EP4731945A1

EP4731945A1 - Installation de liquéfaction d'un gaz et procédé liquéfaction

Info

Publication number: EP4731945A1
Application number: EP24724478.3A
Authority: EP
Inventors: Emilien REDON; Ludovic Granados; Matilde AIRES
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2023-06-20
Filing date: 2024-05-03
Publication date: 2026-04-29
Also published as: JP2026521145A; WO2024260621A1; KR20260022326A; CN121263643A; FR3150278A1; AU2024314509A1; FR3150278B1

Abstract

L'invention concerne une installation (1) de liquéfaction d'un gaz comportant : un circuit d'alimentation (4) d'un gaz à liquéfier, ayant une extrémité amont (2) destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval (3) pour délivrer un gaz liquéfié; un liquéfacteur (7) comportant un échangeur de chaleur (6) et un réfrigérateur (12) à cycle de réfrigération d'un gaz de cycle, le réfrigérateur (12) comprenant un circuit de cycle (5) pour la circulation du gaz de cycle; un dispositif de purification (13) monté dans le circuit d'alimentation (4) en amont du liquéfacteur (7), le dispositif de purification (13) étant configuré pour purifier le gaz de la source de gaz et fournir un gaz purifié.

Description

Installation de liquéfaction d’un gaz et procédé liquéfaction

La présente invention porte sur une installation de liquéfaction d’un gaz et procédé de liquéfaction utilisant une telle installation.
De façon connue en soi, une installation de liquéfaction d’un gaz comporte un liquéfacteur dont une partie de la puissance froide est produite via un cycle de réfrigération d’un gaz de cycle.
Lorsque la température de liquéfaction du gaz à liquéfier est basse, par exemple égale ou inférieure à 20K à pression atmosphérique, le gaz de cycle doit descendre à des températures du même ordre. Ceci impose généralement un gaz de cycle comprenant majoritairement de l’hydrogène et/ou de l’hélium. Ceci impose par ailleurs que le gaz de cycle soit d’une très grande pureté afin d’éviter la cristallisation d’éventuelles impuretés qui pourraient gêner le bon déroulement du procédé de liquéfaction.
Une solution connue consiste à mettre en œuvre une unité de séparation de gaz par adsorption (ou unité d’adsorption) à température cryogénique, en la faisant fonctionner à une température intermédiaire entre la température ambiante et la température de liquéfaction du gaz à liquéfier.
Lors du premier démarrage de l’installation ou lors d’un redémarrage par exemple à la suite d’une opération de maintenance, de tels niveaux de température ne sont pas atteignables rapidement. La séquence de démarrage doit donc comporter une étape de pré-refroidissement et une étape de stabilisation de l’unité d’adsorption à une température intermédiaire afin de purifier le gaz par adsorption à température cryogénique pour remplir le cycle de réfrigération en gaz de cycle avec une très grande pureté.
Le problème est que cette séquence de démarrage rallonge considérablement la durée du démarrage de l’installation.
La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une installation de liquéfaction d’un gaz, le gaz comportant notamment majoritairement de l’hydrogène, l’installation comportant :

un circuit d’alimentation d’un gaz à liquéfier, ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval pour délivrer un gaz liquéfié ;
un liquéfacteur comportant au moins un échangeur de chaleur en échange thermique avec le circuit d’alimentation, le liquéfacteur comportant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un gaz de cycle, en échange thermique avec l’échangeur de chaleur, le réfrigérateur comprenant un circuit de cycle pour la circulation du gaz de cycle, le circuit de cycle comprenant un mécanisme de compression du gaz de cycle et un mécanisme de détente du gaz de cycle ; caractérisée en ce que l’installation comprend :
un dispositif de purification monté dans le circuit d’alimentation en amont du liquéfacteur, le dispositif de purification étant configuré pour purifier le gaz de la source de gaz et fournir un gaz purifié, le dispositif de purification étant configuré pour fonctionner sélectivement dans un premier mode dans lequel le gaz purifié a un premier degré de pureté et dans un deuxième mode dans lequel le gaz purifié a un deuxième degré de pureté, le deuxième degré de pureté étant supérieur au premier degré de pureté, le deuxième degré de pureté étant par exemple supérieur ou égal à 99,9999 % mole ;
une conduite de remplissage configurée pour permettre au gaz purifié avec le deuxième degré de pureté, d’être transféré dans le circuit de cycle depuis le circuit d’alimentation, la conduite de remplissage étant munie d’une vanne.

