 10 est fermée, et l’électrovanne 216 placée sur la branche 214 du circuit 20 est ouverte.
Lorsque le fluide de transfert sort de l’évaporateur 112, l’électrovanne
1121 du circuit 10 est fermée, et l’électrovanne 215 placée sur la branche 213 du circuit 20 est ouverte.
Le circuit caloporteur/frigoporteur 20 comprend un système frigorifique 50, et un débitmètre 200.
Les températures d’entrée des fumées de chaque échangeur 101, 103, 106, 108, 110, 112 sont mesurées par des sondes 78, 79, 74, 75, 70, 71 portées par les lignes ou tuyauteries 709, 710, 705, 706, 701, 702.
Les températures de sortie des fumées de chaque échangeur 101, 103, 106, 108, 110, 112 sont mesurées par des sondes 80, 81, 76, 77, 72, 73 portées par des tuyauteries 711, 712, 707, 708, 703, 704.
Les températures d’entrée de fluide de transfert ou de fluide frigoporteur dans les enceintes 100, 102, 104, 107, 109, 111 des échangeurs 101, 103, 106, 108, 110, 112 sont mesurées par des sondes 122 (sur la branche 11), 124 (sur la branche 12), 127 (sur la branche 14), 128 (sur la branche 15), 131 (sur la branche 29), 132 (sur la branche 21). Les températures de fluide de transfert ou de fluide frigoporteur sortant des enceintes 100, 102, 1 04, 1 07, 1 09, 1 1 1 des échangeurs 101 , 1 03, 106, 108, 1 1 0, 1 1 2 sont mesurées par des sondes 125, 1 26, 1 29 (sur la branche 1 6) , 130 (sur la branche 1 7) , 133, 134.
Une électrovanne 1 000 de régulation est disposée sur la branche commune 1 9, entre la jonction de la branche commune 1 9 avec la ligne 23 et la jonction de la branche commune 1 9 avec une branche 18 de liaison à la branche commune 22.
Une électrovanne 1 1 17 est placée sur la branche 18 de liaison.
Le fonctionnement du circuit frigoporteur 1 0 d’une part et du circuit caloporteur / frigoporteur 20 d’autre part, va être décrit en détail, en référence à la figure 1 , montrant les circulations d’un même fluide de transfert dans ces deux circuits 10, 20.
Dans un premier mode de fonctionnement de l’installation , l’échangeur 101 fonctionne en mode givrage de CO2 et l’échangeur 1 03 en mode dégivrage.
Le givrage du CO2 est lié à la circulation du fluide frigoporteur du circuit 10 dans l’échangeur 1 01 , et le dégivrage du CO2 est lié à la circulation dans l’échangeur 1 03 du fluide du circuit frigoporteur/caloporteur 20, ce fluide agissant en caloporteur. Ce mode de fonctionnement permet la récupération de l’énergie froide du dégivrage du CO2 par le circuit caloporteur / frigoporteur 20 couplé au circuit frigoporteur 1 0.
Dans un deuxième mode de fonctionnement (présenté ultérieurement en référence à la figure 2), sera décrit le dégivrage de la glace hydrique par le circuit caloporteur / frigoporteur 20.
Les fumées sont refroidies par l’échangeur 1 1 0 ou l’échangeur 1 1 2, selon les cycles de givrage et dégivrage de l’eau . En mode refroidissement, les fumées à traiter entrent dans l’enceinte 1 1 1 qui contient l’échangeur de refroidissement 1 12 par la tuyauterie 701 , et sortent de l’enceinte 1 1 1 , par la tuyauterie 703, ou bien les fumées à traiter entrent par la tuyauterie 702 dans l’enceinte 109 qui contient l’échangeur de refroidissement 1 1 0 et sortent de l’enceinte 109 par la tuyauterie 704.
Les fumées à traiter entrent dans l’enceinte 1 1 1 ou l’enceinte 1 09 avantageusement à une température de 2°C, et sortent de l’enceinte 1 1 1 ou de l’enceinte 1 09 avantageusement à une température de -52°C. Ainsi qu’il a été indiqué précédemment, les valeurs de température mentionnées ici correspondent à un exemple de décarbonation de fumées contenant 30% en masse de CO2 et 70% d’azote, ce qui correspond aux concentrations volumiques de 21 ,5% en dioxyde de carbone CO2 et donc de 78.5% en azote.
Puis, les fumées sorties de l’enceinte 1 09 ou 1 1 1 sont refroidies, avantageusement de -52°C à -90°C, par l’échangeur 1 06 contenu dans l’enceinte 1 04 ou par l’échangeur 1 08 contenu dans l’enceinte 107, selon les cycles de givrage et dégivrage de l’eau .
