FR3045726A1 - DEVICES AND METHOD FOR EXTRACTING AND VALORIZING THE ENERGY OF RELAXATION OF A GAS UNDER HEAT PRESSURE - Google Patents

DEVICES AND METHOD FOR EXTRACTING AND VALORIZING THE ENERGY OF RELAXATION OF A GAS UNDER HEAT PRESSURE Download PDF

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Abstract

Le dispositif (10) d'extraction et de valorisation de l'énergie de détente d'un gaz sous pression non chauffé, comporte : - un détendeur (110) de gaz de type machine tournante, comportant un arbre (111) libre en rotation pour réaliser une détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l'énergie mécanique sur l'arbre en rotation, - un échangeur (115) de chaleur condenseur/réchauffeur comportant une entrée (125) pour un fluide organique vaporisé, le fluide organique présentant une température d'ébullition inférieure à 40°C à pression ambiante ; - un circuit (140) fermé pour le fluide organique, dit « machine ORC » (pour Cycle Organique de Rankine), reliant : - la sortie de l'échangeur de chaleur à une pompe (155), - la pompe à un échangeur (145) évaporateur, - l'échangeur évaporateur à un détendeur (170) de fluide organique vaporisé et - le détendeur de fluide organique à l'échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur, de type machine tournante et réalisant une détente quasi-adiabatique du fluide organique, et produisant de l'énergie mécanique sur un arbre en rotation et - une connexion (145) de sortie pour le gaz détendu en aval de l'échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur.The device (10) for extracting and recovering the expansion energy of an unheated pressurized gas comprises: - a rotating machine type gas expansion valve (110) comprising a shaft (111) free to rotate to perform a quasi-adiabatic expansion and thereby to produce mechanical energy on the rotating shaft, - a heat exchanger / heat exchanger (115) having an inlet (125) for a vaporized organic fluid, the organic fluid having a boiling point below 40 ° C at ambient pressure; a circuit (140) closed for the organic fluid, called "ORC machine" (for Organic Rankine Cycle), connecting: - the output of the heat exchanger to a pump (155), - the pump to a heat exchanger ( 145) evaporator, the evaporator exchanger to a vaporized organic fluid expander (170) and the organic fluid expander to the condenser / heater heat exchanger, of rotating machine type and performing a quasi-adiabatic relaxation of the organic fluid. and producing mechanical energy on a rotating shaft and - an outlet connection (145) for the expanded gas downstream of the condenser / heater heat exchanger.

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTIONTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

La présente invention vise des dispositifs et un procédé d’extraction et de valorisation d’énergie de détente d’un gaz sous pression non chauffé. Elle s’applique notamment aux postes de détente de gaz, notamment de gaz naturel, CO2 ou encore hydrogène, situés entre les réseaux à haute pression, et les réseaux, à basse pression.The present invention relates to devices and a method for extracting and developing the expansion energy of an unheated pressure gas. It applies in particular to gas expansion stations, including natural gas, CO2 or hydrogen, located between high-pressure networks, and networks, low pressure.

ETAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART

Pour détendre du gaz d’un réseau haute pression (par exemple dans le cas d’un réseau de transport) à un réseau basse pression (par exemple dans le cas d’un réseau de distribution), l’homme du métier dispose aujourd’hui de plusieurs solutions.To relax gas from a high pressure network (for example in the case of a transport network) to a low pressure network (for example in the case of a distribution network), the person skilled in the art now has many solutions.

Dans certains systèmes actuels, une vanne de laminage est mise en oeuvre. Ce dispositif crée une forte perte de charge, détendant de manière quasi-isotherme le gaz d’une pression élevée, par exemple de 22 ou 63 bar, à une pression faible, par exemple 2 ou 11 bar, propice à la distribution aux utilisateurs de gaz. La détente étant quasi-isotherme, le gaz détendu est en sortie à une température à peu près égale à la température initiale.In some current systems, a rolling valve is implemented. This device creates a high pressure drop, relaxing in a quasi-isothermal manner the gas of a high pressure, for example 22 or 63 bar, at a low pressure, for example 2 or 11 bar, conducive to the distribution to users of gas. The expansion being quasi-isothermal, the expanded gas is output at a temperature approximately equal to the initial temperature.

Dans cette configuration, l’exergie de l’état à haute pression est détruite et il n’y a pas de récupération d’énergie mécanique possible.In this configuration, the exergy of the high pressure state is destroyed and there is no recovery of mechanical energy possible.

Dans d’autres systèmes actuels, un détendeur permettant une détente quasi-adiabatique est mis en œuvre. L’utilisation d’un détendeur, parfois appelé « expandeur », produit de l’énergie mécanique, sous la forme d’un arbre mis en rotation. L’énergie de pression est récupérée lors de la détente quasi-adiabatique qui provoque un fort refroidissement du gaz. Dans le cadre d’une détente de gaz naturel à 22 bar vers une pression de 2 bar sur un détendeur de conventionnel de type machine tournante avec un rendement isentropique de 85%, la température obtenue en fin de détente est de l’ordre de - 100°C pour un gaz initialement à 15°C. L’énergie mécanique récupérée sur le détendeur peut être utilisé pour mettre un arbre en rotation, permettant d’actionner un générateur électrique et produire ainsi de l’électricité.In other current systems, a regulator allowing a quasi-adiabatic relaxation is implemented. The use of a regulator, sometimes called an expander, produces mechanical energy in the form of a rotating shaft. The pressure energy is recovered during the quasi-adiabatic expansion which causes a strong cooling of the gas. In the context of a natural gas expansion at 22 bar at a pressure of 2 bar on a conventional machine-type expansion valve with an isentropic efficiency of 85%, the temperature obtained at the end of expansion is of the order of - 100 ° C for a gas initially at 15 ° C. The mechanical energy recovered on the regulator can be used to rotate a shaft, to operate an electric generator and thus produce electricity.

Il existe différents dispositifs de détendeurs quasi-isentropiques générant de l’énergie mécanique, dont des détendeurs de type volumétrique (expandeur à vis, à piston) ou des détendeurs de type turbomachine (turbine axiale ou radiale). Ces dispositifs sont des machines tournantes.There are various quasi-isentropic expansion devices generating mechanical energy, including volumetric type expansion devices (screw expander, piston) or turbomachine type expansion valves (axial or radial turbine). These devices are rotating machines.

Dans le cadre d’une détente quasi-adiabatique, le refroidissement obtenu lors de la détente peut créer d’important problème de formation de cristaux de glace dans les réseaux et sur les tuyauteries. Le gaz est donc généralement réchauffé par la suite par un échangeur air/gaz, par exemple, afin de ramener le gaz détendu à une température supérieure à 0°C. Dans cette configuration, de l’énergie électrique est produite mais le froid généré est évacué et de l’exergie est également détruite. À titre d’exemple de détendeur réalisant une détente quasi-adiabatique, on peut citer le brevet français FR 2438158 qui enseigne une configuration turbine-génératrice de courant spécifique et la gestion des étanchéités.In the context of a quasi-adiabatic relaxation, the cooling obtained during the relaxation can create important problem of formation of ice crystals in the networks and on the pipes. The gas is therefore generally heated subsequently by an air / gas exchanger, for example, in order to bring the expanded gas to a temperature above 0 ° C. In this configuration, electrical energy is produced but the generated cold is evacuated and exergy is also destroyed. As an example of a regulator performing a quasi-adiabatic expansion, there may be mentioned the French patent FR 2438158 which teaches a specific turbine-generator configuration and the management of seals.

On note que la gestion du froid généré par la détente du gaz constitue une préoccupation importante. A titre d’exemple, le Brevet US 8375717 considère le préchauffage du gaz par un système électrique pour maintenir la température suite à la détente (également appelée expansion) du gaz et éviter la formation de cristaux de glace. Dans cette configuration, la grande partie de l’électricité générée n’est pas valorisée au-delà du procédée.It is noted that the management of the cold generated by the expansion of the gas is a major concern. For example, US Patent 8375717 considers the preheating of the gas by an electrical system to maintain the temperature following the expansion (also called expansion) of the gas and prevent the formation of ice crystals. In this configuration, much of the electricity generated is not valued beyond the process.

Dans le cas de détendeur quasi-adiabatique, l’état de l’art décrit également des utilisations du froid produit pour des besoins industriels par exemple, et dans le but de réchauffer le gaz ainsi détendu.In the case of quasi-adiabatic expansion valve, the state of the art also describes uses of cold produced for industrial purposes for example, and for the purpose of heating the gas thus relaxed.

On note que, d’un point de vue théorique, une succession infinie de détente adiabatique avec réchauffage partiel a pour limite une détente isotherme.It is noted that, from a theoretical point of view, an infinite succession of adiabatic expansion with partial reheating has as its limit an isothermal expansion.

Par ailleurs, concernant la technologie des machines à cycles organiques de Rankine qui permettent de produire de l’électricité à partir d’une différence de température entre deux sources de chaleurs, celle-ci est abondamment explicitée dans la littérature pour la production d’électricité entre une source chaude (récupérée sur un procédé de type chaudière, four, sur de l’eau géothermale, ou sur des fluides chauds provenant d’un procédé exothermique) et une source froide (généralement de l’eau refroidie par l’air ambiant, de l’air ambiant ou un fluide thermique utilisé pour des applications de chauffage ou de procédé à basse température).Moreover, with regard to Rankine's organic-cycle machine technology that makes it possible to produce electricity from a difference in temperature between two heat sources, it is extensively explained in the literature for the production of electricity. between a hot source (recovered from a boiler-type process, furnace, geothermal water, or hot fluids from an exothermic process) and a cold source (usually water cooled by ambient air , ambient air or thermal fluid used for low temperature heating or process applications).

