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EP-3882506-B1 - SYSTEM FOR CONTROLLING CO2 TEMPERATURE IN STEAM OUTLET

EP3882506B1EP 3882506 B1EP3882506 B1EP 3882506B1EP-3882506-B1

Inventors

  • TAMMAR, MOEZ
  • REYMOND, CHRISTIAN

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20210317

Claims (6)

  1. An equipment for vaporizing cryogenic liquid fluids, comprising a main heat exchanger (4), suitable for allowing a heat exchange between the cryogenic liquid fluid (1, 2) and water or any other exchange fluid such as oil or even glycol water, in order to perform said vaporization, which equipment comprises a means (5) for injecting a liquid gas into the gas produced at the outlet of the main heat exchanger (4), to lower the temperature of this produced gas within a given range, characterized by the implementation of the following measures: - the equipment is provided with an outlet pipe from the main heat exchanger (4), in which the injection of liquid gas is performed; - this outlet pipe has the shape of a hairpin presenting: i) a first sloped portion arranged in an ascending manner by a few degrees at the outlet of the main heat exchanger (4), ii) an elbow and a vertical portion, and iii) a second sloped portion configured to be connected to the user station (11), the injection (12) of liquid gas being carried out at the beginning of the hairpin, at the level of the first sloped portion, in order to force any droplets of liquid fluid that would not be vaporized at the outlet of the main heat exchanger (4) to return to the main heat exchanger (4), and thus to ensure that the liquid is completely vaporized.
  2. The equipment according to claim 1, characterized in that the exchange fluid is water vapor, water vapor being injected directly into said main heat exchanger (4) to perform said vaporization.
  3. The equipment according to claim 1, characterized in that the exchange fluid is water vapor (6), and in that the following measures are implemented: - an additional exchanger (7) is provided; - a water reserve is provided; - a loop (5) is provided comprising said additional exchanger and said main heat exchanger (4), a loop where water can circulate in a closed circuit and be reheated by exchanging heat with the vapor, before being injected into the main heat exchanger (4) to perform said vaporization.
  4. The equipment according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the liquid gas injected (12) into the gas produced at the outlet of the main heat exchanger (4) is the same liquid gas that is to be vaporized.
  5. The equipment according to any one of the preceding claims, characterized in that the pipe which comprises the first sloped portion is provided at its end with an accumulation point (13), which accumulation point is itself provided with a temperature probe.
  6. A method for vaporizing cryogenic liquid fluids, implementing to perform the vaporization a main heat exchanger (4) between the cryogenic liquid fluid and water or any other exchange fluid such as oil or even glycol water, in order to perform said vaporization, characterized in that a liquid gas (12) is injected into the gas produced at the outlet of the main heat exchanger (4), in order to lower the temperature of this produced gas within a given range, before directing this thus cooled gas to a user station for this gas (11), and characterized in that the possible presence of liquid in the thus cooled gas is detected, before its arrival at the user station, in the following manner: - an outlet pipe from the main heat exchanger (4) is provided, in which the injection (12) of liquid gas is performed; - this outlet pipe has the shape of a hairpin presenting: i) a first sloped portion arranged in an ascending manner by a few degrees at the outlet of the main heat exchanger (4), ii) an elbow and a substantially vertical portion, and iii) a second sloped portion configured to be connected to the user station (11), the injection of liquid gas being carried out at the beginning of the hairpin, at the level of the first sloped portion, in order to force any droplets of liquid fluid that would not be vaporized at the outlet of the main heat exchanger (4) to return to the main heat exchanger (4), and thus to ensure that the liquid is completely vaporized; - said first sloped portion is provided at its end with an accumulation point (13), which accumulation point is itself provided with a temperature probe, and the possible presence of liquid in the gas is detected according to the temperature value provided by the probe.