Une telle configuration permet de réduire la durée de démarrage d’une installation de liquéfaction d’un gaz, ce qui est particulièrement utile lors d’un premier démarrage d’une telle installation ou bien lors d’un démarrage après une opération de maintenance. Ceci permet d’éviter, au moment du démarrage, d’avoir recours à une étape de pré-refroidissement et/ou une étape de stabilisation de l’installation à une température intermédiaire pour la purification du gaz par adsorption à une température cryogénique pour le remplissage du circuit de cycle avec le gaz de cycle.
Selon une réalisation, le premier degré de pureté est tel que le gaz purifié comporte au moins 10 ppm d’impuretés.
Selon une réalisation, le premier degré de pureté est compris dans une première plage de valeurs et le deuxième degré de pureté est compris dans une deuxième plage de valeurs.
Selon une réalisation, les valeurs de la première plage sont toutes inférieures aux valeurs de la deuxième plage de valeurs.
Selon une réalisation, le gaz à liquéfier et le gaz de cycle sont de même nature.
Selon une réalisation, le gaz à liquéfier comporte majoritairement de l’hydrogène.
Selon une réalisation, le gaz de cycle comporte majoritairement de l’hydrogène, en ayant notamment un taux d’impureté inférieur à 1 ppm.
En variante, le gaz à liquéfier comporte majoritairement de l’hélium et le gaz de cycle comporte majoritairement de l’hélium.
Selon une réalisation, le dispositif de purification comporte un dispositif d’adsorption.
Selon une réalisation le dispositif de purification est configuré pour fonctionner sélectivement :

dans le premier mode dans lequel il atteint le premier degré de pureté avec un premier rendement ; et
dans le deuxième mode dans lequel il atteint le deuxième degré de pureté avec un deuxième rendement, le deuxième rendement étant inférieur au premier rendement.

Selon une réalisation, le dispositif de purification est configuré pour fonctionner dans le premier mode avec un premier temps de phase et pour fonctionner dans le deuxième mode avec un deuxième temps de phase, le deuxième temps de phase étant inférieur au premier temps de phase, les temps de phase étant notamment considérés pour un débit constant de gaz en entrée du dispositif de purification.
Selon une réalisation, le dispositif de purification comporte un régulateur configuré pour faire varier le temps de phase selon que le dispositif de purification fonctionne dans le premier mode ou dans le deuxième mode.
Selon une réalisation, le dispositif de purification fonctionnant dans le premier mode, le régulateur est configuré pour maintenir sensiblement constant le degré de pureté quel que soit le débit de gaz en entrée du dispositif de purification.
Selon une réalisation, le dispositif de purification fonctionnant dans le deuxième mode, le régulateur est configuré pour maintenir sensiblement constant le degré de pureté quel que soit le débit de gaz en entrée du dispositif de purification.
Selon une réalisation, le régulateur est configuré pour réguler le temps de phase en fonction du débit de gaz en entrée du dispositif de purification.
Selon une réalisation, le dispositif d’adsorption comporte une unité d’adsorption à modulation de pression comportant au moins deux adsorbeurs configurés pour fonctionner de façon alternée et comportant chacun au moins un lit d’adsorbant comportant de l’alumine ou du charbon ou tamis moléculaire.
Selon une réalisation, le gaz purifié entre dans le circuit de cycle à une température ambiante, par exemple comprise entre 5 °C et 55 °C, notamment comprise entre 10 °C et 50 °C, préférentiellement comprise entre 15 °C et 45 °C.
Selon une réalisation, le dispositif de purification comporte au moins un premier dispositif d’adsorption configuré pour atteindre le premier degré de pureté et un deuxième dispositif d’adsorption configuré pour atteindre le deuxième degré de pureté.
Selon une réalisation, la conduite de remplissage est en communication fluidique avec le circuit d’alimentation et avec le circuit de cycle, la conduite de remplissage étant configurée pour permettre le transfert du gaz purifié dans le circuit de cycle, le gaz purifié étant prélevé dans le circuit d’alimentation, le gaz purifié étant à une température ambiante, par exemple comprise entre 5 °C et 55 °C, notamment comprise entre 10 °C et 50 °C, préférentiellement comprise entre 15 °C et 45 °C, en étant notamment prélevé en amont de l’échangeur de chaleur.
Selon une réalisation, la vanne est configurée pour autoriser ou empêcher l’entrée du gaz purifié dans le circuit de cycle.
Selon une réalisation, l'installation est configurée pour permettre l’entrée du gaz purifié dans le circuit de cycle, lorsque le dispositif de purification fonctionne dans le deuxième mode.
Selon une réalisation, l'installation est configurée pour empêcher l’entrée du gaz purifié dans le circuit de cycle, lorsque le dispositif de purification fonctionne dans le premier mode.
Selon une réalisation, l'installation comporte une unité de commande configurée pour commander la vanne et le dispositif de purification pour permettre :

