FR2887867A1 - Installation combinee de production d'energie electrique et de production d'hydrogene - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène qui peut transmettre efficacement la chaleur de la vapeur produite dans l'installation de production de vapeur.Une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène comprend une pompe d'eau d'alimentation (7), un réchauffeur d'eau d'alimentation (2) pour chauffer l'eau d'alimentation, un reformeur (9) pour produire un gaz de formation contenant de l'hydrogène par traitement d'au moins une matière première choisie dans le groupe consistant en le méthanol, l'éthanol et le diméthyléther, avec de la vapeur, une boucle intermédiaire (19) pour faire circuler un agent thermique afin de fournir la chaleur produite par le générateur de vapeur (1) au reformeur (9), un échangeur de chaleur intermédiaire (8) pour transmettre la chaleur de la vapeur par la boucle intermédiaire (9) et un conduit de sortie de chauffage (17) relié à l'échangeur de chaleur intermédiaire (8) et au réchauffeur d'eau d'alimentation (2) pour chauffer l'eau d'alimentation.
Description
DOMAINE DE L'INVENTION
Cette invention concerne une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène qui peut améliorer le rendement des turbines de l'installation en produisant de l'hydrogène et de l'énergie électrique en réponse à ses besoins.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Généralement, des installations combinées de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène qui fonctionnent pour produire simultanément de l'énergie électrique et de l'hydrogène sont connues (voir entre autres la publication de demande de brevet japonais mise à la disposition du public n 2004-224661).
Une telle installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène va être décrite en se référant à la figure 5.
Comme le montre la figure 5, la vapeur produite par un générateur de vapeur 1 d'un système de production d'énergie électrique 22, qui peut être typiquement un réacteur à eau bouillante, est fournie à une turbine haute pression 24 au moyen d'un conduit de vapeur principal 15 pour faire tourner la turbine haute pression 24 après quoi elle est conduite à une turbine basse pression 26 pour faire tourner la turbine basse pression 26 afin d'entraîner un générateur 3 et de produire de l'énergie électrique.
La vapeur qui a traversé les turbines haute pression et basse pression 24, 26 est condensée en eau liquide par un condenseur 4 et sa pression est augmentée par une pompe de condenseur 5. Puis, l'eau est chauffée par un réchauffeur d'eau d'alimentation basse pression 6 et sa pression est augmentée encore par une pompe d'eau d'alimentation 7.
Ensuite, l'eau est chauffée par un réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2 et renvoyée au générateur de vapeur 1 par un conduit d'eau d'alimentation 18 pour la faire circuler. Dans une installation réelle, plusieurs réchauffeurs d'eau d'alimentation haute pression 2, plusieurs pompes de condenseur 5, plusieurs réchauffeurs d'eau d'alimentation basse pression 6 et plusieurs pompes d'eau d'alimentation 7 sont prévus, en fonction de la taille de l'installation. Les réchauffeurs d'eau d'alimentation 2 et 6 sont disposés en amont et en aval de la pompe d'eau d'alimentation 7 pour chauffer l'eau d'alimentation.
La vapeur qui quitte la turbine haute pression 24 est envoyée en partie à un échangeur de chaleur intermédiaire 8 au moyen d'un conduit d'entrée de réchauffage 16 de l'échangeur de chaleur intermédiaire 8. Comme l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 fonctionne pour échanger de la chaleur, de la chaleur est transférée au moyen d'une boucle intermédiaire 19. La chaleur est ensuite utilisée pour chauffer un reformeur 9 pour produire de l'hydrogène dans l'installation de production d'hydrogène 23.
D'autre part, la vapeur qui est utilisée pour l'échange de chaleur dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 est envoyée à un préchauffeur de mélange gazeux 10 au moyen du conduit de sortie de chauffage 17 de l'échangeur de chaleur intermédiaire 8. Elle est ensuite utilisée pour l'échange de chaleur dans le préchauffeur de mélange gazeux 10 puis elle est envoyée dans la turbine basse pression 26 pour entraîner la turbine basse pression 26 en même temps que la vapeur transférée directement depuis la turbine haute pression 24.
Dans l'installation de production d'hydrogène 23, la matière première (mélange gazeux de méthanol, d'éthanol ou de diméthyléther et de vapeur) est chauffée par le préchauffeur de mélange gazeux 10 et traitée pour produire de l'hydrogène par le reformeur 9. Comme le gaz produit dans le reformeur 9 contient des substances gazeuses différentes de l'hydrogène, seul l'hydrogène est séparé par un séparateur d'hydrogène 14.
