EP4792080A1 - Installation de production d'un fluide cryogénique - Google Patents

Installation de production d'un fluide cryogénique

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EP4792080A1
EP4792080A1 EP24745720.3A EP24745720A EP4792080A1 EP 4792080 A1 EP4792080 A1 EP 4792080A1 EP 24745720 A EP24745720 A EP 24745720A EP 4792080 A1 EP4792080 A1 EP 4792080A1
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EP
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thermosiphon
cooling
installation
circuit
cooling fluid
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EP24745720.3A
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Hugo PONTISSO
Axelle GAERTNER
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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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Abstract

L'invention concerne une installation (1) de production d'un fluide cryogénique comprenant : - un premier stockage (10) de fluide cryogénique; - un circuit (2) de gaz à refroidir; - un ensemble d'échangeurs (5, 6) de chaleur en échange thermique avec le circuit (2); - un dispositif (8) de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une première partie (5) de l'ensemble d'échangeurs (5, 6); - un dispositif (9) de refroidissement cryogénique en échange thermique avec au moins une seconde partie (6) de l'ensemble d'échangeurs (5, 6); - un dispositif de purification cryogénique (3) disposé dans le circuit (2); le dispositif (8) de pré-refroidissement comprenant un thermosiphon (48) relié fluidiquement à un deuxième stockage (4) de fluide de pré-refroidissement, configuré pour recevoir du fluide du deuxième stockage (4) pour permettre de maintenir un niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le thermosiphon (48).

Description

    Installation de production d’un fluide cryogénique
  • La présente invention porte sur une installation de production d’un fluide cryogénique et un procédé de contrôle d’une telle installation.
  • De façon connue en soi, une installation de production d’un fluide cryogénique comporte un circuit de gaz à refroidir ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval pour délivrer le fluide cryogénique, par exemple un gaz liquéfié.
  • La source de gaz peut être produite à partir d’énergies renouvelables, en particulier des énergies renouvelables qui sont alimentées par le soleil et/ou le vent. On connaît par exemple des électrolyseurs qui sont alimentés en électricité produite par de l’énergie éolienne ou solaire.
  • Lorsque la source de gaz est produite au moins partiellement à partir d’énergies renouvelables, le débit de la source de gaz varie fréquemment et significativement. Il est donc indispensable qu’une telle installation puisse s’adapter à de telles variations. Dans certains cas, notamment lorsque le débit de la source de gaz est trop faible, l’installation doit s’arrêter. Dès que le débit de la source de gaz redevient acceptable, l’installation doit être capable de redémarrer rapidement.
  • Un problème est que pour redémarrer rapidement, notamment pour pouvoir réaliser un redémarrage à froid, il est nécessaire de maintenir certains composants de l’installation à des températures suffisamment basses. Ce problème est particulièrement impactant dans le cas d’une installation de production d’un fluide cryogénique haut débit, c’est-à-dire dont le débit nominal est au moins égal à 3 tpd (3 tonnes par jour).
  • Il existe donc un besoin pour une installation de production d’un fluide cryogénique, capable d’ajuster son mode opératoire en fonction du débit de la source de gaz, en particulier pour maintenir, en toute circonstance, certains composants à des températures suffisamment basses.
  • La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une installation de production d’un fluide cryogénique, par exemple d’hydrogène liquéfié, comprenant :
    • un premier stockage pour permettre le stockage du fluide cryogénique ;
    • un circuit de gaz à refroidir ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval pour délivrer le fluide cryogénique, par exemple un gaz liquéfié, l’extrémité aval étant reliée au premier stockage pour le stockage du fluide cryogénique ;
    • un ensemble d’échangeurs de chaleur en échange thermique avec le circuit de gaz à refroidir ;
    • 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, le dispositif de pré-refroidissement comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un fluide de pré-refroidissement dans un circuit de pré-refroidissement, le circuit de pré-refroidissement comprenant un organe de compression du fluide de pré-refroidissement ;
    • un dispositif de refroidissement cryogénique en échange thermique avec au moins une seconde partie de l’ensemble d’échangeurs 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 refroidissement cryogénique comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un gaz de cycle dans un circuit de cycle, le circuit de cycle comprenant un organe de compression du gaz de cycle ;
    • un dispositif de purification cryogénique disposé dans le circuit de gaz à refroidir, notamment en amont de la seconde partie de l’ensemble d’échangeurs ; le dispositif de pré-refroidissement comprenant un premier thermosiphon du fluide de pré-refroidissement comprenant une première entrée et une première sortie raccordées à une boucle du circuit de pré-refroidissement, le premier thermosiphon étant relié fluidiquement, par une deuxième entrée, à un deuxième stockage de fluide de pré-refroidissement et étant configuré pour recevoir du fluide de pré-refroidissement du deuxième stockage, notamment sous forme liquide, pour permettre de maintenir un niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon.