Enfin , les fumées, de préférence très déshumidifiées, avantageusement vers 0.1 ppm(v), sortant de l’échangeur 1 06 ou de l’échangeur 1 08 sont refroidies, avantageusement de -90°C à -1 20°C, par l’échangeur 101 contenu dans l’enceinte 100 ou bien par l’échangeur 1 03, contenu dans l’enceinte 102 fonctionnant en mode givrage de CO2.
Les fumées entrent dans l’échangeur 1 03 par la tuyauterie 709, avantageusement à une température de -90°C, et sortent de l’échangeur 1 03, avantageusement à une température de - 120°C, par la tuyauterie 71 1 , ou bien les fumées entrent dans l’échangeur 101 par la tuyauterie 710 et sortent de l’échangeur 101 par la tuyauterie 71 2.
Le refroidissement progressif des fumées, avantageusement jusqu’à une température de - 1 20°C, entraine leur déshumidification, et leur décarbonation s’effectue sur le circuit 700 par les différentes branches 701 -71 2. Est décrit ci-dessous le fonctionnement d’une installation telle que représentée en figure 1 , couplant un circuit frigoporteur 10 et un circuit caloporteur / frigoporteur 20, les deux circuits 10, 20 fonctionnant avantageusement avec le même fluide de transfert, en particulier avantageusement l’isopentane.
Le circuit frigoporteur 1 0 est mis en circulation par la pompe 1 .
Le frigoporteur, dont la température est mesurée par la sonde 138, en aval de la pompe 1 , entre ensuite dans un évaporateur 4 du circuit frigorifique 40, avantageusement à une température de -95°C, et ressort de l’évaporateur 4 à une température avantageusement de -1 25°C, cette température de sortie étant mesurée par la sonde 1 20.
Le circuit frigorifique 40 refroidit le frigoporteur à contre-courant avec un début d’évaporation , avantageusement à - 128°C, cette température étant mesurée par une sonde 41 , le frigoporteur sortant de l’évaporateur 4 avantageusement à une température de -98°C, cette température de sortie étant mesurée par une sonde 42.
Selon le cycle de givrage du CO2, le frigoporteur entre soit dans l’échangeur 101 , contenu dans l’enceinte 100, soit dans l’échangeur 1 03, contenu dans l’enceinte 1 02.
Lorsque le frigoporteur circule dans l’échangeur 1 03, les électrovannes 123 et 1 1 1 1 placées en entrée et sortie de l’échangeur 1 03 sont ouvertes, et les électrovannes 121 , 1 1 1 0 et 221 placées en entrée et sortie de l’échangeur 101 sont fermées, le frigoporteur entrant dans l’évaporateur 103 par le branche 1 2, avantageusement à -1 25°C, cette température d’entrée étant mesurée par la sonde 124.
Le frigoporteur refroidit les fumées et givre le CO2 dans l’échangeur 103.
La durée typique du cycle de givrage est avantageusement d’une heure. Le frigoporteur sort de l’évaporateur 1 03, avantageusement à une température de -95°C, cette température de sortie étant mesurée par la sonde 1 26, et rejoint la branche commune 13, via l’électrovanne 1 1 1 1 .
Le frigoporteur entre alors dans l’échangeur 108, avantageusement à une température de -95°C, cette température d’entrée étant mesurée par la sonde 1 28, l’échangeur 1 08 étant intégré dans l’enceinte 107 où les fumées sont refroidies, avantageusement jusqu’à une température de - 90°C.
La durée du cycle de givrage de la vapeur d’eau est avantageusement de l’ordre de 48 heures, compte-tenu de la faible teneur de l’humidité en entrée des fumées dans la tuyauterie 705, une valeur de 30 ppm correspondant à l’humidité saturante à -52°C.
Le frigoporteur sort de l’échangeur 108, avantageusement à une température de -57°C, cette température de sortie étant mesurée par la sonde 130.
Le frigoporteur rejoint, via la branche 1 7, la branche commune 1 9, la vanne 1 1 1 5 étant ouverte. La vanne de régulation 1 000 est fermée, l’électrovanne 1 1 17 placée sur la branche 18 de liaison est ouverte.
Avantageusement, le frigoporteur n’entre pas dans la branche commune 19 lorsque la concentration volumique de CO2 dans les fumées à traiter est supérieure ou égale à 21 ,5%, valeur qui permet à la boucle caloporteur /frigoporteur 20 de fournir l’entièreté de la puissance frigorifique pour refroidir les fumées jusqu’à -52°C dans les échangeurs 1 1 0, 1 1 2.