Dans l'installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène connue décrite ci-dessus, la chaleur de la vapeur produire par le générateur de vapeur 1 du système de production d'énergie électrique est transmise à la boucle intermédiaire 19 au moyen de l'échangeur de chaleur intermédiaire 8. Quand le reformeur 9 de l'installation de production d'hydrogène 23 est chauffé au moyen de la boucle intermédiaire 19, il est nécessaire de transmettre la chaleur efficacement dans le reformeur 9 pour utiliser la vapeur pour la production d'énergie le plus possible. Dans ce but, il est efficace d'utiliser de l'eau ayant une grande chaleur spécifique comme agent thermique pour la boucle intermédiaire 19 et d'exploiter la chaleur produite quand une telle eau est condensée.
A titre d'exemple, si la conductivité thermique de la vapeur saturée et celle de la vapeur surchauffée sont comparées à 250 C, la quantité de chaleur qui est produite quand 1 kg de vapeur saturée est condensé est 1 715 tandis que la quantité de chaleur qui est produite par 1 kg de vapeur surchauffée par suite d'un changement de température est seulement d'environ 1 340 kJ si le changement de température est une très grande chute de température de 800 C à 250 C.
Cependant, la récupération de chaleur usée n'est pas considérée comme étant suffisante pour les installations combinées de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène connues. Tandis que certaines installations combinées de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène sont équipées d'un moyen de circulation d'agent thermique, aucun moyen spécifique établi n'est disponible actuellement pour la transmission de chaleur.
Si la vapeur produite dans une installation de production de vapeur est de la vapeur saturée comme dans le cas des réacteurs nucléaires à eau légère (incluant les réacteurs à eau bouillante et les réacteurs à eau pressurisée) qui sont utilisés dans les centrales nucléaires commerciales et est utilisée pour le chauffage dans l'échangeur de chaleur intermédiaire, la vapeur est condensée pour devenir de l'eau liquide sans défaut.
Toutefois, dans les installations combinées de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène connues, l'eau produite par condensation dans les échangeurs de chaleur intermédiaires n'est pas considérée comme étant appropriée et les conduits de sortie de chauffage des échangeurs de chaleur intermédiaires sont reliés aux entrées de turbine respectives. Avec cet agencement, l'eau produite par condensation dans les échangeurs de chaleur intermédiaires est forcée à circuler dans les turbines, ce qui entraîne ensuite des problèmes incluant un rendement de fonctionnement réduit des turbines et une érosion des structures internes des turbines.
De plus, si la vapeur produite dans l'installation de production de vapeur est de la vapeur surchauffée comme dans le cas des réacteurs surrégénérateurs rapides et des réacteurs refroidis par un gaz à haute température et même dans le cas des chaudières des centrales thermiques, qui produisent aussi de la vapeur surchauffée, il est efficace d'utiliser la chaleur produite par suite de la condensation dans les échangeurs de chaleur intermédiaires quand on utilise de la vapeur pour la production d'énergie le plus possible. De nouveau, dans de telles situations, de l'eau liquide est produite par condensation ce qui pose ensuite des problèmes incluant un rendement de fonctionnement réduit des turbines et une érosion des structures internes des turbines quand l'eau produite par condensation est envoyée aux turbines.
RESUME DE L'INVENTION Compte tenu des problèmes évoqués ci-dessus, un but de la présente invention est de fournir une installation combinée de production d'énergie d'électrique et de production d'hydrogène qui peut transmettre efficacement la chaleur de la vapeur produite dans l'installation de production de vapeur de son système de production d'énergie électrique au reformeur de l'installation de production d'hydrogène et qui peut traiter de manière appropriée l'eau condensée produite par condensation de la vapeur utilisée pour le chauffage dans l'échangeur de chaleur intermédiaire pour supprimer la baisse de rendement de fonctionnement des turbines et l'érosion des structures internes des turbines.
