Compresseur de dioxyde de carbone

Le dioxyde de carbone (CO₂) est largement utilisé dans les gaz industriels, mais ses propriétés uniques exigent une attention particulière. Incolore et inodore, il présente une température critique relativement élevée (31,03 °C) et une forte propension à réagir avec l'eau pour former de l'acide carbonique. La corrosion et la liquéfaction sont donc des facteurs essentiels à prendre en compte lors du choix d'un compresseur. Sa densité, supérieure à celle de l'air (densité relative d'environ 1,53), peut entraîner une accumulation dans les zones basses en cas de fuite, présentant un risque d'asphyxie et nécessitant ainsi une étanchéité optimale de l'équipement. Le CO₂ est largement utilisé dans des secteurs tels que l'agroalimentaire, la protection contre le soudage, la récupération du pétrole, la synthèse chimique et le secteur émergent du captage, de l'utilisation et du stockage du carbone (CCUS), avec des pressions de remplissage des bouteilles généralement comprises entre 5 et 6 MPa. Par conséquent, le processus de compression doit relever simultanément deux défis techniques majeurs : la corrosion due à l'humidité et la liquéfaction résultant d'un refroidissement insuffisant.

COMPRESSEUR À DIAPHRAGME

COMPRESSEUR À PISTON

Avantages du compresseur à membrane à dioxyde de carbone :

01

Absolument sans huile et pureté garantie à 100 % :

Le principe d'un compresseur à membrane repose sur l'utilisation d'une membrane métallique qui isole physiquement et complètement le gaz comprimé du système hydraulique. Le cylindre ne nécessite aucune lubrification. Ainsi, durant toute la compression, le dioxyde de carbone n'entre jamais en contact avec des graisses ou des brouillards d'huile, éliminant ainsi tout risque de contamination. Pour le CO₂ de qualité alimentaire, le CO₂ de qualité électronique ou le CO₂ utilisé en synthèse chimique de pointe, cette caractéristique garantit une propreté et une pureté chimique extrêmement élevées du gaz produit, répondant ainsi aux normes d'application les plus strictes.
02

Étanchéité statique supérieure et sécurité intrinsèque :

Le dioxyde de carbone est parfaitement scellé dans la cavité formée par le diaphragme et la culasse. Cette structure à étanchéité statique garantit théoriquement une absence totale de fuite. Elle empêche ainsi efficacement toute perte de gaz précieux ou dangereux et élimine tout risque d'asphyxie lié à l'accumulation de CO₂ dans les zones basses en cas de fuite. De plus, cette structure empêche l'érosion des composants de la transmission par le CO₂ humide, potentiellement corrosif, améliorant ainsi la fiabilité de l'équipement même dans des conditions difficiles.

Points clés de conception pour un compresseur à membrane à dioxyde de carbone :

01

Sélection rigoureuse des matériaux pour la protection contre la corrosion :

Le dioxyde de carbone formant de l'acide carbonique au contact de l'humidité, lequel est corrosif pour l'acier au carbone ordinaire, tous les composants en contact avec le CO₂ (culasse, membrane, vannes et tuyauterie) doivent être fabriqués à partir de matériaux résistants à la corrosion. On privilégie généralement les aciers inoxydables austénitiques (comme le 304 ou le 316L), et des traitements rigoureux de dégraissage, de nettoyage et de passivation sont appliqués après fabrication afin de garantir une résistance durable à la corrosion et la pureté du gaz.
02

Contrôle précis de la température et de la pression et conception anti-liquéfaction :