  • Selon une réalisation, le circuit de pré-refroidissement comprend un dispositif de refroidissement du fluide de pré-refroidissement comprimé, un dispositif de détente du fluide de pré-refroidissement comprimé et refroidi et un dispositif de réchauffage du fluide de pré-refroidissement détendu.
  • Un tel agencement permet de maintenir le fluide sortant du dispositif de purification cryogénique à une température inférieure ou égale à 100 K, par exemple inférieure ou égale à 90 K, même lorsque le débit de gaz à liquéfier devient trop faible, c’est-à-dire lorsque le liquéfacteur n’est plus en mesure de produire du gaz liquéfié.
  • Ceci permet de compenser un arrêt de l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement, du fait d’un débit de gaz à liquéfier trop faible, en permettant de maintenir certains composants de l’installation à des températures suffisamment basses pendant la période où le débit de gaz à liquéfier est trop faible. Ceci permet un redémarrage à froid ce qui permet de réduire la durée de redémarrage d’une installation de production d’un fluide cryogénique.
  • Selon une réalisation, la première température déterminée est comprise entre 100 K et 70 K.
  • Selon une réalisation, la seconde température déterminée est comprise entre 48 K et 18 K.
  • Selon une réalisation, l'organe de compression du fluide de pré-refroidissement comporte un compresseur et/ou une pompe.
  • Selon une réalisation, l'organe de compression du gaz de cycle comporte un compresseur et/ou une pompe.
  • Selon une réalisation, le dispositif de purification cryogénique comporte au moins une unité d’adsorption à température modulée.
  • Selon une réalisation, le deuxième stockage est configuré pour être mobile et/ou amovible par rapport à l’installation, par exemple en étant intégré à un camion ou une remorque.
  • Selon une réalisation, le premier thermosiphon est relié fluidiquement au circuit de pré-refroidissement, notamment par sa première entrée, en aval du dispositif de détente du fluide de pré-refroidissement comprimé et refroidi, notamment pour permettre au fluide de pré-refroidissement circulant dans le circuit de pré-refroidissement, d’entrer, par exemple sous forme liquide, dans le premier thermosiphon.
  • Selon une réalisation, le premier thermosiphon est relié fluidiquement au circuit de pré-refroidissement, notamment par sa première sortie, en amont de l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement, notamment pour permettre au fluide de pré-refroidissement de sortir du premier thermosiphon sous forme gazeuse et d’être réchauffé par la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur.
  • Selon une réalisation, le premier thermosiphon est relié fluidiquement par une troisième entrée et une deuxième sortie, à un circuit de premier thermosiphon, ledit circuit étant en échange thermique avec la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur, notamment pour permettre à du fluide de pré-refroidissement stocké sous forme liquide dans le premier thermosiphon, de sortir du premier thermosiphon pour être réchauffé par la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur puis d’entrer dans le premier thermosiphon, notamment sous forme gazeuse.
  • Selon une réalisation, l’installation comporte une première vanne d’évent, notamment montée en amont de l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement, pour permettre l’évacuation du fluide de pré-refroidissement, notamment lorsque l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement est à l’arrêt.
  • Selon une réalisation, l’installation est configurée pour que le fluide de pré-refroidissement stocké dans le deuxième stockage, puisse entrer directement dans le premier thermosiphon, notamment sous forme liquide, sans traverser le circuit de pré-refroidissement.
  • Selon une réalisation, l’installation comporte une vanne de contrôle du niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon, en étant notamment interposée fluidiquement entre le premier thermosiphon et le deuxième stockage de fluide de pré-refroidissement.