au gaz purifié d’entrer dans le circuit de cycle, lorsque le dispositif de purification fonctionne dans le deuxième mode ; et/ou
au gaz purifié d’entrer dans le liquéfacteur, lorsque le dispositif de purification fonctionne dans le premier mode.

Selon une réalisation, l’unité de commande est configurée pour commander la vanne et le dispositif de purification pour empêcher le gaz purifié d’entrer dans le circuit de cycle lorsque le dispositif de purification fonctionne dans le premier mode.
L’invention concerne en outre un procédé de liquéfaction utilisant une installation telle que décrite ci-dessus, le procédé comportant les étapes successives suivantes :

alimentation du circuit de cycle avec le gaz purifié, le dispositif de purification fonctionnant dans le deuxième mode, le gaz purifié étant notamment introduit dans le circuit de cycle avec une pression comprise entre 15 bara et 40 bara, la pression étant considérée en amont de la vanne et/ou avec une pression comprise entre 5 bara et 15 bara, la pression étant considérée en aval de la vanne ;
liquéfaction du gaz purifié par le dispositif de purification fonctionnant dans le premier mode.

Selon une réalisation, l’étape d’alimentation du circuit de cycle avec le gaz purifié est mise en œuvre alors que le gaz purifié traverse l’échangeur de chaleur sans que sa température ne soit sensiblement modifiée entre l’amont et l’aval de l’échangeur de chaleur.
Selon une réalisation, à l’étape d’alimentation du circuit de cycle, le gaz purifié entre dans le circuit de cycle à une température ambiante, par exemple comprise entre 0 °C et 55 °C, notamment comprise entre 5 °C et 50 °C, préférentiellement comprise entre 15 °C et 45 °C.
Selon une réalisation, l’étape d’alimentation du circuit de cycle comporte les étapes successives suivantes :

introduction de gaz purifié dans le circuit de cycle, la vanne étant notamment configurée pour mettre en communication fluidique le circuit de cycle avec le circuit d’alimentation ;
détente du gaz de cycle à l’intérieur du circuit de cycle, notamment au moyen d’un organe de détente, la vanne étant configurée pour isoler fluidiquement, le circuit de cycle du circuit d’alimentation.

