EP4747526A1 - Installation de production et de stockage de fluide cryogénique liquéfié - Google Patents

Installation de production et de stockage de fluide cryogénique liquéfié

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EP4747526A1
EP4747526A1 EP24727680.1A EP24727680A EP4747526A1 EP 4747526 A1 EP4747526 A1 EP 4747526A1 EP 24727680 A EP24727680 A EP 24727680A EP 4747526 A1 EP4747526 A1 EP 4747526A1
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EP
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storage
fluid
nitrogen
liquefier
installation
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Application number
EP24727680.1A
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German (de)
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Matthieu Muller
Ludovic Granados
Matilde AIRES
Emeline VANDROUX
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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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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Abstract

L'invention concerne une installation (100) de production et de stockage de fluide cryogénique liquéfié comprenant : - un liquéfacteur (3) configuré pour produire un fluide cryogénique liquéfié à partir d'un gaz d'alimentation (30); - un premier stockage (4) configuré pour permettre le stockage du fluide cryogénique liquéfié; - une source d'azote gazeux (6) configurée pour délivrer de l'azote gazeux; - une source d'air (7) configurée pour délivrer de l'air (2); - une unité de commande configurée pour commander au moins un ensemble de vannes (11, 12, 13) pour sélectivement balayer et/ou purger le premier stockage (4) avec de l'air (2), de l'azote gazeux et du fluide provenant du liquéfacteur (3).

Description

    Installation de production et de stockage de fluide cryogénique liquéfié
  • La présente invention concerne une installation de production et de stockage de fluide cryogénique liquéfié et un procédé de préparation d’une telle installation.
  • Un liquéfacteur d’hydrogène est généralement configuré pour produire de l’hydrogène liquide sans qu’il soit possible de garantir un fonctionnement en continu, notamment lorsque la disponibilité en gaz d’alimentation est liée à la présence d'énergie solaire ou du vent. L’hydrogène liquide produit par le liquéfacteur est donc stocké dans un ou plusieurs stockages d’hydrogène liquéfié à partir desquels on remplit des réservoirs à remplir tels que des semi-remorques. Ainsi, même lorsque le liquéfacteur est à l’arrêt, il reste possible d’assurer un remplissage d’un ou plusieurs réservoirs à remplir.
  • Lors de la mise en service du liquéfacteur, alors que le stockage ne contient pas d’hydrogène liquide, il est nécessaire de préparer le stockage en supprimant les impuretés qu’il pourrait contenir afin d'éviter la pollution du stockage. Il est par ailleurs indispensable de réduire la température de la paroi interne du stockage jusqu’à ce qu’elle atteigne une valeur inférieure ou égale à -150 °C.
  • Un problème se pose tout particulièrement lorsque le liquéfacteur est en phase de démarrage, notamment par la présence d’impuretés dans le fluide délivré par le liquéfacteur lorsque sa température est comprise entre -150 °C et 50 °C.
  • La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une installation de production et de stockage de fluide cryogénique liquéfié, par exemple de l’hydrogène liquéfié, comprenant :
    • un liquéfacteur configuré pour produire un fluide cryogénique liquéfié à partir d’un gaz d’alimentation ;
    • un premier stockage configuré pour permettre le stockage du fluide cryogénique liquéfié, l’installation étant configurée pour permettre l’alimentation du premier stockage avec le fluide produit par le liquéfacteur, via une première conduite de transfert munie d’une première vanne de transfert d’un ensemble de vannes et étant configurée pour permettre le remplissage d’un réservoir à remplir avec le fluide cryogénique liquéfié provenant du premier stockage, via une conduite de remplissage munie d’une vanne de remplissage ;
    • une source d’azote gazeux configurée pour délivrer de l’azote gazeux, l’installation étant configurée pour permettre le transfert dans le premier stockage, d’au moins une partie de l’azote gazeux délivré par la source d’azote gazeux, via une deuxième conduite de transfert munie d’une deuxième vanne de transfert de l’ensemble de vannes ;
    • une source d’air configurée pour délivrer de l’air, l’installation étant configurée pour permettre le transfert dans le premier stockage, d’au moins une partie de l’air délivré par la source d’air, via une troisième conduite de transfert munie d’une troisième vanne de l’ensemble de vannes ;
    • une unité de commande configurée pour commander au moins l’ensemble de vannes pour sélectivement balayer et/ou purger le premier stockage avec de l’air, de l’azote gazeux et du fluide provenant du liquéfacteur.