Pour atteindre le but ci-dessus, un aspect de la présente invention consiste à fournir une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène qui comprend une installation de production de vapeur, une turbine pour produire de l'énergie électrique au moyen de la vapeur produite par l'installation de production de vapeur, un condenseur pour condenser la vapeur quittant la turbine, une pompe d'eau d'alimentation pour faire circuler l'eau condensée par le condenseur jusqu'à l'installation de production de vapeur, un réchauffeur d'eau d'alimentation disposé en amont de la pompe d'eau d'alimentation pour chauffer l'eau d'alimentation, un reformeur pour produire un gaz de formation contenant de l'hydrogène par traitement du méthanol, de l'éthanol ou du diméthyléther avec de la vapeur, un séparateur d'hydrogène pour séparer de l'hydrogène de haute pureté du gaz de formation produit, une boucle intermédiaire pour faire circuler un agent thermique afin de fournir la chaleur produite par l'installation de production de vapeur au reformeur, un échangeur de chaleur intermédiaire pour transmettre la chaleur de la vapeur à la boucle intermédiaire, un conduit d'entrée de chauffage de l'échangeur de chaleur intermédiaire relié à l'entrée de chauffage de l'échangeur de chaleur intermédiaire pour fournir de la vapeur depuis l'installation de production de vapeur, et un conduit de sortie de chauffage de l'échangeur de chaleur intermédiaire relié à la sortie de chauffage de l'échangeur de chaleur intermédiaire et au réchauffeur d'eau d'alimentation pour chauffer l'eau d'alimentation.
Un autre aspect de la présente invention consiste à fournir une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène qui comprend une installation de production de vapeur, une turbine pour produire de l'énergie électrique au moyen de la vapeur produite par l'installation de production de vapeur, un condenseur pour condenser la vapeur quittant la turbine, une pompe d'eau d'alimentation pour faire circuler l'eau condensée par le condenseur jusqu'à l'installation de production de vapeur, un réchauffeur d'eau d'alimentation disposé en amont de la pompe d'eau d'alimentation pour chauffer l'eau d'alimentation, un reformeur pour produire un mélange gazeux contenant de l'hydrogène par traitement du méthanol, de l'éthanol ou du diméthyléther avec de la vapeur, un séparateur d'hydrogène pour séparer de l'hydrogène de haute pureté du mélange gazeux produit, un conduit de détournement de vapeur principal pour détourner une partie de la vapeur introduite dans la turbine et faire circuler la partie de vapeur de manière à l'envoyer au reformeur, et un conduit de sortie de chauffage relié à la sortie de chauffage du reformeur et au réchauffeur d'eau d'alimentation pour chauffer l'eau d'alimentation.
Ainsi, avec une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène selon la présente invention, il est possible de supprimer la baisse de rendement de fonctionnement des turbines et l'érosion des structures internes des turbines en transmettant efficacement la chaleur de la vapeur produite dans l'installation de production de vapeur de son système de production d'énergie électrique au reformeur de l'installation de production d'hydrogène et de traiter de manière appropriée l'eau condensée produite par condensation de la vapeur utilisée pour le chauffage dans l'échangeur de chaleur intermédiaire.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La figure 1 est un schéma d'un premier mode de réalisation d'une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène selon l'invention, illustrant sa configuration la figure 2 est un schéma d'un second mode de réalisation d'une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène selon l'invention, illustrant sa configuration la figure 3 est un schéma d'un troisième mode de réalisation d'une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène selon l'invention, illustrant sa configuration la figure 4 est un schéma d'un quatrième mode de réalisation d'une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène selon l'invention, illustrant sa configuration et la figure 5 est un schéma d'une installation combinée connue de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène illustrant sa configuration.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
Maintenant, des modes de réalisation d'une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène selon la présente invention vont être décrits de manière plus détaillée en se référant aux dessins annexés. Dans tous les dessins, les composants qui sont identiques ou similaires sont désignés par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits plus précisément.
La figure 1 est un schéma d'un premier mode de réalisation d'une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène selon l'invention, illustrant sa configuration.
Dans ce mode de réalisation, un réacteur à eau bouillante est utilisé comme générateur de vapeur 1 d'un système de production d'énergie électrique 22. La vapeur produite par le générateur de vapeur 1 est fournie à une turbine haute pression 24 au moyen d'un conduit de vapeur principal 15 pour faire tourner la turbine haute pression 24i Après avoir fait tourner a turbine haute pression 24, la vapeur est conduite à une turbine basse pression 26 pour faire tourner la turbine basse pression 26. L'arbre de la turbine haute pression 24 et celui de la turbine basse pression 26 sont reliés directement à l'arbre du générateur 3 de sorte que le générateur 3 est entraîné en rotation et produit de l'énergie électrique.