Ainsi, par exemple, la demande de brevet américain US2013160486 décrit une invention destinée à produire de l’électricité en combinaison avec une unité de regazéification de LNG (pour « Liquified Natural Gas », traduit par gaz naturel liquéfiée). Ce document fait référence à l’utilisation de la technologie des Cycles Organiques de Rankine (ORC) pour la production d’énergie à partir de l’évaporation du LNG (“Design of Rankine Cycles for power génération from evaporating LNG”, Maertens, J., International Journal of Réfrigération, 1986, Vol. 9, May).Thus, for example, US patent application US2013160486 discloses an invention for producing electricity in combination with a LNG regasification unit (for "Liquified Natural Gas", translated as liquefied natural gas). This paper refers to the use of Organic Rankine Cycle (ORC) technology for the production of energy from the evaporation of LNG ("Design of Rankine Cycles for power generation from evaporating LNG", Maertens, J. International Journal of Refrigeration, 1986, Vol 9, May).

Les systèmes décrits ci-dessus visent à produire de l’électricité en utilisant une source froide provenant d’un procédé extérieur tel la regazéification du Gaz Naturel Liquéfié ci-dessus.The systems described above are intended to produce electricity using a cold source from an external process such as regasification of Liquefied Natural Gas above.

Ainsi, on note que : - les systèmes existants pour extraire et valoriser l’énergie de détente d’un gaz sous pression non chauffée ou d’une source froide ainsi créée ne maximisent pas l’ensemble de l’exergie (c’est-à-dire l’énergie dans sa meilleure qualité, sous forme mécanique ou électrique) disponible initialement et que - les systèmes qui permettent de récupérer l’énergie de pression en énergie mécanique ou électrique ont pour inconvénient la formation de cristaux de glace, avec une détérioration possible des infrastructures de transport et distribution du gaz détendu. S’il existe des systèmes pour produire de l’électricité à partir d’une source froide, l’origine de celle-ci est externe au dispositif mis en oeuvre dans les systèmes décrits.Thus, we note that: - the existing systems to extract and valorize the energy of expansion of a gas under unheated pressure or of a cold source thus created do not maximize the whole exergy (that is, that is to say the energy in its best quality, in mechanical or electrical form) available initially and that - the systems which make it possible to recover the energy of pressure in mechanical or electrical energy have the disadvantage of the formation of ice crystals, with a possible deterioration of transport infrastructure and distribution of expanded gas. If there are systems for producing electricity from a cold source, the origin thereof is external to the device used in the systems described.

OBJET DE L’INVENTIONOBJECT OF THE INVENTION

La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif d’extraction et de valorisation de l’énergie de détente d’un gaz sous pression non chauffé, qui comporte : - un détendeur de gaz de type machine tournante, comportant un arbre libre en rotation configuré pour réaliser une détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l’énergie mécanique sur l’arbre en rotation, - un échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur comportant : - une entrée pour le gaz détendu ; - une entrée pour un fluide organique sous forme vapeur, le fluide organique présentant une température d’ébullition inférieure à 40°C à pression ambiante ; - une sortie pour gaz détendu réchauffé et - une sortie pour fluide organique refroidi et condensé, - un circuit fermé pour le fluide organique, dit « machine ORC » (pour Organic Rankine Cycle, traduit par Cycle Organique de Rankine), reliant : - la sortie de l’échangeur de chaleur à une pompe, - la pompe à un échangeur évaporateur, - l’échangeur évaporateur à un détendeur de fluide organique vaporisé et - le détendeur de fluide organique à l’échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur, le détendeur de fluide organique étant une machine tournante et réalisant une détente quasi-adiabatique du fluide organique, et produisant de l’énergie mécanique sur un arbre en rotation et - une connexion de sortie pour le gaz détendu en aval de l’échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur.The present invention aims to remedy all or part of these disadvantages. For this purpose, according to a first aspect, the present invention is directed to a device for extracting and recovering the expansion energy of an unheated pressurized gas, which comprises: a rotary machine type gas expander comprising a rotational free shaft configured to effect a quasi-adiabatic expansion and thereby to produce mechanical energy on the rotating shaft, - a condenser / heater heat exchanger comprising: - an inlet for the expanded gas; an inlet for an organic fluid in vapor form, the organic fluid having a boiling point below 40 ° C. at ambient pressure; an outlet for warmed expanded gas and an outlet for cooled and condensed organic fluid; a closed circuit for the organic fluid, called "ORC" machine (for Organic Rankine Cycle), connecting: output of the heat exchanger to a pump, - the pump to an evaporator exchanger, - the evaporator exchanger to a vaporized organic fluid expander and - the organic fluid expander to the condenser / reheater heat exchanger, the expander of organic fluid being a rotating machine and performing a quasi-adiabatic expansion of the organic fluid, and producing mechanical energy on a rotating shaft and - an outlet connection for the expanded gas downstream of the condenser / heat exchanger heater.

Grâce à ces dispositions, la source froide de la machine ORC est formée par le gaz détendu et la source chaude par l’air ambiant, ou une source thermique extérieure. Ce dispositif permet ainsi : - d’une part de permettre le réchauffage du gaz détendu et éviter la formation de cristaux de glace dans le gaz détendu et - d’autre part d’optimiser la production de courant électrique à la fois lors de la détente du gaz dans le détendeur et via la valorisation du froid généré dans un circuit de fluide organique interne à au dispositif.Thanks to these provisions, the cold source of the ORC machine is formed by the expanded gas and the hot source by the ambient air, or an external thermal source. This device thus makes it possible: on the one hand to allow the heating of the expanded gas and to prevent the formation of ice crystals in the expanded gas and, on the other hand, to optimize the production of electric current at the same time during the expansion gas in the expander and via the valuation of the cold generated in an organic fluid circuit internal to the device.

Si la littérature scientifique et technique décrit amplement le cas des systèmes avec détente de gaz sous pression chauffé, éventuellement en cycle combiné avec un moyen supplémentaire de production d’énergie à partir de la chaleur résiduelle encore disponible à l’issue de la première détente, la présente invention ne concerne pas cette thématique, car elle traite de la détente de gaz sous pression non chauffé et de la valorisation du froid généré lors de la détente du gaz (comme source froide de la machine thermodynamique), et non pas de la chaleur résiduelle (comme source chaude de la machine thermodynamique).If the scientific and technical literature amply describes the case of systems with expansion of heated pressurized gas, possibly in combined cycle with an additional means of producing energy from the residual heat still available at the end of the first expansion, the present invention does not relate to this topic, because it deals with the relaxation of unheated pressure gas and the recovery of the cold generated during the expansion of the gas (as a cold source of the thermodynamic machine), and not heat residual (as hot source of the thermodynamic machine).

Dans des modes de réalisation, au moins un détendeur est une turbomachine, un arbre de chaque turbomachine étant relié à une génératrice configurée pour convertir l’énergie mécanique produite par ledit détendeur en électricité.In embodiments, at least one expander is a turbomachine, a shaft of each turbomachine being connected to a generator configured to convert the mechanical energy produced by said expander into electricity.

Dans des modes de réalisation, les arbres de chaque détendeur sont couplés à un arbre commun.In embodiments, the shafts of each expander are coupled to a common shaft.

Ces modes de réalisations permettent d’optimiser l’architecture mécanique des détendeurs.These embodiments make it possible to optimize the mechanical architecture of the regulators.

Dans des modes de réalisation, les écoulements de gaz et/ou de fluide organique vaporisé dans le dispositif sont partiellement diphasiques gaz-liquide, avec un titre de vapeur supérieur à 80% en masse pour la partie gaz.In embodiments, the flows of gas and / or organic fluid vaporized in the device are partially two-phase gas-liquid, with a vapor head greater than 80% by weight for the gas portion.

Ces modes de réalisation permettent d’optimiser le fonctionnement des cycles thermodynamiques.These embodiments make it possible to optimize the operation of the thermodynamic cycles.

Dans des modes de réalisation, chaque détendeur comporte un échappement, chaque échappement étant relié à un échangeur commun.In embodiments, each expander has an exhaust, each exhaust being connected to a common exchanger.

Ces modes de réalisation permettent d’optimiser la performance énergétique du dispositif en réduisant les pertes de charges côté gaz et d’améliorer le réchauffage du gaz détendu, en réduisant la formation de glace.These embodiments make it possible to optimize the energy performance of the device by reducing the pressure losses on the gas side and to improve the heating of the expanded gas, by reducing the formation of ice.

Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte, en aval de la sortie pour gaz détendu réchauffé de l’échangeur condenseur/réchauffeur, un échangeur réchauffeur du gaz détendu réchauffé.In embodiments, the device which is the subject of the present invention comprises, downstream of the heated expanded gas outlet of the condenser / heater exchanger, a reheated heat exchanger of the heated gas.