  • L'invention permet ainsi de préparer le stockage, notamment en supprimant les impuretés qu’il pourrait contenir et/ou en abaissant la température de la masse du premier stockage, même lorsque le liquéfacteur est en phase de démarrage. En effet, dans la phase de démarrage, le liquéfacteur délivre un fluide dont la température est supérieure ou égale à -150 °C. Dans la phase de démarrage, le liquéfacteur délivre un fluide qui peut ainsi comporter un taux d’impureté supérieur à 1 ppm.
  • Selon une réalisation, l’installation comporte un deuxième stockage destiné à stocker de l’azote liquide, la source d’azote gazeux comportant un vaporiseur configuré pour recevoir de l’azote liquide du deuxième stockage et pour délivrer de l’azote gazeux.
  • Selon une réalisation, le premier stockage comporte une enceinte à double enveloppes séparées par un isolant thermique.
  • Selon une réalisation, l’installation comportant une conduite de collecte munie d’une vanne de collecte, configurées pour permettre le transfert d’un gaz collecté dans un ciel gazeux du réservoir à remplir, à destination du liquéfacteur, en vue de son recyclage.
  • L’invention concerne en outre un procédé de préparation d’une installation telle que décrite ci-dessus, comportant les étapes :
    • a) balayer et/ou purger le premier stockage avec de l’air, notamment pour sécher l’intérieur du premier stockage ;
    • b) balayer et/ou purger le premier stockage avec de l’azote gazeux, notamment pour retirer de l’oxygène de l’intérieur du premier stockage ;
    • c) balayer et/ou purger le premier stockage avec du fluide provenant du liquéfacteur, le fluide étant un gaz à une température comprise entre -150 °C et 50 °C, le fluide ayant notamment moins de 10 ppm d’azote, notamment pour retirer de l’azote de l’intérieur du premier stockage ;
    • d) balayer et/ou purger le premier stockage avec du fluide provenant du liquéfacteur, le fluide étant un gaz à une température comprise entre -151 °C et -250 °C, le fluide ayant notamment moins de 0,1 ppm d’azote, pour réduire la température d’une paroi interne du premier stockage jusqu’à ce qu’elle atteigne une valeur inférieure à -100 °C, l’intérieur du premier stockage comportant une quantité d’azote inférieure à 10 ppm, notamment au début de l’étape d), l’intérieur du premier stockage comportant notamment une quantité d’azote inférieure à 0,1 ppm à la fin de l’étape d), la température de la paroi interne étant notamment réduite à raison de maximum 5 °C par heure, par exemple réduite à raison de maximum 8 °C par heure ;
    • e) refroidir le premier stockage jusqu’à ce qu’il atteigne une température au moins égale à -250 °C, notamment avec du fluide provenant du liquéfacteur, le fluide comportant notamment un gaz et/ou un liquide, le fluide ayant par exemple une pureté supérieure ou égale à 99,9999 mole.
  • Selon une réalisation, l’étape c) est mise en œuvre dès que le premier stockage comporte moins de 0,5 % de dioxygène.
  • Selon une réalisation, les étapes a), b), c, d) et e) sont réalisées successivement l’une après l’autre.
  • Selon une réalisation, le premier stockage comporte une vanne de surpression configurée pour sélectivement autoriser ou empêcher une surpression à l’intérieur du premier stockage d’être évacuée à l’extérieur, les étapes a), b), c), d) et e) étant notamment réalisées alors que la vanne de surpression est configurée pour autoriser l’évacuation d’une surpression à l’intérieur du premier stockage.