Selon une réalisation, le procédé comporte une alternance d’une pluralité de fois la succession d’étapes d’introduction de gaz purifié et de détente du gaz de cycle.
Ceci permet de de s'assurer de la bonne teneur du gaz de cycle en tout endroit du circuit de cycle grâce à un phénomène de dilution.
Selon une réalisation, l’organe de détente comporte une conduite d’évacuation comportant par exemple une vanne configurée pour permettre l’évacuation d’une partie du gaz de cycle via la conduite d’évacuation.
Selon une réalisation, l’étape de liquéfaction du gaz purifié comporte une étape de refroidissement du gaz purifié au moyen de l’échangeur de chaleur.
Selon une réalisation, le procédé comporte une étape d’inertage du circuit de cycle préalablement à l’étape d’alimentation du circuit de cycle, par exemple en balayant le circuit de cycle avec un gaz inerte tel que de l’azote.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
est une représentation schématique d’une installation selon l’invention ; et
est une représentation schématique des étapes d’un procédé selon l’invention.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.
La représente une installation 1 de liquéfaction d’un gaz.
L’installation 1 comporte un circuit d’alimentation 4 d’un gaz à liquéfier, ayant une extrémité amont 2 destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval 3 pour délivrer un gaz liquéfié.
Dans l’exemple de la , le gaz à liquéfier comporte majoritairement de l’hydrogène.
La source peut comprendre un électrolyseur ou un réseau de gaz par exemple.
L’installation de la peut fonctionner avec d’autres gaz, comme l’hélium.
L’installation 1 comporte en outre un liquéfacteur 7 comportant, de préférence disposé dans au moins une boîte froide, au moins un échangeur de chaleur 6 en échange thermique avec le circuit d’alimentation 4. Le liquéfacteur 7 comporte un réfrigérateur 12 à cycle de réfrigération d’un gaz de cycle, en échange thermique avec l’échangeur de chaleur 6.
Le gaz de cycle est de même nature que le gaz à liquéfier. Dans l’exemple considéré, le gaz de cycle est de l’hydrogène et sa pureté est supérieure ou égale à 99,9999 % mole. Autrement dit, le gaz de cycle comporte 1 ppm d’impuretés ou moins.
Le réfrigérateur 12 comprend un circuit de cycle 5 pour la circulation du gaz de cycle.
Le circuit de cycle 5 comprend un mécanisme de compression 8 du gaz de cycle, un système de refroidissement du gaz de cycle, un mécanisme de détente 9 du gaz de cycle et un système de réchauffage du gaz de cycle avant de recommencer le cycle. En fonctionnement, le circuit de cycle soumet le gaz de de cycle à un cycle thermodynamique qui l’amène à une température cryogénique à au moins une extrémité froide (bout(s) froid(s)).
Cette puissance froide est transférée au gaz du circuit d’alimentation à refroidir/liquéfier par échange de chaleur dans un ou plusieurs échangeurs de chaleur, en particulier un ou des échangeurs de chaleur à contre-courant assurant à la fois un refroidissement et un réchauffage du gaz de cycle à deux endroits du cycle.
Le mécanisme de compression 8 comporte au moins un compresseur. Le mécanisme de détente 9 comporte au moins une vanne et/ou une turbine.
L’installation 1 comprend en outre un dispositif de purification 13 monté dans le circuit d’alimentation 4 en amont du liquéfacteur 7.
Le dispositif de purification 13 est configuré pour purifier le gaz de la source de gaz et fournir un gaz purifié. En d’autres termes, le dispositif de purification 13 reçoit le gaz de la source de gaz en amont et délivre le gaz purifié en aval.
Le dispositif de purification 13 est par ailleurs configuré pour fonctionner sélectivement :

dans un premier mode dans lequel le gaz purifié a un premier degré de pureté, et
dans un deuxième mode dans lequel le gaz purifié a un deuxième degré de pureté.