Ces modes de réalisation permettent de mettre le gaz détendu aux spécifications de distribution, dans le cas d’un réchauffage partiel seulement du flux de gaz détendu.These embodiments make it possible to bring the expanded gas to the distribution specifications, in the case of partial heating only of the expanded gas flow.

Dans des modes de réalisation, le fluide organique est un mélange zéotropique.In embodiments, the organic fluid is a zeotropic mixture.

Ces modes de réalisation permettent d’optimiser la production d’énergie mécanique et le réchauffage du gaz détenduThese embodiments make it possible to optimize the production of mechanical energy and the heating of the expanded gas

Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un dispositif de valorisation et d’optimisation de l’énergie de détente d’un gaz sous pression non chauffé, qui comporte : - un premier détendeur de gaz de type machine tournante, comportant un arbre libre en rotation configuré pour réaliser une détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l’énergie mécanique sur l’arbre en rotation, - un premier échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur comportant : - une entrée pour le gaz détendu issu du premier détendeur ; - une entrée pour un fluide organique vaporisé, le fluide organique présentant une température d’ébullition inférieure à 40°C à pression ambiante ; - une sortie pour gaz détendu réchauffé et - une sortie pour fluide organique refroidi et condensé, - un deuxième détendeur, de type machine tournante, relié à la sortie pour gaz détendu du premier échangeur de chaleur, comportant un arbre libre en rotation configuré pour réaliser une détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l’énergie mécanique sur l’arbre en rotation, - un deuxième échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur comportant : - une entrée pour le gaz détendu issu du deuxième détendeur ; - une entrée pour le fluide organique ; - une sortie pour gaz détendu réchauffé et - une sortie pour fluide organique refroidi et condensé, - un circuit fermé pour le fluide organique, dit « machine ORC » (pour Organic Rankine Cycle, traduit par Cycle Organique de Rankine), reliant : - la sortie de fluide organique de chaque échangeur de chaleur à une pompe, - chaque pompe à un échangeur évaporateur, - l’échangeur évaporateur à un détendeur de fluide organique vaporisé et - le détendeur de fluide organique à l’entrée pour fluide organique de chaque échangeur de chaleur de type condenseur/réchauffeur, le détendeur étant une machine tournante et réalisant une détente quasi-adiabatique du fluide organique, et produisant de l’énergie mécanique sur un arbre en rotation et - une connexion de sortie pour le gaz détendu en aval du deuxième échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur.According to a second aspect, the present invention aims at a device for enhancing and optimizing the expansion energy of an unheated pressure gas, which comprises: a first rotary machine type gas expander comprising a free shaft; in rotation configured to perform a quasi-adiabatic expansion and thereby produce mechanical energy on the rotating shaft, - a first heat exchanger condenser / heater comprising: - an inlet for the expanded gas from the first expander; an inlet for a vaporized organic fluid, the organic fluid having a boiling point of less than 40 ° C. at ambient pressure; an outlet for warmed expanded gas and an outlet for cooled and condensed organic fluid; a second expander, of rotating machine type, connected to the expanded gas outlet of the first heat exchanger, comprising a free rotating shaft configured to produce a quasi-adiabatic expansion and thus to produce mechanical energy on the shaft in rotation, - a second heat exchanger condenser / heater including: - an inlet for the expanded gas from the second expander; an inlet for the organic fluid; an outlet for warmed expanded gas and an outlet for cooled and condensed organic fluid; a closed circuit for the organic fluid, called "ORC" machine (for Organic Rankine Cycle), connecting: organic fluid outlet from each heat exchanger to a pump, - each pump to an evaporator exchanger, - the evaporator exchanger to a vaporized organic fluid expander and - the organic fluid expander to the organic fluid inlet of each exchanger heat exchanger of the condenser / heater type, the expander being a rotating machine and performing a quasi-adiabatic expansion of the organic fluid, and producing mechanical energy on a rotating shaft and - an outlet connection for the expanded gas downstream of the second heat exchanger condenser / heater.

Les buts, avantages et caractéristiques particulières du dispositif objet du deuxième aspect de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet du premier aspect objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.The aims, advantages and particular characteristics of the device object of the second aspect of the present invention being similar to those of the device object of the first aspect of the present invention, they are not recalled here.

En plus de ces avantages, ce deuxième aspect permet d’optimiser le réchauffage du gaz détendu.In addition to these advantages, this second aspect optimizes the heating of the expanded gas.

Selon un troisième aspect, la présente invention vise un procédé de valorisation et d’optimisation de l’énergie de détente d’un gaz sous pression non chauffé, qui comporte : - une étape de détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l’énergie mécanique sur un arbre en rotation du gaz entré dans un détendeur, le détendeur comportant l’arbre en rotation, - une étape d’échange de chaleur comportant : - d’une part : - une étape d’entrée pour le gaz détendu ; - une étape de réchauffage du gaz détendu par un fluide organique vaporisé et - une étape de sortie du gaz détendu réchauffé et - d’autre part : - une étape d’entrée pour le fluide organique vaporisé, le fluide organique présentant une température d’ébullition inférieure à 40°C à pression ambiante ; - une étape de condensation et de refroidissement du fluide organique lors du réchauffement du gaz détendu et - une étape de sortie pour fluide organique refroidi et condensé, - une étape de circulation en circuit fermé pour le fluide organique comportant : - une étape de déplacement du fluide organique en sortie de l’étape d’échange de chaleur vers une pompe ; - une étape de déplacement du fluide organique depuis la pompe vers un échangeur évaporateur ; - une étape d’échange par évaporation du fluide organique ; - une étape de déplacement du fluide organique depuis l’échangeur évaporateur vers un détendeur de fluide organique vaporisé ; - une étape de détente du fluide organique vaporisé ; - une étape de déplacement du fluide organique depuis le détendeur pour servir de fluide organique au cours de l’étape d’entrée pour le fluide de l’étape d’échange de chaleur et - une étape de sortie pour le gaz détendu en aval de l’étape d’échangeur de chaleur.According to a third aspect, the present invention aims at a method of upgrading and optimizing the expansion energy of an unheated pressure gas, which comprises: a step of quasi-adiabatic expansion and thus producing energy mechanical on a rotating shaft of the gas entered into a pressure reducer, the expander comprising the shaft in rotation, - a heat exchange step comprising: - on the one hand: - an inlet step for the expanded gas; a step of reheating the gas expanded by a vaporized organic fluid and an outlet step of the heated expanded gas and secondly: an inlet step for the vaporized organic fluid, the organic fluid having a temperature of boiling below 40 ° C at ambient pressure; a step of condensation and cooling of the organic fluid during heating of the expanded gas and an output stage for cooled and condensed organic fluid; a closed-circuit circulation step for the organic fluid comprising: a step of moving the organic fluid leaving the heat exchange stage to a pump; a step of displacement of the organic fluid from the pump to an evaporator exchanger; a step of exchange by evaporation of the organic fluid; a step of displacement of the organic fluid from the evaporator exchanger to a vaporized organic fluid expander; a step of relaxing the vaporized organic fluid; a step of displacement of the organic fluid from the expander to serve as an organic fluid during the inlet stage for the fluid of the heat exchange stage and an outlet step for the expanded gas downstream of the heat exchanger stage.

Les buts, avantages et caractéristiques particulières du procédé objet de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.Since the aims, advantages and particular characteristics of the method which are the subject of the present invention being similar to those of the device which is the subject of the present invention, they are not recalled here.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, - la figure 2 représente, schématiquement, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, - la figure 3 représente, schématiquement, un premier diagramme particulier de température-entropie du cycle thermodynamique mis en œuvre par le dispositif objet de la présente invention, - la figure 4 représente, schématiquement, un deuxième diagramme particulier de température-entropie du cycle thermodynamique mis en œuvre par le dispositif objet de la présente invention, - la figure 5 représente, schématiquement, un troisième diagramme particulier de température-entropie du cycle thermodynamique mis en œuvre par le dispositif objet de la présente invention, - la figure 6 représente, schématiquement, un troisième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, - la figure 7 représente, schématiquement, un quatrième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention et - la figure 8 représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Other advantages, aims and particular characteristics of the invention will become apparent from the following nonlimiting description of at least one particular embodiment of the device and method that are the subject of the present invention, with reference to the accompanying drawings. , in which: - Figure 1 shows schematically a first particular embodiment of the device object of the present invention, - Figure 2 shows schematically a second particular embodiment of the device object of the present invention, - the FIG. 3 represents, schematically, a first particular temperature-entropy diagram of the thermodynamic cycle implemented by the device which is the subject of the present invention; FIG. 4 schematically represents a second particular temperature-entropy diagram of the thermodynamic cycle set in FIG. implemented by the device which is the subject of the present invention, 5 represents, schematically, a third particular temperature-entropy diagram of the thermodynamic cycle implemented by the device which is the subject of the present invention; FIG. 6 schematically represents a third particular embodiment of the device which is the subject of the present invention, FIG. 7 schematically represents a fourth particular embodiment of the device that is the subject of the present invention and FIG. 8 represents, schematically and in the form of a logic diagram, a particular sequence of steps of the method that is the subject of the present invention. .