La température critique du dioxyde de carbone est de 31,03 °C. Lors de la compression, si le refroidissement est insuffisant et que la température du gaz chute en dessous de cette valeur critique malgré une pression suffisamment élevée, un passage à l'état liquide est très probable. La présence de CO₂ liquide à l'intérieur du compresseur peut provoquer un « coup de bélier » fatal, endommageant la membrane et la culasse. La conception doit donc impérativement inclure le calcul et le contrôle précis du taux de compression à chaque étage, ainsi que la configuration de refroidisseurs intermédiaires à haut rendement (refroidis par eau ou par air) afin de garantir un abaissement efficace de la température de refoulement à chaque étage. Ceci permet de limiter strictement les points de fonctionnement de l'ensemble du circuit de compression à la phase gazeuse du CO₂, évitant ainsi tout risque de liquéfaction.
03

Système amélioré de surveillance et de protection de la sécurité :

Compte tenu du coefficient de dilatation élevé du CO₂ sous haute pression (la pression d'une bouteille pleine peut augmenter de 314 à 834 kPa pour chaque degré Celsius d'élévation de température), le système doit intégrer de multiples protections. Les éléments clés de conception comprennent : l'installation de soupapes de sécurité précises et fiables à chaque étage pour prévenir les surpressions ; l'équipement d'un dispositif de détection et d'alarme de rupture de membrane capable de déclencher immédiatement l'arrêt du compresseur en cas de défaillance afin d'éviter le mélange gaz-fioul ; et l'installation de capteurs de concentration de gaz dans les zones susceptibles d'accumuler du CO₂, reliés au système de ventilation. Le système de contrôle (automate programmable) doit intégrer une surveillance en temps réel et des fonctions d'arrêt d'urgence pour des paramètres tels que la pression, la température et l'état de la membrane.

Certificat

SÉLECTION DU MODÈLE

Professeur

Compresseur à membrane de dioxyde de carbone

Modèle G70Z/G95Z/G110Z/G130Z	Course du piston 70 mm ~ 130 mm	Force maximale du piston 10 kN à 30 kN
Pression de refoulement maximale 70 MPa	Plage de débit 1~500 Nm³/h	Puissance du moteur 2,2 kW à 30 kW
Vitesse du vilebrequin 420 tr/min	Méthode de refroidissement Refroidissement par eau/refroidissement par air

Modèle G70V/G95V/G130V	Course du piston 70 mm ~ 130 mm	Force maximale du piston 10 kN à 30 kN
Pression de refoulement maximale 50 MPa	Plage de débit 1 à 200 Nm³/h	Puissance du moteur 2,2 kW à 30 kW
Vitesse du vilebrequin 420 tr/min	Méthode de refroidissement Refroidissement par eau / Refroidissement par air

Modèle G110L/G130L	Course du piston 110 mm ~ 130 mm	Force maximale du piston 20 kN~40 kN
Pression de refoulement maximale 100 MPa	Plage de débit 10 à 1000 Nm³/h	Puissance du moteur 7,5 kW à 90 kW
Vitesse du vilebrequin 420 tr/min	Méthode de refroidissement Refroidissement par eau / Refroidissement par air

Modèle G110D/G130D/G150D/ G180D/G182D/G210D	Course du piston 110 mm ~ 210 mm	Force maximale du piston 20 kN ~ 160 kN
Pression de refoulement maximale 100 MPa	Plage de débit 30 à 2000 Nm³/h	Puissance du moteur 22 kW à 200 kW
Vitesse du vilebrequin 420 tr/min	Méthode de refroidissement Refroidissement par eau / Refroidissement par air

Compresseur à membrane

AVEC

Course du piston 70 mm

Débit (Nm3/h)

Pression d'entrée (barg)

Pression de sortie (barg)