  • Selon une réalisation, les étapes b) et/ou c) et/ou d) comportent un balayage, par exemple à basse pression, la basse pression étant notamment comprise entre 1,0 et 3,5 bara, le balayage étant notamment réalisé à l'azote gazeux et respectivement avec le fluide provenant du liquéfacteur, le balayage étant suivi d'une pluralité de cycles de compressions/détentes.
  • Selon une réalisation, les cycles de compressions/détentes étant accompagnés par une alternance d'ouvertures/fermetures de la vanne de surpression.
  • 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 ;
  • est une représentation schématique d’un procédé selon l’invention.
  • En référence à la , une installation 100 de production et de stockage de fluide cryogénique liquéfié, par exemple de l’hydrogène liquéfié.
  • L’installation 100 comporte :
    • un liquéfacteur 3 configuré pour produire un fluide cryogénique liquéfié à partir d’un gaz d’alimentation 30 ;
    • un premier stockage 4 configuré pour permettre le stockage du fluide cryogénique liquéfié, l’installation 100 étant configurée pour permettre l’alimentation du premier stockage 4 avec le fluide produit par le liquéfacteur 3, via une première conduite de transfert 21 munie d’une première vanne de transfert 11 d’un ensemble de vannes 11, 12, 13 et étant configurée pour permettre le remplissage d’un réservoir à remplir 8 avec le fluide cryogénique liquéfié provenant du premier stockage 4, via une conduite de remplissage 24 munie d’une vanne de remplissage 14 ;
    • une source d’azote gazeux 6 configurée pour délivrer de l’azote gazeux, l’installation 100 étant configurée pour permettre le transfert dans le premier stockage 4, d’au moins une partie de l’azote gazeux délivré par la source d’azote gazeux 6, via une deuxième conduite de transfert 22 munie d’une deuxième vanne 12 de transfert de l’ensemble de vannes 11, 12, 13 ;
    • une source d’air 7 configurée pour délivrer de l’air 2, l’installation 100 étant configurée pour permettre le transfert dans le premier stockage 4, d’au moins une partie de l’air délivré par la source d’air 7, via une troisième conduite de transfert 23 munie d’une troisième vanne 13 de l’ensemble de vannes 11, 12, 13 ;
    • une unité de commande configurée pour commander au moins l’ensemble de vannes 11, 12, 13 pour sélectivement balayer et/ou purger le premier stockage 4 avec de l’air 2, de l’azote gazeux et du fluide provenant du liquéfacteur 3.
  • L’installation comporte un deuxième stockage 5 destiné à stocker de l’azote liquide, la source d’azote gazeux 6 comportant un vaporiseur 6 configuré pour recevoir de l’azote liquide du deuxième stockage 5 et pour délivrer de l’azote gazeux.
  • Le premier stockage 4 comporte une enceinte à double enveloppes séparées par un isolant thermique.
  • L'installation 100 comporte une conduite de collecte 25 munie d’une vanne de collecte 15, configurées pour permettre le transfert d’un gaz collecté dans un ciel gazeux du réservoir à remplir 8, à destination du liquéfacteur 3, en vue de son recyclage par le liquéfacteur 3.
  • Le réservoir à remplir 8 est par exemple une citerne mobile tel qu’un camion-citerne.
  • L'installation 100 comporte une conduite d’entrée 20 munie d’une vanne d’entrée 10, la conduite d’entrée 20 étant configurée pour permettre l’entrée du gaz d’alimentation 30 dans le liquéfacteur 3.
  • La représente un procédé de préparation d’une installation 100 telle que décrite ci-dessus.
