CA3224441A1 - Installation et procede de liquefaction d'hydrogene. - Google Patents
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Abstract
Installation de liquéfaction d'hydrogène dans un stockage (8) cryogénique d'hydrogène liquéfié via une extrémité aval (22) d'un circuit (2) d'hydrogène à refroidir, le stockage (8) cryogénique étant muni d'une conduite (11) de soutirage configurée pour permettre la fourniture d'hydrogène liquéfié à au moins un réservoir (19) à remplir, notamment un réservoir mobile, l'installation (1) comprenant un ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur en échange thermique avec le circuit (2) d'hydrogène à refroidir et un dispositif de refroidissement en échange thermique avec l'ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur, ledit dispositif de refroidissement comprenant un réfrigérateur (7) à cycle de réfrigération d'un gaz de cycle, l'installation (1) comprenant au moins une première conduite (12) de récupération de gaz de vaporisation comprenant une première extrémité destinée à être reliée à un réservoir (19) et une seconde extrémité reliée à l'extrémité aval (22) du circuit (2) d'hydrogène à refroidir, ladite première conduite (12) de récupération comprenant au moins un compresseur (13) cryogénique et une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur, la première conduite (12) de récupération étant configurée pour permettre la récupération d'hydrogène vaporisé, sa compression puis son refroidissement et son mélange avec l'hydrogène liquéfié au niveau de l'extrémité aval (22) du circuit (2) d'hydrogène.
Description
Description Titre de l'invention : Installation et procédé de liquéfaction d'hydrogène.
r000li L'invention concerne une installation et un procédé de liquéfaction d'hydrogène.
r000li L'invention concerne une installation et un procédé de liquéfaction d'hydrogène.
[0002] L'invention concerne plus particulièrement une installation de liquéfaction d'hydrogène comprenant un circuit d'hydrogène à refroidir comprenant une extrémité
amont destinée à être reliée à une source d'hydrogène et une extrémité aval reliée à au moins un stockage cryogénique d'hydrogène liquéfié, le stockage cryogénique étant muni d'une conduite de soutirage configurée pour permettre la fourniture d'hydrogène liquéfié à au moins un réservoir à remplir, notamment un réservoir mobile, l'installation comprenant un ensemble d'échangeur(s) de chaleur en échange thermique avec le circuit d'hydrogène à refroidir, l'installation comprenant un dispositif de refroi-dissement en échange thermique avec l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur, ledit dispositif de refroidissement comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d'un gaz de cycle dans un circuit de travail, le gaz de cycle comprenant au moins l'un parmi : de l'hydrogène, de l'hélium, le circuit de travail du réfrigérateur comprenant un organe de compression du gaz de cycle, un organe de refroidissement du gaz de cycle, un organe de détente du gaz de cycle et un organe de réchauffage du gaz de cycle, l'installation comprenant au moins une première conduite de récupération de gaz de vaporisation comprenant une première extrémité destinée à être reliée à un réservoir.
amont destinée à être reliée à une source d'hydrogène et une extrémité aval reliée à au moins un stockage cryogénique d'hydrogène liquéfié, le stockage cryogénique étant muni d'une conduite de soutirage configurée pour permettre la fourniture d'hydrogène liquéfié à au moins un réservoir à remplir, notamment un réservoir mobile, l'installation comprenant un ensemble d'échangeur(s) de chaleur en échange thermique avec le circuit d'hydrogène à refroidir, l'installation comprenant un dispositif de refroi-dissement en échange thermique avec l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur, ledit dispositif de refroidissement comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d'un gaz de cycle dans un circuit de travail, le gaz de cycle comprenant au moins l'un parmi : de l'hydrogène, de l'hélium, le circuit de travail du réfrigérateur comprenant un organe de compression du gaz de cycle, un organe de refroidissement du gaz de cycle, un organe de détente du gaz de cycle et un organe de réchauffage du gaz de cycle, l'installation comprenant au moins une première conduite de récupération de gaz de vaporisation comprenant une première extrémité destinée à être reliée à un réservoir.
[0003] La liquéfaction d'hydrogène au sein d'une installation de liquéfaction utilise géné-ralement un flux d'hydrogène gazeux sous pression à une pression typiquement comprise entre 10 et 30 bar absolu.
[0004] Pour atteindre sa température de liquéfaction, ce flux peut subir une étape de pré-refroidissement par échange de chaleur avec un premier cycle de réfrigération.
Ce premier cycle de réfrigération peut utiliser un réfrigérant tel que de l'azote et/ou un ré-frigérant constitué d'un mélange ( MR pour mixed refrigerant ).
Ce premier cycle de réfrigération peut utiliser un réfrigérant tel que de l'azote et/ou un ré-frigérant constitué d'un mélange ( MR pour mixed refrigerant ).
[0005] Le flux à liquéfier est ensuite refroidi dans une boîte froide jusqu'à un état liquide par un cycle de réfrigération utilisant un réfrigérant constitué ou comprenant de l'hélium et/ou de l'hydrogène. A noter qu'une ou plusieurs étape(s) de refroidissement inter-médiaire(s) peuvent éventuellement être prévues entre le pré-refroidissement et le re-froidissement précitées.
[0006] L'hydrogène liquide produit est typiquement déversé dans au moins un stockage cryogénique servant par exemple à remplir des réservoirs mobiles (camions ou autres réservoirs mobiles par exemple).
[0007] Un problème de ce type d'installation est la gestion des gaz de vaporisation ( BOG pour Boil Off Gas ).
[0008] Le stockage cryogénique est une première source potentielle de gaz de vaporisation de l'hydrogène précédemment liquéfié. Le stockage d'hydrogène liquéfié produit en effet généralement un flux relativement constant de gaz de vaporisation à
relative basse pression et relative basse température (typiquement autour de 20K mais poten-tiellement beaucoup plus haut) qui est le résultat d'entrées thermiques sur ledit stockage. Ce flux peut être ponctuellement fortement augmenté par effet piston du liquide provenant du liquéfacteur, dans le cas où peu ou pas de liquide est soutiré du stockage.
relative basse pression et relative basse température (typiquement autour de 20K mais poten-tiellement beaucoup plus haut) qui est le résultat d'entrées thermiques sur ledit stockage. Ce flux peut être ponctuellement fortement augmenté par effet piston du liquide provenant du liquéfacteur, dans le cas où peu ou pas de liquide est soutiré du stockage.
[0009] Le recyclage de ces gaz de vaporisation est généralement réalisé dans le cycle de ré-frigération à hydrogène (à relative basse pression) et à froid (c'est-à-dire qu'il y a recyclage des molécules d'hydrogène et de leur frigories) lorsque le différentiel de pression entre la pression dans le stockage cryogénique et le cycle de réfrigération est suffisante et que les vannes de redistribution de gaz froid ont été prévues sur l'usine de liquéfaction.
[0010] Une autre solution consiste à annuler ou réduire ce flux de gaz de vaporisation en produisant de l'hydrogène liquide sous-refroidi à la sortie du liquéfacteur (en par-ticulier dans la configuration utilisant un cycle de réfrigération à base d'hélium).
[0011] Les réservoirs destinés à être remplis avec l'hydrogène liquide produit par l'installation sont une autre source de gaz de vaporisation. En effet, ces réservoirs ou conteneurs mobiles d'hydrogène liquide génèrent généralement des gaz de vapo-risation à relative basse ou moyenne pression (typiquement entre 7 à 1,1 bara) et à des températures un peu plus élevées (typiquement entre 20 et 40K voire ponctuellement au-dessus de 40K). Cette autre source de gaz de vaporisation est plus discontinue et même très variable en quantité et en conditions thermodynamiques selon l'état des ré-servoirs. Les gaz de vaporisation récupérés dans cette seconde source de gaz de vapo-risation sont généralement réchauffés autour de la température ambiante et sont recyclés dans le cycle de réfrigération à hydrogène. Lorsque le différentiel de pression entre la pression de ces gaz et le cycle est suffisant, ce recyclage peut être réalisé sans équipement supplémentaire prévu à cet effet. Sinon, un équipement supplémentaire est nécessaire (par exemple un surpresseur tel qu'un éjecteur cryogénique, un booster, un compresseur...).