Non.	Modèle	eau de refroidissement	Couler	Pression d'entrée	Pression de sortie	Dimensions L×l×H	Poids	Puissance du moteur
Non.	Modèle	(L/h)	(Nm³/h)	(MPa)	(MPa)	(≈mm)	(≈kg)	(kW)
1	GZ-52/40-56	500	52	4	5.6	1200×700×1100	450	3
2	GZ-15/10-12	500	15	1	1.2	1200×700×1100	500	3
3	GZ-20/7-30	500	20	0,7	3	1200×760×1100	750	4
4	GV-60/8-60	1000	60	0,8	6	2600×1800×1700	3000	11
5	GV-500/150-200	1500	500	15	20	2600×1800×1700	3000	18,5
6	GV-160/(6-10)-75	2000	160	0,6-1	7,5	2600×1800×1700	3000	22
7	GL-20/10-150	1500	20	1	15	2200×1200×1300	3000	15
8	GL-25/5-150	1500	25	0,5	15	2200×1200×1300	3000	15
9	GL-45/5-150	2000	45	0,5	15	2600×1300×1300	3000	18,5
10	GD-40/150	4000	40	Atmosphérique	15	3500×2000×1700	4000	37
11	GD-300/50-200	4000	300	5	20	3600×2300×1800	4000	45
12	GD-900/10-140	16000	900	1	14	4500×4000×2200	16000	200

Les dimensions et le poids de l'équipement sont donnés à titre indicatif uniquement, et la conception finale prévaudra.

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ÉTUDE DE CAS

Russie
ÉTATS-UNIS
Espagne
Kazakhstan

Avantages du compresseur alternatif à dioxyde de carbone :

01

Grande adaptabilité aux conditions de fonctionnement et économie d'exploitation élevée :

Les compresseurs alternatifs s'adaptent à une large plage de débits, de quelques dizaines à plusieurs dizaines de milliers de Nm³/h, et à des pressions de refoulement supérieures à 20 MPa, répondant ainsi pleinement aux exigences d'ingénierie pour la récupération, la surpression et le transport du CO₂ à grande échelle. Leur rendement volumétrique élevé, leurs excellentes performances énergétiques et la longue durée de vie de leurs principales pièces d'usure (plus de 6 000 heures) garantissent de faibles coûts d'exploitation et de maintenance sur l'ensemble du cycle de vie, assurant un retour sur investissement significatif.
02

Technologie éprouvée et fiable, dotée d'une capacité de régulation flexible :

Technologie éprouvée et mature, les compresseurs alternatifs se caractérisent par une structure robuste et une grande contrôlabilité, permettant un fonctionnement industriel continu et stable. Face aux variations de pression du gaz source ou de la demande en aval, ils régulent leur capacité avec souplesse grâce à différents procédés tels que la régulation d'aspiration, la recirculation par dérivation et la variation de fréquence, assurant ainsi une réponse rapide aux variations de débit et garantissant le fonctionnement stable de l'ensemble du système d'alimentation en gaz.

Points clés de conception d'un compresseur alternatif à dioxyde de carbone :

01

Stratégie globale de protection contre la corrosion et de mise à niveau des matériaux :

Comme pour les compresseurs à membrane, la protection contre la corrosion est primordiale. Tous les composants en contact avec le CO₂ humide, notamment le cylindre, le piston, les vannes de gaz, la tuyauterie et les réservoirs tampons, doivent être en acier inoxydable ou revêtus de matériaux anticorrosion. Pour le système d'étanchéité de la tige de piston, il convient d'utiliser des garnitures d'étanchéité résistantes à la corrosion. Un système de purge à l'azote ou un système d'étanchéité par tampon peut être conçu pour prévenir les fuites de gaz de procédé, isoler les contaminants externes et ralentir la dégradation des garnitures due au milieu acide.
02

Conception thermodynamique et structurelle axée sur la prévention de la liquéfaction :

Un calcul thermodynamique détaillé doit être effectué en fonction des propriétés physiques du CO₂. Le nombre d'étages de compression doit être judicieusement déterminé et le taux de compression de chaque étage doit être rigoureusement contrôlé afin d'éviter des températures de refoulement excessives ou l'entrée en zone de liquéfaction. Le renforcement du refroidissement inter-étages et du refroidissement final est essentiel. Des refroidisseurs à large marge d'échange thermique doivent être sélectionnés et un approvisionnement suffisant en fluide de refroidissement (eau ou air) doit être assuré. Un séparateur gaz-liquide haute performance et une vanne de purge doivent être installés sur la conduite d'admission afin d'éliminer toute trace de liquide pouvant être entraînée par le gaz aspiré.
03