  • Selon une réalisation, l’installation est configurée pour que le fluide de pré-refroidissement stocké dans le deuxième stockage, puisse entrer dans le premier thermosiphon lorsque l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement est à l’arrêt.
  • Selon une réalisation, le dispositif de refroidissement comprend un deuxième thermosiphon du gaz de cycle comprenant une première entrée et une première sortie raccordées à une boucle du circuit de cycle, le deuxième thermosiphon étant relié fluidiquement, par une deuxième entrée, au premier stockage et configuré pour recevoir du fluide cryogénique du premier stockage pour permettre de maintenir un niveau déterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon.
  • Selon une réalisation, le deuxième thermosiphon est relié fluidiquement par troisième entrée et une deuxième sortie, à un circuit de deuxième thermosiphon, ledit circuit étant en échange thermique avec la deuxième partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur, notamment pour permettre à du fluide stocké sous forme liquide dans le deuxième thermosiphon, d’être réchauffé par la deuxième partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur puis d’entrer dans le deuxième thermosiphon, notamment sous forme gazeuse.
  • Selon une réalisation, l’installation comporte une deuxième vanne d’évent, notamment montée en amont de l’organe de compression du gaz de cycle, pour permettre l’évacuation du gaz de cycle, notamment lorsque l’organe de compression du gaz de cycle est à l’arrêt.
  • Selon une réalisation, le niveau déterminé de fluide cryogénique est supérieur à 10% de la capacité totale du deuxième thermosiphon, notamment supérieur à 30 %.
  • Selon une réalisation, le niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement est supérieur à 10% de la capacité totale du premier thermosiphon, par exemple supérieur à 30 %.
  • Selon une réalisation, le dispositif de purification cryogénique est disposé entre la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur et la deuxième partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur, notamment en étant configuré pour être alimenté avec un gaz ayant une température comprise 20 °C et -250 °C, par exemple entre -100 °C et -250 °C.
  • Selon une réalisation, le dispositif de purification cryogénique est configuré pour que le gaz à refroidir circulant dans le circuit de gaz à refroidir, traverse au moins une partie de la première partie de l’ensemble d’échangeurs avant d’entrer dans le dispositif de purification cryogénique.
  • Selon une réalisation, la première partie de l’ensemble d’échangeurs est disposée dans une première boîte froide, le premier thermosiphon étant notamment disposé dans la première boîte froide.
  • Selon une réalisation, le dispositif de purification cryogénique est disposé dans la première boîte froide.
  • Selon une réalisation, le dispositif de purification cryogénique est disposé en amont du deuxième thermosiphon.
  • Selon une réalisation, la deuxième partie de l’ensemble d’échangeurs est disposée dans une deuxième boîte froide, le deuxième thermosiphon étant notamment disposé dans la deuxième boîte froide.
  • Selon une réalisation, le dispositif de refroidissement du fluide de pré-refroidissement et/ou le dispositif de réchauffage du fluide de pré-refroidissement comprend au moins la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur.
  • Selon une réalisation, le dispositif de refroidissement du fluide de pré-refroidissement comprend la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur et le dispositif de réchauffage du fluide de pré-refroidissement comprend la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur.
  • Une telle configuration permet qu’une même première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur, puisse être en échange thermique avec le circuit de pré-refroidissement lorsque le fluide de pré-refroidissement traverse la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur, notamment dans un sens pour son réchauffage et dans le sens opposé pour son refroidissement.
  • Selon une réalisation, le circuit de cycle comprend 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.
  • Selon une réalisation, l’organe de refroidissement du gaz de cycle et/ou l’organe de réchauffage du gaz de cycle comprend au moins la première partie et/ou la deuxième partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur.
  • Selon une réalisation, le gaz de cycle comprend au moins l’un parmi : de l’hydrogène, de l’hélium, du néon.
  • Selon une réalisation, le gaz à liquéfier et le gaz de cycle comportent chacun de l’hydrogène et/ou comportent chacun de l’hélium et/ou comportent chacun du néon.
  • Selon une réalisation, le fluide de pré-refroidissement comprend au moins l'un parmi : de l'azote, un mélange de réfrigérants encore appelé « MR ».
  • Selon une réalisation, le circuit de gaz à refroidir est muni d’une première vanne en aval de l’extrémité aval, en étant configurée pour réguler la pression dans le premier stockage, la première vanne comportant par exemple une vanne de détente, notamment une vanne de détente Joule-Thomson.