La vapeur qui a traversé les turbines haute pression et basse pression 24, 26 est transférée à un condenseur 4 et est condensée en eau liquide par le condenseur 4. La pression de l'eau condensée est augmentée par la pompe de condenseur 5. Puis, l'eau est chauffée par un réchauffeur d'eau d'alimentation basse pression 6 et sa pression est augmentée encore par une pompe d'eau d'alimentation 7. Ensuite, l'eau est chauffée par un réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2 et est renvoyée à l'installation de production de vapeur 1 par un conduit d'eau d'alimentation 18 pour la faire circuler. Dans une installation réelle, plusieurs réchauffeurs d'eau d'alimentation haute pression 2, plusieurs pompes de condenseur 5, plusieurs réchauffeurs d'eau d'alimentation basse pression 6 et plusieurs pompes d'eau d'alimentation 7 sont prévus, en fonction de la taille de l'installation. Les réchauffeurs d'eau d'alimentation 2, 6 sont disposés en amont et en aval de la pompe d'eau d'alimentation 7 pour chauffer l'eau d'alimentation.
La vapeur qui est produite par le générateur de vapeur 1 est détournée en partie du conduit de vapeur principal 15 par une vanne de transfert, une vanne de commutation ou analogue, quand cela est nécessaire, et est transférée à un échangeur de chaleur intermédiaire 8 au moyen d'un conduit d'entrée de chauffage 16 de l'échangeur de chaleur intermédiaire 8. Comme l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 fonctionne pour échanger de la chaleur, l'eau dans la boucle intermédiaire 19 est transformée en vapeur saturée. Le conduit de sortie de chauffage 17 de l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 est relié à un réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2 dans le système de production d'énergie électrique 22. L'eau condensée dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 ou les mélanges d'eau condensée et de vapeur non condensée sont transférés au réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2 et utilisés pour chauffer l'eau d'alimentation. A titre d'alternative, l'agencement peut être tel que le conduit de sortie de chauffage 17 de l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 est relié à réchauffeur d'eau d'alimentation basse pression 6 quand une vanne de transfert, une vanne de commutation ou analogue est actionnée selon la température de la vapeur qui en provient. Il va sans dire que le conduit de sortie de chauffage 17 peut être relié seulement au réchauffeur d'eau d'alimentation basse pression 6 ou au réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2. De plus, selon l'installation, il est possible aussi de disposer une pompe 41 au niveau du conduit de sortie de chauffage 17 de l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 et de transférer l'eau condensée dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 ou les mélanges d'eau condensée et de vapeur non condensée au réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2 sous haute pression.
Dans la boucle intermédiaire 19 décrite ci-dessus, la vapeur saturée produite par l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 est transférée à un reformeur 9. Un gaz de formation contenant de l'hydrogène et du dioxyde de carbone comme ingrédients principaux est préparé à partir d'un mélange de méthanol, d'éthanol ou de diméthyléther et de vapeur dans le reformeur 9. Comme cette réaction chimique est une réaction endothermique, il est nécessaire de fournir de la chaleur de l'extérieur pour que la réaction se déroule en continu. La chaleur peut être fournie par condensation de la vapeur transférée depuis l'échangeur de chaleur intermédiaire 8.
Un préchauffeur de mélange gazeux 10 est disposé du côté de la sortie du reformeur 9 de la boucle intermédiaire 19. Le préchauffeur de mélange gazeux 10 est conçu pour utiliser la chaleur usée de l'eau condensée par le reformeur 9 ou le mélange d'eau condensée et de vapeur non condensée comme source de chaleur pour le mélange gazeux de méthanol, d'éthanol ou de diméthyléther et de vapeur qui doit être utilisé comme matière première gazeuse. L'eau qui est produite par condensation et qui est refroidie dans le préchauffeur de mélange gazeux 10 est accumulée dans un réservoir de drainage 11 et est ensuite renvoyée à l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 au moyen d'une pompe de circulation 12 de manière à être transformée encore en vapeur saturée.
