EP4343246A1 - Installation et procédé de production d'un fluide cryogénique - Google Patents

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EP4343246A1
EP4343246A1 EP23187445.4A EP23187445A EP4343246A1 EP 4343246 A1 EP4343246 A1 EP 4343246A1 EP 23187445 A EP23187445 A EP 23187445A EP 4343246 A1 EP4343246 A1 EP 4343246A1
Authority
EP
European Patent Office
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circuit
cooling
cycle
gas
cooled
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23187445.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Emeline VANDROUX
Florian Martin
Ludovic Granados
Jean-Marc Bernhardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
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    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
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    • F25J2215/10—Hydrogen
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    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F25J2240/44—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being nitrogen
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    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger

Definitions

  • the invention relates to an installation and a method for producing a cryogenic fluid.
  • the invention relates more particularly to an installation for producing a cryogenic fluid, in particular liquefied hydrogen, comprising a gas circuit to be cooled having an upstream end intended to be connected to a gas source and a downstream end intended to be connected to at least one receiving system, for example a cryogenic storage, the installation comprising, arranged in at least one cold box, a set of heat exchangers in thermal exchange with the hydrogen circuit to be cooled, the installation comprising a pre-cooling device in heat exchange with at least a first part of the set of heat exchangers and configured to pre-cool the gas circuit to be cooled to a first determined temperature, the installation further comprising a cryogenic cooling device in thermal exchange with at least a second part of the set of heat exchanger(s) and configured to cool the gas circuit to be cooled to a second determined temperature lower than the first temperature, the device for pre -cooling comprising a refrigerator with a closed circuit of pre-cooling fluid, the circuit comprising a device for compressing the pre-cooling fluid, a
  • Pre-cooling can be carried out with a pre-cooling device using for example a nitrogen cycle (or other pre-cooling fluid) in a cold box. Optimization of the nitrogen cycle is a compromise between the compactness of the cold box and performance (power consumed).
  • a nitrogen cycle or other pre-cooling fluid
  • Pre-cooling is generally achieved via a pre-cooling device using a closed pre-cooling fluid loop producing cold via an appropriate thermodynamic cycle.
  • the cold is produced, for example, by turbines for expanding the flow of the pre-cooling fluid.
  • the hydrogen to be cooled is sub-cooled in the last pre-cooling exchanger whose temperature at the cold end is effectively controlled thanks to a thermosyphon of the pre-cooling fluid.
  • the fluid from the liquefaction cycle which ensures liquefaction is also pre-cooled in the main pre-cooling exchanger.
  • This known solution requires the provision of large heat exchangers in the pre-cooling cold box.
  • the corresponding cold box is bulky.
  • energy efficiency is not optimal.
  • An aim of the present invention is to overcome all or part of the disadvantages of the prior art noted above.
  • the installation according to the invention is essentially characterized in that the cycle gas cooling member and/or the member for reheating the cycle gas comprises one or more first heat exchangers distinct cycle(s) of the first part of pre-cooling heat exchangers of the gas circuit to be cooled, these first cycle heat exchangers also being cooled(s) by heat exchange with the circuit of the pre-cooling fluid cooling of the pre-cooling device.
  • the invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the characteristics above or below within the scope of the claims.
  • Installation 1 for producing a cryogenic fluid illustrated schematically in [ Fig.1 ] comprises a circuit 2 of gas to be cooled/liquefied, in particular hydrogen.
  • This circuit 2 of gas to be cooled has an upstream end 21 intended to be connected to a gas source and a downstream end 22 intended to be connected to at least one recipient system, for example a cryogenic storage of liquefied gas.
  • the installation 1 comprises, arranged in at least one cold box 3, 4, a set of heat exchangers 5, 6, 7 in thermal exchange with the hydrogen circuit 2 to be cooled.
  • the installation 1 comprises a device 8 for pre-cooling in heat exchange with at least a first part 5, 6 of the set of heat exchangers (or exchangers 5, 6 for pre-cooling the circuit 2 of gas to be cooled ).
  • the pre-cooling device 8 is configured to cool the gas circuit 2 to be cooled to a first determined temperature, for example between 65 and 100K and preferably between 77 and 90K.
  • the installation 1 further comprises a cryogenic cooling device 9 in heat exchange with at least a second part 7 of the set of heat exchangers (further downstream).
  • the cooling device 9 is configured to cool the gas circuit 2 to be cooled from the first temperature to a determined second temperature. lower than the first temperature, for example between 18 and 25K and preferably between 20 and 23K.
  • this second part 7 of the set of heat exchanger(s) comprises at least one second cycle heat exchanger 7 ensuring a thermal exchange between the circuit 2 of hydrogen to be cooled and the circuit 19 of work of a cryogenic cooling device 9 described below.
  • the pre-cooling device 8 comprises a refrigerator with a closed circuit 18 of pre-cooling fluid, for example nitrogen, a mixture of refrigerating fluids (MRC) composed of the components proposed for example in the doctoral thesis of Songwut Krasae- in "Efficient Hydrogen Liquefaction Processes” ISBN978-82-471-1869-6.r, page 43 and 44).
  • the circuit 18 comprises, arranged in series and/or in parallel, a device 28 for compressing the pre-cooling fluid (one or more compressors in series and/or in parallel), an expansion device 38 for the pre-cooling fluid (one or more turbines or valves in series and/or in parallel), at least one thermosyphon 48 of the pre-cooling fluid.
  • MRC mixture of refrigerating fluids
  • the circuit 18 comprises one or more heat exchange portions with at least one heat exchanger of the first part 5, 6 of the set of heat exchanger(s).
  • the pre-cooling fluid undergoes a compression-cooling-expansion-reheating cycle in circuit 18 which produces cold power at at least one end of the circuit which is put into thermal exchange with circuit 2 of gas to be cooled.