Avantageusement, la vanne de régulation 1 000 s’ouvre pour des concentrations de CO2 inférieures à 21 ,5% dans les fumées à traiter, pour autoriser le mélange dans la branche commune 1 9 du frigoporteur venant de la branche 17 avec le caloporteur / frigoporteur venant de la branche 23, et ce pour assurer le contrôle de la température, avantageusement à une valeur de l’ordre de -54°C, si le débit thermique à -54°C du caloporteur / frigoporteur dans la branche 23 est insuffisant. Lorsque le débit thermique du caloporteur / frigoporteur est suffisant, comme indiqué, le frigoporteur ne passe pas dans la branche commune 19 (la vanne de régulation 1000 étant fermée) . Le frigoporteur passe alors par la branche 18 de liaison, est aspiré par la pompe 1 et refroidi dans l’échangeur frigorifique 30, avantageusement d’une température d’entrée de -54°C, cette température étant mesurée par la sonde 136, jusqu’à une température de sortie de -95°C, cette température de sortie étant mesurée par la sonde 137.
L’échangeur frigorifique 30 est à contre-courant, avec une température d’entrée, avantageusement à -98°C, mesurée par une sonde 31 et une température de sortie, avantageusement à -59°C, mesurée par une sonde 32.
La pompe 2 du circuit caloporteur / frigoporteur 20 fait avantageusement circuler le même fluide de transfert, avantageusement de l’isopentane, les deux circuits 1 0, 20 circulant alternativement dans les mêmes échangeurs 101 , 1 03 à chaque cycle de givrage et dégivrage du CO2.
Si le débit thermique du caloporteur / frigoporteur doit être complété, l’électrovanne de régulation 1 1 20 (lorsque l’échangeur 1 1 0 est en mode givrage de l’eau) est ouverte ou l’électrovanne de régulation 1 1 21 (lorsque l’échangeur 1 12 est en mode givrage de l’eau) est ouverte, pour laisser revenir sur la branche 1 9 du circuit 10 le même débit que la vanne 1000 a envoyé sur l’un ou l’autre de cet échangeur 1 1 0, 1 1 2 pour assurer la température de -54°C mesurée par les sondes 133 ou 134.
Par différence, le débit du frigoporteur/caloporteur du circuit 20 revient vers la pompe 2 par une branche 26.
Le circuit 20 caloporteur / frigoporteur est dénommé ainsi car il apporte de la chaleur pour dégivrer le CO2 des échangeurs 1 01 ou 1 03 et produit du froid sur les échangeurs 1 1 0 ou 1 1 2. Ce gain permet que la température de retour du frigoporteur sur la branche 22 soit la plus basse possible, avantageusement à -54°C, quand le circuit 20 assure l’entièreté de la puissance frigorifique des échangeurs 1 1 0 ou 1 1 2, c’est le gain indirect.
Le circuit 20 est frigoporteur pour le refroidissement des fumées et le givrage de l’eau dans les échangeurs 1 10, 1 12, cette récupération d’énergie froide associée au dégivrage du CO2, constitue le gain direct.
La description suivante est effectuée en suivant la circulation du fluide de transfert le long du circuit 20, lors du dégivrage du C O 2.
En sortie d’un échangeur 5 du circuit frigorifique 50, la température mesurée par une sonde 141 est avantageusement de -5°C, température permettant le dégivrage du C O 2.
L’électrovanne 203 de la branche 201 est ouverte, ainsi que l’électrovanne 221 de la branche 223, l’électrovanne 204 de la branche 202 est fermée ainsi que l’électrovanne 225 de la branche commune 24, puisque l’échangeur 1 03 est en mode givrage. Le fluide de transfert entre avantageusement à -5°C dans l’échangeur 101 , en mode dégivrage, température mesurée par la sonde 122, en entrée de l’échangeur 101 , et les électrovannes 1 21 , 1 1 1 0 et 204 sont fermées.
L’échangeur 101 , au début du dégivrage, est avantageusement à une température moyenne de -1 10°C, et l’enceinte 1 00 a été mise sous vide au début du cycle de dégivrage du C O 2.
Le fluide de transfert se refroidit en réchauffant l’échangeur, le CO2 se sublime, la pression dans l’enceinte monte avantageusement progressivement jusqu’à 520 kPa, qui est la pression du point triple du C O2 , alors le CO2 passe de la phase solide à la phase gaz à -56°C.
Le fluide de transfert sort par la branche 223, via l’électrovanne 221 , et rejoint le réservoir 28 via la ligne commune 24.
Compte tenu du fait que la sublimation du CO2 de - 120°C à - 56°C représente un tiers de l’énergie de fusion , la température moyenne du fluide de transfert dans le réservoir 28 est de l’ordre de -62°C, mesurée par deux sondes 2210 et 231 1 , ces deux sondes 2210, 231 1 étant respectivement placées en entrée en sortie du réservoir 28.