Conception technique de sécurité pour les risques de haute pression et d'asphyxie :

Compte tenu des caractéristiques de haute pression du CO₂, le système doit être conçu conformément aux normes relatives aux appareils à pression et équipé d'au moins deux niveaux de dispositifs de sécurité. En raison du risque d'asphyxie lié aux fuites de CO₂, la salle des compresseurs doit être équipée d'un système de ventilation forcée afin de garantir un renouvellement d'air suffisant. Bien que le CO₂ soit ininflammable, tous les équipements électriques et instruments installés en zones dangereuses où d'autres matières combustibles peuvent être présentes doivent satisfaire aux exigences de certification antidéflagrante correspondantes. Les pulsations de gaz inhérentes au compresseur alternatif doivent être atténuées par des réservoirs tampons d'entrée et de sortie et une disposition des tuyauteries soigneusement conçus afin de protéger les équipements et instruments situés en aval.

Certificat

SÉLECTION DU MODÈLE

Type Z

Type V/W

Type M

Type D

Compresseur alternatif à dioxyde de carbone

course du piston 80 mm, 95 mm	Force du piston 10 kN à 25 kN
Pouvoir 7,5 kW - 55 kW	Nombre de bancs de cylindres 1/2
Vitesse du vilebrequin 740 tr/min, 980 tr/min	Nombre d'étages de compression 1/2/3/4
Mode de conduite moteur électrique, moteur diesel, moteur à gaz naturel

course du piston 92 mm, 95 mm, 105 mm, 120 mm	Force du piston 25 kN, 45 kN, 65 kN
Nombre d'étages de compression 1/2/3/4	Nombre de bancs de cylindres 2/3/4
Vitesse du vilebrequin 740 tr/min, 980 tr/min	Pouvoir 15 kW - 220 kW
Mode de conduite moteur électrique, moteur diesel, moteur à gaz naturel

Compresseur à piston à dioxyde de carbone

course du piston 92 mm ~ 315 mm	Force du piston 45 kN ~ 660 kN
Nombre d'étages de compression 1/2/3/4	Nombre de bancs de cylindres 4
Vitesse du vilebrequin 300 tr/min ~ 980 tr/min	Pouvoir 160 kW - 3000 kW
Mode de conduite moteur électrique, moteur diesel, moteur à gaz naturel

course du piston 92 mm ~ 315 mm	Force du piston 25 kN ~ 200 kN
Nombre d'étages de compression 1/2/3/4	Nombre de bancs de cylindres 2
Vitesse du vilebrequin 300 tr/min ~ 980 tr/min	Pouvoir 30 kW - 1000 kW
Mode de conduite moteur électrique, moteur diesel, moteur à gaz naturel

AVEC

Type vertical

DANS

Sans huile / F : Refroidi par air

Débit volumique réel (m3/min)

Pression d'entrée (barg)

Pression de sortie (barg)

N° de série	Modèle	Couler	Pression d'entrée	Pression de sortie	Puissance du moteur
N° de série	Modèle	(Nm³/h)	(Mpa)	(MPa)	(kW)
1	ZW-3/2-3	480	0,2	0,3	11
2	ZW-5.5/2-6	900	0,2	0,6	45
3	ZW-2/20	110	ATM	2	22
4	VW-3/20	165	0	2	37
5	VW-4/20	220	0	2	45
6	VW-5/20	285	0	2	55
7	D-12,8/0,12-5	1000	0,012	0,5	90
8	DW-8.8/4 -18	2500	0,4	1.8	160
9	DW-32/0,05-3	1800	0,05	0,3	132
10	MW-5/20-50	6000	2	5	550
11	MW-30/2-8	4900	0,2	0,8	280
12	MW-11/4-20	3000	0,4	2	250