[0012] Lorsque le réfrigérant constituant le gaz de cycle n'est pas de l'hydrogène pur (hélium ou autre(s) par exemple), le recyclage de cet hydrogène gazeux de vapo-risation dans le cycle n'est pas possible (risque de contamination du réfrigérant). Dans ce cas, les gaz de vaporisation doivent être évités (par une production d'hydrogène liquide sous-refroidi) ou récupérés via un équipement de compression à
température ambiante.
température ambiante.
[0013] La gestion des gaz de vaporisation est donc problématique.
[0014] Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
[0015] A cette fin, l'installation selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que la première conduite dc récupération de gaz de vaporisation comprend une seconde extrémité reliée à l'extrémité aval du circuit d'hydrogène à refroidir, ladite première conduite de récupération comprenant au moins un compresseur cryogénique et une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur, la première conduite de récupération étant configurée pour permettre la ré-cupération d'hydrogène vaporisé, sa compression puis son refroidissement et son mélange avec l'hydrogène liquéfié au niveau de l'extrémité aval du circuit d'hydrogène.
[0016] Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
[00171 ¨ la portion de la première conduite de récupération en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur comprend au moins un passage dédié pour le gaz de vaporisation dans le ou les échangeur(s) de chaleur, ledit passage étant disposé en parallèle d'un passage de refroidissement pour le circuit d'hydrogène dans l'échangeur, l'installation comprend une seconde conduite de récupération de gaz de vapo-risation comprenant une première extrémité reliée extrémité reliée au stockage (8) cryogénique et une seconde extrémité reliée à l'extrémité aval du circuit d'hydrogène à refroidir, ladite seconde conduite de récupération comprenant un compresseur cryogénique et une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur, la seconde conduite de récupération étant configurée pour permettre la récupération d'hydrogène vaporisé, sa compression son refroidissement puis son mélange avec l'hydrogène liquéfié au niveau de l'extrémité aval, les première et seconde conduites de récupération de gaz de vaporisation comportent une portion commune en aval de leur première extrémité et en particulier les première et seconde conduites de récupération de gaz de vapo-risation partagent un même compresseur cryogénique commun et un même passage dans l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur formant la portion en échange thermique et la même seconde extrémité, le circuit d'hydrogène à refroidir comprend, en aval du dernier échange de chaleur avec l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur, au moins un organe de détente finale, par exemple une turbine ou une vanne de détente, la seconde extrémité de la première conduite de récupération de gaz de vaporisation étant raccordée en aval de l'organe de détente finale, c'est-à-dire entre l'organe de détente finale et le stockage cryogénique, l'installation comprend une ligne de dérivation du compresseur cryogénique comprenant une première extrémité reliée à la au moins première conduite de récupération en aval du compresseur cryogénique et en aval d'une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur, la ligne de dérivation comprenant une seconde extrémité reliée à une entrée d'aspiration du compresseur cryogénique, l'installation comprenant un organe de régulation de débit de fluide dans la ligne de dérivation configuré
pour contrôler le flux dc dc gaz de vaporisation réinjoeté dans le compresseur cryogénique, l'installation comporte un organe de pilotage de l'organe de régulation de débit pour maintenir la pression ou le débit à l'entrée d'aspiration du com-presseur cryogénique au-dessus d'une valeur déterminée, la première conduite de récupération comprend, entre sa première extrémité et le compresseur cryogénique, au moins l'un parmi : un organe d'analyse de la composition du gaz de vaporisation et notamment un dispositif de mesure d'impureté(s), un organe de purification du gaz de vaporisation configuré
pour retirer au moins une impureté, la première conduite de récupération comprend plusieurs compresseurs cryo-géniques disposés en série et/ou en parallèle, l'installation comprend une conduite de dérivation prévue entre d'une part la conduite de récupération et un ensemble de vanne(s) prévu pour réguler le flux de gaz admis à passer ou non par cette conduite de dérivation, l'étape de compression du gaz de vaporisation utilisant le au moins un com-presseur cryogénique de l'installation, lorsque la pression et/ou le débit à
l'admission dudit compresseur cryogénique est inférieur(e) à un seuil déterminé, le procédé comprenant une étape de recirculation d'au moins une partie de du flux de gaz de de vaporisation comprimé à l'admission du com-presseur cryogénique.
[0018] L'invention concerne également un procédé de liquéfaction d'hydrogène utilisant une installation selon l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous, comprenant une étape de récupération de gaz de vaporisation au sein d'au moins réservoir cryogénique d'hydrogène, une étape de compression de ce gaz de vapo-risation récupéré, une étape de refroidissement de ce gaz comprimé et une étape de transfert de ce gaz refroidi dans le stockage cryogénique.
[0019] Selon d'autres particularités possibles :
[0020] - le procédé comporte une étape de récupération de gaz de vaporisation du stockage cryogénique, une étape de compression de ce gaz de vaporisation récupéré, une étape de refroidissement de ce gaz comprimé et une étape de transfert de ce gaz refroidi dans le stockage cryogénique, le gaz de vaporisé récupéré lors de l'étape de récupération a une pression comprise entre 1 et 7 bar absolu et de préférence entre 1 et 2 bar absolu et une température comprise entre 20K et 50K, le gaz de vaporisation, lors de l'étape de compression la pression du gaz de vaporisation est augmentée pour atteindre une valeur comprise entre 1,3 et 6 hara et notamment 2bara et une température augmentée, par exemple de 5 à 10K.
[0021] L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
[0022] D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
[0023] [Fig.1] représente une vue schématique et partielle illustrant la structure et le fonc-tionnement d'un exemple d'installation selon l'invention.
[0024] L'installation 1 de liquéfaction d'hydrogène illustrée comprenant un circuit 2 d'hydrogène à refroidir comprenant une extrémité amont 21 destinée à être reliée à une source 23 d'hydrogène gazeux. La source 21 peut par exemple fournir un flux d'hydrogène gazeux pur et sec à température ambiante et ayant une pression comprise entre 10 et 80 absolu par exemple.
[0025] Le circuit 2 d'hydrogène à refroidir possède au moins une extrémité aval 22 reliée à
au moins un stockage 8 cryogénique d'hydrogène liquéfié pour y stocker l'hydrogène liquéfié produit.
[0026] Le stockage 8 cryogénique est par exemple un réservoir cryogénique isolé sous vide qui stocke l'hydrogène liquéfié par exemple à une pression d'environ 1,5 bar absolu et une température autour de 20K.
[0027] Le stockage 8 cryogénique peut être muni d'une conduite 11 ou orifice de soutirage configurée pour permettre la fourniture d'hydrogène liquéfié à un ou des réservoirs 19 à remplir, notamment un ou des réservoirs mobiles. Ce transfert d'hydrogène liquéfié
peut être réalisé par différentiel de pression et/ou gravité et/ou via un organe de transfert tel qu'une pompe par exemple.
[0028] L'installation 1 comprend un ensemble d'échangeur(s) 3, 4, 5 de chaleur en échange thermique avec le circuit 2 d'hydrogène à refroidir et un dispositif de refroidissement en échange thermique avec l'ensemble d'échangeur(s) 3, 4. 5 de chaleur pour refroidir le circuit 2 d'hydrogène.