Le stockage du fluide de transfert dans le réservoir 28 assure un débit stable du caloporteur / frigoporteur pour les opérations de givrage des échangeurs 1 1 0 ou 1 12.
L’électrovanne 231 étant ouverte, le fluide de transfert sortant du réservoir 28 via la branche 23 devient alors un frigoporteur.
Ce fluide rejoint la branche 19 et va refroidir l’échangeur 1 1 0 car l’électrovanne 1 1 1 8 de la branche 29 est ouverte et l’électrovanne 1 1 1 9 de la branche 21 est fermée.
L’échangeur 1 1 0 est avantageusement un échangeur tubes - ailettes, où les fumées circulant sur les ailettes se refroidissent de 2°C, température mesurée par la sonde 71 , jusqu’à avantageusement -52°C, température mesurée par la sonde 73.
Le frigoporteur, circulant dans les tubes, entre avantageusement à -64°C, température mesurée par la sonde 131 , et sort avantageusement à -5°C, température mesurée par la sonde 133, et rejoint la branche 25 via la vanne de régulation 21 6 qui est ouverte, la vanne de régulation 21 5 étant fermée.
Le caloporteur / frigoporteur rejoint la pompe 2 via la ligne 26 et dans ce cas de fonctionnement, l’échangeur 5 n’a pas besoin de refroidir le fluide caloporteur / frigoporteur.
Le circuit frigoporteur/ caloporteur 20 récupère l’énergie froide du dégivrage du CO2 et transfère cette énergie pour le refroidissement des fumées de 2°C à -52°C.
Avantageusement, dès que la concentration volumique de CO2 est égale ou supérieure à 21 ,5% dans le mélange de gaz à traiter, le débit thermique du caloporteur / frigoporteur provenant de l’énergie froide récupérée sur le dégivrage du CO2 est suffisant pour assurer tout le besoin frigorifique.
Pour donner un autre exemple, si la concentration volumique en CO2 est de 14% dans un mélange de gaz à traiter, le circuit caloporteur / frigoporteur 20 fournit 60% du besoin frigorifique de 2°C à -54°C; les 40% complémentaires sont fournis par le circuit frigoporteur 1 0.
Dans ce cas, la vanne de régulation 1000 est ouverte par un système de contrôle commande 800, de manière que la température mesurée par les sonde 133 ou 134 soit contrôlée à -5°C.
Le débit de la pompe 1 est régulé, de manière à assurer les besoins frigorifiques des échangeurs 101 ou 1 02 et 106 ou 1 08, en mode givrage.
Les gains énergétiques sont importants, puisque la puissance frigorifique liée au dégivrage du CO2 est récupérée par le caloporteur / frigoporteur du circuit 20 au niveau du refroidissement du mélange de gaz dans les échangeurs 1 1 0 ou 1 12.
Le fonctionnement du circuit frigoporteur / caloporteur 20 pour d’une part le dégivrage des échangeurs 1 1 0, 1 1 2 de refroidissement des fumées et de givrage de l’eau des échangeurs 1 06, 108 d’autre part va être décrit en s’appuyant sur la figure 2.
Sur la figure 2, les éléments des circuits 1 0, 20 en liaison avec les échangeurs 101 , 1 03 ne sont pas représentés, à fin de simplification .
Sur cette figure 2 le circuit 20 représenté en figure 1 est complété par trois branches 27, 36 et 37.
La branche 27 du circuit 20 comprend une branche 209 de connexion à la branche 21 du circuit 1 0. Une électrovanne 1001 est disposée sur la branche 209 de connexion . La branche 27 du circuit 20 comprend une branche 21 0 de connexion à la branche 29 du circuit 1 0. Une électrovanne 1002 est disposée sur la branche 210 de connexion .
En amont de la connexion avec la branche 21 0, la branche 27 du circuit 20 est connectée à la branche 26 et comprend successivement une électrovanne 1003 de régulation, un échangeur 8, et une pompe 33.
Deux sondes 321 , 322 permettent de mesurer la température du fluide en entrée et en sortie de l’échangeur 8.
La pompe 33 de la branche 27 prend une partie du débit de retour de la ligne 26, ce débit est régulé par l’électrovanne de régulation 1003, le frigoporteur / caloporteur est réchauffé dans l’échangeur 8, avantageusement jusqu’à 1 5°C, pour dégivrer alternativement les échangeurs 1 1 0, 1 1 2.