Le fait que le dispositif de purification 13 soit configuré pour fonctionner sélectivement dans le premier mode et dans le deuxième mode, signifie notamment qu’il est configuré pour être commandé pour sélectivement passer de l’un des modes dans l’autre des modes et vice et versa, selon le besoin de pureté recherché.
Le deuxième degré de pureté est supérieur au premier degré de pureté.
Le deuxième degré de pureté est supérieur ou égal à 99,9999 % mole.
Le premier degré de pureté est par exemple tel que le gaz purifié comporte au moins 10 ppm d’impuretés.
L’installation 1 comporte en outre une conduite de remplissage 11 configurée pour permettre au gaz purifié avec le deuxième degré de pureté, d’être transféré dans le circuit de cycle 5 depuis le circuit d’alimentation 4, la conduite de remplissage 11 étant munie d’une vanne 10.
De préférence, la conduite de remplissage 11 est configurée pour prélever le gaz purifié avec le deuxième degré de pureté, dans le circuit d’alimentation 4, en amont du liquéfacteur 7.
En variante, la conduite de remplissage 11 est configurée pour prélever le gaz purifié avec le deuxième degré de pureté, dans le liquéfacteur 7, par exemple en amont du réfrigérateur 12.
Selon un mode de réalisation, la conduite de remplissage 11 est configurée pour prélever le gaz purifié avec le deuxième degré de pureté, en aval d’un dispositif de purification cryogénique du liquéfacteur 7, le gaz purifié étant prélevé à température ambiante. Dans ce mode de réalisation, le dispositif de purification cryogénique du liquéfacteur 7 est disposé en aval du réfrigérateur 12, le dispositif de purification cryogénique comportant par exemple une unité d’adsorption à modulation de température.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, Le gaz purifié entre dans le dispositif de purification cryogénique en étant purifié avec le deuxième degré de pureté.
Dans l’exemple de la , le dispositif de purification 13 comporte un dispositif d’adsorption 13, notamment un dispositif d’adsorption 13 en phase gazeuse.
Le dispositif de purification 13 est configuré pour fonctionner sélectivement :

Le dispositif purification 13 est configuré pour fonctionner dans le premier mode avec un premier temps de phase et pour fonctionner dans le deuxième mode avec un deuxième temps de phase, le deuxième temps de phase étant inférieur au premier temps de phase.
Le premier temps de phase et le deuxième temps de phase sont considérés pour un débit constant de gaz en entrée du dispositif de purification 13, c’est-à-dire pour un débit d’alimentation constant, notamment pour un débit de gaz de charge constant.
Le dispositif purification 13 comporte une unité d’adsorption à modulation de pression comportant au moins deux adsorbeurs configurés pour fonctionner de façon alternée et comportant chacun au moins un lit d’adsorbant comportant de l’alumine ou du charbon ou tamis moléculaire.
Les unités d'adsorption, par exemple les unités d'adsorption à modulation de pression (encore appelées unités PSA pour « Pressure Swing Adsorption »), sont couramment utilisées pour la séparation et/ou la purification de gaz de charge, notamment dans les domaines de la production d’hydrogène, d’hélium, de dioxyde de carbone, du séchage, de la séparation des constituants de l’air, etc…
De manière générale, une unité PSA est constituée de plusieurs adsorbeurs qui suivent en décalage dans le temps un cycle de fonctionnement, par la suite appelé par commodité « cycle PSA » qui est réparti uniformément en autant de temps de phase qu’il y a d’adsorbeurs en fonctionnement, et qui est formé d’étapes de base, à savoir les étapes :

d’adsorption à sensiblement une haute pression du cycle ;
de dépressurisation à co-courant, généralement depuis la haute pression du cycle ;
de dépressurisation à contre-courant, généralement jusqu’à la basse pression du cycle ;
d’élution à sensiblement la basse pression du cycle ; et
de repressurisation, depuis la basse pression du cycle jusqu’à la haute pression du cycle.

La dépressurisation à co-courant comprend généralement une ou plusieurs étapes d’équilibrage et au moins une étape d’alimentation-purge qui fournit du gaz d’élution.
La repressurisation comprend généralement les étapes d’équilibrage correspondantes et une repressurisation finale avec du gaz de production ou du gaz d’élution.
Ces étapes définissent les pressions caractéristiques du PSA.
La contrainte principale de fonctionnement d’une unité PSA en régime établi consiste en le niveau de pureté du produit. Sous cette condition de fonctionnement, les performances de traitement d’une unité PSA sont alors généralement optimisées soit pour maximiser le rendement (c’est-à-dire le rendement d’extraction qui est égal à la quantité de gaz produit divisé par la quantité de ce gaz présent dans le gaz de charge), soit pour minimiser l’énergie consommée.
On obtient de la sorte un cycle nominal de fonctionnement de l’unité PSA, déterminé directement en fonction des conditions nominales de fonctionnement (débit du gaz de charge, débit du gaz traité, composition du gaz de charge, température de fonctionnement de l’unité, pressions…). Dans le premier mode de fonctionnement, le dispositif d’adsorption est ainsi dans des conditions nominales de fonctionnement.
Lorsque les conditions de fonctionnement s’écartent des conditions nominales, par exemple lorsque le dispositif d’adsorption est dans le deuxième mode, une solution consiste à réguler le fonctionnement de l’unité PSA en ajustant un ou plusieurs paramètres du cycle nominal. Deux régulations qui relèvent de cette approche sont :