[0029] Le dispositif de refroidissement comprend au moins un réfrigérateur 7 à cycle de ré-frigération d'un gaz de cycle dans un circuit de travail, le gaz de cycle comprenant au moins l'un parmi : de l'hydrogène, de l'hélium. Le circuit de travail du réfrigérateur 7 comprend un organe 9 de compression du gaz de cycle (un ou plusieurs compresseurs par exemple), un organe 3, 4 de refroidissement du gaz de cycle (un ou plusieurs échangeurs de refroidissement par exemple), un organe 10 de détente du gaz de cycle (une ou plusieurs turbine(s) et/ou vanne(s)) de détente et un organe 5, 4, 3 de ré-chauffage du gaz de cycle (un ou plusieurs échangeurs de chaleur). Le réchauffage et le refroidissement peuvent notamment être assurés au moins en partie par des échangeurs 3, 4, 5 à contre-courant dans lequel circule deux portions distinctes du gaz de cycle à des conditions thermodynamiques différentes (température notamment).
[0030] C'est-à-dire que le circuit de travail du réfrigérateur 7 est configure pour faire subir un cycle thermodynamique au gaz de travail produisant, à une extrémité du circuit de travail, une puissance froide qui est transférée au circuit 2 à refroidir via un ou des échangeurs de chaleur.
[0031] Comme illustré schématiquement, en amont de son refroidissement par le réfri-gérateur 7, le circuit 2 d'hydrogène peut être pré-refroidi jusqu'à une température in-termédiaire (par exemple autour de 80K) avant sa liquéfaction. Ce pré-refroidissement peut être réalisé par au moins un dispositif 24 de pré-refroidissement par échange de chaleur avec un ensemble d'échangeur de chaleur 3 de pré-refroidissement. Par exemple, le dispositif 24 de pré-refroidissement comprend un cycle de réfrigération utilisant un réfrigérant telle que de l'azote et/ou un réfrigérant constitué
d'un mélange MR pour mixed refrigerant ). Bien entendu, tout autre type de dispositif 24 de pré-refroidissement peut être envisagé comme par exemple un flux de fluide froid, une source de gaz liquéfié tel que de l'azote par exemple.
[0032] L'installation 1 comprend en outre au moins une première conduite 12 de récu-pération de gaz de vaporisation (hydrogène) comprenant une première extrémité
destinée à être reliée à au moins un réservoir 19 à remplir (notamment mobile) et une seconde extrémité reliée à l'extrémité aval 22 du circuit 2 d'hydrogène à
refroidir.
[0033] Cette première conduite 12 de récupération comprend au moins un compresseur 13 cryogénique et, en aval du compresseur 13 cryogénique, une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d' échangeur(s) 3, 4, 5 dans la boîte froide.
[0034] Cette première conduite 12 de récupération est configurée pour permettre la récu-pération d'hydrogène vaporisé, sa compression puis son refroidissement (sa li-quéfaction notamment) et son mélange avec l'hydrogène liquéfié produit au niveau de l'extrémité aval 22 du circuit 2 d'hydrogène.
[0035] Comme illustré, la première conduite 12 de récupération peut comporter une portion en échange thermique avec un ou plusieurs de l'ensemble d'échangeur(s) 3, 4, 5 refroidis par le réfrigérateur 7.
[0036] C'est-à-dire que, par exemple, la première conduite 12 de récupération en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d' échangeur(s) 3, 4, 5 de chaleur peut comprend au moins un passage dédié pour le gaz de vaporisation dans le ou les échangeur(s) 3, 4. 5 de chaleur. Ce ou ces passages peuvent être disposés en parallèle d'un passage dc refroidissement pour le circuit 2 d'hydrogène dans l'échangeur 4, 5.
Par exemple, l'hydrogène vaporisé circule dans un passage dédié en parallèle d'un flux du circuit 2 d'hydrogène à liquéfier, par exemple entre ce flux d'un flux du circuit 2 d'hydrogène et un flux de gaz de cycle. Le mi les échangeurs 4, 5 sont par exemple des échangeurs à plaques ou autres, comprenant des passages dédiés pour ces différents flux dc fluide. Les passages dédiés peuvent comporter une ou des sections dc catalyse pour la conversion de l'hydrogène ortho en hydrogène para.
[0037] Par exemple, la première conduite 12 de récupération peut récupérer de l'hydrogène vaporisé dans un réservoir 19 à une pression comprise entre 1,1 bar absolu et 10 bar absolu et notamment 5 bar et à une température entre 20 et 40K, par exemple 35K et à
un débit qui peut être de l'ordre de 1000Nin3/h.
[0038] Le compresseur 13 cryogénique est configuré pour comprimer un flux de gaz cryogénique et par exemple pour produire un flux d'hydrogène gazeux à une pression suffisante pour vaincre les pertes de charges du circuit aval, soit par exemple environ 2 bar absolu à partir de flux de gaz vaporisés à une pression de l'ordre de 1,3 bar absolu par exemple.
[0039] Par exemple, la pression du flux de gaz de vaporisation en entrée du compresseur 13 cryogénique peut être comprise entre 1,0 à 2,0 bar absolu, et de préférence entre 1,0 et 1,5 bar absolu tandis que, en sortie du compresseur cette pression du gaz peut être par exemple compris entre 1.3 et 6 bar absolu et de préférence entre 1,3 et 2,5 bar absolu.
[0040] Le compresseur cryogénique peut être un compresseur du type centrifuge ou volu-métrique.
[0041] Comme illustré en pointillés, une conduite 25 de dérivation (bypass) peut être prévue entre d'une part au moins une première conduite 12 de récupération (ou la sortie du réservoir 19) et, d'autre part, l'aval du compresseur 13. Ceci permet de décharger le compresseur 13 lorsque son usage n'est pas nécessaire si le gaz de vaporisation est à
une pression suffisante. Un ensemble de vanne(s) (non représenté par souci de simpli-fication) peut être prévu pour réguler le flux de gaz admis à passer ou non par cette conduite 25 de dérivation. Le procédé peut ainsi comporter une étape de bypass du compresseur 13 d'au moins une partie de l'hydrogène vaporisé lorsque ce dernier est à
une pression supérieure à un niveau déterminé.
[0042] Ainsi, les gaz de vaporisation du ou des réservoirs 9 peuvent être recyclés di-rectement à froid (typiquement à des températures comprises entre 50K et 20K) via un compresseur 13 cryogénique, quel que soit le cycle de liquéfaction. Ces gaz de vapo-risation sont comprimés et donc éventuellement légèrement réchauffés, (par exemple jusqu'à +5 à 10K par effet de compression quasi-adiabatique, selon les performances du compresseur 13 cryogénique). Ces gaz de vaporisation froids et comprimés sont ensuite introduits dans un ou des passages dédiés de la ligne d'échange principale du réfrigérateur pour être refroidis en parallèle de la ligne d'hydrogène à
liquéfier. Cc flux d'hydrogène gazeux refroidi (et notamment qui peut être au moins partiellement liquéfié) est ensuite mélangé au flux d'hydrogène liquéfié du circuit 2.
[0043] Cette structure permet de récupérer et recycler efficacement des gaz de vaporisation issus de réservoirs 19 (camions notamment) qui peuvent être variables dans le temps et en conditions de température ainsi qu'en débit à traiter.
100441 Comme illustré, le circuit 2 d'hydrogène à refroidir peut comprendre, en aval du dernier échangeur 5 de chaleur de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur, un organe 15 de détente finale, par exemple une turbine ou une vanne de détente (par exemple du type Joule-Thomson). La seconde extrémité de la première conduite 12 de récupération de gaz de vaporisation est de préférence raccordée en aval de cet organe 15 de détente finale, c'est-à-dire entre l'organe 15 de détente finale et le stockage 8 cryogénique.
100451 Cet hydrogène de vaporisation refroidi qui est mélangé à
l'hydrogène liquéfié du circuit 2 peut être essentiellement liquide (éventuellement partiellement diphasique:
liquide-gaz).
100461 L'installation 1 peut être prévue pour recycler également selon le même principe les gaz de vaporisation du stockage 8 cryogénique d'hydrogène liquéfié
(compression, re-froidissement puis mélange avec l'hydrogène liquéfié produit). A cet effet, l'installation 1 peut comprendre au moins une seconde conduite 14 de récupération munie d'une première extrémité reliée au stockage 8 cryogénique et une seconde extrémité reliée à l'extrémité aval 22 du circuit 2 d'hydrogène à refroidir.