Le débit caloporteur est contrôlé par l’électrovanne 1 002 sur la branche 21 0 ou par l’électrovanne 1001 sur la branche 209 en entrée des échangeurs 1 10, 1 1 2, et est contrôlé en sortie des échangeurs 1 1 0, 1 1 2 par la vanne 21 6 sur la branche 214 ou la vanne 21 5 sur la branche 213.
La branche 37 du circuit 20 comprend une branche 207 de connexion à la branche 1 5 du circuit 1 0. Une électrovanne 1 006 est disposée sur cette branche 207 de connexion .
La branche 37 du circuit 20 comprend une branche 208 de connexion à la branche 14 du circuit 1 0. Une électrovanne 1 005 est disposée sur cette branche 208 de connexion .
En amont de la connexion avec la branche 208, la branche 37 du circuit 20 est connectée à la branche 26 et comprend successivement une électrovanne 1004 de régulation, un échangeur 7, et une pompe 35.
Deux sondes 143, 144 permettent de mesurer la température du fluide en entrée et en sortie de l’échangeur 7. La branche 36 du circuit 20 comprend une branche 226 de connexion au circuit 1 0, en sortie de l’échangeur 1 08. Une électrovanne 21 2 est disposée sur cette branche 226.
La branche 36 du circuit 20 comprend une branche 227 de connexion au circuit 1 0, en sortie de l’échangeur 1 06. Une électrovanne 21 1 est disposée sur cette branche 227.
En amont de la connexion avec la branche 227, la branche 36 du circuit 20 est connectée à la branche 26.
La pompe 35 de la branche 37 prend une partie du débit de retour de la ligne 26, ce débit est régulé par l’électrovanne de régulation 1004, le frigoporteur / caloporteur est réchauffé dans l’échangeur 7, avantageusement jusqu’à 1 5°C, pour dégivrer alternativement les échangeurs 106, 1 08.
Le débit caloporteur est contrôlé par l’électrovanne 1 005 sur la branche 208 ou par l’électrovanne 1006 sur la branche 207 en entrée des échangeurs 106, 1 08 et est contrôlé en sortie des échangeurs 1 06, 108 par la vanne 21 1 sur la branche 227 et la vanne 21 2 sur la branche 226.
La branche 36 est la branche de retour du caloporteur vers la branche 26. Cette branche 36 est alimentée par la branche 227 quand l’électrovanne 21 1 est ouverte lors du dégivrage de l’échangeur 106, ou par la branche 226 quand l’électrovanne 21 2 est ouverte lors du dégivrage de l’échangeur 1 08.
Les échangeurs 7 et 8 sont réchauffés par un circuit 60, provenant avantageusement d’un aéroréfrigérant,
Un échangeur 6 prend la chaleur du circuit 60 sur un circuit 39 où un caloporteur / frigoporteur est mis en circulation par une pompe 34.
La sortie de l’échangeur 7 est reliée par une branche 38 à l’entrée de l’échangeur 8. Trois électrovannes 351 , 352, 353 sont disposées sur la branche 38. La sortie de l’échangeur 8 est reliée par une branche 43 à l’entrée de l’échangeur 7. Une électrovanne 354 est disposée sur la branche 43.
Le circuit 60 est connecté à la ligne 43 par une première branche, sur laquelle sont placées la pompe 34 et une électrovanne 341 . Le circuit 60 est connecté à la ligne 43 par une seconde branche, sur laquelle est placée une électrovanne 342.
Le jeu de vannes 341 , 342, 351 , 352, 353, 354 permet d’alimenter alternativement l’échangeur 7 ou l’échangeur 8.
L’échangeur 1 1 2 est en mode dégivrage et l’échangeur 1 1 0 est en mode givrage, comme décrit précédemment.
Le débit total du caloporteur/ frigoporteur doit être doublé, puisque le circuit de la branche 21 requiert ce débit supplémentaire par la mise en fonctionnement de la pompe 33 de la branche 27 pour le dégivrage de l’échangeur 1 12.
L’échangeur 1 12 en mode dégivrage est avantageusement initialement à une température moyenne de -27°C et le caloporteur va le réchauffer progressivement et faire fondre la glace hydrique déposée sur les ailettes de cet échangeur.
A l’initialisation du cycle de dégivrage de l’échangeur 1 1 2, déclenché par le dépassement du seuil de pertes de charge sur le circuit des fumées mesurées par un capteur de pression différentiel (non représenté), le système de contrôle commande 800 ouvre la vanne de régulation 1003 sur la branche 27, et ouvre la vanne 1 001 située sur la branche 209, ainsi que l’électrovanne 21 5 située sur la branche 213, la vanne 1 002 étant fermée.