Description

La présente invention concerne le domaine des équipements de vaporisation du CO2 liquide, et s'intéresse plus particulièrement aux possibilités de contrôler sa température après sa vaporisation et sa transformation à l'état gazeux. Les documents US2007/095077, DE-10 2011 109824, US2019/137041, et US2006/086100, illustrent l'état de la technique du domaine de la vaporisation de liquides cryogéniques. On sait que le CO2 gazeux est utilisé pour un grand nombre d'applications industrielles parmi lesquelles on trouve des applications en alimentaire et notamment l'enrichissement des serres au CO2 , l'anesthésie de volailles et des porcs au CO2 , la carbonatation des boissons, le traitement des eaux etc... etc.... Typiquement, on sait que les fabricants de boissons ne peuvent pas utiliser du CO2 trop « chaud », le CO2 est généralement injecté dans l'eau à une température voisine de 2°C. Et l'on sait qu'en cas de CO2 trop « chaud » la qualité de carbonatation ne sera pas optimale voir même non acceptable. On sait alors que différentes solutions techniques sont utilisées pour réaliser une telle vaporisation du CO2 liquide, et l'on connaît notamment des équipements mettant en œuvre un échange thermique entre le CO2 liquide et de l'eau chaude (ou tout autre fluide chaud tel huile, vapeur ...etc.). On considérera dans ce qui suit pour des raisons de simplicité les échangeurs CO2/eau. Un tel équipement nécessite un apport d'énergie en continue pendant la vaporisation du gaz. Reste que de tels équipements font apparaître les problématiques suivantes, quand on réalise un échange entre du CO2 liquide avec un fluide chaud, à une température généralement supérieure à 30°C : l'échangeur utilisé est dimensionné pour éviter que l'eau ne puisse congeler à l'intérieur de l'échangeur, donnant lieu ainsi à une limite basse de dimensionnement. En effet, dans un tel équipement les échangeurs de chaleurs permettent l'échange entre le CO2 liquide à -20°C et l'eau à une température supérieure à 10°C . On va donc dimensionner l'échangeur pour le maximum de débit de CO2 et une température minimale d'eau à 10-15°C (ou moins). Par la suite, pour le même débit maximum de CO2 est si la température de l'eau est supérieure à 15°C, il n'y aura pas de risque de voir l'échangeur bouché par la congélation de l'eau pendant l'échange. En revanche, le CO2 en sortie devient plus chaud, dès que la température de l'eau augmente.selon le débit de gaz (CO2) à produire, et la consommation du site utilisateur en aval, pour des températures d'eau dépassant certaines limites (30°C dans certains cas), la température du CO2 peut suivre la température d'entrée d'eau, qui peut atteindre jusqu'à 90°C (voire plus si c'est de la vapeur). En effet, l'eau est traditionnellement fournie par le site utilisateur lui-même, c'est l'eau que l'on qualifie la plupart du temps « d'eau de process », c'est l'eau que le site utilise dans son procédé de production avec une température spécifique. Le site dépense de l'énergie pour refroidir l'eau, afin de pouvoir l'utiliser dans son procédé (refroidissement des machines, compresseurs, ...etc.). L'équipement de vaporisation va refroidir cette eau, en vaporisant le CO2, qui va être consommé par le site pour une application donnée, une carbonatation par exemple (double gain d'énergie).on peut alors observer une surchauffe du CO2 produit, dont la température peut alors poser des problèmes d'application chez les sites utilisateurs, dès qu'elle dépasse 15°C dans certains cas.tous les systèmes actuels de vaporisation du CO2 (notamment celui évoqué plus haut, d'échange thermique avec de l'eau), ne permettent pas d'ajuster, et notamment de réguler la température du gaz, par exemple du CO2, obtenu en sortie d'équipement. Un des objectifs de la présente invention est alors de proposer une solution aux problématiques évoquées ci-dessus. Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la présente invention propose d'injecter un gaz liquide dans le gaz obtenu en sortie de l'équipement de vaporisation, équipement de type mettant en œuvre un échangeur thermique cryogène liquide/eau. On ajoutera préférentiellement dans le gaz obtenu en sortie de vaporiseur le même gaz liquide que celui qui doit être vaporisé (donc ici du CO2 liquide dans le CO2 gazeux de sortie pour un vaporiseur de CO2 liquide°). Cette injection peut être faite par une régulation automatique pour ajuster finement la température de sortie du gaz, elle peut également être effectuée par l'adoption d'un réglage fixe. Il s'agit du dosage entre CO2 gazeux, après vaporisation, et CO2 liquide. On pourrait le faire, automatiquement, à titre d'exemple, par une vanne progressive sur l'alimentation de CO2 liquide, pour assurer un bon dosage et contrôler la température définitive de CO2. On peut également le faire manuellement, par exemple par un orifice calibré sur l'arrivée de CO2 liquide, si on veut limiter uniquement la température du CO2 gazeux. La régulation est d'autant plus fine, ca