DESCRIPTION D’EXEMPLES DE REALISATION DE L’INVENTIONDESCRIPTION OF EXAMPLES OF EMBODIMENT OF THE INVENTION

La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.This description is given in a nonlimiting manner, each feature of an embodiment being able to be combined with any other feature of any other embodiment in an advantageous manner.

On note dès à présent que les figures ne sont pas à l’échelle.It is already noted that the figures are not to scale.

On appelle « fluide organique », tout fluide de travail issu de la chimie du carbone, et en particulier les composés chimiques majoritairement composé d’alcanes, d’alcanes fluorés, d’éthers et/ou d’éthers fluorés. Ce fluide organique est composé, par exemple, d’éthane ou d’éthylène. Dans des variantes, ce fluide organique est un mélange zéotropique. Un tel mélange zéotropique permet une évaporation à température et pression non constante, ceci dans le but de mieux réchauffer le gaz sous pression détendu et/ou de mieux valoriser la source froide générée lors de la détente du gaz sous pression détendu.The term "organic fluid" refers to any working fluid derived from carbon chemistry, and in particular to chemical compounds that are predominantly composed of alkanes, fluorinated alkanes, ethers and / or fluorinated ethers. This organic fluid is composed, for example, of ethane or ethylene. In variants, this organic fluid is a zeotropic mixture. Such a zeotropic mixture allows evaporation at a non-constant temperature and pressure, in order to better heat the pressurized gas and / or to better valorize the cold source generated during expansion of the gas under relaxed pressure.

On observe, sur la figure 1, qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 10 objet de la présente invention. Ce dispositif 10 de détente d’un gaz sous pression, comporte : - un détendeur 110 de gaz de type machine tournante, comportant un arbre 111 libre en rotation configuré pour réaliser une détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l’énergie mécanique sur l’arbre en rotation, - préférentiellement, une vanne 105 de réglage du débit de gaz entrant dans le détendeur 110, - un échangeur 115 de chaleur condenseur/réchauffeur comportant : - une entrée 120 pour le gaz détendu ; - une entrée 125 pour un fluide organique vaporisé, le fluide organique présentant une température d’ébullition inférieure à 40°C à pression ambiante ; - une sortie 130 pour gaz détendu réchauffé et - une sortie 135 pour fluide organique refroidi et condensé, - un circuit 140 fermé pour le fluide organique, dit « machine ORC » pour Organic Rankine Cycle, traduit par Cycle Organique de Rankine, reliant : - la sortie de l’échangeur de chaleur à une pompe 155, - la pompe à un échangeur 145 évaporateur, - l’échangeur évaporateur à un détendeur 170 de fluide organique vaporisé et - le détendeur de fluide organique à l’échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur, le détendeur étant une machine tournante et réalisant une détente quasi-adiabatique du fluide organique, et produisant de l’énergie mécanique sur un arbre en rotation et - une connexion 145 de sortie pour le gaz détendu en aval de l’échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur.FIG. 1, which is not to scale, shows a schematic view of an embodiment of the device 10 which is the subject of the present invention. This device 10 for expanding a pressurized gas comprises: - a gas-type regulator 110 of the rotating type, comprising a shaft 111 free in rotation configured to perform a quasi-adiabatic expansion and thereby produce mechanical energy on the rotating shaft, - preferably, a valve 105 for adjusting the gas flow entering the expander 110, - a heat exchanger 115 condenser / heater comprising: - an inlet 120 for the expanded gas; an inlet 125 for a vaporized organic fluid, the organic fluid having a boiling point of less than 40 ° C. at ambient pressure; an outlet 130 for heated expanded gas and an outlet 135 for cooled and condensed organic fluid; a closed circuit 140 for the organic fluid, called "ORC machine" for Organic Rankine Cycle, translated by Organic Rankine Cycle, connecting: the outlet of the heat exchanger to a pump 155, the pump to an evaporator exchanger, the evaporator exchanger to a vaporized organic fluid expander 170 and the organic fluid expander to the condenser heat exchanger heater, the expander being a rotating machine and performing a quasi-adiabatic expansion of the organic fluid, and producing mechanical energy on a rotating shaft and - an outlet connection 145 for the expanded gas downstream of the heat exchanger condenser / heater.

Le dispositif 10 peut être positionné sur une dérivation d’une conduite 190 de gaz sous pression.The device 10 may be positioned on a branch of a pipe 190 of gas under pressure.

Le détendeur 110 est, par exemple, une turbomachine de type turbine comportant un arbre 111 actionnant un arbre 185 mis en mouvement au cours de la détente du gaz dans l’enceinte du détenteur 110.The expander 110 is, for example, a turbomachine turbine type having a shaft 111 actuating a shaft 185 set in motion during the expansion of the gas in the enclosure of the holder 110.

Le gaz entrant dans le détendeur 110 est détendu à une température basse puis dirigé vers l’échangeur 115 de chaleur pour y être réchauffé. L’échangeur 115 est, par exemple, un échangeur de type condenseur de fluide organique. Au sein de cet échangeur 115, le fluide organique cède la chaleur latente de condensation au gaz entré dans l’échangeur 115. L’entrée 120 pour le gaz détendu est, par exemple, une tuyauterie reliant le détendeur 110 à l’échangeur 115. Cette entrée 120 est reliée à une première ouverture de l’échangeur 115. L’entrée 125 pour le fluide organique est, par exemple, une tuyauterie reliant le détendeur 170 à l’échangeur 115. Cette entrée 125 est reliée à une deuxième ouverture de l’échangeur 115.The gas entering the expander 110 is expanded to a low temperature and then directed to the heat exchanger 115 to be heated. The exchanger 115 is, for example, an exchanger of the organic fluid condenser type. Within this exchanger 115, the organic fluid transfers the latent heat of condensation to the gas entering the exchanger 115. The inlet 120 for the expanded gas is, for example, a pipe connecting the expander 110 to the exchanger 115. This inlet 120 is connected to a first opening of the exchanger 115. The inlet 125 for the organic fluid is, for example, a pipe connecting the expander 170 to the exchanger 115. This inlet 125 is connected to a second opening of the exchanger 115.

La sortie 130 pour le gaz détendu et réchauffé est, par exemple, une tuyauterie reliant l’échangeur 115 à la connexion de sortie 145 ou à un échangeur 144 réchauffeur tel que celui décrit ci-dessous. Cette sortie 130 est reliée à une troisième ouverture de l’échangeur 115.The outlet 130 for the expanded and heated gas is, for example, a pipe connecting the heat exchanger 115 to the outlet connection 145 or to a heat exchanger 144 such as that described below. This output 130 is connected to a third opening of the exchanger 115.

La sortie 150 pour le fluide organique est, par exemple, une tuyauterie reliant l’échangeur 115 à la pompe 155. Cette sortie 150 est reliée à une quatrième ouverture de l’échangeur 115.The outlet 150 for the organic fluid is, for example, a pipe connecting the exchanger 115 to the pump 155. This outlet 150 is connected to a fourth opening of the exchanger 115.

Ainsi, comme on le comprend, l’échangeur 115 comporte : - un circuit de gaz détendu arrivant froid par une tuyauterie 120 et ressortant réchauffé par une tuyauterie 130 et - un circuit de fluide organique vapeur basse pression arrivant chaud par une tuyauterie 125 et ressortant condensé et refroidi par une tuyauterie 150.Thus, as understood, the exchanger 115 comprises: - a expanded gas circuit arriving cold by a pipe 120 and spring heated by a pipe 130 and - a low pressure organic fluid vapor circuit arriving hot by a pipe 125 and springing condensed and cooled by piping 150.

Le circuit fermé 140 pour le fluide organique est formé par : - la tuyauterie 150 reliant l’échangeur de chaleur 115 à la pompe 155, - une tuyauterie 160 reliant la pompe 155 à l’échangeur 145 évaporateur, - une tuyauterie 185 reliant l’échangeur 145 évaporateur au détendeur 170 et - la tuyauterie 125 reliant le détendeur 170 à l’échangeur 115.The closed circuit 140 for the organic fluid is formed by: - the pipe 150 connecting the heat exchanger 115 to the pump 155, - a pipe 160 connecting the pump 155 to the exchanger 145 evaporator, - a pipe 185 connecting the exchanger 145 evaporator expander 170 and - the pipe 125 connecting the expander 170 to the exchanger 115.

Le gaz détendu et réchauffé issu de l’échangeur 115 est préférentiellement réchauffé dans un échangeur 144 réchauffeur puis réinjecté dans une conduite de gaz 195 reliée à un réseau de distribution, cette conduite 195 de gaz étant reliée à la connexion 145 de sortie.The expanded and heated gas from exchanger 115 is preferentially heated in a heat exchanger 144 and re-injected into a gas pipe 195 connected to a distribution network, this gas line 195 being connected to the output connection 145.