Le système de contrôle commande 800 accroît le débit de la pompe 2 d’un facteur 2, ce qui est vérifié par le débitmètre 200. Les branches 209 et 210 sont alors alimentées par un débit semblable, l’un frigoporteur pour la branche 210, l’autre caloporteur pour la branche 209.
Un circuit 60 fonctionnant sur un aéroréfrigérant va fournir la chaleur nécessaire au dégivrage, en fournissant le débit nécessaire à 20°C, température mesurée par une sonde de température 61 , et réchauffer ainsi le caloporteur, avantageusement de l’isopentane, d’une température variable, avantageusement de -30°C, jusqu’une température avantageusement de +15°C, mesurée par une sonde 331 .
La pompe 34 fait circuler un caloporteur adapté, par exemple de l’acétate de potassium, à 20°C, sur l’échangeur 8, les deux électrovannes 352, 342 étant ouvertes, les quatre électrovannes 341 , 351 , 353 et 354 étant fermées.
La pompe 33 de la branche 27 est mise en fonctionnement pour aspirer le débit de caloporteur, régulé aussi par la vanne de régulation 1003 réglée de manière à faire passer la moitié du débit de retour sur l’échangeur 8.
Le retour vers la branche 25 s’effectue via l’électrovanne 21 5 de la branche 213.
En mode de dégivrage d’un échangeur 1 10, 1 12, le débit mesuré par le débitmètre 200 de la branche 26 est donc le double du débit sans dégivrage de ces échangeurs.
Le débit de refroidissement du circuit frigorifique 50 est lui-même accru, pour fournir la puissance frigorifique à -1 0°C mesurée par une sonde de température 51 , et ressort avantageusement à + 3°C, température mesurée par une sonde 52, cette sonde servant d’indicateur au système de contrôle commande 800 pour réguler le débit du système frigorifique 50. Le temps de dégivrage des échangeurs 1 10 ou 1 1 2 est avantageusement court, de l’ordre de la demi-heure, alors que le temps de givrage est de l’ordre de 4 heures.
Quand la température de 15°C est atteinte, indiquée par la sonde 134, le système de contrôle commande 800 arrête la pompe 33, ferme les vannes de régulation 1 001 et 1003, ferme l’électrovanne 21 5 et le débit de la pompe 2 est réduit d’un facteur 2.
Le dégivrage des échangeurs 1 06 ou 1 08 est réalisé selon le même principe, mais le dégivrage a avantageusement lieu une fois toutes les 48h et le système de contrôle commande 800 donne la priorité au dégivrage des échangeurs 1 10 ou 1 12, car les échangeurs 1 06 et 1 08 peuvent attendre, pour éviter d’avoir deux échangeurs en dégivrage concomitant sur la branche 26.
Avantageusement, l’échangeur 1 06 est en mode givrage, l’échangeur 108 est en mode dégivrage, sa température moyenne initiale est d’environ - 70°C.
Le caloporteur, de préférence l’isopentane, va réchauffer cet échangeur et faire fondre la glace hydrique déposée sur les ailettes de cet échangeur.
A l’initialisation du cycle de dégivrage de l’échangeur 108, déclenché par le dépassement du seuil de pertes de charge sur le circuit des fumées, mesurées par un capteur de pression différentiel (non représenté), le système de contrôle commande 800 ouvre la vanne de régulation 1004 et la vanne 1006 sur la branche 207 ainsi que l’électrovanne 212 située sur la branche 226, et accroît le débit de la pompe 2 d’un facteur 2.
Le circuit 60 va fournir la chaleur nécessaire au dégivrage, en fournissant le débit nécessaire à 20°C, mesurée par la sonde de température 61 , et réchauffer ainsi le caloporteur, avantageusement de l’isopentane, dans l’échangeur 7 avantageusement d’une température de -60°C jusqu’à une température de +1 5°C, mesurée par la sonde 144. La pompe 34 fait circuler le caloporteur, avantageusement de l’acétate de potassium, à 20°C sur l’échangeur 7, les électrovannes 351 , 352 et 342 sont fermées et les électrovannes 341 , 353 et 354 étant ouvertes.
La pompe 35 de la branche 37 est mise en fonctionnement, pour aspirer le débit de caloporteur, régulé par la vanne de rég ulation 1 004 réglée de manière à faire passe la moitié du débit de retour de la branche 26 sur l’échangeur 7.
Le retour vers la branche 36 qui rejoint la branche 26 s’effectue via l’électrovanne 21 2 de la branche 226, les électrovannes 1 1 15 et 21 1 étant fermées.
Le débit de refroidissement du circuit frigorifique 50 est accru , pour fournir la puissance frigorifique, avantageusement à -1 0°C, température mesurée par la sonde de température 51 , et ressort avantageusement au plus chaud à + 3°C, température mesurée par la sonde 52, cette sonde servant d’indicateur au système de contrôle commande 800 pour réguler le débit du système frigorifique 50.