  • Selon une réalisation, le circuit de gaz à refroidir est relié fluidiquement au deuxième thermosiphon, notamment via une dérivation en aval de l’extrémité aval.
  • Selon une réalisation, le circuit de gaz à refroidir est reliée fluidiquement au deuxième thermosiphon via une dérivation en aval de la première vanne.
  • Ceci permet de rediriger le fluide cryogénique en phase gazeuse.
  • Selon une réalisation, l’installation comporte une source de fluide de pré-refroidissement, notamment mobile, pour permettre le remplissage du premier thermosiphon.
  • Selon une réalisation, l’installation comporte une conduite de soutirage reliant fluidiquement le premier thermosiphon avec le circuit de pré-refroidissement, pour permettre le transfert de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon.
  • L’invention concerne en outre un procédé de contrôle d’une installation telle que décrite ci-dessus, l’installation étant configurée pour fonctionner dans un premier mode nominal dans lequel l’installation délivre du gaz liquéfié et/ou dans lequel le débit de la source de gaz est compris entre une valeur seuil et un débit nominal déterminé et/ou dans lequel l’organe de compression du gaz de cycle est en fonctionnement et/ou dans lequel l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement est en fonctionnement, l’installation étant en outre configurée pour fonctionner dans un deuxième mode de veille dans lequel le débit de la source de gaz est inférieur à la valeur seuil et/ou dans lequel l’organe de compression du gaz de cycle est à l’arrêt et/ou dans lequel l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement est à l’arrêt, lorsque l’installation est dans le deuxième mode, le procédé comporte une étape de maintien du niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon par soutirage de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage de fluide de pré-refroidissement.
  • Un tel procédé permet de maintenir le dispositif de purification cryogénique à une température inférieure ou égale à 100 K, par exemple inférieure ou égale à 90 K, alors que l’installation fonctionne dans le deuxième mode.
  • Selon une réalisation, le débit nominal déterminé est compris entre 3 tpd et 300 tpd.
  • Selon une réalisation, la valeur seuil est comprise entre 10 % et 70 % du débit nominal déterminé, notamment comprise entre 20 % et 60 % du débit nominal déterminé.
  • Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le deuxième mode, le procédé comporte une étape de maintien du niveau prédéterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon par soutirage de fluide cryogénique depuis le premier stockage.
  • Ceci permet de maintenir les gradients dans l’ensemble d’échangeurs et d’apporter du froid pour maintenir une température déterminée dans l’ensemble d’échangeurs, dans un catalyseur de l’installation, et dans le dispositif de purification cryogénique. Ceci permet aussi de maintenir un niveau suffisant dans le premier et/ou le deuxième thermosiphon pour permettre un redémarrage plus rapide. Une telle étape de maintien du niveau prédéterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon, en combinaison avec l’étape de maintien du niveau prédéterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon, permet de maintenir la température de pré-refroidissement ainsi que la température du fluide cryogénique à l’extrémité aval.
  • Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le deuxième mode, le procédé comporte une étape de soutirage de fluide depuis l’extrémité aval du circuit de gaz à refroidir, avant qu’il n’entre dans le premier stockage, pour maintenir niveau prédéterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon.
  • L’invention concerne en outre un procédé de contrôle d’une installation telle que décrite ci-dessus, l’installation étant configurée pour fonctionner dans un premier mode nominal dans lequel le débit de la source de gaz est compris entre une valeur seuil et un débit nominal déterminé et dans lequel l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement est en fonctionnement, l’installation étant en outre configurée pour fonctionner dans un deuxième mode de veille dans lequel le débit de la source de gaz est inférieur à la valeur seuil et dans lequel l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement est à l’arrêt, lorsque l’installation est dans le premier mode nominal, le procédé comporte une étape d’isolement fluidiquement du premier thermosiphon vis-à-vis du deuxième stockage, pour empêcher tout transfert de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage dans le premier thermosiphon, lorsque l’installation est dans le deuxième mode de veille, le procédé comporte une étape de transfert de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage dans le premier thermosiphon, pour maintenir un niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon.