Dans l'installation de production d'hydrogène 23 du mode de réalisation ayant la configuration décrite ci-dessus, le mélange gazeux de la matière première du méthanol, éthanol ou diméthyléther et de vapeur est transféré depuis un alimentateur de matière première 13 jusqu'au reformeur 9 au moyen du préchauffeur du mélange gazeux 10. Le mélange gazeux est ensuite chauffé et soumis à une réaction chimique qui utilise l'effet d'un catalyseur dans le reformeur 9 pour produire un gaz de formation qui contient de l'hydrogène et du dioxyde de carbone comme ingrédients principaux. Ainsi, il est possible de produire de l'hydrogène de haute pureté car seul l'hydrogène est extrait du gaz de formation produit par un séparateur d'hydrogène 14.
Ainsi, avec ce mode de réalisation, la vapeur produite par le générateur de vapeur 1 est utilisée pour le chauffage par l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 et l'eau condensée est fournie au réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2 et utilisée comme source de chaleur par ce dernier de sorte qu'il est possible de supprimer remarquablement la baisse de rendement de fonctionnement des turbines et l'érosion des structures internes des turbines due à l'entrée d'eau condensée dans les turbines.
Comme l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 est conçu pour utiliser la chaleur latente qui est produite par un changement de phase de la vapeur (gaz) à l'eau (liquide), il est possible de minimiser le débit de vapeur détourné pour le chauffage de l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 et de maximiser le débit de la vapeur envoyée à la turbine haute pression 24 dans le but de produire de l'énergie électrique. De plus, comme la chaleur latente qui est produite par un changement de phase d'une substance de la vapeur à de l'eau liquide ou inversement est utilisée dans la boucle intermédiaire 19, il est possible de transférer efficacement la chaleur recueillie par l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 au reformeur 9 par transmission de chaleur de condensation.
De cette manière, la chaleur de la vapeur produite par le générateur de vapeur 1, qui est un réacteur à eau bouillante, est transmise efficacement au reformeur 9 de l'installation de production d'hydrogène 23 au moyen de la boucle intermédiaire 19 et l'eau condensée qui est produite par suite de l'utilisation de la vapeur par l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 est fournie au réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2 de sorte qu'il est possible de supprimer remarquablement la baisse de rendement de fonctionnement des turbines et l'érosion des structures internes des turbines due à l'entrée d'eau condensée dans es turbines.
La figure 2 est un schéma d'un second mode de réalisation d'une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène selon l'invention, illustrant sa configuration.
Dans ce mode de réalisation, un réacteur refroidi par de l'eau supercritique est utilisé comme générateur de vapeur 1 du système de production d'énergie électrique 22 à la place du réacteur à eau bouillante du premier mode de réalisation. Les composants du second mode de réalisation qui sont identiques ou similaires à ceux du premier mode de réalisation sont désignés respectivement par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits plus précisément.
Dans ce mode de réalisation, un réacteur refroidi par de l'eau supercritique est installé comme générateur de vapeur 1 du système de production d'énergie électrique 22. La vapeur à l'état comprimé de manière supercritique qui est produite par le générateur de vapeur 1 est fournie à la turbine haute pression 24 et fait tourner celle-ci. Après avoir fait tourner la turbine haute pression 24, la vapeur fait tourner encore une turbine à pression intermédiaire 25 puis une turbine basse pression 26 dans cet ordre pour produire de l'énergie électrique au moyen du générateur 3. La vapeur qui a traversé les turbines haute pression, à pression intermédiaire et basse pression 24, 25, 26 est transférée à un condenseur 4 et est condensée en eau. Ensuite, l'eau est chauffée par une pompe de condenseur 5 au moyen d'un réchauffeur d'eau d'alimentation basse pression 6 et est renvoyée au générateur de vapeur 1 au moyen d'un désaérateur 27 par une pompe d'eau d'alimentation 7 pour la faire circuler.
La vapeur est partiellement détournée entre la turbine haute pression 24 et la turbine à pression intermédiaire 25 et est transférée à un échangeur de chaleur intermédiaire 8. On notera toutefois que la vapeur peut être détournée depuis l'amont de la turbine haute pression 24 ou depuis l'un quelconque des étages dans la turbine haute pression 24. Le conduit de sortie de chauffage 17 de l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 est relié à un réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2 du système de production d'énergie électrique 22. Une partie ou la totalité de la vapeur qui est utilisée dans l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 pour l'échange de chaleur est condensée et transférée au réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2 de manière à être utilisée pour chauffer l'eau d'alimentation. On notera que le conduit de sortie de chauffage 17 de l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 peut être relié au désaérateur 27 ou au réchauffeur d'eau d'alimentation basse pression 6 quand cela est nécessaire selon la pression et/ou la température de la vapeur.