  • the gas circuit 2 to be cooled is pre-cooled in at least one last exchanger 6 (last from upstream to downstream) whose temperature at the cold end can be effectively controlled thanks to a flow of pre-cooled fluid. -cooling generated by a thermosyphon 48.
  • thermosyphon 48 is a fluid circulation system (gas and/or liquid) based on expansion-contraction and Archimedean thrust, the circulation being ensured by temperature differences between the different incoming/outgoing fluid flows.
  • the thermosyphon 48 comprises for example at least one inlet and one outlet connected to a loop of the circuit 18 of pre-cooling fluid in thermal exchange with at least one heat exchanger 6 of pre-cooling of the circuit 2 of gas to be cooled.
  • the thermosyphon 48 comprises for example a lower fluid inlet, an internal fluid heating chamber, a vertical conduit (chimney) positioned at the top of this chamber, a fluid outlet vertical to the axis of the inlet.
  • the cryogenic cooling device 9 comprises a refrigerator with a refrigeration cycle of a cycle gas in a working circuit 19.
  • the cycle gas preferably comprising at least one of: hydrogen, helium, neon.
  • the working circuit 19 of the refrigerator 9 is preferably closed and comprises a member 29 for compressing the cycle gas (one or more compressors in series and/or in parallel), a member 15, 16, 7 for cooling the cycle gas compressed (one or more heat exchangers), a member 39 for expanding the compressed and cooled cycle gas (one or more turbines or valves in series and/or in parallel) and a member 7, 15 for reheating the expanded cycle gas (one or more compressors in series and/or in parallel).
  • the working fluid undergoes a compression-cooling-expansion-reheating cycle which produces a cold power at at least one end of the circuit 19 which is placed in thermal exchange with the circuit 2 of gas to be cooled with a view to liquefying it.
  • the member 15, 16, 7 for cooling the cycle gas and the member 7, 15 for heating the cycle gas may comprise one or more heat exchangers, preferably counter-current and ensuring heat exchange. between relatively cold and hot flows (to ensure their heating and cooling respectively)
  • the refrigerator 9 comprises one or more first cycle heat exchangers 15, 16 which are distinct from the first part of heat exchangers 5, 6 configured to pre-cool the gas circuit 2 to be cooled.
  • these first cycle heat exchangers 15, 16 are cooled by heat exchange with the circuit 18 of the pre-cooling fluid of the pre-cooling device 8. That is to say that the pre-cooling of the circuit 2 of gas to be cooled (for example hydrogen) and the pre-cooling of the cycle gas (for example based on helium) are carried out by the circuit of pre-cooling fluid (for example nitrogen-based) in separate separate exchangers.
  • the working fluid of the refrigerator cycle 9 is pre-cooled in at least a first dedicated cycle heat exchanger 15, 16 which does not exchange with the circuit 2 of fluid to be cooled.
  • this cycle gas can be pre-cooled in a heat exchanger 16 whose temperature at the cold end can be effectively controlled by a flow of pre-cooling fluid generated by a thermosyphon 48 (preferably a thermosyphon 48 distinct from the thermosyphon 48 described previously which ensures the pre-cooling of the gas circuit 2).
  • a thermosyphon 48 preferably a thermosyphon 48 distinct from the thermosyphon 48 described previously which ensures the pre-cooling of the gas circuit 2.
  • thermosyphon 48 associated with a first cycle heat exchanger 15, 16 and the thermosyphon 48 associated with at least one pre-cooling exchanger of the circuit 2 of gas to be cooled can be distinct and therefore example arranged in parallel and/or in series in the pre-cooling fluid circuit 18.
  • the pre-cooling of the cycle gas of the refrigerator 9 by the pre-cooling fluid in a dedicated heat exchanger makes it possible to maximize the pre-cooling of circuit 2 of hydrogen to cool and gas pre-cooling cycle of refrigerator 9.
  • the cycle gas of the refrigerator 9 can, by returning to the compression 29, transfer frigories to the pre-cooling fluid in a heat exchanger 15 (before returning to compression 28.
  • thermosyphon(s) 48 may comprise at least one inlet and at least two outlets, the two outlets being connected to two distinct portions of the circuit 18 of pre-cooling fluid in thermal exchange with the heat exchanger(s) 5, 6 , 15, 16 concerned.
  • thermosyphon 48 of the pre-cooling fluid has for example at least one inlet and one outlet connected to a loop of the circuit 18 of pre-cooling fluid in thermal exchange with at least one first cycle heat exchanger 15, 16.
  • the first cycle heat exchanger(s) 15, 16 comprise at least one heat exchanger in thermal exchange with a flow of pre-cooling fluid from the circuit 18 leaving a thermosyphon 48.
  • thermosyphon 48 connected to at least one exchanger 16 makes it possible to effectively control the temperature of the cycle fluid of the refrigerator 9.
  • the pre-cooling liquid is produced by the pre-cooling device 8.
  • the liquid pre-cooling fluid can be expanded in a turbine 38 or a valve before being sent to the thermosyphon(s) 48.
  • the pressures within the thermosyphons 48 can be different.
  • the low pressure pre-cooling fluid produced by the thermosyphon(s) 48 and by the expansion device 38 can be put into thermal exchange with all or part of the heat exchangers (heat exchangers 5, 6 for pre-cooling the circuit 2 on the one hand and the heat exchangers 15, 16 of the refrigerator circuit 9 on the other hand).
  • This configuration with dissociated exchangers for respectively the pre-cooling of the circuit 2 of gas to be cooled and for the pre-cooling of the circuit 19 of the working gas (with respective dissociated pre-cooling flows) makes it possible to use in a box cold 3 exchangers of relatively smaller size than in the prior art.
  • this separate distribution of cold power from the pre-cooling device 8 to the gas circuit 2 to be cooled and to the cycle fluid of the refrigerator 9 increases the overall efficiency of the installation.
  • thermosyphon 48 for pre-cooling the cycle gas of the refrigerator 9 makes it possible to pre-cool the cycle gas of the refrigerator 9 to a lower temperature. This makes it possible to reduce the energy consumption for liquefaction of the gas to be cooled from circuit 2 in the cold box 4.