Dans des modes de réalisation préférentiels, les écoulements de gaz et/ou de fluide dans le dispositif 10 sont diphasiques gaz-liquide, avec un titre de vapeur supérieur à 80% en masse pour la partie gaz. L’échangeur 145 évaporateur est, par exemple, un échangeur avec l’air ambiant ou un échangeur avec un autre fluide, tel de l’eau chaude ou de l’huile chaude issu d’un procédé externe tel, par exemple, un système de chauffage de type chaudière ou chaudière solaire, ou par géothermie ou par valorisation de rejets thermiques industriels. Dans ce cas de figure, les fluides organiques utilisés pour le cycle permettent la valorisation au mieux de cette température. A titre d’illustration, s’il existe des sources de chaleur sous forme par exemple d’eau chaude à une température de plusieurs dizaines de degré devant être refroidie, l’utilisation d’un fluide tel que le propane, dont la température d’ébullition à 1 bar est inférieure à 40°C mais supérieure à celle de l’éthane, ou d’un mélange de fluide zéotropique utilisant le propane améliore le rendement électrique de l’ensemble.In preferred embodiments, the flows of gas and / or fluid in the device 10 are diphasic gas-liquid, with a vapor content greater than 80% by weight for the gas portion. The exchanger 145 evaporator is, for example, an exchanger with ambient air or an exchanger with another fluid, such hot water or hot oil from an external process such, for example, a system heating boiler type or solar boiler, or by geothermal or by valorization of industrial thermal discharges. In this case, the organic fluids used for the cycle allow the best value of this temperature. By way of illustration, if there are heat sources in the form, for example, of hot water at a temperature of several tens of degrees to be cooled, the use of a fluid such as propane, the temperature of which is boiling at 1 bar is less than 40 ° C but higher than that of ethane, or a mixture of zeotropic fluid using propane improves the electrical efficiency of the assembly.

La pompe 155 permet la mise en circulation du fluide organique sous forme liquide présentant une faible pression en sortie de l’échangeur 115 et la régulation du fonctionnement de l’ensemble de la machine à cycle organique de Rankine.The pump 155 allows the circulation of the organic fluid in liquid form having a low pressure at the outlet of the heat exchanger 115 and the regulation of the operation of the whole of the organic Rankine cycle machine.

Le détendeur 170 est, par exemple, une turbomachine munie d’un arbre 171 actionnant un arbre 185. Ce détendeur 170 est, dans des variantes, de type volumétrique tel, par exemple, un expandeur à vis ou un expandeur à piston.The expander 170 is, for example, a turbomachine provided with a shaft 171 actuating a shaft 185. This expander 170 is, in variants, volumetric type such, for example, a screw expander or a piston expander.

Le choix du type de détendeur 170 dépend de paramètres techniques tels quel la nature, le débit et la chute de pression réalisées par le gaz détendu, ainsi que la vitesse de rotation de l’ensemble voulue. L’ensemble formé par l’échangeur 115, le détendeur 170, l’échangeur 145 évaporateur et la pompe 155 est une machine à cycle organique de Rankine. Cette machine correspond aux différents dispositifs positionnés le long du circuit fermé 140.The choice of the type of regulator 170 depends on technical parameters such as the nature, the flow rate and the pressure drop achieved by the expanded gas, as well as the speed of rotation of the desired assembly. The assembly formed by the exchanger 115, the expander 170, the exchanger 145 evaporator and the pump 155 is an organic cycle Rankine machine. This machine corresponds to the different devices positioned along the closed circuit 140.

Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui illustré en figure 1, au moins un détendeur, 170 et/ou 110, est une turbomachine, un arbre de chaque turbomachine étant relié à une génératrice 180 configurée pour convertir l’énergie mécanique produite par ledit détendeur en électricité. La rotation de chaque arbre peut entraîner la rotation d’un unique arbre 185 commun couplé aux arbres de chaque détendeur, 110 et 170. Cet arbre 185 est couplé à une génératrice 180 configurée pour produite de l’électricité grâce à la rotation de chaque arbre. La génératrice 180 est reliée en couplage direct, ou via la mise en œuvre d’une boîte de vitesse.In preferred embodiments, such as that illustrated in FIG. 1, at least one expander, 170 and / or 110, is a turbomachine, a shaft of each turbomachine being connected to a generator 180 configured to convert the mechanical energy produced by said expander in electricity. The rotation of each shaft can cause the rotation of a single common shaft 185 coupled to the shafts of each expander, 110 and 170. This shaft 185 is coupled to a generator 180 configured to produce electricity through the rotation of each shaft. . The generator 180 is connected in direct coupling, or via the implementation of a gearbox.

Dans des variantes, le dispositif 10 comporte un couplage entre le détendeur 110 de gaz et le détendeur 170 de fluide organique chauffé et vaporisé. Ce couplage est réalisé au moyen : - d’un arbre commun sur lequel à une extrémité est fixée une roue ou plusieurs roues de turbines de détente de gaz et à l’autre extrémité une roue ou plusieurs routes de turbine de détende fluide organique, cet arbre étant posé sur deux paliers et - d’une génératrice disposée sur l’arbre entre les deux roues et entre les deux paliers.In variants, the device 10 comprises a coupling between the gas expander 110 and the expander 170 of heated and vaporized organic fluid. This coupling is achieved by means of: - a common shaft on which at one end is fixed a wheel or several gas expansion turbine wheels and at the other end a wheel or several fluid-free turbine impeller roads, this shaft being placed on two bearings and - a generator disposed on the shaft between the two wheels and between the two bearings.

Dans des modes de réalisation, l’énergie thermique dissipée par les paliers, des systèmes de lubrification des détendeurs de gaz et de la génératrice électrique, est utilisée pour réchauffer le gaz sous pression détendu, ce gaz étant devenu froid lors de la détente.In embodiments, thermal energy dissipated by the bearings, lubrication systems of the gas expanders and the electric generator, is used to heat the gas under relaxed pressure, this gas has become cold during expansion.

Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui illustré en figure 1, le dispositif 10 comporte, en aval de la sortie 130 pour gaz détendu réchauffé, un échangeur 144 réchauffeur du gaz détendu réchauffé. Cet échangeur 144 réchauffeur est configuré pour amener le gaz à une température proche de la température du gaz en entrée 100 du dispositif 10.On observe, sur la figure 2, schématiquement, un mode de réalisation particulier du dispositif 20 objet de la présente invention. Ce dispositif 20 de détente d’un gaz sous pression comporte : - un premier détendeur 211 de gaz de type machine tournante, comportant un arbre libre en rotation configuré pour réaliser une détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l’énergie mécanique sur l’arbre en rotation, - préférentiellement, une vanne 205 de réglage du débit de gaz entrant dans le premier détendeur 211, - un premier échangeur 221 de chaleur condenseur/réchauffeur comportant : - une entrée 223 pour le gaz détendu issu du premier détendeur ; - une entrée 224 pour un fluide organique, le fluide organique présentant une température d’ébullition inférieure à 40°C à pression ambiante ; - une sortie 225 pour gaz détendu réchauffé et - une sortie 226 pour fluide organique refroidi et condensé, - un deuxième détendeur 212, de type machine tournante, relié à la sortie pour gaz détendu du premier échangeur de chaleur, comportant un arbre libre en rotation configuré pour réaliser une détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l’énergie mécanique sur l’arbre en rotation, - un deuxième échangeur 222 de chaleur condenseur/réchauffeur comportant : - une entrée 227 pour le gaz détendu issu du deuxième détendeur ; - une entrée 228 pour le fluide organique ; - une sortie 229 pour gaz détendu réchauffé et - une sortie 230 pour fluide organique refroidi et condensé, - un circuit 240 fermé pour le fluide organique, dit « machine ORC » pour Organic Rankine Cycle, traduit par Cycle Organique de Rankine, reliant : - la sortie de fluide organique de chaque échangeur de chaleur à une pompe 261,262, - chaque pompe à un échangeur 270 évaporateur, - l’échangeur évaporateur à un détendeur 271 de fluide organique vaporisé et - le détendeur de fluide organique vaporisé à l’entrée pour fluide organique de chaque échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur ; le détendeur étant de type machine tournante et réalisant une détente quasi-adiabatique du fluide organique, et produisant de l’énergie mécanique sur un arbre en rotation et - une connexion 255 de sortie pour le gaz détendu en aval du deuxième échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur, - préférentiellement, un échangeur 250 réchauffeur du gaz issu de la sortie 229 du deuxième échangeur 22, - préférentiellement, une génératrice 281 reliée au détendeur, 211 et/ou 212, de manière correspondante à la génératrice 180 décrite en regard de la figure 1 et - préférentiellement, une génératrice 282 reliée au détendeur 271.Dans ce dispositif 20 de détente de gaz amélioré, la détente du gaz sous pression non chauffé est réalisée en deux étapes, avec réchauffage intermédiaire.In preferred embodiments, such as that illustrated in Figure 1, the device 10 comprises, downstream of the outlet 130 for heated expanded gas, a heat exchanger 144 heating the expanded heated gas. This heat exchanger 144 is configured to bring the gas to a temperature close to the temperature of the inlet gas 100 of the device 10. FIG. 2 diagrammatically shows a particular embodiment of the device 20 of the present invention. This device 20 for expansion of a pressurized gas comprises: - a first expander 211 of rotating machine type gas, comprising a free rotating shaft configured to perform a quasi-adiabatic expansion and thereby produce mechanical energy on the shaft in rotation, - preferably, a valve 205 for adjusting the gas flow entering the first expander 211, - a first heat exchanger 221 condenser / heater comprising: - an inlet 223 for the expanded gas from the first expander; an inlet 224 for an organic fluid, the organic fluid having a boiling point of less than 40 ° C. at ambient pressure; an outlet 225 for heated expanded gas and an outlet 226 for cooled and condensed organic fluid; a second expander 212 of rotating machine type connected to the expanded gas outlet of the first heat exchanger, comprising a free shaft in rotation; configured to perform a quasi-adiabatic expansion and thereby produce mechanical energy on the rotating shaft, - a second heat exchanger 222 condenser / heater comprising: - an inlet 227 for the expanded gas from the second expander; an inlet 228 for the organic fluid; an outlet 229 for heated expanded gas and an outlet 230 for cooled and condensed organic fluid; a closed circuit 240 for the organic fluid, called "ORC machine" for Organic Rankine Cycle, translated by Organic Rankine Cycle, connecting: the organic fluid outlet of each heat exchanger to a pump 261,262, each pump to an evaporator exchanger 270, the evaporator exchanger to a vaporized organic fluid expander 271 and the vaporized organic fluid expander to the inlet for organic fluid of each condenser / heater heat exchanger; the expander being of rotating machine type and performing a quasi-adiabatic expansion of the organic fluid, and producing mechanical energy on a rotating shaft and - an outlet connection 255 for the expanded gas downstream of the second condenser / heat exchanger heater, - preferably, a heat exchanger 250 gas heater from the outlet 229 of the second exchanger 22, - preferably, a generator 281 connected to the expander, 211 and / or 212, correspondingly to the generatrix 180 described with reference to FIG. 1 and - preferably, a generator 282 connected to the expander 271.In this improved gas expansion device 20, the expansion of the unheated pressure gas is carried out in two stages, with intermediate reheating.