De cette manière, la chaleur de la vapeur produite par le générateur de vapeur 1, qui est un réacteur refroidi par de l'eau supercritique, est transmise efficacement au reformeur 9 de l'installation de production d'hydrogène 23 au moyen de la boucle intermédiaire 19 et l'eau condensée qui est produite par suite de l'utilisation de la vapeur par l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 est fournie au réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2 de sorte qu'il est possible de supprimer remarquablement la baisse de rendement de fonctionnement des turbines et l'érosion des structures internes des turbines due à l'entrée d'eau condensée dans les turbines.
La figure 3 est un schéma d'un troisième mode de réalisation d'une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène selon l'invention, illustrant sa configuration.
Dans ce mode de réalisation, un réacteur à eau pressurisée est utilisé comme générateur de vapeur 1 du système de production d'énergie électrique 22 à la place du réacteur à eau bouillante du premier mode de réalisation. Les composants du troisième mode de réalisation qui sont identiques ou similaires à ceux du premier mode de réalisation sont désignés respectivement par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits plus précisément.
Comme le montre la figure 3, le générateur de vapeur et le récipient à pression du réacteur nucléaire sont installés sous forme du générateur de vapeur 1 du système de production d'énergie électrique 22. La vapeur produite par le réacteur à eau bouillante du premier mode de réalisation et le réacteur refroidi par de l'eau supercritique du second mode de réalisation contient une ou plusieurs substances radioactives. D'autre part, la vapeur produite par le générateur de vapeur du troisième mode de réalisation ne contient aucune substance radioactive. De ce fait, une boucle intermédiaire 19 est agencée de sorte que des substances radioactives quelconques ne peuvent pas circuler dans l'installation de production d'hydrogène 23 quand de a chaleur est transmise au reformeur 9 dans les premier et second modes de réalisation. Cependant, une telle boucle intermédiaire 19 n'est pas nécessaire quand le générateur de vapeur est utilisé comme générateur de vapeur 1.
Le récipient à pression du réacteur nucléaire 28 décrit ci-dessus et le générateur de vapeur 1 sont reliés l'un à l'autre par une branche froide 30, par laquelle circule de l'eau froide par comparaison avec une branche chaude 29 par laquelle circule de l'eau chaude, pour former une boucle de circulation. L'eau dans la boucle de circulation est mise sous pression de manière à ne pas bouillir et est forcée à circuler par une pompe de circulation d'agent de refroidissement primaire 31 de sorte que la chaleur produite par le récipient à pression du réacteur nucléaire 28 est transmise au générateur de vapeur 1.
La vapeur qui est produite par le générateur de vapeur 1 est partiellement détournée du conduit de vapeur principal 15 par l'actionnement d'une vanne, quand cela est nécessaire, et est transférée au reformeur 9 de l'installation de production d'hydrogène 23 au moyen d'un conduit de détournement de vapeur principal 15a. Un préchauffeur de mélange gazeux 10 est disposé du côté de la sortie du reformeur 9. Le préchauffeur de mélange gazeux 10 est conçu pour utiliser la chaleur usée de l'eau condensée par le reformeur 9 ou le mélange d'eau condensée et de vapeur non condensée comme source de chaleur pour le mélange gazeux de méthanol, d'éthanol ou de diméthyléther et de vapeur qui doit être utilisé comme matière première gazeuse.
Le conduit de sortie de chauffage 17a du préchauffeur de mélange gazeux 10 est relié au réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2 qui chauffe l'eau qui lui est fournie, en utilisant la chaleur de l'eau condensée par le préchauffeur de mélange gazeux 10. On notera que le conduit de sortiede chauffage 17a du préchauffeur de mélange gazeux 10 peut être relié au désaérateur 27 ou au réchauffeur d'eau d'alimentation basse pression 6 quand cela est nécessaire, selon la pression et/ou la température de la vapeur.