  • the temperature can be lower because the temperature of the liquid pre-cooling fluid is controlled by the pressure within the thermosyphon(s) 48.
  • the heat exchange can be greater in the dedicated exchangers 6, 16.
  • the heat exchanger(s) 5, 6 configured for pre-cooling the gas circuit 2 to be cooled
  • the first cycle heat exchanger(s) 15, 16 and at least one part 38, 48 of the pre-cooling device (8) are arranged in the same first pre-cooling cold box 3.
  • This first cold box 3 is preferably thermally insulated under vacuum or thermally insulated via perlite (or other insulator) and flushed with a gas such as nitrogen for example.
  • the second cycle heat exchanger(s) 7 which are intended to liquefy the gas of the gas circuit 2 to be cooled are preferably located in a second cold box 4 distinct from the first cold box 3 ( thermally insulated under vacuum or other).
  • This second cold box 4 also preferably contains the associated cryogenic components (turbine, valve(s), etc.).
  • the last second cycle heat exchanger 7 can be in thermal exchange with a first portion of the working circuit 19 of the device 9 conveying cycle gas before passing into an expansion member 39 (turbine(s) 39) and with a second portion of the working circuit 19 of the device 9 conveying cycle gas after passing through said expansion member 39. That is to say that the cycle exchanger 7 can include multiple passages of the working circuit 19 of the refrigerator 9.
  • thermosyphons 48 in parallel can make it possible to operate these two thermosyphons at different pressures so that the pressure loss in the pre-cooling cycle (up to the inlet of the compressor 28) is identical in the two branches of the circuit (on the side of the pre-cooling circuit in heat exchange 5, 6 with the circuit 2 of gas to be cooled and on the heat exchange side 15, 16 with liquefaction cycle of the first cycle exchangers).
  • thermosyphon 48 it is possible to lower the pressure on the side of the thermosyphon 48 in thermal exchange with the first cycle exchangers 15, 16 of the refrigerator. This allows the cycle gas to be relatively pre-cooled a little more. This improves the performance and overall control of the installation
  • the pre-cooling fluid circuit 18 preferably comprises a set of valve(s) making it possible to control the operating pressures of the two thermosyphons 48 in parallel.
  • valves 58 respectively control the entry of fluid into the thermosyphons 48, for example Joule Thomson type valves.
  • one or more valve(s) may be provided in the pre-cooling fluid circuit 18 upstream of the compressor(s) 28 to regulate the pressure at the inlet of the compression device (to ensure that the flow of the two loops of the circuit returns to the same pressure at the inlet of the common compressor 28).
  • thermosyphon 48 (associated with the first exchanger 15 of the refrigerator 9) can be connected to a sub-atmospheric compressor configured to reduce the pressure within it even further.
  • FIG. 2 illustrates this variant with a sub-atmospheric compressor 68 on the pipe connecting the second thermosyphon 48 to the inlet of the compression member 28.
  • a compressor 28 can be coupled to a turbine 38 (turbocharger).
  • the flow supplying the second thermosyphon 48 (connected to the heat exchangers cycle heat 16) is pre-cooled by the first thermosyphon 48 (associated with the pre-cooling exchangers 6). That is to say that the pipe supplying the second thermosyphon 48 exchanges thermally before with at least one pre-cooling exchanger 6. In this configuration, the distribution of cold power between the two cycles can be modified.
  • the first thermosyphon 48 (associated with pre-cooling) will, for example, process more fluid flow and more available pre-cooling power.

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Abstract

L'invention concerne une installation et un procédé de production d'un fluide cryogénique, en particulier de l'hydrogène liquéfié, comprenant, disposés dans au moins une boîte froide (3, 4), un ensemble d'échangeurs (5, 6, 7) de chaleur en échange thermique avec le circuit (2) d'hydrogène à refroidir, l'installation (1) comprenant un dispositif (8) de pré-refroidissement configuré pour pré-refroidir le circuit (2) de gaz à refroidir à une première température déterminée et un dispositif (9) de refroidissement cryogénique configuré pour refroidir le circuit (2) de gaz à refroidir à une seconde température déterminée inférieure à la première température, , l'organe (15, 16, 7) de refroidissement du gaz de cycle et/ou l'organe (7, 15) de réchauffage du gaz de cycle comprend un ou des premiers échangeurs de chaleur (15, 16) de cycle distinct(s) de la première partie d'échangeurs de chaleur (5, 6) de pré-refroidissement du circuit (2) de gaz à refroidir, ces premiers échangeurs (15, 16) de chaleur de cycle étant également refroidi(s) par échange thermique avec le circuit (18) du fluide de pré-refroidissement du dispositif (8) de pré-refroidissement

Description

  • L'invention concerne une installation et un procédé de production d'un fluide cryogénique.
  • L'invention concerne plus particulièrement une installation de production d'un fluide cryogénique, en particulier de l'hydrogène liquéfié, comprenant un circuit de gaz à refroidir ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval destinée à être reliée à au moins un système receveur, par exemple un stockage cryogénique, l'installation comprenant, disposés dans au moins une boîte froide, un ensemble d'échangeurs de chaleur en échange thermique avec le circuit d'hydrogène à refroidir, l'installation comprenant un dispositif de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une première partie de l'ensemble d'échangeurs de chaleur et configuré pour pré-refroidir le circuit de gaz à refroidir à une première température déterminée, l'installation comprenant en outre un dispositif de refroidissement cryogénique en échange thermique avec au moins une seconde partie de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur et configuré pour refroidir le circuit de gaz à refroidir à une seconde température déterminée inférieure à la première température, le dispositif de pré-refroidissement comprenant un réfrigérateur à circuit fermée de fluide de pré-refroidissement, le circuit comportant un dispositif de compression du fluide de pré-refroidissement, un dispositif de détente du fluide de pré-refroidissement, au moins un thermosiphon du fluide de pré-refroidissement, ledit circuit comprenant une ou des portions d'échange thermique avec au moins un de la première partie de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur, le dispositif de refroidissement cryogénique 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, du néon, le circuit de travail du réfrigérateur comprenant un organe de compression du gaz de cycle, un organe de refroidissement du gaz de cycle comprimé, un organe de détente du gaz de cycle comprimé et refroidi et un organe de réchauffage du gaz de cycle détendu.