la régulation « de capacité » qui consiste à modifier la durée du temps de phase du cycle en fonction de la variation du débit de gaz de charge ; et
la régulation « sur le contrôle de pureté » qui consiste à modifier ce temps de phase en fonction de la pureté du gaz traité.

Il convient ici de définir ce qu’on entend par temps de cycle et temps de phase (ou plus simplement phase).
Comme on l’a décrit plus haut, un adsorbeur va donc commencer une période d’adsorption jusqu’à ce qu’il soit chargé dans le ou les constituants à arrêter à la pression haute puis va être régénéré par dépressurisation et extraction des composés adsorbés avant d’être remis en état pour recommencer une nouvelle période d’adsorption. L’adsorbeur a alors effectué un « cycle de pression » et le principe même du procédé PSA est d’enchaîner ces cycles les uns après les autres ; il s’agit donc d’un procédé cyclique. Le temps que met un adsorbeur pour revenir dans son état initial est appelé temps de cycle. Par principe, chaque adsorbeur suit le même cycle avec un décalage temporel qu’on appelle temps de phase ou plus simplement phase. On a donc la relation :
Temps de phase = temps de cycle / Nombre d’adsorbeurs et on voit que le nombre de phases est égal au nombre d’adsorbeurs.
Le nombre N d’adsorbeurs peut être quelconque, mais généralement, N est compris entre 2 et 32, plus typiquement entre 4 et 16.
Il y a en pratique un grand nombre de possibilités pour réaliser la régulation (capacité et/ou pureté) dont le résultat est de faire fonctionner le PSA dans des conditions de pureté et de rendement prédéterminés.
Les actions des régulateurs sont à régler afin de s’assurer que la pureté sera maintenue par rapport à une valeur cible recherchée.
La conduite de remplissage 11 est en communication fluidique avec le circuit d’alimentation 4 et avec le circuit de cycle 5. La conduite de remplissage 11 est configurée pour permettre le transfert du gaz purifié dans le circuit de cycle 5, le gaz purifié étant prélevé dans le circuit d’alimentation 4, le gaz purifié étant à une température ambiante, par exemple comprise entre 5 °C et 55 °C, notamment comprise entre 10 °C et 50 °C, préférentiellement comprise entre 15 °C et 45 °C, en étant notamment prélevé en amont de l’échangeur de chaleur 6.
La conduite de remplissage 11 est configurée pour permettre au gaz purifié sortant du dispositif de purification 13 d’entrer dans le circuit de cycle 5 sans avoir subi un échange thermique dans l’échangeur de chaleur 6 ou sans avoir subi une purification supplémentaire par exemple par un dispositif de purification cryogénique du liquéfacteur 7.
C’est-à-dire que le gaz purifié peut être prélevé dans le circuit d’alimentation 4 à température ambiante, la température ambiante étant par exemple comprise entre 5 °C et 55 °C, notamment comprise entre 10 °C et 50 °C, préférentiellement comprise entre 15 °C et 45 °C.
La vanne 10 est configurée pour autoriser ou empêcher l’entrée du gaz purifié dans le circuit de cycle 5.
L'installation 1 est configurée pour permettre l’entrée du gaz purifié dans le circuit de cycle 5, lorsque le dispositif de purification 13 fonctionne dans le deuxième mode.
L'installation 1 est par ailleurs configurée pour empêcher l’entrée du gaz purifié dans le circuit de cycle 5, lorsque le dispositif de purification 13 fonctionne dans le premier mode.
L'installation 1 comporte une unité de commande configurée pour commander la vanne 10 et le dispositif de purification 13 pour permettre :

au gaz purifié d’entrer dans le circuit de cycle 5, lorsque le dispositif de purification 13 fonctionne dans le deuxième mode ; et/ou
au gaz purifié d’entrer dans le liquéfacteur 7, lorsque le dispositif de purification 13 fonctionne dans le premier mode.