100471 Comme illustré, cette seconde conduite 14 de récupération et la première conduite 12 de récupération peuvent partager le compresseur 13 cryogénique et la portion en échange thermique décrits ci-dessus. C'est-à-dire que les première 12 et seconde 14 conduites de récupération de gaz de vaporisation peuvent comporter des extrémités amont distinctes mais peuvent partager une même portion commune en aval de leur première extrémité. En particulier, les gaz de vaporisation collectés dans les première 12 et seconde 14 conduites de récupération de gaz de vaporisation partagent de préférence le même compresseur 13 cryogénique et empruntent un même passage dans l'ensemble d' échangeur(s) 3, 4, 5 de chaleur pour leur refroidissement.
100481 C'est-à-dire que les gaz de vaporisation des réservoirs 19 et du stockage 8 peuvent être récupérés et mélangés dans un collecteur commun alimentant l'entrée du com-presseur 13 cryogénique.
[0049] Une telle installation 1 permet de récupérer et recycler avantageusement des gaz de vaporisation de réservoirs 19 mobiles et/ou du stockage 8 de façon simultanée et/ou sé-quentielle en s'adaptant à des flux variables aussi bien en quantité qu'en conditions de température et de pression.
[0050] Bien entendu, l'installation 1 peut être configurée pour permettre la récupération de gaz dc vaporisation dc plusieurs réservoirs 19 simultanément (et/ou séquentiellement).
Ainsi, l'installation 1 peut comporter plusieurs premières conduites 12 de récupération (ou une première conduite 12 de récupération comprenant plusieurs premières ex-trémités).
[0051] De même, l'installation 1 peut être configurée pour permettre la récupération de gaz de vaporisation de plusieurs stockages 8 le cas échéant.
[0052] Comme schématisé, la première conduite 12 de récupération peut comporter, entre sa première extrémité et l'entrée du compresseur 13 cryogénique, au moins l'un parmi :
un organe 18 d'analyse de la composition du gaz de vaporisation et notamment un dispositif de mesure d'impureté(s), un organe 18 de purification du gaz de vaporisation configuré pour retirer au moins une impureté. Par exemple, cette analyse et/ou puri-fication peut être réalisée lors du raccordement du réservoir 19.
[0053] Comme illustré schématiquement, l'installation 1 peut comprendre une ligne 16 de dérivation ( bypass ) du compresseur 13 cryogénique permettant de recycler au moins une partie du flux comprimé à l'aspiration du compresseur 13 cryogénique pour assurer une pression ou un débit minimal à l'aspiration.
[0054] Cette ligne 16 de dérivation possède une première extrémité
reliée à la conduite 12.
14 par de récupération, par exemple en aval d'une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) 3, 4, 5 de chaleur. La ligne 16 de dé-rivation comprend une seconde extrémité reliée à l'entrée d'aspiration du compresseur 13 cryogénique.
[0055] L'installation 1 comprend en outre un organe 17 de régulation de débit de fluide dans la ligne 16 de dérivation configuré pour contrôler le flux de de gaz de vaporisation réinjecté dans le compresseur 13 cryogénique pour maintenir la pression ou le débit à
l'entrée d'aspiration du compresseur 13 cryogénique au-dessus d'une valeur dé-terminée. Cet organe 17 de régulation peut comprendre ou être constitué d'un ensemble de vanne(s) par exemple.
[0056] Ainsi, lorsqu'il y a peu ou pas suffisamment de gaz de vaporisation (par exemple en dessous d'un débit de charge minimal requis pour alimenter le compresseur 13 cryogénique), une portion de l'hydrogène gazeux est prélevée pour permettre un fonc-tionnement du compresseur 13 cryogénique dans ses conditions optimales et éviter une usure prématurée et notamment des mises à l'arrêt du compresseur 13 cryogénique lorsqu'il est sous-alimenté.
[0057] Ce débit de bypass cryogénique (quand il est nécessaire) est donc de préférence refroidi dans la ligne d'échangeurs à 4, 5 du cycle avant d'être réinjecté à
l'aspiration du compresseur 13. Lorsque le débit de gaz de vaporisation est suffisant, ce bypass peut être interrompu et la performance du compresseur 13 cryogénique peut être contrôlée (pilotée) par le débit à traiter (directement ou indirectement), c'est-à-dire que le compresseur 13 cryogénique peut être contrôlé ou piloté en fonction dc la pression à
son entrée. Comme schématisé, l'organe 17 de régulation peut être piloté par un contrôleur 20 électronique programmable qui peut comprendre un microprocesseur. Ce contrôleur 20 peut faire partie du compresseur 13 le cas échéant.
[0058] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessous. Ainsi, par exemple, le dispositif 1 peut comprendre plusieurs compresseurs 13 cryogéniques disposés en série et/ou en parallèle dans la conduite de récupération. En particulier, plusieurs compresseurs cryogéniques disposés en série (avec ou sans refroidissement intermédiaire du flux comprimé) permettent d'augmenter le taux de compression [0059] De même, l'installation 1 peut comporter un stockage gazeux intermédiaire (tampon) pour stocker du gaz de vaporisation à un niveau de température cryogénique, en amont de l'aspiration du compresseur 13 cryogénique pour décorréler le fonctionnement de ce compresseur des retours variables de gaz de vaporisation.
[00171 ¨ la portion de la première conduite de récupération en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur comprend au moins un passage dédié pour le gaz de vaporisation dans le ou les échangeur(s) de chaleur, ledit passage étant disposé en parallèle d'un passage de refroidissement pour le circuit d'hydrogène dans l'échangeur, l'installation comprend une seconde conduite de récupération de gaz de vapo-risation comprenant une première extrémité reliée extrémité reliée au stockage (8) cryogénique et une seconde extrémité reliée à l'extrémité aval du circuit d'hydrogène à refroidir, ladite seconde conduite de récupération comprenant un compresseur cryogénique et une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur, la seconde conduite de récupération étant configurée pour permettre la récupération d'hydrogène vaporisé, sa compression son refroidissement puis son mélange avec l'hydrogène liquéfié au niveau de l'extrémité aval, les première et seconde conduites de récupération de gaz de vaporisation comportent une portion commune en aval de leur première extrémité et en particulier les première et seconde conduites de récupération de gaz de vapo-risation partagent un même compresseur cryogénique commun et un même passage dans l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur formant la portion en échange thermique et la même seconde extrémité, le circuit d'hydrogène à refroidir comprend, en aval du dernier échange de chaleur avec l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur, au moins un organe de détente finale, par exemple une turbine ou une vanne de détente, la seconde extrémité de la première conduite de récupération de gaz de vaporisation étant raccordée en aval de l'organe de détente finale, c'est-à-dire entre l'organe de détente finale et le stockage cryogénique, l'installation comprend une ligne de dérivation du compresseur cryogénique comprenant une première extrémité reliée à la au moins première conduite de récupération en aval du compresseur cryogénique et en aval d'une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur, la ligne de dérivation comprenant une seconde extrémité reliée à une entrée d'aspiration du compresseur cryogénique, l'installation comprenant un organe de régulation de débit de fluide dans la ligne de dérivation configuré
pour contrôler le flux dc dc gaz de vaporisation réinjoeté dans le compresseur cryogénique, l'installation comporte un organe de pilotage de l'organe de régulation de débit pour maintenir la pression ou le débit à l'entrée d'aspiration du com-presseur cryogénique au-dessus d'une valeur déterminée, la première conduite de récupération comprend, entre sa première extrémité et le compresseur cryogénique, au moins l'un parmi : un organe d'analyse de la composition du gaz de vaporisation et notamment un dispositif de mesure d'impureté(s), un organe de purification du gaz de vaporisation configuré
pour retirer au moins une impureté, la première conduite de récupération comprend plusieurs compresseurs cryo-géniques disposés en série et/ou en parallèle, l'installation comprend une conduite de dérivation prévue entre d'une part la conduite de récupération et un ensemble de vanne(s) prévu pour réguler le flux de gaz admis à passer ou non par cette conduite de dérivation, l'étape de compression du gaz de vaporisation utilisant le au moins un com-presseur cryogénique de l'installation, lorsque la pression et/ou le débit à
l'admission dudit compresseur cryogénique est inférieur(e) à un seuil déterminé, le procédé comprenant une étape de recirculation d'au moins une partie de du flux de gaz de de vaporisation comprimé à l'admission du com-presseur cryogénique.