  • Un tel procédé permet à l’installation d’être très efficace lorsque le débit de la source de gaz est important, tout en maintenant certains de ses composants à des températures basses, même lorsque le débit de la source de gaz est faible ou nul.
  • Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le deuxième mode de veille, le procédé comporte une étape de mesure du niveau de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon, une étape de comparaison du niveau mesuré avec un niveau déterminé et une étape de transfert de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage dans le premier thermosiphon, tant que le niveau mesuré est inférieur au niveau déterminé.
  • Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le deuxième mode de veille, le procédé comporte une étape d’ouverture de la première vanne d’évent et une étape d’isolement fluidique de l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement, pour permettre une circulation du fluide pré-refroidissement depuis le premier thermosiphon vers le circuit de pré-refroidissement et son évacuation par la première vanne d’évent avant qu’il ne puisse entrer dans l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement.
  • Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le premier mode nominal, l’organe de compression du gaz de cycle est en fonctionnement.
  • Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le deuxième mode de veille, l’organe de compression du gaz de cycle est à l’arrêt.
  • Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le premier mode nominal, le procédé comporte une étape d’isolement fluidiquement du deuxième thermosiphon vis-à-vis du premier stockage et/ou vis-à-vis du circuit de gaz à refroidir, pour empêcher tout transfert de fluide cryogénique depuis le premier stockage ou depuis le circuit de gaz à refroidir, dans le deuxième thermosiphon.
  • Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le deuxième mode de veille, le procédé comporte une étape de transfert de fluide cryogénique depuis le premier stockage et/ou depuis le circuit de gaz à refroidir, dans le deuxième thermosiphon, pour maintenir un niveau déterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon.
  • L'invention peut encore concerner tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous.
  • 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 des étapes d’un procédé selon l’invention ; et
  • est une représentation schématique d’un mode de réalisation de l’installation 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 production d’un fluide cryogénique, par exemple d’hydrogène liquéfié.
  • L’installation 1 comporte un premier stockage 10 pour permettre le stockage du fluide cryogénique.
  • L’installation 1 comporte 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 pour délivrer le fluide cryogénique, par exemple un gaz liquéfié, l’extrémité aval 22 étant reliée au premier stockage 10 pour le stockage du fluide cryogénique.
  • L’installation 1 comporte en outre un ensemble d’échangeurs 5, 6 de chaleur en échange thermique avec le circuit 2 de gaz à refroidir.
  • L’installation 1 comporte un dispositif 8 de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une première partie 5 de l’ensemble d’échangeurs 5, 6 de chaleur et configuré pour pré-refroidir le circuit 2 de gaz à refroidir à une première température déterminée, le dispositif 8 de pré-refroidissement comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un fluide de pré-refroidissement dans un circuit 18 de pré-refroidissement, le circuit 18 de pré-refroidissement comprenant un organe 28 de compression du fluide de pré-refroidissement.
  • Dans l’exemple de la , la première température déterminée est comprise entre 100 K et 70 K.
  • L’installation 1 comporte un dispositif 9 de refroidissement cryogénique en échange thermique avec au moins une seconde partie 6 de l’ensemble d’échangeurs 5, 6 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 9 de refroidissement cryogénique comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un gaz de cycle dans un circuit 19 de cycle, le circuit 19 de cycle comprenant un organe 29 de compression du gaz de cycle.
  • Dans l’exemple de la , la seconde température déterminée est comprise entre 48 K et 18 K.
  • Comme représenté sur les figures 1 et 3, l’installation 1 comporte un dispositif de purification cryogénique 3 disposé dans le circuit 2 de gaz à refroidir, notamment en amont de la seconde partie 6 de l’ensemble d’échangeurs 5, 6 ; le dispositif 8 de pré-refroidissement comprenant un premier thermosiphon 48 du fluide de pré-refroidissement comprenant une première entrée 41 et une première sortie 42 raccordées à une boucle du circuit 18 de pré-refroidissement, le premier thermosiphon 48 étant relié fluidiquement par une deuxième entrée 43, à un deuxième stockage 4 de fluide de pré-refroidissement et étant configuré pour recevoir du fluide de pré-refroidissement du deuxième stockage 4, notamment sous forme liquide, pour permettre de maintenir un niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon 48.