Dans cette variante du dispositif 10, le dispositif 20 présente plusieurs étages intermédiaires de détente quasi-adiabatique du gaz sous pression non chauffé. Comme on le comprend, le nombre d’étages peut être supérieur à deux par ajout d’un détendeur supplémentaire et d’un échangeur condenseur/réchauffeur supplémentaire relié ou non au circuit fermé 240 de manière similaire au deuxième échangeur 222.In this variant of the device 10, the device 20 has several intermediate stages of quasi-adiabatic expansion unheated pressure gas. As can be understood, the number of stages can be greater than two by adding an additional expander and an additional condenser / heater heat exchanger connected or not to the closed circuit 240 in a manner similar to the second exchanger 222.

Dans des modes de réalisations, les détendeurs, 211 et 212, de gaz sous pression non chauffé sont couplés mécaniquement à un même arbre et à une même génératrice 281, éventuellement par la mise en œuvre d’une boite de vitesse.In embodiments, the regulators 211 and 212, unheated pressure gas are mechanically coupled to the same shaft and the same generator 281, possibly by the implementation of a gearbox.

Dans des modes de réalisations, au moins un des détendeurs, 211 et/ou 212, de gaz sous pression non chauffé sont des turbomachines de type turbine radiale ou axiale.In embodiments, at least one of the regulators, 211 and / or 212, of unheated pressurized gas are turbine engines of the radial or axial turbine type.

Dans des variantes, au moins un des détenteurs, 211 et/ou 212, de gaz sous pression non chauffé est un expandeur volumétrique, tel qu’un expandeur à vis ou à piston.In variants, at least one of the holders, 211 and / or 212, of unheated pressure gas is a volumetric expander, such as a screw or piston expander.

Dans des modes de réalisations, le détendeur de fluide organique 271 est couplé mécaniquement avec au moins un détendeur, 211 et/ou 212, sur un même arbre et les génératrices, 281 et 282, sont confondues.In embodiments, the organic fluid expander 271 is mechanically coupled with at least one expander, 211 and / or 212, on the same shaft and the generatrices 281 and 282 are merged.

Dans des variantes, le circuit 240 fermé de fluide organique comporte plusieurs détendeurs de fluide organique tels que le détendeur 271, chaque dit détendeur étant relié à un échangeur, 221 ou 222.In variants, the closed circuit 240 of organic fluid comprises several organic fluid expander such as the expander 271, each said expander being connected to an exchanger, 221 or 222.

On observe, en figure 3, un diagramme température-entropie du cycle thermodynamique du dispositif 10 en ce qui concerne le fluide organique, selon un mode particulier de mise en œuvre, utilisant l’éthane comme fluide organique et le gaz naturel comme gaz sous pression non chauffé. L’ordonnée est en degrés Kelvin.FIG. 3 shows a temperature-entropy diagram of the thermodynamic cycle of the device 10 with respect to the organic fluid, according to a particular mode of implementation, using ethane as an organic fluid and natural gas as pressurized gas. unheated. The ordinate is in degrees Kelvin.

Dans ce mode particulier de mise en œuvre, le gaz est tout d’abord détendu de 2200 kPa ; 288 K, soit 15°C, à 200 kPa par détente quasi-adiabatique, c’est-à-dire avec un rendement isentropique de 85%. En sortie du détendeur de gaz, le gaz naturel est ainsi à une température de 176 K, soit -97°C.In this particular mode of implementation, the gas is first expanded by 2200 kPa; 288 K, ie 15 ° C, at 200 kPa by almost adiabatic expansion, that is to say with an isentropic yield of 85%. At the output of the gas regulator, the natural gas is thus at a temperature of 176 K, ie -97 ° C.

Le gaz entre ensuite dans l’échangeur 115 et est réchauffé par la condensation de la vapeur de fluide organique. Le gaz naturel est ainsi réchauffé de 176 K jusqu’à une température de 218 K, soit -55°C, environ.The gas then enters the exchanger 115 and is heated by the condensation of the organic fluid vapor. The natural gas is thus warmed by 176 K to a temperature of 218 K, ie -55 ° C.

Ce réchauffage est représenté en figure 3 par un segment de droite 305.This heating is represented in FIG. 3 by a line segment 305.

Par ailleurs, dans l’échangeur 115 de fluide organique, le fluide organique est condensé à une température de 225 K, soit -48°C, environ et une pression de 457 kPa environ. Il est pompé à une pression de 1500 kPa environ, puis vaporisé à une température de 255 K, soit -18°C, et surchauffé de quelques degrés. Il est ensuite détendu à 457 kPa environ.Furthermore, in the exchanger 115 of organic fluid, the organic fluid is condensed at a temperature of 225 K, ie -48 ° C, and a pressure of about 457 kPa. It is pumped at a pressure of about 1500 kPa, then vaporized at a temperature of 255 K, or -18 ° C, and overheated a few degrees. It is then relaxed to approximately 457 kPa.

Ce cycle est représenté en figure 3 par un circuit du fluide 310.This cycle is represented in FIG. 3 by a circuit of the fluid 310.

Le fluide organique est vaporisé grâce à une source chaude, qui, dans un mode particulier de l’invention est l’air ambiant. Celui-ci est refroidit de 293 K, soit 20°C, à 273 K, soit 0°C.The organic fluid is vaporized by a hot source, which in a particular embodiment of the invention is ambient air. This is cooled from 293 K, ie 20 ° C, to 273 K or 0 ° C.

Ce refroidissement est représenté en figure 3 par un segment de droite 315.This cooling is represented in FIG. 3 by a line segment 315.

On observe, en figure 4, un diagramme température-entropie du cycle thermodynamique du dispositif 10 dans un cas où le fluide de travail utilisé est un mélange de fluides, dit zéotropique, au lieu d’un corps pur. Ce mélange zéotropique se vaporise et se condense à une pression et une température non constante. Cette caractéristique des mélanges permet de mieux valoriser la source froide et la source chaude. Idéalement la courbe de vaporisation du mélange zéotropique T = f(S), où T est la température en K et S l’entropie en kJ/kg/K, est une droite de pente la plus proche possible de la pente réalisée par la source froide représentée par un segment de droite 405. Un mélange zéotropique est par exemple un mélange d’éthane 85% en masse et de méthane 15%.FIG. 4 shows a temperature-entropy diagram of the thermodynamic cycle of the device 10 in a case where the working fluid used is a mixture of fluids, called zeotropic, instead of a pure body. This zeotropic mixture vaporizes and condenses at a non-constant pressure and temperature. This characteristic of the mixtures makes it possible to better valorise the cold source and the hot source. Ideally, the vaporization curve of the zeotropic mixture T = f (S), where T is the temperature in K and S the entropy in kJ / kg / K, is a line of slope as close as possible to the slope made by the source. cold represented by a line segment 405. A zeotropic mixture is for example a mixture of ethane 85% by weight and methane 15%.

On observe, sur la figure 5, un diagramme température-entropie du cycle thermodynamique du dispositif 10 dans un cas de l’utilisation d’une source de chaleur externe au dispositif 10, telle qu’une source de chaleur sous forme d’eau chaude ou d’huile chaude qui permet de vaporiser le fluide organique à plus haute température que la température ambiante. Dans certaines conditions, les sites industriels où peut être installé le dispositif 10 objet de la présente invention, peuvent disposer des rejets thermiques industriels sous forme d’eau chaude ou d’air chaud. Dans ces conditions, cette source chaude peut être utilisée pour augmenter le rendement de l’installation globale et refroidir l’effluent thermique industriel. Un fluide organique plus adapté, présentant une température d’ébullition pour une pression de 1 bar, plus importante notamment peut être envisagé.FIG. 5 shows a temperature-entropy diagram of the thermodynamic cycle of the device 10 in the case of the use of a heat source external to the device 10, such as a source of heat in the form of hot water or hot oil that can vaporize the organic fluid at a higher temperature than the ambient temperature. Under certain conditions, the industrial sites where the device 10 object of the present invention can be installed, may have industrial heat discharges in the form of hot water or hot air. Under these conditions, this hot source can be used to increase the efficiency of the overall plant and to cool the industrial thermal effluent. A more suitable organic fluid, having a boiling point for a pressure of 1 bar, more important in particular can be envisaged.