L’unité de commande est configurée pour commander la vanne 10 et le dispositif de purification 13 pour empêcher le gaz purifié d’entrer dans le circuit de cycle 5 lorsque le dispositif de purification 13 fonctionne dans le premier mode.
La représente un procédé de liquéfaction utilisant une installation 1 telle que décrite ci-dessus.
Le procédé comporte les étapes successives suivantes :

alimentation E2, E3 du circuit de cycle 5 avec le gaz purifié, le dispositif de purification 13 fonctionnant dans le deuxième mode, le gaz purifié étant notamment introduit dans le circuit de cycle 5 avec une pression comprise entre 15 bara et 40 bara, la pression étant considérée en amont de la vanne 10 et/ou avec une pression comprise entre 5 bara et 15 bara, la pression étant considérée en aval de la vanne 10 ;
liquéfaction E4 du gaz purifié par le dispositif de purification 13 fonctionnant dans le premier mode.

Dans un exemple de mise en œuvre du procédé, pendant l’étape d’alimentation E2, E3, le liquéfacteur 7 est à l’arrêt, c’est-à-dire que le liquéfacteur est par exemple à une température plus élevée que sa température de fonctionnement. L’étape d’alimentation E2, E3 peut être mise en œuvre alors que le circuit de cycle est au moins partiellement vidé de son gaz de cycle.
Le procédé comporte de préférence une étape d’inertage E1 du circuit de cycle 5 préalablement à l’étape d’alimentation E2, E3 du circuit de cycle 5.
L’étape d’inertage E1 du circuit de cycle 5 comporte une étape d’injection d’un gaz d’inertage tel que de l’azote, dans le circuit de cycle 5.
L’étape d’alimentation E2, E3 du circuit de cycle 5 comporte les étapes successives suivantes :

introduction E2 de gaz purifié dans le circuit de cycle 5, la vanne 10 étant notamment configurée pour mettre en communication fluidique le circuit de cycle 5 avec le circuit d’alimentation 4 ;
détente E3 du gaz de cycle à l’intérieur du circuit de cycle 5, notamment au moyen d’un organe de détente, la vanne 10 étant configurée pour isoler fluidiquement, le circuit de cycle 5 du circuit d’alimentation 4.

L’étape de liquéfaction E4 du gaz purifié comporte une étape de refroidissement E4 du gaz purifié au moyen de l’échangeur de chaleur 6.
En variante ou en combinaison, le procédé comporte une étape d’alimentation E2, E3 du circuit de cycle 5 avec de l’hydrogène gazeux ayant un degré de pureté au moins égal à 99,9999 % mole, ledit hydrogène gazeux provenant par exemple d’une source dédiée telle qu’un réseau, ou d’un réservoir d'hydrogène liquide sous pression vaporisé.

Claims

Installation (1) de liquéfaction d’un gaz, le gaz comportant notamment majoritairement de l’hydrogène, l’installation (1) comportant :
un circuit d’alimentation (4) d’un gaz à liquéfier, ayant une extrémité amont (2) destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval (3) pour délivrer un gaz liquéfié ;

un liquéfacteur (7) comportant au moins un échangeur de chaleur (6) en échange thermique avec le circuit d’alimentation (4), le liquéfacteur (7) comportant un réfrigérateur (12) à cycle de réfrigération d’un gaz de cycle, en échange thermique avec l’échangeur de chaleur (6), le réfrigérateur (12) comprenant un circuit de cycle (5) pour la circulation du gaz de cycle, le circuit de cycle (5) comprenant un mécanisme de compression (8) du gaz de cycle et un mécanisme de détente (9) du gaz de cycle ; caractérisée en ce que l’installation (1) comprend :