Le générateur de vapeur d'un réacteur surrégénérateur rapide ou celui d'un réacteur refroidi par un gaz à haute température peut être installé comme générateur de vapeur 1.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, la chaleur de la vapeur produite par e générateur de vapeur qui est e générateur de vapeur d'un réacteur à eau pressurisé, est transmise efficacement au reformeur 9 et l'eau condensée est fournie au réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2 de sorte qu'il est possible de supprimer remarquablement la baisse de rendement de fonctionnement des turbines et l'érosion des structures internes des turbines due à l'entrée d'eau condensée dans les turbines.
De plus, comme le reformeur 9 est conçu pour utiliser la chaleur latente qui est produite par un changement de phase de la vapeur à l'eau, il est possible de minimiser le débit de vapeur détournée pour chauffer le reformeur 9 et de maximiser le débit de vapeur envoyée à la turbine haute pression 24 pour la production d'énergie électrique.
Comme décrit ci-dessus, la chaleur de la vapeur produite par le générateur de vapeur 1 de l'installation de production d'énergie électrique 22 est transmise efficacement au reformeur 9 dans l'installation de production d'hydrogène 23 et le reformeur 9 traite de manière appropriée la vapeur qui est utilisée pour le chauffage de sorte qu'il est possible de supprimer remarquablement la baisse de rendement de fonctionnement des turbines et l'érosion des structures internes des turbines due à l'entrée d'eau condensée dans les turbines.
La figure 4 est un schéma d'un quatrième mode de réalisation d'une installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène selon l'invention, illustrant sa configuration.
Dans ce mode de réalisation, une chaudière thermique est disposée comme générateur de vapeur 1 du système de production d'énergie électrique 22 du premier mode de réalisation. Les composants du quatrième mode de réalisation qui sont identiques ou similaires à ceux du premier mode de réalisation sont désignés respectivement par les mêmes signes de référence et ne seront pas décrits plus précisément.
Comme le montre la figure 4, une chaudière thermique, comme une chaudière consommant un combustible fossile, est installée comme générateur de vapeur 1 du système de production d'énergie électrique 22. Là encore, aucune boucle intermédiaire n'est nécessaire dans ce mode de réalisation car la vapeur produite par la chaudière thermique ne contient aucune substance radioactive.
Une partie de la vapeur transférée de la turbine haute pression 24 à une turbine à pression intermédiaire 25 est détournée et transférée au reformeur 9 de l'installation de production d'hydrogène 23 de manière à être utilisée pour l'échange de chaleur. Un préchauffeur de mélange gazeux 10 est disposé du côté de la sortie du reformeur 9.
La chaleur de l'eau condensée par le reformeur 9 ou celle du mélange d'eau condensée et de vapeur non condensée est utilisée comme source de chaleur pour le mélange gazeux de méthanol, d'éthanol ou de diméthyléther et de vapeur qui doit être utilisé comme matière première gazeuse.
Le conduit de sortie de chauffage 17a du préchauffeur de mélange gazeux 10 est relié à un réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2 de sorte que l'eau d'alimentation est chauffée par la chaleur de l'eau condensée par le préchauffeur de mélange gazeux 10. Le conduit de sortie de chauffage 17a du préchauffeur de mélange gazeux 10 peut être relié à un désaérateur 27 ou un réchauffeur d'eau d'alimentation basse pression 6 au moyen d'une vanne quand cela est nécessaire, selon la pression et/ou la température de la vapeur.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, la chaleur de la vapeur produite par le générateur de vapeur 1, qui est une chaudière thermique, est transmise efficacement au reformeur 9 de l'installation de production d'hydrogène 23 par la boucle intermédiaire 19 et l'eau condensée par suite de l'utilisation par l'échangeur de chaleur intermédiaire 8 dans le but de chauffage est fournie au réchauffeur d'eau d'alimentation haute pression 2 de sorte qu'il est possible de supprimer remarquablement la baisse de rendement de fonctionnement des turbines et l'érosion des structures internes des turbines.
La présente invention n'est absolument pas limitée aux modes de réalisation de réalisation décrits ci-dessus, qui peuvent être modifiés de différentes manières sans s'écarter du cadre de la présente invention. Par exemple, une installation fonctionnant au charbon peut être utilisée pour le générateur de vapeur.