On observe, sur la figure 6, schématiquement, un mode de réalisation particulier d’un arbre 60 sur lequel sont combinées sur un même arbre 605 une turbine 610 détendant le gaz sous pression non chauffé, une turbine 615 détendant le fluide de travail chauffé et sous pression et une génératrice 635. Les deux turbines, 610 et 615, sont en configuration porte-à-faux de sorte que les deux paliers, 620 et 625, soient situés du même côté par rapport à la roue de turbine. Cet arbre 60 comporte, de plus, un dispositif 630 d’étanchéité permettant au fluide organique du côté de la turbine 615 pour fluide organique de ne pas être en contact avec le gaz sous pression détendu. La génératrice 635 peut baigner dans le flux de gaz détendu.FIG. 6 diagrammatically shows a particular embodiment of a shaft 60 on which are combined on the same shaft 605 a turbine 610 that relaxes the unheated pressurized gas, a turbine 615 that relaxes the heated working fluid, and The two turbines, 610 and 615, are in cantilevered configuration so that the two bearings, 620 and 625, are located on the same side with respect to the turbine wheel. This shaft 60 further comprises a sealing device 630 allowing the organic fluid on the side of the turbine 615 for organic fluid not to be in contact with the gas under expanded pressure. Generator 635 can bathe in the expanded gas stream.

On observe, sur la figure 7, schématiquement, un mode de réalisation particulier d’une installation 70 pour laquelle l’intégration est plus importante. Les détendeurs sont combinés sur un même arbre mécanique tel que décrit en regard de la figure 6. Les sorties, 705 et 710, basse pression de chaque détendeur du détendeur de gaz et du détendeur de fluide organique, sont connectées directement sur un même échangeur 715 qui peut être situé en dessus ou à côté du bloc détendeur 720 comportant les deux détendeurs.FIG. 7 diagrammatically shows a particular embodiment of an installation 70 for which integration is more important. The pressure reducers are combined on one and the same mechanical shaft as described with reference to FIG. 6. The outlets 705 and 710, the low pressure of each expander of the gas expander and the organic fluid expander, are connected directly to the same exchanger 715. which can be located above or next to the regulator block 720 having both regulators.

Ainsi, dans le mode de réalisation décrit en regard de la figure 7, le gaz sous pression non chauffé arrive dans le détenteur de gaz via une connexion 7625 puis rencontre une semble de pièce fixe ou stator 730, puis un ensemble de pièce mobile avant d’entrer dans l’échangeur 715 qui réchauffe ce gaz jusqu’à ce que le gaz sorte de l’échangeur 715 par une sortie 735.Thus, in the embodiment described with reference to FIG. 7, the unheated pressurized gas arrives in the gas holder via a connection 7625 and then encounters a fixed part or stator 730, then a moving part assembly before the gas holder. enter the exchanger 715 which heats this gas until the gas exits the exchanger 715 through an outlet 735.

De l’autre côté, la vapeur de fluide organique chauffée et sous pression entre dans le dispositif décrit en regard de la figure 7 par une connexion d’entrée en 740 et en ressort détendue en par la sortie 710 et entre directement dans l’échangeur 715, pour en ressortir condensé par une sortie 745.On the other side, the heated and pressurized organic fluid vapor enters the device described with reference to FIG. 7 by an inlet connection at 740 and in a relaxed spring at the outlet 710 and enters directly into the exchanger 715, to come out condensed by an outlet 745.

On observe, sur la figure 8, une succession d’étapes particulières du procédé 80 objet de la présente invention. Ce procédé 80 d’extraction et de valorisation de l’énergie de détente d’un gaz sous pression non chauffé, comporte : - une étape 810 de détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l’énergie mécanique sur un arbre en rotation du gaz entré dans un détendeur, le détendeur comportant l’arbre en rotation, - une étape 815 d’échange de chaleur comportant : - d’une part : - une étape 820 d’entrée pour le gaz détendu ; - une étape 825 de réchauffage du gaz détendu par un fluide organique vaporisé et - une étape 830 de sortie du gaz détendu réchauffé et - d’autre part : - une étape 855 d’entrée pour le fluide organique vaporisé, le fluide organique présentant une température d’ébullition inférieure à 40°C à pression ambiante ; - une étape 850 de condensation et de refroidissement du fluide organique lors du réchauffement du gaz détendu et - une étape 845 de sortie pour fluide organique refroidi et condensé, - une étape 890 de circulation en circuit fermé pour le fluide organique comportant : - une étape 860 de déplacement du fluide organique en sortie de l’étape d’échange de chaleur vers une pompe ; - une étape 865 de déplacement du fluide organique depuis la pompe vers un échangeur évaporateur ; - une étape 870 d’échange par évaporation du fluide organique ; - une étape 875 de déplacement du fluide organique depuis l’échangeur évaporateur vers un détendeur de fluide organique vaporisé ; - une étape 880 de détente du fluide organique vaporisé ; - une étape 885 de déplacement du fluide organique depuis le détendeur pour servir de fluide organique au cours de l’étape d’entrée pour le fluide de l’étape d’échange de chaleur et - préférentiellement, une étape 835 de réchauffage du gaz sorti de l’étape 815 d’échange et - une étape 840 de sortie pour le gaz détendu en aval de l’étape d’échangeur de chaleur.FIG. 8 shows a succession of particular steps of the method 80 which is the subject of the present invention. This method 80 for extracting and recovering the expansion energy of an unheated pressure gas comprises: a step 810 of quasi-adiabatic expansion and thus producing mechanical energy on a rotating shaft of the gas entered in a pressure reducer, the pressure regulator comprising the rotating shaft; a heat exchange step 815 comprising: on the one hand: an inlet step 820 for the expanded gas; a step 825 for reheating the gas expanded by a vaporized organic fluid and a step 830 for exiting the heated expanded gas, and secondly for an inlet stage 855 for the vaporized organic fluid, the organic fluid having a boiling point below 40 ° C at ambient pressure; a step 850 for condensing and cooling the organic fluid during the heating of the expanded gas and an exit step 845 for cooled and condensed organic fluid; a closed circuit circulating step 890 for the organic fluid comprising: a step 860 displacement of the organic fluid at the output of the heat exchange step to a pump; a step 865 of displacement of the organic fluid from the pump to an evaporator exchanger; a step 870 of exchange by evaporation of the organic fluid; a step 875 of displacement of the organic fluid from the evaporator exchanger to a vaporized organic fluid expander; a step 880 of relaxing the vaporized organic fluid; a step 885 for displacing the organic fluid from the expander to serve as an organic fluid during the inlet step for the fluid of the heat exchange stage and, preferably, a step 835 for heating the exhaust gas of the exchange step 815 and an exit step 840 for the expanded gas downstream of the heat exchanger stage.