[0018] L'invention concerne également un procédé de liquéfaction d'hydrogène utilisant une installation selon l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous, comprenant une étape de récupération de gaz de vaporisation au sein d'au moins réservoir cryogénique d'hydrogène, une étape de compression de ce gaz de vapo-risation récupéré, une étape de refroidissement de ce gaz comprimé et une étape de transfert de ce gaz refroidi dans le stockage cryogénique.
[0019] Selon d'autres particularités possibles :
[0020] - le procédé comporte une étape de récupération de gaz de vaporisation du stockage cryogénique, une étape de compression de ce gaz de vaporisation récupéré, une étape de refroidissement de ce gaz comprimé et une étape de transfert de ce gaz refroidi dans le stockage cryogénique, le gaz de vaporisé récupéré lors de l'étape de récupération a une pression comprise entre 1 et 7 bar absolu et de préférence entre 1 et 2 bar absolu et une température comprise entre 20K et 50K, le gaz de vaporisation, lors de l'étape de compression la pression du gaz de vaporisation est augmentée pour atteindre une valeur comprise entre 1,3 et 6 hara et notamment 2bara et une température augmentée, par exemple de 5 à 10K.
[0021] L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
[0022] D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
[0023] [Fig.1] représente une vue schématique et partielle illustrant la structure et le fonc-tionnement d'un exemple d'installation selon l'invention.
[0024] L'installation 1 de liquéfaction d'hydrogène illustrée comprenant un circuit 2 d'hydrogène à refroidir comprenant une extrémité amont 21 destinée à être reliée à une source 23 d'hydrogène gazeux. La source 21 peut par exemple fournir un flux d'hydrogène gazeux pur et sec à température ambiante et ayant une pression comprise entre 10 et 80 absolu par exemple.
[0025] Le circuit 2 d'hydrogène à refroidir possède au moins une extrémité aval 22 reliée à
au moins un stockage 8 cryogénique d'hydrogène liquéfié pour y stocker l'hydrogène liquéfié produit.
[0026] Le stockage 8 cryogénique est par exemple un réservoir cryogénique isolé sous vide qui stocke l'hydrogène liquéfié par exemple à une pression d'environ 1,5 bar absolu et une température autour de 20K.
[0027] Le stockage 8 cryogénique peut être muni d'une conduite 11 ou orifice de soutirage configurée pour permettre la fourniture d'hydrogène liquéfié à un ou des réservoirs 19 à remplir, notamment un ou des réservoirs mobiles. Ce transfert d'hydrogène liquéfié
peut être réalisé par différentiel de pression et/ou gravité et/ou via un organe de transfert tel qu'une pompe par exemple.
[0028] L'installation 1 comprend un ensemble d'échangeur(s) 3, 4, 5 de chaleur en échange thermique avec le circuit 2 d'hydrogène à refroidir et un dispositif de refroidissement en échange thermique avec l'ensemble d'échangeur(s) 3, 4. 5 de chaleur pour refroidir le circuit 2 d'hydrogène.
[0029] Le dispositif de refroidissement comprend au moins un réfrigérateur 7 à cycle de ré-frigération d'un gaz de cycle dans un circuit de travail, le gaz de cycle comprenant au moins l'un parmi : de l'hydrogène, de l'hélium. Le circuit de travail du réfrigérateur 7 comprend un organe 9 de compression du gaz de cycle (un ou plusieurs compresseurs par exemple), un organe 3, 4 de refroidissement du gaz de cycle (un ou plusieurs échangeurs de refroidissement par exemple), un organe 10 de détente du gaz de cycle (une ou plusieurs turbine(s) et/ou vanne(s)) de détente et un organe 5, 4, 3 de ré-chauffage du gaz de cycle (un ou plusieurs échangeurs de chaleur). Le réchauffage et le refroidissement peuvent notamment être assurés au moins en partie par des échangeurs 3, 4, 5 à contre-courant dans lequel circule deux portions distinctes du gaz de cycle à des conditions thermodynamiques différentes (température notamment).
[0030] C'est-à-dire que le circuit de travail du réfrigérateur 7 est configure pour faire subir un cycle thermodynamique au gaz de travail produisant, à une extrémité du circuit de travail, une puissance froide qui est transférée au circuit 2 à refroidir via un ou des échangeurs de chaleur.
[0031] Comme illustré schématiquement, en amont de son refroidissement par le réfri-gérateur 7, le circuit 2 d'hydrogène peut être pré-refroidi jusqu'à une température in-termédiaire (par exemple autour de 80K) avant sa liquéfaction. Ce pré-refroidissement peut être réalisé par au moins un dispositif 24 de pré-refroidissement par échange de chaleur avec un ensemble d'échangeur de chaleur 3 de pré-refroidissement. Par exemple, le dispositif 24 de pré-refroidissement comprend un cycle de réfrigération utilisant un réfrigérant telle que de l'azote et/ou un réfrigérant constitué
d'un mélange MR pour mixed refrigerant ). Bien entendu, tout autre type de dispositif 24 de pré-refroidissement peut être envisagé comme par exemple un flux de fluide froid, une source de gaz liquéfié tel que de l'azote par exemple.
[0032] L'installation 1 comprend en outre au moins une première conduite 12 de récu-pération de gaz de vaporisation (hydrogène) comprenant une première extrémité
destinée à être reliée à au moins un réservoir 19 à remplir (notamment mobile) et une seconde extrémité reliée à l'extrémité aval 22 du circuit 2 d'hydrogène à
refroidir.
[0033] Cette première conduite 12 de récupération comprend au moins un compresseur 13 cryogénique et, en aval du compresseur 13 cryogénique, une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d' échangeur(s) 3, 4, 5 dans la boîte froide.
[0034] Cette première conduite 12 de récupération est configurée pour permettre la récu-pération d'hydrogène vaporisé, sa compression puis son refroidissement (sa li-quéfaction notamment) et son mélange avec l'hydrogène liquéfié produit au niveau de l'extrémité aval 22 du circuit 2 d'hydrogène.
[0035] Comme illustré, la première conduite 12 de récupération peut comporter une portion en échange thermique avec un ou plusieurs de l'ensemble d'échangeur(s) 3, 4, 5 refroidis par le réfrigérateur 7.
[0036] C'est-à-dire que, par exemple, la première conduite 12 de récupération en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d' échangeur(s) 3, 4, 5 de chaleur peut comprend au moins un passage dédié pour le gaz de vaporisation dans le ou les échangeur(s) 3, 4. 5 de chaleur. Ce ou ces passages peuvent être disposés en parallèle d'un passage dc refroidissement pour le circuit 2 d'hydrogène dans l'échangeur 4, 5.
Par exemple, l'hydrogène vaporisé circule dans un passage dédié en parallèle d'un flux du circuit 2 d'hydrogène à liquéfier, par exemple entre ce flux d'un flux du circuit 2 d'hydrogène et un flux de gaz de cycle. Le mi les échangeurs 4, 5 sont par exemple des échangeurs à plaques ou autres, comprenant des passages dédiés pour ces différents flux dc fluide. Les passages dédiés peuvent comporter une ou des sections dc catalyse pour la conversion de l'hydrogène ortho en hydrogène para.