Le temps de dégivrage est avantageusement nettement plus court, de l’ordre de la demi-heure, alors que le temps de givrage de l’ordre de 48 heures, et donc quand la température de 15°C est atteinte sur la sonde 130, le système de contrôle commande 800 arrête la pompe 35, ferme les vannes de régulation 1 004 et 1006, ferme l’électrovanne 21 2 et le débit de la pompe 2 est réduit d’un facteur 2.
La pompe 34 est elle aussi arrêtée.
La branche de retour du circuit 20 transfère la puissance frigorifique due aux dégivrages de l’eau sur les échangeurs 1 06 et 1 08 d’une part et 1 1 0 et 1 1 2 d’autre part au circuit caloporteur / frigoporteur, cette puissance frigorifique contribuant au refroidissement du mélange de gaz ou à celui des systèmes frigorifiques, ce qui montre comment la froideur des dégivrages des échangeurs 106, 1 08, 1 1 0, 1 1 2 est récupérée par le circuit frigoporteur / caloporteur.

Claims

Revendications
1 . Procédé de traitement de fumées contenant de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone et éventuellement un oxyde d’azote, le procédé comprenant une première étape de refroidissement des fumées à traiter, par givrage de l’eau et éventuellement du dioxyde d’azote NO2, cette première étape produisant des fumées refroidies, le procédé comprenant une deuxième étape de refroidissement et déshumidification des fumées refroidies, par givrage de l’eau contenue dans ces fumées refroidies, cette deuxième étape produisant des fumées déshumidifiées, le procédé comprenant une troisième étape de refroidissement et décarbonation des fumées déshumidifiées, par givrage du dioxyde de carbone en glace carbonique et éventuellement d’un oxyde d’azote contenu dans les fumées déshumidifiées, chacune des trois étapes de traitement des fumées étant effectuée par un échangeur d’une paire d’échangeurs, un fluide de transfert circulant dans chaque échangeur, chaque échangeur d’une paire d’échangeur étant en mode givrage pour le refroidissement des fumées tandis que l’autre échangeur est en mode dégivrage de la glace hydrique ou de la glace carbonique formée lors d’une étape de refroidissement effectuée auparavant, le fluide de transfert étant frigoporteur dans les échangeurs en mode givrage, le fluide de transfert étant caloporteur dans les échangeurs en mode dégivrage, le fluide de transfert récupérant l’énergie froide de sublimation et fusion de la glace carbonique obtenue à la troisième étape de refroidissement et décarbonation et transférant cette énergie froide pour le refroidissement des fumées à la première étape de traitement, le fluide de transfert ayant un point triple dont la température est inférieure à - 125°C.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le fluide de transfert comprend de l’isopentane ou de l’isohexane.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’un fluide de transfert circule dans un circuit frigoporteur et un fluide de transfert circule dans un circuit caloporteur/frigoporteur, le circuit caloporteur/frigoporteur récupérant l’énergie froide de sublimation et fusion de la glace carbonique obtenue à la troisième étape de refroidissement et décarbonation et transférant cette énergie froide pour le refroidissement des fumées à la première étape de traitement.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de mesure de la concentration en dioxyde de carbone dans les fumées à traiter et à refroidir à la première étape de traitement ; une étape de comparaison de la concentration en dioxyde de carbone mesurée avec une valeur seuil, un débit du circuit caloporteur/frigoporteur prédéterminé fournissant une puissance frigorifique pour refroidir les fumées jusqu’à une température cible à la première étape de refroidissement pour cette valeur seuil ; une étape de mélange de fluide de transfert du circuit frigoporteur et du fluide de transfert du circuit frigoporteur/caloporteur, lorsque la concentration en dioxyde de carbone mesurée est inférieure à la valeur seuil, le débit du mélange obtenu étant sensiblement égal au débit prédéterminé.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendication 3 à 4, caractérisé en ce que, pour les échangeurs de la troisième étape de refroidissement et décarbonation des fumées, le fluide de transfert du circuit caloporteur/frigoporteur circule sur un échangeur en alternance avec le fluide de transfert du circuit frigoporteur, le flu ide de transfert du circuit frigoporteur assurant le refroidissement des fumées et le givrage du dioxyde de carbone dans l’échangeur, le fluide de transfert du circuit caloporteur/frigoporteur assurant le dégivrage du dioxyde de carbone dans l’échangeur.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que, pour les échangeurs de la première étape de refroidissement des fumées à traiter, le fluide de transfert du circuit caloporteur/frigoporteur circule sur un échangeur en alternance avec le fluide de transfert du circuit frigoporteur, le flu ide de transfert du circuit frigoporteur assurant partiellement ou pas le refroidissement des fumées et le givrage de l’eau en glace hydrique dans l’échangeur, le fluide de transfert du circuit caloporteur/frigoporteur assurant partiellement ou totalement le refroidissement des fumées et le givrage de l’eau , et étant alors frigoporteur par transfert des frigories récupérées lors du dégivrage du dioxyde de carbone lors de la troisième étape, le fluide de transfert du circuit caloporteur/frigoporteur étant également caloporteur lors du dégivrage de la glace hydrique dans l’échangeur.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que, pour les échangeurs de la deuxième étape de refroidissement et déshumidification des fumées, le fluide de transfert du circuit caloporteur/frigoporteur circule sur un échangeur en alternance avec le fluide de transfert du circuit frigoporteur, le fluide de transfert du circuit frigoporteur assurant le refroidissement des fumées et le givrage de l’eau en glace hydrique dans l’échangeur, le fluide de transfert du circuit caloporteur/frigoporteur assurant le dégivrage de la glace hydrique dans l’échangeur.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que le même fluide de transfert circule dans le circuit frigoporteur le circuit caloporteur/frigoporteur.