  • Le procédé comporte les étapes :
    • a) balayer et/ou purger le premier stockage 4 avec de l’air, notamment pour sécher l’intérieur du premier stockage 4 ;
    • b) balayer et/ou purger le premier stockage 4 avec de l’azote gazeux, notamment pour retirer de l’oxygène de l’intérieur du premier stockage 4 ;
    • c) balayer et/ou purger le premier stockage 4 avec du fluide provenant du liquéfacteur 3, le fluide étant un gaz à une température comprise entre -150 °C et 50 °C, le fluide ayant notamment moins de 10 ppm d’azote, notamment pour retirer de l’azote de l’intérieur du premier stockage 4 ;
    • d) balayer et/ou purger le premier stockage 4 avec du fluide provenant du liquéfacteur 3, le fluide étant un gaz à une température comprise entre -151 °C et -250 °C, le fluide ayant notamment moins de 0,1 ppm d’azote, pour réduire la température d’une paroi interne du premier stockage 4 jusqu’à ce qu’elle atteigne une valeur inférieure à -100 °C, l’intérieur du premier stockage 4 comportant une quantité d’azote inférieure à 10 ppm, notamment au début de l’étape d), l’intérieur du premier stockage 4 comportant notamment une quantité d’azote inférieure à 0,1 ppm à la fin de l’étape d), la température de la paroi interne étant notamment réduite à raison de maximum 5 °C par heure, par exemple réduite à raison de maximum 8 °C par heure ;
    • e) refroidir le premier stockage 4 jusqu’à ce qu’il atteigne une température au moins égale à -250 °C, notamment avec du fluide provenant du liquéfacteur 3, le fluide comportant notamment un gaz et/ou un liquide, le fluide ayant par exemple une pureté supérieure ou égale à 99,9999 mole.
  • Les étapes a), b), c), d) et e) sont réalisées successivement l’une après l’autre.
  • Le premier stockage 4 comporte une vanne de surpression configurée pour sélectivement autoriser ou empêcher une surpression à l’intérieur du premier stockage 4 d’être évacuée à l’extérieur
  • Les étapes a), b), c), d) et e) sont réalisées alors que la vanne de surpression est configurée pour autoriser l’évacuation d’une surpression à l’intérieur du premier stockage 4.
  • Les étapes b) et/ou c) et/ou d) comportent un balayage, par exemple à basse pression, la basse pression étant notamment comprise entre 1,0 et 3,5 bara, le balayage étant notamment réalisé à l'azote gazeux et respectivement avec le fluide provenant du liquéfacteur, le balayage étant suivi d'une pluralité de cycles de compressions/détentes.
  • Les cycles de compressions/détentes sont accompagnés par une alternance d'ouvertures/fermetures de la vanne de surpression.
  • L’étape c) est mise en œuvre dès que le premier stockage 4 comporte moins de 0,5 % de dioxygène.

Claims (10)

  1. Installation (100) de production et de stockage de fluide cryogénique liquéfié, par exemple de l’hydrogène liquéfié, comprenant :
    - un liquéfacteur (3) configuré pour produire un fluide cryogénique liquéfié à partir d’un gaz d’alimentation (30) ;
    - un premier stockage (4) configuré pour permettre le stockage du fluide cryogénique liquéfié, l’installation (100) étant configurée pour permettre l’alimentation du premier stockage (4) avec le fluide produit par le liquéfacteur (3), via une première conduite de transfert (21) munie d’une première vanne de transfert (11) d’un ensemble de vannes (11, 12, 13) et étant configurée pour permettre le remplissage d’un réservoir à remplir (8) avec le fluide cryogénique liquéfié provenant du premier stockage (4), via une conduite de remplissage (24) munie d’une vanne de remplissage (14) ;
    - une source d’azote gazeux (6) configurée pour délivrer de l’azote gazeux, l’installation (100) étant configurée pour permettre le transfert dans le premier stockage (4), d’au moins une partie de l’azote gazeux délivré par la source d’azote gazeux (6), via une deuxième conduite de transfert (22) munie d’une deuxième vanne (12) de transfert de l’ensemble de vannes (11, 12, 13) ;
    - une source d’air (7) configurée pour délivrer de l’air (2), l’installation (100) étant configurée pour permettre le transfert dans le premier stockage (4), d’au moins une partie de l’air délivré par la source d’air (7), via une troisième conduite de transfert (23) munie d’une troisième vanne (13) de l’ensemble de vannes (11, 12, 13) ;
    - une unité de commande configurée pour commander au moins l’ensemble de vannes (11, 12, 13) pour sélectivement balayer et/ou purger le premier stockage (4) avec de l’air (2), de l’azote gazeux et du fluide provenant du liquéfacteur (3).