[0037] Par exemple, la première conduite 12 de récupération peut récupérer de l'hydrogène vaporisé dans un réservoir 19 à une pression comprise entre 1,1 bar absolu et 10 bar absolu et notamment 5 bar et à une température entre 20 et 40K, par exemple 35K et à
un débit qui peut être de l'ordre de 1000Nin3/h.
[0038] Le compresseur 13 cryogénique est configuré pour comprimer un flux de gaz cryogénique et par exemple pour produire un flux d'hydrogène gazeux à une pression suffisante pour vaincre les pertes de charges du circuit aval, soit par exemple environ 2 bar absolu à partir de flux de gaz vaporisés à une pression de l'ordre de 1,3 bar absolu par exemple.
[0039] Par exemple, la pression du flux de gaz de vaporisation en entrée du compresseur 13 cryogénique peut être comprise entre 1,0 à 2,0 bar absolu, et de préférence entre 1,0 et 1,5 bar absolu tandis que, en sortie du compresseur cette pression du gaz peut être par exemple compris entre 1.3 et 6 bar absolu et de préférence entre 1,3 et 2,5 bar absolu.
[0040] Le compresseur cryogénique peut être un compresseur du type centrifuge ou volu-métrique.
[0041] Comme illustré en pointillés, une conduite 25 de dérivation (bypass) peut être prévue entre d'une part au moins une première conduite 12 de récupération (ou la sortie du réservoir 19) et, d'autre part, l'aval du compresseur 13. Ceci permet de décharger le compresseur 13 lorsque son usage n'est pas nécessaire si le gaz de vaporisation est à
une pression suffisante. Un ensemble de vanne(s) (non représenté par souci de simpli-fication) peut être prévu pour réguler le flux de gaz admis à passer ou non par cette conduite 25 de dérivation. Le procédé peut ainsi comporter une étape de bypass du compresseur 13 d'au moins une partie de l'hydrogène vaporisé lorsque ce dernier est à
une pression supérieure à un niveau déterminé.
[0042] Ainsi, les gaz de vaporisation du ou des réservoirs 9 peuvent être recyclés di-rectement à froid (typiquement à des températures comprises entre 50K et 20K) via un compresseur 13 cryogénique, quel que soit le cycle de liquéfaction. Ces gaz de vapo-risation sont comprimés et donc éventuellement légèrement réchauffés, (par exemple jusqu'à +5 à 10K par effet de compression quasi-adiabatique, selon les performances du compresseur 13 cryogénique). Ces gaz de vaporisation froids et comprimés sont ensuite introduits dans un ou des passages dédiés de la ligne d'échange principale du réfrigérateur pour être refroidis en parallèle de la ligne d'hydrogène à
liquéfier. Cc flux d'hydrogène gazeux refroidi (et notamment qui peut être au moins partiellement liquéfié) est ensuite mélangé au flux d'hydrogène liquéfié du circuit 2.
[0043] Cette structure permet de récupérer et recycler efficacement des gaz de vaporisation issus de réservoirs 19 (camions notamment) qui peuvent être variables dans le temps et en conditions de température ainsi qu'en débit à traiter.
100441 Comme illustré, le circuit 2 d'hydrogène à refroidir peut comprendre, en aval du dernier échangeur 5 de chaleur de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur, un organe 15 de détente finale, par exemple une turbine ou une vanne de détente (par exemple du type Joule-Thomson). La seconde extrémité de la première conduite 12 de récupération de gaz de vaporisation est de préférence raccordée en aval de cet organe 15 de détente finale, c'est-à-dire entre l'organe 15 de détente finale et le stockage 8 cryogénique.
100451 Cet hydrogène de vaporisation refroidi qui est mélangé à
l'hydrogène liquéfié du circuit 2 peut être essentiellement liquide (éventuellement partiellement diphasique:
liquide-gaz).
100461 L'installation 1 peut être prévue pour recycler également selon le même principe les gaz de vaporisation du stockage 8 cryogénique d'hydrogène liquéfié
(compression, re-froidissement puis mélange avec l'hydrogène liquéfié produit). A cet effet, l'installation 1 peut comprendre au moins une seconde conduite 14 de récupération munie d'une première extrémité reliée au stockage 8 cryogénique et une seconde extrémité reliée à l'extrémité aval 22 du circuit 2 d'hydrogène à refroidir.
100471 Comme illustré, cette seconde conduite 14 de récupération et la première conduite 12 de récupération peuvent partager le compresseur 13 cryogénique et la portion en échange thermique décrits ci-dessus. C'est-à-dire que les première 12 et seconde 14 conduites de récupération de gaz de vaporisation peuvent comporter des extrémités amont distinctes mais peuvent partager une même portion commune en aval de leur première extrémité. En particulier, les gaz de vaporisation collectés dans les première 12 et seconde 14 conduites de récupération de gaz de vaporisation partagent de préférence le même compresseur 13 cryogénique et empruntent un même passage dans l'ensemble d' échangeur(s) 3, 4, 5 de chaleur pour leur refroidissement.
100481 C'est-à-dire que les gaz de vaporisation des réservoirs 19 et du stockage 8 peuvent être récupérés et mélangés dans un collecteur commun alimentant l'entrée du com-presseur 13 cryogénique.
[0049] Une telle installation 1 permet de récupérer et recycler avantageusement des gaz de vaporisation de réservoirs 19 mobiles et/ou du stockage 8 de façon simultanée et/ou sé-quentielle en s'adaptant à des flux variables aussi bien en quantité qu'en conditions de température et de pression.
[0050] Bien entendu, l'installation 1 peut être configurée pour permettre la récupération de gaz dc vaporisation dc plusieurs réservoirs 19 simultanément (et/ou séquentiellement).
Ainsi, l'installation 1 peut comporter plusieurs premières conduites 12 de récupération (ou une première conduite 12 de récupération comprenant plusieurs premières ex-trémités).
[0051] De même, l'installation 1 peut être configurée pour permettre la récupération de gaz de vaporisation de plusieurs stockages 8 le cas échéant.
[0052] Comme schématisé, la première conduite 12 de récupération peut comporter, entre sa première extrémité et l'entrée du compresseur 13 cryogénique, au moins l'un parmi :
un organe 18 d'analyse de la composition du gaz de vaporisation et notamment un dispositif de mesure d'impureté(s), un organe 18 de purification du gaz de vaporisation configuré pour retirer au moins une impureté. Par exemple, cette analyse et/ou puri-fication peut être réalisée lors du raccordement du réservoir 19.
[0053] Comme illustré schématiquement, l'installation 1 peut comprendre une ligne 16 de dérivation ( bypass ) du compresseur 13 cryogénique permettant de recycler au moins une partie du flux comprimé à l'aspiration du compresseur 13 cryogénique pour assurer une pression ou un débit minimal à l'aspiration.
[0054] Cette ligne 16 de dérivation possède une première extrémité
reliée à la conduite 12.
14 par de récupération, par exemple en aval d'une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) 3, 4, 5 de chaleur. La ligne 16 de dé-rivation comprend une seconde extrémité reliée à l'entrée d'aspiration du compresseur 13 cryogénique.
[0055] L'installation 1 comprend en outre un organe 17 de régulation de débit de fluide dans la ligne 16 de dérivation configuré pour contrôler le flux de de gaz de vaporisation réinjecté dans le compresseur 13 cryogénique pour maintenir la pression ou le débit à
l'entrée d'aspiration du compresseur 13 cryogénique au-dessus d'une valeur dé-terminée. Cet organe 17 de régulation peut comprendre ou être constitué d'un ensemble de vanne(s) par exemple.