9. Dispositif de traitement de fumées contenant de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone et éventuellement un oxyde d’azote, le dispositif comprenant une première paire d’échangeurs (1 10, 1 1 2) pour une première étape de refroidissement des fumées à traiter, par givrage de l’eau , cette première étape produisant des fumées refroidies, le dispositif comprenant une deuxième paire d’échangeurs (1 06, 108) pour une deuxième étape de refroidissement et déshumidification des fumées refroidies, par givrage de l’eau contenue dans ces fumées refroidies, cette deuxième étape produisant des fumées déshumidifiées, le dispositif comprenant une troisième paire d’échangeurs ( 1 01 , 1 03) , pour une troisième étape de refroidissement et décarbonation des fumées déshumidifiées, par givrage du dioxyde de carbone en glace carbonique et éventuellement d’un oxyde d’azote contenu dans les fumées déshumidifiées, un fluide de transfert circulant dans chaque échangeur (1 10, 1 1 2, 106, 1 08, 1 01 , 103) , chaque échangeur d’une paire d’échangeur étant en mode givrage pour le refroidissement des fumées tandis que l’autre échangeur est en mode dégivrage de la glace hydrique ou de la glace carbonique formée lors d’une étape de refroidissement effectuée auparavant, le fluide de transfert étant frigoporteur dans les échangeurs en mode givrage, le fluide de transfert étant caloporteur dans les échangeurs en mode dégivrage, le fluide de transfert récupérant l’énergie froide de sublimation et fusion de la glace carbonique obtenue à la troisième étape de refroidissement et décarbonation et transférant cette énergie froide pour le refroidissement des fumées à la première étape de traitement, le fluide de transfert ayant un point triple dont la température est inférieure à - 125°C.
10. Dispositif selon la revendication 9, le dispositif étant caractérisé en ce qu’il comprend un circuit frigoporteur ( 1 0) dans lequel circule un fluide de transfert, et un circuit caloporteur/frigoporteur (20) dans lequel circule un fluide de transfert, le circuit caloporteur/frigoporteur (20) récupérant l’énergie froide de sublimation et fusion de la glace carbonique obtenue à la troisième étape de refroidissement et décarbonation et transférant cette énergie froide pour le refroidissement des fumées à la première étape de traitement.
1 1 . Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en que qu’il comprend des moyens de mesure de la concentration en dioxyde de carbone dans les fumées à traiter et à refroidir dans la première paire d’échangeurs ( 1 10, 1 12), à la première étape de traitement ; des moyens de comparaison de la concentration en dioxyde de carbone mesurée avec une valeur seuil, un débit du circuit caloporteur/frigoporteur prédéterminé fournissant une puissance frigorifique pour refroidir les fumées jusqu’à une température cible à la première étape de refroidissement pour cette valeur seuil ; des moyens de mélange de fluide de transfert du circuit frigoporteur (1 0) et du fluide de transfert du circuit frigoporteur/caloporteur (20) , lorsque la concentration en dioxyde de carbone mesurée est inférieure à la valeur seuil, le débit du mélange obtenu étant sensiblement égal au débit prédéterminé.
12. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 9 à 1 1 , caractérisé en ce que le fluide de transfert comprend de l’isopentane ou de l’isohexane.
13. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le même fluide de transfert circule dans le circuit frigoporteur (1 0) et le circuit caloporteur/frigoporteur (20).
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