  • Les procédés de liquéfaction d'hydrogène sont divisés en deux parties successives: 1) le pré-refroidissement et 2) le refroidissement assurant la liquéfaction. Le pré-refroidissement peut être réalisé avec un dispositif de pré-refroidissement utilisant par exemple un cycle azote (ou autre fluide de pré-refroidissement) dans une boîte froide. L'optimisation du cycle azote est un compromis entre la compacité de la boîte froide et la performance (puissance consommée).
  • Le pré-refroidissement est réalisé généralement via un dispositif de pré-refroidissement utilisant une boucle de fluide de pré-refroidissement fermée produisant du froid via un cycle thermodynamique approprié. Le froid est produit par exemple par des turbines de détente du flux du fluide de pré-refroidissement. L'hydrogène à refroidir est sous-refroidi dans le dernier échangeur de pré-refroidissement dont la température au bout froid est efficacement contrôlée grâce à un thermosiphon du fluide de pré-refroidissement. Le fluide du cycle de liquéfaction qui assure la liquéfaction est également pré refroidi dans l'échangeur principal du pré-refroidissement. Cette solution connue nécessite de prévoir des échangeurs de chaleur de grande taille dans la boîte froide de pré-refroidissement. La boîte froide correspondante est volumineuse. De plus, l'efficacité énergétique n'est pas optimale.
  • Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
  • 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 l'organe de refroidissement du gaz de cycle et/ou l'organe de réchauffage du gaz de cycle comprend un ou des premiers échangeurs de chaleur de cycle distinct(s) de la première partie d'échangeurs de chaleur de pré-refroidissement du circuit de gaz à refroidir, ces premiers échangeurs de chaleur de cycle étant également refroidi(s) par échange thermique avec le circuit du fluide de pré-refroidissement du dispositif de pré-refroidissement.
  • Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
    • le ou les premiers échangeurs de chaleur de cycle comprennent au moins un échangeur de chaleur en échange thermique avec un flux de fluide de pré-refroidissement du circuit sortant d'un thermosiphon,
    • la première partie de l'ensemble d'échangeurs de chaleur de pré-refroidissement du circuit de gaz à refroidir, le ou les premiers échangeurs de chaleur de cycle et au moins une partie du dispositif de pré-refroidissement sont disposés dans une même première boîte froide,
    • le dispositif de pré-refroidissement comprend, dans le circuit de fluide de pré-refroidissement, un ensemble de compresseur(s) composant le dispositif de compression du fluide de pré-refroidissement, un ensemble de turbine(s) de détente formant le dispositif de détente du fluide de pré-refroidissement et au moins un thermosiphon du fluide de pré-refroidissement comprenant une entrée et une sortie raccordées à une boucle du circuit de fluide de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins un échangeur de chaleur de la première partie de l'ensemble d'échangeurs de pré-refroidissement du circuit de gaz à refroidir,
    • le dispositif de pré-refroidissement comprend un thermosiphon du fluide de pré-refroidissement ayant une entrée et une sortie raccordées à une boucle du circuit de fluide de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins un premier échangeur de chaleur de cycle,
    • le thermosiphon comprenant une entrée et une sortie raccordées à une boucle du circuit de fluide de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins un échangeur de chaleur de la première partie de l'ensemble d'échangeurs de pré-refroidissement et le thermosiphon de fluide de pré-refroidissement ayant une entrée et une sortie raccordées à une autre boucle du circuit de fluide de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins un premier échangeur de chaleur de cycle sont deux thermosiphons distincts disposés en parallèle dans le circuit de fluide de pré-refroidissement,
    • le au moins un thermosiphon comporte au moins une entrée et au moins deux sorties, les deux sorties étant raccordées à deux portions distinctes du circuit de fluide de pré-refroidissement en échange thermique avec respectivement deux échangeurs de chaleur distincts,
    • la seconde partie de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur comprend au moins un second échangeur de chaleur de cycle assurant un échange thermique entre le circuit d'hydrogène à refroidir et le circuit de travail du dispositif de refroidissement cryogénique,
    • le second échangeur de chaleur de cycle est en échange thermique avec une première portion du circuit de travail du dispositif véhiculant du gaz de cycle avant passage dans un organe de détente et avec une seconde portion du circuit de travail du dispositif véhiculant du gaz de cycle après passage dans ledit organe de détente,
    • le second échangeur de chaleur de cycle est situé dans une seconde boîte froide distincte de la première boîte froide,
    • le fluide de pré-refroidissement comprend ou est constitué de l'un parmi : de l'azote, un mélange du type « MRC », L'invention concerne également un procédé de production d'un fluide cryogénique, en particulier de l'hydrogène liquéfié, utilisant une installation selon l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous, le procédé comprenant une étape de pré-refroidissement du flux de circuit de gaz à refroidir à une première température comprise entre 65 et 100K et préférentiellement entre 77 et 90K, au moyen du dispositif de pré-refroidissement, une étape de pré-refroidissement du fluide de cycle via le dispositif de pré-refroidissement jusqu'à une température comprise entre 77 et 90K, et une étape de refroidissement du gaz circuit de gaz à refroidir à une seconde température déterminée comprise entre 18 et 25K et préférentiellement entre 20 et 23K via le dispositif de refroidissement cryogénique.