[0056] Ainsi, lorsqu'il y a peu ou pas suffisamment de gaz de vaporisation (par exemple en dessous d'un débit de charge minimal requis pour alimenter le compresseur 13 cryogénique), une portion de l'hydrogène gazeux est prélevée pour permettre un fonc-tionnement du compresseur 13 cryogénique dans ses conditions optimales et éviter une usure prématurée et notamment des mises à l'arrêt du compresseur 13 cryogénique lorsqu'il est sous-alimenté.
[0057] Ce débit de bypass cryogénique (quand il est nécessaire) est donc de préférence refroidi dans la ligne d'échangeurs à 4, 5 du cycle avant d'être réinjecté à
l'aspiration du compresseur 13. Lorsque le débit de gaz de vaporisation est suffisant, ce bypass peut être interrompu et la performance du compresseur 13 cryogénique peut être contrôlée (pilotée) par le débit à traiter (directement ou indirectement), c'est-à-dire que le compresseur 13 cryogénique peut être contrôlé ou piloté en fonction dc la pression à
son entrée. Comme schématisé, l'organe 17 de régulation peut être piloté par un contrôleur 20 électronique programmable qui peut comprendre un microprocesseur. Ce contrôleur 20 peut faire partie du compresseur 13 le cas échéant.
[0058] Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits ci-dessous. Ainsi, par exemple, le dispositif 1 peut comprendre plusieurs compresseurs 13 cryogéniques disposés en série et/ou en parallèle dans la conduite de récupération. En particulier, plusieurs compresseurs cryogéniques disposés en série (avec ou sans refroidissement intermédiaire du flux comprimé) permettent d'augmenter le taux de compression [0059] De même, l'installation 1 peut comporter un stockage gazeux intermédiaire (tampon) pour stocker du gaz de vaporisation à un niveau de température cryogénique, en amont de l'aspiration du compresseur 13 cryogénique pour décorréler le fonctionnement de ce compresseur des retours variables de gaz de vaporisation.
Claims
Revendications [Revendication 1] Installation de liquéfaction d'hydrogène comprenant un circuit (2) d'hydrogène à refroidir comprenant une extrémité amont (21) destinée à
être reliée à une source (23) d'hydrogène et une extrémité aval (22) reliée à au moins un stockage (8) cryogénique d'hydrogène liquéfié, le stockage (8) cryogénique étant muni d'une conduite (11) de soutirage configurée pour permettre la fourniture d'hydrogène liquéfié à au moins un réservoir (19) à remplir, notamment un réservoir mobile, l'installation (1) comprenant un ensemble cl'échangeur(s) (3, 4, 5) cle chaleur en échange thermique avec le circuit (2) d'hydrogène à refroidir, l'installation (1) comprenant un dispositif de refroidissement en échange thermique avec l'ensemble d' échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur, ledit dispositif de refroidissement comprenant un réfrigérateur (7) à cycle dc réfrigération d'un gaz de cycle dans un circuit de travail, le gaz de cycle comprenant au moins l'un parmi : de l'hydrogène, de l'hélium, le circuit de travail du réfrigérateur (7) comprenant un organe (9) de compression du gaz de cycle, un organe (3, 4) de refroidissement du gaz de cycle, un organe (10) de détente du gaz de cycle et un organe (5, 4, 3) de ré-chauffage du gaz de cycle, l'installation (1) comprenant au moins une première conduite (12) de récupération de gaz de vaporisation comprenant une première extrémité et une seconde extrémité reliée à
l'extrémité aval (22) du circuit (2) d'hydrogène à refroidir, ladite première conduite, la seconde extrémité étant (12) de récupération comprenant au moins un compresseur (13) cryogénique et une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur, la première conduite (12) de récu-pération étant configurée pour permettre la récupération d'hydrogène vaporisé, sa compression puis son refroidissement et son mélange avec l'hydrogène liquéfié au niveau de l'extrémité aval (22) du circuit (2) d'hydrogène, caractérisée en ce que la première extrémité de la première conduite (12) de récupération est destinée à être reliée à un réservoir (19) et en ce que l'installation comprend une ligne (16) de dérivation du compresseur (13) cryogénique comprenant une première extrémité reliée à la au moins première conduite (12, 14) de récupération en aval du compresseur (13) cryogénique et en aval d'une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur, la ligne (16) de dérivation comprenant une seconde extrémité reliée à une entrée d'aspiration du compresseur (13) cryogénique, l'installation (1) comprenant un organe (17) de régulation de débit de fluide dans la ligne (16) de dérivation configuré pour contrôler le flux de de gaz de vaporisation réinjecté dans le compresseur (13) cryogénique.
[Revendication 2] Installation selon la revendication 1, caractérisée cn cc que la portion dc la première conduite (12) de récupération en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur comprend au moins un passage dédié pour le gaz de vaporisation dans le ou les échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur, ledit passage étant disposé en parallèle d'un passage de refroidissement pour le circuit (2) d'hydrogène dans l'échangeur (4, 5).
[Revendication 3] Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une seconde conduite (14) de récupération de gaz de vapo-risation comprenant une première extrémité reliée extrémité reliée au stockage (8) cryogénique et une seconde extrémité reliée à l'extrémité
aval (22) du circuit (2) d'hydrogène à refroidir, ladite seconde conduite (14) de récupération comprenant un compresseur (13) cryogénique et une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur, la seconde conduite (14) de récupération étant configurée pour permettre la récupération d'hydrogène vaporisé, sa compression son refroidissement puis son mélange avec l'hydrogène liquéfié au niveau de l'extrémité aval (22).
[Revendication 4] Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les première (12) et seconde (14) conduites de récupération de gaz de vaporisation comportent une portion commune en aval de leur première extrémité et en particulier les première (12) et seconde (14) conduites de récu-pération de gaz de vaporisation partagent un même compresseur (13) cryogénique commun et un même passage dans l'ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur formant la portion en échange thermique et la même seconde extrémité.
[Revendication 5] Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le circuit (2) d'hydrogène à refroidir comprend, en aval du dernier échange de chaleur avec l'ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur, au moins un organe (15) de détente finale, par exemple une turbine ou une vanne de détente, et en ce que la seconde extrémité de la première conduite (12) de récupération de gaz de vaporisation est raccordée en aval de l'organe (15) de détente finale, c'est-à-dire entre l'organe (15) de détente finale et le stockage (8) cryogénique.
[Revendication 6] Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un organe (20) de pilotage de l'organe (17) de régulation de débit pour maintenir la pression ou le débit à l'entrée d'aspiration du compresseur (13) cryogénique au-dessus d'une valeur déterminée.
[Revendication 7] Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la première conduite (12) de récupération comprend, entre sa première extrémité et le compresseur (13) cryogénique, au moins l'un parmi : un organe (18) d'analyse de la composition du gaz de vapo-risation ct notamment un dispositif dc mesure d'impureté(s), un organe (18) de purification du gaz de vaporisation configuré pour retirer au moins une impureté.
[Revendication 8] Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la première conduite (12) de récupération comprend plusieurs compresseurs (13) cryogéniques disposés en série et/ou en parallèle.
[Revendication 9] Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé
en ce qu'il comprend une conduite (25) de dérivation prévue entre d'une part la première conduite (12) de récupération et un ensemble de vanne(s) prévu pour réguler le flux de gaz admis à passer ou non par cette conduite (25) de dérivation.
[Revendication 101 Procédé de liquéfaction d'hydrogène utilisant une installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant une étape de ré-cupération de gaz de vaporisation au sein d'au moins réservoir (19) cryogénique d'hydrogène, une étape de compression de ce gaz de vapo-risation récupéré, une étape de refroidissement de ce gaz comprimé et une étape de transfert de ce gaz refroidi dans le stockage (8) cryogénique.
[Revendication 11] Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de récupération de gaz de vaporisation du stockage (8) cryogénique, une étape de compression de ce gaz de vaporisation récupéré, une étape de refroidissement de ce gaz comprimé et une étape de transfert de ce gaz refroidi dans le stockage (8) cryogénique.
