Echangeur de chaleur pour oxygène alimentant une oxy-chaudière pour capture et stockage de CO2 (19-Aug-2009)

Titre : Echangeur de chaleur pour oxygène alimentant une oxy-chaudière pour capture et stockage de CO2

Quel est le problème que l’invention se propose de résoudre ?

Dans le cadre de l’oxy-combustion appliquée à la production d’énergie, le préchauffage de l’oxygène de combustion est un moyen intéressant d’augmentation d’efficacité de l’installation.

Une centrale d’oxy-combustion typique pour produire de l’électricité ou de la vapeur (voir image ci-dessous), est composée de :

• une chaudière, composée d’une chambre de combustion et d’échangeurs au sein desquels circule le fluide process (de l’eau) ; à l’intérieur de la chaudière se déroule la combustion du combustible avec un comburant, tous les deux injectés aux brûleurs ;
• une unité de séparation d’air (ASU), produisant l’oxygène comburant ;
• un système de conditionnement du combustible,
• pour le charbon : séchage, pulvérisation et mise en suspension dans un gaz qui l’amène au brûleur de la chaudière ;
• pour les combustibles liquides (pompage, filtration, atomisation …)
• des unités de pré-traitement de fumées (dépoussiérage, désulfurisation, de-NOx, condensation de l’eau) ;
• un recycle de fumées vers la chaudière, pour simuler en oxy-combustion le ballast par l’azote présent dans l’air en aéro-combustion ;
• une unité de compression et purification du CO2 produit, présent dans les fumées
• un cycle vapeur, qui transforme l’énergie calorifique transférée depuis la combustion jusqu’au fluide process, en énergie électrique.

En sortie de l’unité de séparation d’air, l’oxygène produit est délivré à une température proche de la température ambiante.

Ce type de centrale étant en stade de développement, il n’existe pour l’instant que sous forme d’études papier.

L’invention propose des moyens pour augmenter la température de l’oxygène avant de l’injecter dans la chaudière. Si l’on introduisait ce débit à température ambiante dans la chaudière d’oxy-combustion pour alimenter la flamme en comburant, le rendement global de production d’électricité de la centrale seraitdiminué. En effet, la chaleur sensible pour porter cet oxygène de la température ambiante à la température de flamme, est une chaleur soustraite de celle produite dans la flamme. Cette chaleur à haute température définit également la quantité de vapeur à haute température que l’on peut produire, et cette température constitue la limite supérieure du rendement de l’installation (i.e. rendement de Carnot , d’où le rendement maximal atteignable par un cycle thermodynamique de production de travail est fixé par le quotient entre température absolue de la source chaude du cycle et la température absolue de la source froide).

La température maximale du cycle est fi...