  • Selon d'autres particularités possibles :
    • au moins un échangeur de chaleur de cycle et/ou au moins un échangeur(s) de chaleur configuré(s) pour pré-refroidir le circuit de gaz à refroidir à une première température déterminée est en échange thermique avec un flux de fluide de pré-refroidissement du circuit sortant d'un thermosiphon, le thermosiphon fonctionnant à une pression entre 1,5 et 3,5 bara et à une température correspondante comprise entre 80,8K et 89,6K.
  • 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.
  • D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
    • Brève description des figures
  • L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
    • [Fig. 1] est une vue schématique et partielle illustrant un exemple de structure et de fonctionnement d'un premier exemple d'installation;
    • [Fig. 2] est une vue schématique et partielle illustrant un exemple de structure et de fonctionnement d'un deuxième exemple d'installation.
    Description détaillée
  • Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments.
  • Dans cette description détaillée, les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, cela ne signifie pas que les caractéristiques s'appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d'autres réalisations dans le cadre des revendications.
  • L'installation 1 de production d'un fluide cryogénique illustrée schématiquement à la [Fig.1] comprend un circuit 2 de gaz à refroidir/liquéfier, en particulier de l'hydrogène. Ce circuit 2 de gaz à refroidir possède une extrémité amont 21 destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval 22 destinée à être reliée à au moins un système receveur, par exemple un stockage cryogénique de gaz liquéfié.
  • L'installation 1 comprend, disposés dans au moins une boîte froide 3, 4, un ensemble d'échangeurs 5, 6, 7 de chaleur en échange thermique avec le circuit 2 d'hydrogène à refroidir. L'installation 1 comprend un dispositif 8 de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une première partie 5, 6 de l'ensemble d'échangeurs de chaleur (ou échangeurs 5, 6 de pré-refroidissement du circuit 2 de gaz à refroidir). Le dispositif 8 de pré-refroidissement est configuré pour refroidir le circuit 2 de gaz à refroidir à une première température déterminée, par exemple entre 65 et 100K et préférentiellement entre 77 et 90K. L'installation 1 comprend en outre un dispositif 9 de refroidissement cryogénique en échange thermique avec au moins une seconde partie 7 de l'ensemble d'échangeurs de chaleur (plus en aval). Le dispositif 9 de refroidissement est configuré pour refroidir le circuit 2 de gaz à refroidir de la première température à une à une seconde température déterminée inférieure à la première température, par exemple entre 18 et 25K et préférentiellement entre 20 et 23K.
  • Comme illustré, cette seconde partie 7 de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur comprend au moins un second échangeur de chaleur 7 de cycle assurant un échange thermique entre le circuit 2 d'hydrogène à refroidir et le circuit 19 de travail d'un dispositif 9 de refroidissement cryogénique décrit ci-après.
  • Le dispositif 8 de pré-refroidissement comprend un réfrigérateur à circuit 18 fermée de fluide de pré-refroidissement, par exemple de l'azote, un mélange de fluides réfrigérants (MRC) composé des composants proposés par exemple dans la thèse doctorale de Songwut Krasae-in "Efficient Hydrogen Liquéfaction Processes" ISBN978-82-471-1869-6.r , page 43 et 44). Le circuit 18 comporte, disposés en série et/ou en parallèle, un dispositif 28 de compression du fluide de pré-refroidissement (un ou plusieurs compresseurs en série et/ou en parallèle), un dispositif de détente 38 du fluide de pré-refroidissement (une ou plusieurs turbines ou vannes en série et/ou en parallèle), au moins un thermosiphon 48 du fluide de pré-refroidissement.
  • Le circuit 18 comprend une ou des portions d'échange thermique avec au moins un échangeur de chaleur de la première partie 5, 6 de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur.
  • Ainsi, le fluide de pré-refroidissement subit un cycle de compression-refroidissement-détente-réchauffage dans le circuit 18 qui produit une puissance froide à au moins une extrémité du circuit qui est mise en échange thermique avec le circuit 2 de gaz à refroidir.
  • En particulier, le circuit 2 de gaz à refroidir est pré-refroidi dans au moins un dernier échangeur 6 (dernier de l'amont vers l'aval) dont la température au bout froid peut être efficacement contrôlée grâce à un flux de fluide de pré-refroidissement généré par un thermosiphon 48.
  • Le thermosiphon 48 est un système de circulation des fluides (gaz et/ou liquide) basé sur la dilatation-contraction et la poussée d'Archimède, la circulation étant assurée par des différences de température entre les différents flux de fluide entrant/sortant.
  • Le thermosiphon 48 comprend par exemple au moins une entrée et une sortie raccordées à une boucle du circuit 18 de fluide de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins un échangeur de chaleur 6 de pré-refroidissement du circuit 2 de gaz à refroidir. Le thermosiphon 48 comprend par exemple une entrée inférieure de fluide, une chambre interne de chauffage du fluide, un conduit vertical (cheminée) positionné en haut de cette chambre, une sortie du fluide verticale par rapport à l'axe de l'entrée.
  • Le dispositif 9 de refroidissement cryogénique comprend quant à lui réfrigérateur à cycle de réfrigération d'un gaz de cycle dans un circuit 19 de travail. Le gaz de cycle comprenant de préférence au moins l'un parmi: de l'hydrogène, de l'hélium, du néon.
  • Le circuit 19 de travail du réfrigérateur 9 est de préférence fermé et comprend un organe 29 de compression du gaz de cycle (un ou plusieurs compresseurs en série et/ou en parallèle), un organe 15, 16, 7 de refroidissement du gaz de cycle comprimé (un ou plusieurs échangeurs de chaleurs), un organe 39 de détente du gaz de cycle comprimé et refroidi (une ou plusieurs turbines ou vannes en série et/ou en parallèle) et un organe 7, 15 de réchauffage du gaz de cycle détendu (un ou plusieurs compresseurs en série et/ou en parallèle).
  • Ainsi, le fluide de travail subit un cycle de compression-refroidissement-détente-réchauffage qui produit une puissance froide à au moins une extrémité du circuit 19 qui est mise en échange thermique avec le circuit 2 de gaz à refroidir en vue de le liquéfier.