Ce procédé 80 est mis en œuvre, par exemple, par le dispositif 10 décrit en regard de la figure 1.This method 80 is implemented, for example, by the device 10 described with reference to FIG.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Dispositif (10) d’extraction et de valorisation de l’énergie de détente d’un gaz sous pression non chauffé, caractérisé en ce qu’il comporte : - un détendeur (110) de gaz de type machine tournante, comportant un arbre (111) libre en rotation configuré pour réaliser une détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l’énergie mécanique sur l’arbre en rotation, - un échangeur (115) de chaleur condenseur/réchauffeur comportant : - une entrée (120) pour le gaz détendu ; - une entrée (125) pour un fluide organique vaporisé, le fluide organique présentant une température d’ébullition inférieure à 40°C à pression ambiante ; - une sortie (130) pour gaz détendu réchauffé et - une sortie (135) pour fluide organique refroidi et condensé, - un circuit (140) fermé pour le fluide organique, dit « machine ORC » (pour Organic Rankine Cycle, traduit par Cycle Organique de Rankine), reliant : - la sortie de l’échangeur de chaleur à une pompe (155), - la pompe à un échangeur (145) évaporateur, - l’échangeur évaporateur à un détendeur (170) de fluide organique vaporisé et - le détendeur de fluide organique à l’échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur, le détendeur étant une machine tournante et réalisant une détente quasi-adiabatique du fluide organique, et produisant de l’énergie mécanique sur un arbre en rotation et - une connexion (145) de sortie pour le gaz détendu en aval de l’échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur.1. Device (10) for extracting and developing the expansion energy of an unheated pressurized gas, characterized in that it comprises: - a pressure regulator (110) of rotating machine type gas, comprising a freely rotating shaft (111) configured to effect a quasi-adiabatic expansion and thereby to produce mechanical energy on the rotating shaft, - a heat exchanger / heat exchanger (115) comprising: - an inlet (120) for relaxed gas; an inlet (125) for a vaporized organic fluid, the organic fluid having a boiling point below 40 ° C. at ambient pressure; an outlet (130) for heated expanded gas and an outlet (135) for cooled and condensed organic fluid; a closed circuit (140) for the organic fluid, called "ORC machine" (for Organic Rankine Cycle, translated by Cycle); Organic Rankine), connecting: - the output of the heat exchanger to a pump (155), - the pump to an evaporator exchanger (145), - the evaporator exchanger to a vaporized organic fluid expander (170) and the organic fluid expander at the condenser / heater heat exchanger, the expander being a rotating machine and performing a quasi-adiabatic expansion of the organic fluid, and producing mechanical energy on a rotating shaft and a connection ( 145) for the expanded gas downstream of the condenser / heater heat exchanger. 2. Dispositif (10) selon la revendication 1, dans lequel au moins un détendeur (110, 170) est une turbomachine, un arbre (111, 171) de chaque turbomachine étant relié à une génératrice (180) configurée pour convertir l’énergie mécanique produite par ledit détendeur en électricité.2. Device (10) according to claim 1, wherein at least one expander (110, 170) is a turbomachine, a shaft (111, 171) of each turbomachine being connected to a generator (180) configured to convert the energy mechanical produced by said expander in electricity. 3. Dispositif (10) selon la revendication 2, dans lequel les arbres (111, 171) de chaque turbomachine sont couplés à un arbre commun (185).3. Device (10) according to claim 2, wherein the shafts (111, 171) of each turbomachine are coupled to a common shaft (185). 4. Dispositif (10) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel les écoulements de gaz et/ou de fluide dans le dispositif sont partiellement diphasiques gaz-liquide, avec un titre de vapeur supérieur à 80% en masse pour la partie gaz.4. Device (10) according to one of claims 1 to 3, wherein the flows of gas and / or fluid in the device are partially two-phase gas-liquid, with a vapor head greater than 80% by weight for the gas part. 5. Dispositif (10) selon l’une des revendications 1 à 4, qui comporte, en aval de la sortie (130) pour gaz détendu réchauffé de l’échangeur (115) condenseur/réchauffeur, un échangeur (144) réchauffeur du gaz détendu réchauffé.5. Device (10) according to one of claims 1 to 4, which comprises, downstream of the outlet (130) for heated expanded gas of the exchanger (115) condenser / heater, a heat exchanger (144) gas heater relaxed warmed. 6. Dispositif (10) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le fluide organique est un mélange zéotropique.6. Device (10) according to one of claims 1 to 5, wherein the organic fluid is a zeotropic mixture. 7. Dispositif (20) de valorisation et d’optimisation de l’énergie de détente d’un gaz sous pression non chauffé, caractérisé en ce qu’il comporte : - un premier détendeur (211) de gaz de type machine tournante, comportant un arbre libre en rotation configuré pour réaliser une détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l’énergie mécanique sur l’arbre en rotation, - un premier échangeur (221) de chaleur condenseur/réchauffeur comportant : - une entrée (223) pour le gaz détendu issu du premier détendeur ; - une entrée (224) pour un fluide organique vaporisé, le fluide organique présentant une température d’ébullition inférieure à 40°C à pression ambiante ; - une sortie (225) pour gaz détendu réchauffé et - une sortie (226) pour fluide organique refroidi et condensé, - un deuxième détendeur (212), de type machine tournante, relié à la sortie pour gaz détendu du premier échangeur de chaleur, comportant un arbre libre en rotation configuré pour réaliser une détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l’énergie mécanique sur l’arbre en rotation, - un deuxième échangeur (222) de chaleur condenseur/réchauffeur comportant : - une entrée (227) pour le gaz détendu issu du deuxième détendeur ; - une entrée (228) pour le fluide organique ; - une sortie (229) pour gaz détendu réchauffé et - une sortie (230) pour fluide organique refroidi et condensé, - un circuit (240) fermé pour le fluide organique, dit « machine ORC » (pour Organic Rankine Cycle, traduit par Cycle Organique de Rankine), reliant : - la sortie de fluide organique de chaque échangeur de chaleur à une pompe (261, 262), - chaque pompe à un échangeur (270) évaporateur, - l’échangeur évaporateur à un détendeur (271) de fluide organique vaporisé et - le détendeur de fluide organique à l’entrée pour fluide organique de chaque échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur, le détendeur étant une machine tournante et réalisant une détente quasi-adiabatique du fluide organique, et produisant de l’énergie mécanique sur un arbre en rotation et - une connexion (255) de sortie pour le gaz détendu en aval du deuxième échangeur de chaleur condenseur/réchauffeur.7. Device (20) for enhancing and optimizing the expansion energy of a gas under unheated pressure, characterized in that it comprises: a first expander (211) of rotating machine type gas, comprising a rotational free shaft configured to perform a quasi-adiabatic expansion and thereby to produce mechanical energy on the rotating shaft, - a first condenser / heater heat exchanger (221) comprising: - an inlet (223) for the relaxed gas from the first regulator; an inlet (224) for a vaporized organic fluid, the organic fluid having a boiling point below 40 ° C. at ambient pressure; an outlet (225) for heated expanded gas and an outlet (226) for cooled and condensed organic fluid; a second expander (212) of rotating machine type connected to the expanded gas outlet of the first heat exchanger; comprising a rotational free shaft configured to effect a quasi-adiabatic expansion and thereby to produce mechanical energy on the rotating shaft, - a second heat exchanger / heat exchanger (222) comprising: - an inlet (227) for the expanded gas from the second expander; an inlet (228) for the organic fluid; an outlet (229) for warmed expanded gas and an outlet (230) for cooled and condensed organic fluid; a closed organic fluid circuit (240) called an ORC machine (for Organic Rankine Cycle). Organic Rankine), connecting: - the organic fluid outlet of each heat exchanger to a pump (261, 262), - each pump to an exchanger (270) evaporator, - the evaporator exchanger to an expander (271) of vaporized organic fluid and - the organic fluid expander at the inlet for organic fluid of each condenser / heater heat exchanger, the expander being a rotating machine and performing a quasi-adiabatic expansion of the organic fluid, and producing mechanical energy on a rotating shaft and - an outlet connection (255) for the expanded gas downstream of the second heat exchanger / heat exchanger. 8. Procédé (80) d’extraction et de valorisation de l’énergie de détente d’un gaz sous pression non chauffé, caractérisé en ce qu’il comporte : - une étape (810) de détente quasi-adiabatique et produire ainsi de l’énergie mécanique sur un arbre en rotation du gaz entré dans un détendeur, le détendeur comportant l’arbre en rotation, - une étape (815) d’échange de chaleur comportant : - d’une part : - une étape (820) d’entrée pour le gaz détendu ; - une étape (825) de réchauffage du gaz détendu par un fluide organique vaporisé et - une étape (830) de sortie du gaz détendu réchauffé et - d’autre part : - une étape (855) d’entrée pour le fluide organique vaporisé, le fluide organique présentant une température d’ébullition inférieure à 40°C à pression ambiante ; - une étape (850) de condensation et de refroidissement du fluide organique lors du réchauffement du gaz détendu et - une étape (845) de sortie pour fluide organique refroidi et condensé, - une étape (890) de circulation en circuit fermé pour le fluide organique comportant : - une étape (860) de déplacement du fluide organique en sortie de l’étape d’échange de chaleur vers une pompe ; - une étape (865) de déplacement du fluide organique depuis la pompe vers un échangeur évaporateur ; - une étape (870) d’échange par évaporation du fluide organique ; - une étape (875) de déplacement du fluide organique depuis l’échangeur évaporateur vers un détendeur de fluide organique vaporisé ; - une étape (880) de détente du fluide organique vaporisé ; - une étape (885) de déplacement du fluide organique depuis le détendeur pour servir de fluide organique au cours de l’étape d’entrée pour le fluide de l’étape d’échange de chaleur et - une étape (840) de sortie pour le gaz détendu en aval de l’étape d’échangeur de chaleur.8. Process (80) for extracting and recovering the expansion energy of an unheated pressure gas, characterized in that it comprises: a step (810) of quasi-adiabatic expansion and thus producing the mechanical energy on a rotating shaft of the gas entering an expansion valve, the expander comprising the rotating shaft, - a heat exchange step (815) comprising: on the one hand: a step (820) inlet for expanded gas; a step (825) for heating the gas expanded by a vaporized organic fluid and a step (830) for leaving the heated expanded gas, and secondly: an inlet step (855) for the vaporized organic fluid. the organic fluid having a boiling point below 40 ° C at ambient pressure; a step (850) for condensing and cooling the organic fluid during the heating of the expanded gas and a cooled and condensed organic fluid outlet step (845); a closed-circuit circulation step (890) for the fluid; organic composition comprising: a step (860) of displacement of the organic fluid at the outlet of the heat exchange stage to a pump; a step (865) of displacement of the organic fluid from the pump to an evaporator exchanger; a step (870) of exchange by evaporation of the organic fluid; a step (875) of displacement of the organic fluid from the evaporator exchanger to a vaporized organic fluid expander; a step (880) of relaxing the vaporized organic fluid; a step (885) of displacement of the organic fluid from the expander to serve as an organic fluid during the inlet step for the fluid of the heat exchange stage and - a step (840) of exit for the expanded gas downstream of the heat exchanger stage.
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