  • Dans l’exemple représenté, le dispositif de purification cryogénique comporte au moins une unité d’adsorption à température modulée autrement appelée unité TSA pour « Temperature Swing Adsorption » en anglais.
  • Dans l’exemple représenté, le deuxième stockage 4 est configuré pour être fixe par rapport à l’installation. En variante, le deuxième stockage 4 est configuré pour être mobile et/ou amovible par rapport à l’installation, par exemple en étant intégré à un camion ou une remorque ou une semi-remorque.
  • Le dispositif 9 de refroidissement comprend un deuxième thermosiphon 49 du gaz de cycle comprenant une première entrée et une première sortie raccordées à une boucle du circuit 19 de cycle, le deuxième thermosiphon 49 étant relié fluidiquement, par une deuxième entrée, au premier stockage 10 et configuré pour recevoir du fluide cryogénique du premier stockage 10 pour permettre de maintenir un niveau déterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon 49, le niveau déterminé de fluide cryogénique étant par exemple supérieur à 10% de la capacité totale du deuxième thermosiphon 49, notamment supérieur à 30 %.
  • Le niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement est supérieur à 10% de la capacité totale du premier thermosiphon 48, par exemple supérieur à 30 %.
  • Le dispositif de purification cryogénique 3 est disposé entre la première partie 5 de l’ensemble d’échangeurs 5, 6 de chaleur et la deuxième partie 6 de l’ensemble d’échangeurs 5, 6 de chaleur, notamment en étant configuré pour être alimenté avec un gaz ayant une température comprise 20 °C et -250 °C, par exemple entre -100 °C et -250 °C.
  • Comme représenté, le dispositif de purification cryogénique est configuré pour que le gaz à refroidir circulant dans le circuit de gaz à refroidir, traverse au moins une partie de la première partie de l’ensemble d’échangeurs avant d’entrer dans le dispositif de purification cryogénique.
  • La première partie 5 de l’ensemble d’échangeurs 5, 6 est disposée dans une première boîte froide (non représentée), le premier thermosiphon 48 étant disposé dans la première boîte froide.
  • Le dispositif de purification cryogénique est disposé dans la première boîte froide.
  • Comme représenté, le dispositif de purification cryogénique 3 est disposé en amont du deuxième thermosiphon 49.
  • La deuxième partie 6 de l’ensemble d’échangeurs 5, 6 est disposée dans une deuxième boîte froide (non représentée), le deuxième thermosiphon étant notamment disposé dans la deuxième boîte froide.
  • Le circuit 18 de pré-refroidissement comprend un dispositif de refroidissement du fluide de pré-refroidissement comprimé, un dispositif de détente 38 du fluide de pré-refroidissement comprimé et refroidi et un dispositif de réchauffage du fluide de pré-refroidissement détendu.
  • Le circuit 2 de gaz à refroidir est muni d’une première vanne 11 en aval de l’extrémité aval 22, en étant configurée pour réguler la pression dans le premier stockage 10, la première vanne 11 comportant par exemple une vanne de détente, notamment une vanne de détente Joule-Thomson.
  • Le circuit 2 de gaz à refroidir est relié fluidiquement au deuxième thermosiphon 49, notamment via une dérivation en aval de l’extrémité aval 22.
  • Dans l’exemple représenté, le circuit 2 de gaz à refroidir est en outre reliée fluidiquement au deuxième thermosiphon 49 via une dérivation en aval de la première vanne 11.
  • L’installation comporte une conduite de soutirage reliant fluidiquement le premier thermosiphon 48 avec le circuit de pré-refroidissement 18, pour permettre le transfert de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon 48.
  • La représente le même type d’installation qu’à la , le premier thermosiphon 48 étant représenté de manière détaillée. Comme visible sur la , le premier thermosiphon 48 est relié fluidiquement par une troisième entrée 44 et une deuxième sortie 45, à un circuit 46 de premier thermosiphon. Le circuit 46 de premier thermosiphon est en échange thermique avec la première partie 5 de l’ensemble d’échangeurs de chaleur 5, 6, pour permettre à du fluide de pré-refroidissement stocké sous forme liquide dans le premier thermosiphon 48, de sortir du premier thermosiphon 48 pour être réchauffé par la première partie 5 de l’ensemble d’échangeurs de chaleur puis d’entrer dans le premier thermosiphon 48 sous forme gazeuse.