Claims (7)
1. Installation combinée de production d'énergie électrique et de production d'hydrogène, caractérisée en ce qu'elle comprend: 5 un générateur de vapeur (1) ; une turbine (24) pour produire de l'énergie électrique, au moyen de la vapeur produite par le générateur de vapeur (1) ; un condenseur (4) pour condenser la vapeur quittant la turbine (24) ; une pompe d'eau d'alimentation (7) et une pompe de condenseur (5) pour faire circuler l'eau condensée par le condenseur (4) jusqu'au générateur de vapeur (1) ; des réchauffeurs d'eau d'alimentation (2, 6) disposés en amont et en aval de la pompe d'eau d'alimentation (7) pour chauffer l'eau 15 d'alimentation; un reformeur (9) pour produire un gaz produit contenant de l'hydrogène par traitement d'au moins une matière première choisie dans le groupe consistant en le méthanol, l'éthanol et le diméthyléther, avec de la vapeur; un séparateur d'hydrogène (14) pour séparer de l'hydrogène de haute pureté du gaz de formation produit; une boude intermédiaire (19) pour faire circuler un agent thermique afin de fournir la chaleur produite par le générateur de vapeur (1) au reformeur (9) ; un échangeur de chaleur intermédiaire (8) pour transmettre la chaleur de la vapeur à la boucle intermédiaire (19) ; un conduit d'entrée de chauffage (16) de l'échangeur de chaleur intermédiaire (8) relié à l'entrée de chauffage de l'échangeur de chaleur intermédiaire (8) pour fournir de la vapeur depuis le générateur de vapeur (1) ; et un conduit de sortie de chauffage (17) de l'échangeur de chaleur intermédiaire (8) relié à la sortie de chauffage de l'échangeur de chaleur intermédiaire (8) et au réchauffeur d'eau d'alimentation (2) pour chauffer l'eau d'alimentation.
2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la boude intermédiaire (19) fait circuler de l'eau comme agent thermique, transforme l'eau en vapeur au moyen de l'échangeur de chaleur intermédiaire (8) et transmet la chaleur.
3. Installation selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un préchauffeur de mélange gazeux (10) disposé en aval du reformeur (9) de manière à préchauffer un mélange gazeux d'au moins une matière première choisie dans le groupe consistant en le méthanol, l'éthanol et le diméthyléther, et de la vapeur destinée à être utilisée comme matière première au moyen de la chaleur recueillie par le reformeur (9).
4. Installation selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que le générateur de vapeur (1) est une chaudière choisie dans le groupe consistant en un réacteur à eau bouillante et un réacteur refroidi par de l'eau supercritique.
5. Installation combinée de production d'énergie électrique et 15 de production d'hydrogène caractérisée en ce qu'elle comprend un générateur de vapeur (1) ; une turbine (24) pour produire de l'énergie électrique, au moyen de la vapeur produite par le générateur de vapeur (1) ; un condenseur (4) pour condenser la vapeur quittant la turbine (24) ; une pompe d'eau d'alimentation (7) et une pompe de condenseur (5) pour faire circuler l'eau condensée par le condenseur (4) jusqu'au générateur de vapeur (1) ; des réchauffeurs d'eau d'alimentation (2, 6) disposés en amont 25 et en aval de la pompe d'eau d'alimentation (7) pour chauffer l'eau d'alimentation; un reformeur (9) pour produire un mélange gazeux contenant de l'hydrogène par traitement d'au moins une matière première choisie dans le groupe consistant en le méthanol, l'éthanol et le diméthyléther, avec de la vapeur un séparateur d'hydrogène (14) pour séparer de l'hydrogène de haute pureté du mélange gazeux préparé un conduit de détournement de vapeur principal (15a) pour détourner une partie de la vapeur introduite dans la turbine (24) et pour faire circuler la partie de la vapeur de manière à la fournir au reformeur (9) ; et un conduit de sortie de chauffage (17a) relié à la sortie de chauffage du reformeur (9) et au réchauffeur d'eau d'alimentation (2) pour chauffer l'eau d'alimentation.
6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce 5 qu'elle comprend en outre: un préchauffeur de mélange gazeux (10) disposé en aval du reformeur (9) pour préchauffer un mélange gazeux d'au moins une matière première choisie dans le groupe consistant en le méthanol, l'éthanol et le diméthyléther, et de la vapeur destinée à être utilisée comme matière première au moyen de la chaleur recueillie par le reformeur.
7. Installation selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que le générateur de vapeur (1) est une chaudière choisie dans le groupe consistant en un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau pressurisé, d'un réacteur surrégénérateur rapide, d'un réacteur refroidi par un gaz à haute température et d'une chaudière consommant un combustible fossile.
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