  • Comme illustré, l'organe 15, 16, 7 de refroidissement du gaz de cycle et l'organe 7, 15 de réchauffage du gaz de cycle peuvent comprendre un ou des échangeurs de chaleurs, de préférence à contre-courant et assurant un échange thermique entre des flux relativement froid et chauds (pour assurer respectivement leur réchauffage et refroidissement)
  • En particulier, pour le pré-refroidissement du gaz de cycle et/ou le réchauffage du gaz de cycle, le réfrigérateur 9 comprend un ou de premiers échangeurs de chaleur 15, 16 de cycle qui sont distincts de la première partie d'échangeurs de chaleur 5, 6 configuré(s) pour pré-refroidir le circuit 2 de gaz à refroidir. De plus, ces premiers échangeurs 15, 16 de chaleur de cycle sont refroidis par échange thermique avec le circuit 18 du fluide de pré-refroidissement du dispositif 8 de pré-refroidissement. C'est-à-dire que le pré-refroidissement du circuit 2 de gaz à refroidir (par exemple l'hydrogène) et le pré-refroidissement du gaz de cycle (par exemple à base d'hélium) sont réalisés par le circuit de fluide de pré-refroidissement (par exemple à base d'azote) dans des échangeurs distincts séparés.
  • C'est-à-dire que le fluide de travail du cycle du réfrigérateur 9 est pré refroidi dans au moins un premier échangeur de chaleur 15, 16 de cycle dédié qui n'échange pas avec le circuit 2 de fluide à refroidir.
  • De plus, ce gaz de cycle peut être pré-refroidi dans un échangeur 16 de chaleur dont la température au bout froid peut être efficacement contrôlée par un flux de fluide de pré-refroidissement généré par un thermosiphon 48 (de préférence un thermosiphon 48 distinct du thermosiphon 48 décrit précédemment qui assure le pré-refroidissement du circuit 2 de gaz).
  • Ainsi, et comme représenté, le thermosiphon 48 associé à un premier échangeur de chaleur 15, 16 de cycle et le thermosiphon 48 associé à au moins un échangeur de pré-refroidissement du circuit 2 de gaz à refroidir peuvent être distincts et par exemple disposés en parallèle et/ou en série dans le circuit 18 de fluide de pré-refroidissement.
  • Ainsi, le pré-refroidissement du gaz de cycle du réfrigérateur 9 par le fluide de pré-refroidissement dans un échangeur de chaleur dédié (distinct du pré-refroidissement du circuit 2 à refroidir) permet de maximiser le pré-refroidissement du circuit 2 d'hydrogène à refroidir et le pré-refroidissement du gaz de cycle du réfrigérateur 9.
  • Comme illustré, après sa détente et son échange thermique avec la circuit 2 de gaz à refroidir, le gaz de cycle du réfrigérateur 9 peut, en retournant vers la compression 29, céder des frigories au fluide de pré-refroidissement dans un échangeur 15 de chaleur (avant retour à la compression 28.
  • Comme illustré, le ou les thermosiphons 48 peut comporter au moins une entrée et au moins deux sorties, les deux sorties étant raccordées à deux portions distinctes du circuit 18 de fluide de pré-refroidissement en échange thermique avec le ou échangeurs de chaleur 5, 6, 15, 16 concernés.
  • Le thermosiphon 48 du fluide de pré-refroidissement a par exemple au moins une entrée et une sortie raccordées à une boucle du circuit 18 de fluide de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins un premier échangeur de chaleur 15, 16 de cycle.
  • C'est-à-dire que le ou les premiers échangeurs de chaleur 15, 16 de cycle comprennent au moins un échangeur de chaleur en échange thermique avec un flux de fluide de pré-refroidissement du circuit 18 sortant d'un thermosiphon 48.
  • Le thermosiphon 48 relié à au moins un échangeur 16 permet de contrôler efficacement la température du fluide de cycle du réfrigérateur 9.
  • Le liquide de pré-refroidissement est produit par le dispositif 8 de pré-refroidissement. Le fluide de pré-refroidissement liquide peut être détendu dans une turbine 38 ou une vanne avant d'être envoyé vers le ou les thermosiphons 48. Dans le cas où l'installation comprend plusieurs thermosiphons 48, les pressions au sein des thermosiphons 48 peuvent être différentes. Le fluide de pré-refroidissement à basse pression produit par le ou les thermosiphons 48 et par le dispositif de détente 38 peuvent être mis en échange thermique avec tout ou partie des échangeurs de chaleur (échangeurs de chaleur 5, 6 de pré-refroidissement du circuit 2 d'une part et, les échangeurs de chaleurs 15, 16 du circuit du réfrigérateur 9 d'autre part). Ce ou ces flux de fluide de refroidissement relativement froid cède(nt) des frigories respectivement aux échangeurs concernés pour refroidir les le gaz 2 à refroidir et le gaz de cycle. Le fluide de refroidissement ainsi réchauffé est renvoyé à l'entrée du/des même(s) compresseur(s) 28 du dispositif 8 de pré-refroidissement et un nouveau cycle peut recommencer.
  • Cette configuration avec des échangeurs dissociés pour respectivement le pré-refroidissement du circuit 2 de gaz à refroidir et pour le pré-refroidissement du circuit 19 du gaz de travail (avec des flux de pré-refroidissement dissociés respectifs) permet d'utiliser dans une boîte froide 3 des échangeurs de taille relativement plus petite que dans l'art antérieur. De plus, cette distribution séparée de puissance froide du dispositif 8 de pré-refroidissement au circuit 2 de gaz à refroidir et au fluide de cycle du réfrigérateur 9 augmente l'efficacité globale de l'installation.