  2. Installation (100) selon la revendication précédente, l’installation comportant un deuxième stockage (5) destiné à stocker de l’azote liquide, la source d’azote gazeux (6) comportant un vaporiseur (6) configuré pour recevoir de l’azote liquide du deuxième stockage (5) et pour délivrer de l’azote gazeux.
  3. Installation (100) selon l’une des revendications précédentes, le premier stockage (4) comportant une enceinte à double enveloppes séparées par un isolant thermique.
  4. Installation (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant une conduite de collecte (25) munie d’une vanne de collecte (15), configurées pour permettre le transfert d’un gaz collecté dans un ciel gazeux du réservoir à remplir (8), à destination du liquéfacteur (3), en vue de son recyclage.
  5. Procédé de préparation d’une installation (100) selon l’une des revendications précédentes, comportant les étapes :
    a) balayer et/ou purger le premier stockage (4) avec de l’air, notamment pour sécher l’intérieur du premier stockage (4) ;
    b) balayer et/ou purger le premier stockage (4) avec de l’azote gazeux, notamment pour retirer de l’oxygène de l’intérieur du premier stockage (4) ;
    c) balayer et/ou purger le premier stockage (4) avec du fluide provenant du liquéfacteur (3), le fluide étant un gaz à une température comprise entre -150 °C et 50 °C, le fluide ayant notamment moins de 10 ppm d’azote, notamment pour retirer de l’azote de l’intérieur du premier stockage (4) ;
    d) balayer et/ou purger le premier stockage (4) avec du fluide provenant du liquéfacteur (3), le fluide étant un gaz à une température comprise entre -151 °C et -250 °C, le fluide ayant notamment moins de 0,1 ppm d’azote, pour réduire la température d’une paroi interne du premier stockage (4) jusqu’à ce qu’elle atteigne une valeur inférieure à -100 °C, l’intérieur du premier stockage (4) comportant une quantité d’azote inférieure à 10 ppm, notamment au début de l’étape d), l’intérieur du premier stockage (4) comportant notamment une quantité d’azote inférieure à 0,1 ppm à la fin de l’étape d), la température de la paroi interne étant notamment réduite à raison de maximum 5 °C par heure, par exemple réduite à raison de maximum 8 °C par heure ;
    e) refroidir le premier stockage (4) jusqu’à ce qu’il atteigne une température au moins égale à -250 °C, notamment avec du fluide provenant du liquéfacteur (3), le fluide comportant notamment un gaz et/ou un liquide, le fluide ayant par exemple une pureté supérieure ou égale à 99,9999 mole.
  6. Procédé selon la revendication précédente, l’étape c) étant mise en œuvre dès que le premier stockage (4) comporte moins de 0,5 % de dioxygène.
  7. Procédé selon l’une des revendications 5 à 6, les étapes a), b), c, d) et e) étant réalisées successivement l’une après l’autre.
  8. Procédé selon l’une des revendications 5 à 7, le premier stockage (4) comportant une vanne de surpression configurée pour sélectivement autoriser ou empêcher une surpression à l’intérieur du premier stockage (4) d’être évacuée à l’extérieur, les étapes a), b), c), d) et e) étant réalisées alors que la vanne de surpression est configurée pour autoriser l’évacuation d’une surpression à l’intérieur du premier stockage (4).
  9. Procédé selon l'une des revendications 5 à 8, les étapes b) et/ou c) et/ou d) comportant un balayage, par exemple à basse pression, la basse pression étant notamment comprise entre 1,0 et 3,5 bara, le balayage étant notamment réalisé à l'azote gazeux et respectivement avec le fluide provenant du liquéfacteur, le balayage étant suivi d'une pluralité de cycles de compressions/détentes.
  10. Procédé selon la revendication précédente, les cycles de compressions/détentes étant accompagnés par une alternance d'ouvertures/fermetures de la vanne de surpression.
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