un dispositif de purification (13) monté dans le circuit d’alimentation (4) en amont du liquéfacteur (7), le dispositif de purification (13) étant configuré pour purifier le gaz de la source de gaz et fournir un gaz purifié, le dispositif de purification (13) étant configuré pour fonctionner sélectivement dans un premier mode dans lequel le gaz purifié a un premier degré de pureté et dans un deuxième mode dans lequel le gaz purifié a un deuxième degré de pureté, le deuxième degré de pureté étant supérieur au premier degré de pureté, le deuxième degré de pureté étant par exemple supérieur ou égal à 99,9999 % mole ;

une conduite de remplissage (11) configurée pour permettre au gaz purifié avec le deuxième degré de pureté, d’être transféré dans le circuit de cycle (5) depuis le circuit d’alimentation (4), la conduite de remplissage (11) étant munie d’une vanne (10) ;

une unité de commande configurée pour commander la vanne (10) et le dispositif de purification (13) pour permettre :

au gaz purifié d’entrer dans le circuit de cycle (5), lorsque le dispositif de purification (13) fonctionne dans le deuxième mode ; et/ou

au gaz purifié d’entrer dans le liquéfacteur (7), lorsque le dispositif de purification (13) fonctionne dans le premier mode ;
l’unité de commande étant configurée pour commander la vanne (10) et le dispositif de purification (13) pour empêcher le gaz purifié d’entrer dans le circuit de cycle (5) lorsque le dispositif de purification (13) fonctionne dans le premier mode.
Installation (1) selon la revendication précédente, le dispositif de purification (13) étant configuré pour fonctionner sélectivement :
dans le premier mode dans lequel il atteint le premier degré de pureté avec un premier rendement ; et

dans le deuxième mode dans lequel il atteint le deuxième degré de pureté avec un deuxième rendement, le deuxième rendement étant inférieur au premier rendement.
Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le dispositif de purification (13) étant configuré pour fonctionner dans le premier mode avec un premier temps de phase et pour fonctionner dans le deuxième mode avec un deuxième temps de phase, le deuxième temps de phase étant inférieur au premier temps de phase, les temps de phase étant notamment considérés pour un débit constant de gaz en entrée du dispositif de purification (13).
Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, la conduite de remplissage (11) étant en communication fluidique avec le circuit d’alimentation (4) et avec le circuit de cycle (5), la conduite de remplissage (11) étant configurée pour permettre le transfert du gaz purifié dans le circuit de cycle (5), le gaz purifié étant prélevé dans le circuit d’alimentation (4), le gaz purifié étant à une température ambiante, par exemple comprise entre 5 °C et 55 °C, notamment comprise entre 10 °C et 50 °C, préférentiellement comprise entre 15 °C et 45 °C, en étant notamment prélevé en amont de l’échangeur de chaleur (6).
Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, configurée pour permettre l’entrée du gaz purifié dans le circuit de cycle (5), lorsque le dispositif de purification (13) fonctionne dans le deuxième mode.
Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, configurée pour empêcher l’entrée du gaz purifié dans le circuit de cycle (5), lorsque le dispositif de purification (13) fonctionne dans le premier mode.
Procédé de liquéfaction utilisant une installation (1) selon l’une des revendications précédentes, comportant les étapes successives suivantes :
alimentation (E2, E3) du circuit de cycle (5) avec le gaz purifié, le dispositif de purification (13) fonctionnant dans le deuxième mode, le gaz purifié étant notamment introduit dans le circuit de cycle (5) avec une pression comprise entre 15 bara et 40 bara, la pression étant considérée en amont de la vanne (10) et/ou avec une pression comprise entre 5 bara et 15 bara, la pression étant considérée en aval de la vanne (10) ;

liquéfaction (E4) du gaz purifié par le dispositif de purification (13) fonctionnant dans le premier mode.
Procédé selon la revendication précédente, l’étape d’alimentation (E2, E3) du circuit de cycle (5) comportant les étapes successives suivantes :
introduction (E2) de gaz purifié dans le circuit de cycle (5), la vanne (10) étant notamment configurée pour mettre en communication fluidique le circuit de cycle (5) avec le circuit d’alimentation (4) ;

détente (E3) du gaz de cycle à l’intérieur du circuit de cycle (5), notamment au moyen d’un organe de détente, la vanne (10) étant configurée pour isoler fluidiquement, le circuit de cycle (5) du circuit d’alimentation (4).