  • L'utilisation d'un thermosiphon 48 pour le pré-refroidissement du gaz de cycle du réfrigérateur 9 permet de pré-refroidir à une température plus basse le gaz de cycle du réfrigérateur 9. Ceci permet de diminuer la consommation d'énergie pour la liquéfaction du gaz à refroidir du circuit 2 dans la boîte froide 4. La température peut être plus basse car la température du fluide de pré-refroidissement liquide est maîtrisée par la pression au sein du/de(s) thermosiphons 48. De plus, l'échange thermique peut être plus important dans les échangeurs dédiés 6, 16.
  • Comme illustré, le ou les échangeur(s) de chaleur 5, 6 configuré(s) de pré-refroidissement du circuit 2 de gaz à refroidir, le ou les premiers échangeurs 15, 16 de chaleur de cycle et au moins une partie 38, 48 du dispositif (8) de pré-refroidissement (éléments froids : turbine(s), thermosiphon(s), conduites froides, vanne (s) froides...) sont disposés dans une même première boîte froide 3 de pré-refroidissement.
  • Cette première boîte froide 3 est de préférence isolée thermiquement sous vide ou isolé thermiquement via de la perlite (ou autre isolant) et balayée d'un gaz tel que l'azote par exemple.
  • Le (ou les) second (s) échangeur(s) 7 de chaleur de cycle qui sont prévus pour liquéfier le gaz du circuit 2 de gaz à refroidir sont situés de préférence dans une seconde boîte froide 4 distincte de la première boîte froide 3 (isolée thermiquement sous vide ou autre). Cette seconde boîte 4 froide contient également de préférence les composants cryogéniques associés (turbine, vanne (s)...) .
  • Comme illustré, le dernier second échangeur 7 de chaleur de cycle peut être en échange thermique avec une première portion du circuit 19 de travail du dispositif 9 véhiculant du gaz de cycle avant passage dans un organe 39 de détente (turbine (s) 39) et avec une seconde portion du circuit 19 de travail du dispositif 9 véhiculant du gaz de cycle après passage dans ledit organe 39 de détente. C'est-à-dire que l'échangeur 7 de cycle peut comporter des passages multiples du circuit 19 de travail du réfrigérateur 9.
  • L'agencement avec les deux thermosiphons 48 en parallèle peut permettre de faire fonctionner ces deux thermosiphons à des pressions différentes afin que la perte de charge dans le cycle de pré-refroidissement (jusqu'à l'entrée du compresseur 28) soit identique dans les deux branches du circuit (du côté du circuit de pré-refroidissement en échange thermique 5, 6 avec le circuit 2 de gaz à refroidir et du côté de l'échange thermique 15, 16 avec cycle de liquéfaction des premiers échangeurs de cycle).
  • De plus, selon cet agencement, il est possible de baisser la pression du côté du thermosiphon 48 en échange thermique avec les premiers échangeurs 15, 16 de cycle du réfrigérateur. Ceci permet de pré-refroidir relativement un peu plus le gaz de cycle. Ceci permet d'améliorer la performance et le contrôle globale de l'installation
  • Le circuit 18 de fluide de pré-refroidissement comporte de préférence un ensemble de vanne(s) permettant de contrôler les pressions opératoires des deux thermosiphons 48 en parallèle. Par exemple deux vannes 58 contrôlent respectivement l'entrée de fluide dans les thermosiphons 48, par exemple des vannes de type Joule Thomson.
  • En variante ou en combinaison, une ou des vanne(s) peuvent être prévues dans le circuit 18 de fluide de pré-refroidissement en amont du ou des compresseurs 28 pour réguler la pression en entrée du dispositif de compression (pour faire en sorte que les flux des deux boucles du circuit reviennent bien à la même pression à l'entrée du compresseur 28 commun).
  • En variante ou en combinaison, le deuxième thermosiphon 48 (associé au premier échangeur 15 du réfrigérateur 9) peut être relié à un compresseur sub-atmosphérique configuré pour faire diminuer encore plus la pression en son sein.
  • La [Fig. 2] illustre cette variante avec un compresseur sub-atmosphérique 68 sur la conduite reliant le second thermosiphon 48 à l'entrée de l'organe 28 de compression.
  • Comme illustré en pointillés, un compresseur 28 peut être accouplé à une turbine 38 (turbocompresseur).
  • En variante ou en combinaison (non représentée), le flux alimentant the second thermosiphon 48 (relié aux échangeurs de chaleur 16 de cycle) est pré-refroidi par le premier thermosiphon 48 (associé aux échangeurs 6 de pré-refroidissement). C'est-dire que la conduite alimentant le second thermosiphon 48 échange thermiquement avant avec au moins un échangeur 6 de pré-refroidissement. Dans cette configuration, la distribution de puissance froide entre les deux cycles peut être modifiée. Le premier thermosiphon 48 (associé au pré-refroidissement) traitera par exemple plus de débit de fluide et plus de puissance de pré-refroidissement disponible.