  • La représente les étapes d’un procédé de contrôle d’une installation 1 telle que décrite ci-dessus, l’installation 1 étant configurée pour fonctionner dans un premier mode nominal dans lequel l’installation 1 délivre du gaz liquéfié et/ou dans lequel le débit de la source de gaz est compris entre une valeur seuil et un débit nominal déterminé et/ou dans lequel l’organe 29 de compression du gaz de cycle est en fonctionnement et/ou dans lequel l’organe 28 de compression du fluide de pré-refroidissement est en fonctionnement, l’installation 1 étant par ailleurs configurée pour fonctionner dans un deuxième mode de veille M2 dans lequel le débit de la source de gaz est inférieur à la valeur seuil et/ou dans lequel l’organe 29 de compression du gaz de cycle est à l’arrêt et/ou dans lequel l’organe 28 de compression du fluide de pré-refroidissement est à l’arrêt.
  • Dans l’exemple considéré, le débit nominal déterminé est compris entre 3 tpd et 300 tpd.
  • La valeur seuil est comprise entre 10 % et 70 % du débit nominal déterminé, notamment comprise entre 20 % et 60 % du débit nominal déterminé.
  • Lorsque l’installation 1 est dans le deuxième mode M2, le procédé comporte une étape E1 de maintien du niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon 48 par soutirage de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage 4 de fluide de pré-refroidissement.
  • Grâce à ce procédé, le dispositif de purification cryogénique est maintenu à une température inférieure ou égale à 100 K, par exemple inférieure ou égale à 90 K, lorsque l’installation fonctionne dans le deuxième mode.
  • Lorsque l’installation 1 est dans le deuxième mode M2, le procédé comporte une étape E2 de maintien du niveau prédéterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon 49 par soutirage de fluide cryogénique depuis le premier stockage 10.
  • Lorsque l’installation 1 est dans le deuxième mode, le procédé comporte une étape E3 de soutirage de fluide depuis l’extrémité aval 22 du circuit 2 de gaz à refroidir, avant qu’il n’entre dans le premier stockage 10, pour maintenir niveau prédéterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon 49.
  • Une telle étape de maintien du niveau prédéterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon, en combinaison avec l’étape de maintien du niveau prédéterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon, permet de maintenir la température de pré-refroidissement ainsi que la température du fluide cryogénique à l’extrémité aval.

Claims (11)

  1. Installation (1) de production d’un fluide cryogénique, par exemple d’hydrogène liquéfié, comprenant :
    • un premier stockage (10) pour permettre le stockage du fluide cryogénique ;
    • 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) pour délivrer le fluide cryogénique, par exemple un gaz liquéfié, l’extrémité aval (22) étant reliée au premier stockage (10) pour le stockage du fluide cryogénique ;
    • un ensemble d’échangeurs (5, 6) de chaleur en échange thermique avec le circuit (2) de gaz à refroidir ;
    • un dispositif (8) de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une première partie (5) de l’ensemble d’échangeurs (5, 6) de chaleur et configuré pour pré-refroidir le circuit (2) de gaz à refroidir à une première température déterminée, le dispositif (8) de pré-refroidissement comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un fluide de pré-refroidissement dans un circuit (18) de pré-refroidissement, le circuit (18) de pré-refroidissement comprenant un organe (28) de compression du fluide de pré-refroidissement, un dispositif de refroidissement du fluide de pré-refroidissement comprimé, un dispositif de détente (38) du fluide de pré-refroidissement comprimé et refroidi et un dispositif de réchauffage du fluide de pré-refroidissement détendu ;
    • un dispositif (9) de refroidissement cryogénique en échange thermique avec au moins une seconde partie (6) de l’ensemble d’échangeurs (5, 6) 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 (9) de refroidissement cryogénique comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un gaz de cycle dans un circuit (19) de cycle, le circuit (19) de cycle comprenant un organe (29) de compression du gaz de cycle ;
    • un dispositif de purification cryogénique (3) disposé dans le circuit (2) de gaz à refroidir, notamment en amont de la seconde partie (6) de l’ensemble d’échangeurs (5, 6) ; le dispositif (8) de pré-refroidissement comprenant un premier thermosiphon (48) du fluide de pré-refroidissement comprenant une première entrée (41) et une première sortie (42) raccordées à une boucle du circuit (18) de pré-refroidissement, le premier thermosiphon (48) étant relié fluidiquement, par une deuxième entrée (43), à un deuxième stockage (4) de fluide de pré-refroidissement et étant configuré pour recevoir du fluide de pré-refroidissement du deuxième stockage (4), notamment sous forme liquide, pour permettre de maintenir un niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon (48).