[Revendication 12] Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le gaz de vaporisé récupéré lors de l'étape de récupération a une pression comprise entre 1 et 7 bar absolu et de préférence entre 1 et 2 bar absolu et une température comprise entre 20K et 50K, le gaz de vaporisation.
[Revendication 13] Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que lors de l'étape de compression la pression du gaz de vaporisation est augmentée pour atteindre une valeur comprise entre 1,3 et 6 bara et notamment 2bara et une température augmentée, par exemple de 5 à 10K.
[Revendication 141 .. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à
13 dans lequel l'étape de compression du gaz de vaporisation utilisant le au moins un compresseur (13) cryogénique de l'installation (1), caractérisé en cc que lorsque la pression et/ou le débit à l'admission dudit compresseur (13) cryogénique est inférieur(e) à un seuil déterminé, le procédé comprend une étape de recirculation d'au moins une partie de du flux de gaz de de vaporisation comprimé à l'admission du compresseur (13) cryogénique.
être reliée à une source (23) d'hydrogène et une extrémité aval (22) reliée à au moins un stockage (8) cryogénique d'hydrogène liquéfié, le stockage (8) cryogénique étant muni d'une conduite (11) de soutirage configurée pour permettre la fourniture d'hydrogène liquéfié à au moins un réservoir (19) à remplir, notamment un réservoir mobile, l'installation (1) comprenant un ensemble cl'échangeur(s) (3, 4, 5) cle chaleur en échange thermique avec le circuit (2) d'hydrogène à refroidir, l'installation (1) comprenant un dispositif de refroidissement en échange thermique avec l'ensemble d' échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur, ledit dispositif de refroidissement comprenant un réfrigérateur (7) à cycle dc réfrigération d'un gaz de cycle dans un circuit de travail, le gaz de cycle comprenant au moins l'un parmi : de l'hydrogène, de l'hélium, le circuit de travail du réfrigérateur (7) comprenant un organe (9) de compression du gaz de cycle, un organe (3, 4) de refroidissement du gaz de cycle, un organe (10) de détente du gaz de cycle et un organe (5, 4, 3) de ré-chauffage du gaz de cycle, l'installation (1) comprenant au moins une première conduite (12) de récupération de gaz de vaporisation comprenant une première extrémité et une seconde extrémité reliée à
l'extrémité aval (22) du circuit (2) d'hydrogène à refroidir, ladite première conduite, la seconde extrémité étant (12) de récupération comprenant au moins un compresseur (13) cryogénique et une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur, la première conduite (12) de récu-pération étant configurée pour permettre la récupération d'hydrogène vaporisé, sa compression puis son refroidissement et son mélange avec l'hydrogène liquéfié au niveau de l'extrémité aval (22) du circuit (2) d'hydrogène, caractérisée en ce que la première extrémité de la première conduite (12) de récupération est destinée à être reliée à un réservoir (19) et en ce que l'installation comprend une ligne (16) de dérivation du compresseur (13) cryogénique comprenant une première extrémité reliée à la au moins première conduite (12, 14) de récupération en aval du compresseur (13) cryogénique et en aval d'une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur, la ligne (16) de dérivation comprenant une seconde extrémité reliée à une entrée d'aspiration du compresseur (13) cryogénique, l'installation (1) comprenant un organe (17) de régulation de débit de fluide dans la ligne (16) de dérivation configuré pour contrôler le flux de de gaz de vaporisation réinjecté dans le compresseur (13) cryogénique.
[Revendication 2] Installation selon la revendication 1, caractérisée cn cc que la portion dc la première conduite (12) de récupération en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur comprend au moins un passage dédié pour le gaz de vaporisation dans le ou les échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur, ledit passage étant disposé en parallèle d'un passage de refroidissement pour le circuit (2) d'hydrogène dans l'échangeur (4, 5).
[Revendication 3] Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend une seconde conduite (14) de récupération de gaz de vapo-risation comprenant une première extrémité reliée extrémité reliée au stockage (8) cryogénique et une seconde extrémité reliée à l'extrémité
aval (22) du circuit (2) d'hydrogène à refroidir, ladite seconde conduite (14) de récupération comprenant un compresseur (13) cryogénique et une portion en échange thermique avec au moins une partie de l'ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur, la seconde conduite (14) de récupération étant configurée pour permettre la récupération d'hydrogène vaporisé, sa compression son refroidissement puis son mélange avec l'hydrogène liquéfié au niveau de l'extrémité aval (22).
[Revendication 4] Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les première (12) et seconde (14) conduites de récupération de gaz de vaporisation comportent une portion commune en aval de leur première extrémité et en particulier les première (12) et seconde (14) conduites de récu-pération de gaz de vaporisation partagent un même compresseur (13) cryogénique commun et un même passage dans l'ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur formant la portion en échange thermique et la même seconde extrémité.
[Revendication 5] Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le circuit (2) d'hydrogène à refroidir comprend, en aval du dernier échange de chaleur avec l'ensemble d'échangeur(s) (3, 4, 5) de chaleur, au moins un organe (15) de détente finale, par exemple une turbine ou une vanne de détente, et en ce que la seconde extrémité de la première conduite (12) de récupération de gaz de vaporisation est raccordée en aval de l'organe (15) de détente finale, c'est-à-dire entre l'organe (15) de détente finale et le stockage (8) cryogénique.
[Revendication 6] Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un organe (20) de pilotage de l'organe (17) de régulation de débit pour maintenir la pression ou le débit à l'entrée d'aspiration du compresseur (13) cryogénique au-dessus d'une valeur déterminée.
[Revendication 7] Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la première conduite (12) de récupération comprend, entre sa première extrémité et le compresseur (13) cryogénique, au moins l'un parmi : un organe (18) d'analyse de la composition du gaz de vapo-risation ct notamment un dispositif dc mesure d'impureté(s), un organe (18) de purification du gaz de vaporisation configuré pour retirer au moins une impureté.
[Revendication 8] Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la première conduite (12) de récupération comprend plusieurs compresseurs (13) cryogéniques disposés en série et/ou en parallèle.
[Revendication 9] Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé
en ce qu'il comprend une conduite (25) de dérivation prévue entre d'une part la première conduite (12) de récupération et un ensemble de vanne(s) prévu pour réguler le flux de gaz admis à passer ou non par cette conduite (25) de dérivation.
[Revendication 101 Procédé de liquéfaction d'hydrogène utilisant une installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant une étape de ré-cupération de gaz de vaporisation au sein d'au moins réservoir (19) cryogénique d'hydrogène, une étape de compression de ce gaz de vapo-risation récupéré, une étape de refroidissement de ce gaz comprimé et une étape de transfert de ce gaz refroidi dans le stockage (8) cryogénique.
[Revendication 11] Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte une étape de récupération de gaz de vaporisation du stockage (8) cryogénique, une étape de compression de ce gaz de vaporisation récupéré, une étape de refroidissement de ce gaz comprimé et une étape de transfert de ce gaz refroidi dans le stockage (8) cryogénique.
[Revendication 12] Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le gaz de vaporisé récupéré lors de l'étape de récupération a une pression comprise entre 1 et 7 bar absolu et de préférence entre 1 et 2 bar absolu et une température comprise entre 20K et 50K, le gaz de vaporisation.
[Revendication 13] Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que lors de l'étape de compression la pression du gaz de vaporisation est augmentée pour atteindre une valeur comprise entre 1,3 et 6 bara et notamment 2bara et une température augmentée, par exemple de 5 à 10K.
[Revendication 141 .. Procédé selon l'une quelconque des revendications 10 à
13 dans lequel l'étape de compression du gaz de vaporisation utilisant le au moins un compresseur (13) cryogénique de l'installation (1), caractérisé en cc que lorsque la pression et/ou le débit à l'admission dudit compresseur (13) cryogénique est inférieur(e) à un seuil déterminé, le procédé comprend une étape de recirculation d'au moins une partie de du flux de gaz de de vaporisation comprimé à l'admission du compresseur (13) cryogénique.
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