Claims (10)

  1. Installation de production d'un fluide cryogénique, en particulier de l'hydrogène liquéfié, comprenant un circuit (2) de gaz à refroidir ayant une extrémité amont (21) destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval (22) destinée à être reliée à au moins un système receveur, par exemple un stockage cryogénique, l'installation (1) comprenant, disposés dans au moins une boîte froide (3, 4), un ensemble d'échangeurs (5, 6, 7) de chaleur en échange thermique avec le circuit (2) d'hydrogène à refroidir, l'installation (1) comprenant un dispositif (8) de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une première partie (5, 6) de l'ensemble d'échangeurs de chaleur et configuré pour pré-refroidir le circuit (2) de gaz à refroidir à une première température déterminée, l'installation (1) comprenant en outre un dispositif (9) de refroidissement cryogénique en échange thermique avec au moins une seconde partie (7) de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur et configuré pour refroidir le circuit (2) de gaz à refroidir à une seconde température déterminée inférieure à la première température, le dispositif (8) de pré-refroidissement comprenant un réfrigérateur à circuit (18) fermée de fluide de pré-refroidissement, le circuit (18) comportant un dispositif (28) de compression du fluide de pré-refroidissement, un dispositif de détente (38) du fluide de pré-refroidissement, au moins un thermosiphon (48) du fluide de pré-refroidissement, ledit circuit (18) comprenant une ou des portions d'échange thermique avec au moins un de la première partie (5, 6) de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur, le dispositif (9) de refroidissement cryogénique comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d'un gaz de cycle dans un circuit (19) de travail, le gaz de cycle comprenant au moins l'un parmi: de l'hydrogène, de l'hélium, du néon, le circuit (19) de travail du réfrigérateur (9) comprenant un organe (29) de compression du gaz de cycle, un organe (15, 16, 7) de refroidissement du gaz de cycle comprimé, un organe (39) de détente du gaz de cycle comprimé et refroidi et un organe (7, 15) de réchauffage du gaz de cycle détendu, dans lequel, l'organe (15, 16, 7) de refroidissement du gaz de cycle et/ou l'organe (7, 15) de réchauffage du gaz de cycle comprend un ou des premiers échangeurs de chaleur (15, 16) de cycle distinct(s) de la première partie d'échangeurs de chaleur (5, 6) de pré-refroidissement du circuit (2) de gaz à refroidir, ces premiers échangeurs (15, 16) de chaleur de cycle étant également refroidi(s) par échange thermique avec le circuit (18) du fluide de pré-refroidissement du dispositif (8) de pré-refroidissement, le dispositif (8) de pré-refroidissement comprenant, dans le circuit (18) de fluide de pré-refroidissement, un ensemble de compresseur(s) (28) composant le dispositif (28) de compression du fluide de pré-refroidissement, un ensemble de turbine(s) (38) de détente formant le dispositif de détente (38) du fluide de pré-refroidissement et au moins un thermosiphon (48) du fluide de pré-refroidissement comprenant une entrée et une sortie raccordées à une boucle du circuit (18) de fluide de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins un échangeur de chaleur (6) de la première partie de l'ensemble d'échangeurs de pré-refroidissement du circuit (2) de gaz à refroidir, le dispositif (8) de pré-refroidissement comprenant également un thermosiphon (48) du fluide de pré-refroidissement ayant une entrée et une sortie raccordées à une boucle du circuit (18) de fluide de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins un premier échangeur de chaleur (15, 16) de cycle, dans lequel le thermosiphon (48) comprenant une entrée et une sortie raccordées à une boucle du circuit (18) de fluide de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins un échangeur de chaleur (6) de la première partie de l'ensemble d'échangeurs de pré-refroidissement et le thermosiphon (48) de fluide de pré-refroidissement ayant une entrée et une sortie raccordées à une autre boucle du circuit (18) de fluide de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins un premier échangeur de chaleur (15, 16) de cycle sont deux thermosiphons distincts disposés en parallèle dans le circuit (18) de fluide de pré-refroidissement.
  2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première partie (5, 6) de l'ensemble d'échangeurs de chaleur de pré-refroidissement du circuit (2) de gaz à refroidir, le ou les premiers échangeurs (15, 16) de chaleur de cycle et au moins une partie (38, 48) du dispositif (8) de pré-refroidissement sont disposés dans une même première boîte froide (3).
  3. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisée en ce que le au moins un thermosiphon (48) comporte au moins une entrée et au moins deux sorties, les deux sorties étant raccordées à deux portions distinctes du circuit (18) de fluide de pré-refroidissement en échange thermique avec respectivement deux échangeurs de chaleur (5, 6, 15, 16) distincts.
  4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la seconde partie (7) de l'ensemble d'échangeur(s) de chaleur comprend au moins un second échangeur de chaleur (7) de cycle assurant un échange thermique entre le circuit (2) d'hydrogène à refroidir et le circuit (19) de travail du dispositif (9) de refroidissement cryogénique.
  5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le second échangeur (7) de chaleur de cycle est en échange thermique avec une première portion du circuit (19) de travail du dispositif (9) véhiculant du gaz de cycle avant passage dans un organe (39) de détente et avec une seconde portion du circuit (19) de travail du dispositif (9) véhiculant du gaz de cycle après passage dans ledit organe (39) de détente.
  6. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisée en ce que le second échangeur (7) de chaleur de cycle est situé dans une seconde boîte froide (4) distincte de la première boîte froide (3).
  7. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que le circuit (18) de fluide de pré-refroidissement comporte un ensemble de vanne(s) (58) et/ou un compresseur configuré(s) pour de contrôler les pressions opératoires des deux thermosiphons (48) en parallèle à des pressions différentes et de préférence pour égaliser également les pressions flux des deux boucles du circuit provenant des thermosiphons et revenant du dispositif de compression (28) commun.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le fluide de pré-refroidissement comprend ou est constitué de l'un parmi : de l'azote, un mélange du type MRC (mélange de réfrigérants).
  9. Procédé de production d'un fluide cryogénique, en particulier de l'hydrogène liquéfié, utilisant une installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant une étape de pré-refroidissement du flux de circuit (2) de gaz à refroidir à une première température comprise entre 65 et 100K et préférentiellement entre 77 et 90K, au moyen du dispositif (8) de pré-refroidissement, une étape de pré-refroidissement du fluide de cycle via le dispositif (8) de pré-refroidissement jusqu'à une température comprise entre 77 et 90K, et une étape de refroidissement du gaz circuit (2) de gaz à refroidir à une seconde température déterminée comprise entre 18 et 25K et préférentiellement entre 20 et 23K via le dispositif (9) de refroidissement cryogénique.
  10. Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que au moins un échangeur (15, 16) de chaleur de cycle et/ou au moins un échangeur(s) de chaleur (5, 6) configuré(s) pour pré-refroidir le circuit (2) de gaz à refroidir à une première température déterminée est en échange thermique avec un flux de fluide de pré-refroidissement du circuit (18) sortant d'un thermosiphon (48), le thermosiphon fonctionnant à une pression entre 1,5 et 3,5 bara et à une température correspondante comprise entre 80,8K et 89,6K.
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