  2. Installation (1) selon la revendication précédente, le premier thermosiphon (48) étant relié fluidiquement au circuit (18) de pré-refroidissement, notamment par sa première entrée, en aval du dispositif de détente (38) du fluide de pré-refroidissement comprimé et refroidi, notamment pour permettre au fluide de pré-refroidissement circulant dans le circuit (18) de pré-refroidissement, d’entrer, par exemple sous forme liquide, dans le premier thermosiphon (48).
  3. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le dispositif de refroidissement du fluide de pré-refroidissement et/ou le dispositif de réchauffage du fluide de pré-refroidissement comprend au moins la première partie (5) de l’ensemble d’échangeurs de chaleur (5, 6).
  4. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le dispositif (9) de refroidissement comprenant un deuxième thermosiphon (49) du gaz de cycle comprenant une première entrée et une première sortie raccordées à une boucle du circuit (19) de cycle, le deuxième thermosiphon (49) étant relié fluidiquement, par une deuxième entrée, au premier stockage (10) et configuré pour recevoir du fluide cryogénique du premier stockage (10) pour permettre de maintenir un niveau déterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon (49), le niveau déterminé de fluide cryogénique étant par exemple supérieur à 10% de la capacité totale du deuxième thermosiphon (49), notamment supérieur à 30 %.
  5. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement étant supérieur à 10% de la capacité totale du premier thermosiphon (48), par exemple supérieur à 30 %.
  6. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le dispositif de purification cryogénique (3) étant disposé entre la première partie (5) de l’ensemble d’échangeurs (5, 6) de chaleur et la deuxième partie (6) de l’ensemble d’échangeurs (5, 6) de chaleur, notamment en étant configuré pour être alimenté avec un gaz ayant une température comprise 20 °C et -250 °C, par exemple entre -100 °C et -250 °C.
  7. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, la première partie (5) de l’ensemble d’échangeurs (5, 6) étant disposée dans une première boîte froide, le premier thermosiphon (48) étant notamment disposé dans la première boîte froide.
  8. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le circuit (19) de cycle comprenant un organe de refroidissement du gaz de cycle comprimé, un organe de détente (39) du gaz de cycle comprimé et refroidi et un organe de réchauffage du gaz de cycle détendu.
  9. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le circuit (2) de gaz à refroidir étant relié fluidiquement au deuxième thermosiphon (49), notamment via une dérivation en aval de l’extrémité aval (22).
  10. Procédé de contrôle d’une installation (1) selon l’une des revendications précédentes, l’installation (1) étant configurée pour fonctionner dans un premier mode nominal dans lequel le débit de la source de gaz est compris entre une valeur seuil et un débit nominal déterminé et dans lequel l’organe (28) de compression du fluide de pré-refroidissement est en fonctionnement, l’installation (1) étant en outre configurée pour fonctionner dans un deuxième mode de veille (M2) dans lequel le débit de la source de gaz est inférieur à la valeur seuil et dans lequel l’organe (28) de compression du fluide de pré-refroidissement est à l’arrêt, lorsque l’installation (1) est dans le premier mode nominal, le procédé comporte une étape d’isolement fluidiquement du premier thermosiphon (48) vis-à-vis du deuxième stockage (4), pour empêcher tout transfert de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage (4) dans le premier thermosiphon (48), lorsque l’installation (1) est dans le deuxième mode de veille (M2), le procédé comporte une étape de transfert de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage (4) dans le premier thermosiphon (48), pour maintenir un niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon (48).
  11. Procédé selon la revendication précédente, lorsque l’installation (1) est dans le deuxième mode de veille (M2), le procédé comporte une étape de mesure du niveau de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon (48), une étape de comparaison du niveau mesuré avec un niveau déterminé et une étape de transfert de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage (4) dans le premier thermosiphon (48), tant que le niveau mesuré est inférieur au niveau déterminé.
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