FR3080906A1 - Procede et installation de stockage et de distribution d'hydrogene liquefie - Google Patents

Procede et installation de stockage et de distribution d'hydrogene liquefie Download PDF

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Abstract

Procédé de stockage et de distribution d'hydrogène liquéfié utilisant une installation (1) comprenant un stockage (4) d'hydrogène liquide à une pression déterminée de stockage, une source (2) d'hydrogène gazeux, un liquéfacteur (3) comprenant une entrée raccordée à la source (2) et une sortie raccordée au stockage (4) d'hydrogène liquide, le stockage (4) comprenant une conduite (10) de soutirage de liquide comprenant une extrémité raccordée au stockage (4) d'hydrogène liquide et une extrémité destinée à être raccordée à au moins un réservoir (8) mobile, le procédé comprenant une étape de liquéfaction d'hydrogène gazeux fourni par la source (2) et une étape de transfert de l'hydrogène liquéfié dans le stockage (4), caractérisé en ce que l'hydrogène liquéfié par le liquéfacteur (3) et transféré dans le stockage (4) a une température inférieure à la température de bulle de l'hydrogène à la pression de stockage.

Description

L’invention concerne un procédé et installation de stockage et de distribution d’hydrogène liquéfié.
L’invention concerne plus particulièrement un procédé de stockage et de distribution d’hydrogène liquéfié utilisant une installation comprenant un stockage d’hydrogène liquide à une pression déterminée de stockage, une source d’hydrogène gazeux, un liquéfacteur comprenant une entrée raccordée à la source et une sortie raccordée au stockage d’hydrogène liquide, le stockage comprenant une conduite de soutirage de liquide comprenant une extrémité raccordée au stockage d’hydrogène liquide et une extrémité destinée à être raccordée à au moins un réservoir mobile, le procédé comprenant une étape de liquéfaction d’hydrogène gazeux fourni par la source et une étape de transfert de l’hydrogène liquéfié dans le stockage.
Du fait de sa densité notamment, l’hydrogène liquide est privilégié par rapport à l’hydrogène gazeux lorsque de grandes quantités de produit doivent être transportées sur de grandes distances.
Un autre avantage de l’hydrogène liquide est lié à sa densité et la grande capacité de stockage dans une station-service d’hydrogène pour véhicule pile à combustible. Une température de 20K élimine de facto toutes les impuretés (solides à cette température) du gaz, ce qui optimise le fonctionnement des piles à combustible.
En revanche, du fait de la faible densité de l’hydrogène liquide (70g/litre) comparativement à l’eau, la pression disponible par hauteur hydrostatique et la basse température peuvent engendrer des pertes par évaporation assez importantes lors des transferts de liquide.
En effet, les systèmes de chargement de camions et les réservoirs dans les usines de liquéfaction de l’hydrogène peuvent engendrer des pertes pouvant aller jusqu’à 15 % de la production (par exemple 0.2% de perte du réservoir, 5% de perte du au « flash » dans la vanne de remplissage du réservoir et 10% de perte dans les procédés de remplissage des camions).
Ces pertes par évaporation peuvent bien sûr être récupérées, réchauffées, re-comprimées après stockage et réinjectées dans le liquéfacteur. Ceci est schématisé à la figure 1 qui représente une installation comprenant un stockage 4 de stockage de liquide produit. L’hydrogène est produit à partir d’une source 2 d’hydrogène gazeux qui est liquéfié dans un liquéfacteur 3 avant son transfert dans le stockage 4. Le gaz de de vaporisation (boil-off) peut être prélevé dans une unité comprenant par exemple, en série, un réchauffeur 5, un réservoir 6 tampon (par exemple isobare), un organe 7 de compression. Le gaz récupéré et comprimé peut être admis à l’entrée du liquéfacteur 3 en vue de sa reliquéfaction et réintroduction dans le stockage 4.
Le stockage 4 peut assurer l’approvisionnement de réservoirs 8, notamment de camion de livraisons de liquide, par exemple par gravité ou par différence de pression.
Tout ou partie de l’hydrogène évaporé lors de ces opérations de remplissage de réservoirs 8 de camions peut être mis à l’atmosphère ou éventuellement récupéré via une ligne 9 qui réinjecte ce gaz dans le circuit de récupération et de re-liquéfaction.
Ces solutions génèrent des pertes de produit (rejet à l’air) ou nécessitent de dimensionner le liquéfacteur 3 et l’unité de récupération de gaz pour pouvoir absorber les gaz de vaporisation produits lors des remplissages de camions.
Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le procédé selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu’en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que l’hydrogène liquéfié par le liquéfacteur et transféré dans le stockage à une température inférieure à la température de bulle de l’hydrogène à la pression de stockage.
Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :
- le procédé comporte une étape de récupération d’hydrogène provenant d’un réservoir mobile, l’hydrogène récupéré ayant une température supérieure à la bulle de l’hydrogène à la pression de stockage, notamment de l’hydrogène gazeux vaporisé, l’étape de récupération comprenant un transfert dudit hydrogène récupéré dans le stockage,
- lors de l’étape de récupération, l’hydrogène récupéré est transféré dans la partie liquide du stockage,
- la pression de stockage est comprise entre 1,05 bar et 5 bar notamment 2,5 bar,
- l’hydrogène liquide produit par le liquéfacteur et transféré dans le stockage à une température comprise entre la température de saturation à la pression du liquide et la température de saturation à la pression de 1,1 bar abs, notamment une température de 20,4 à 23,7K pour une pression de stockage de 2,5 bar,
- l’hydrogène liquide produit par le liquéfacteur et transféré dans le stockage à une température comprise entre la température de saturation à la pression du liquide et la température juste supérieure à la température de solidification de l’hydrogène notamment une température de 15K à 23,7K pour une pression de stockage de 2,5 bar,
- l’hydrogène liquide produit par le liquéfacteur est transféré directement dans le réservoir et éventuellement également dans le stockage et a une température comprise entre la température de saturation à la pression du liquide et la température juste supérieure à la température de solidification de l’hydrogène notamment une température de 15K à 23.7K pour une pression de stockage de 2,5 bar,
- l’étape de transfert de l’hydrogène liquéfié dans le stockage (4) est réalisée dès que le niveau de liquide dans le stockage est inférieur à un seuil déterminé,
- lors de l’étape de récupération l’hydrogène récupéré est transféré directement dans le stockage (4), c’est-à-dire sans pré-refroidissement, l’hydrogène récupéré étant refroidi et le cas échant liquéfié par l’hydrogène liquide sans le stockage,
L’invention concerne également une installation de stockage et de distribution d’hydrogène liquéfié comprenant un stockage d’hydrogène liquide à une pression déterminée de stockage, au moins un réservoir mobile, une source d’hydrogène gazeux, un liquéfacteur comprenant une entrée raccordée à la source et une sortie raccordée au stockage d’hydrogène liquide, le stockage comprenant une conduite de soutirage de liquide comprenant une extrémité raccordée au stockage d’hydrogène liquide et une extrémité destinée à être raccordée au(x) réservoir(s) mobile(s), le liquéfacteur étant configuré pour produire et alimenter le stockage avec de l’hydrogène à une température inférieure à la température de bulle de l’hydrogène à la pression de stockage et en ce que l’installation comprend une conduite de récupération de gaz vaporisé comprenant une extrémité destinée à être reliée au(x) réservoir(s) et une extrémité destinée à être reliée au stockage, pour transférer ce gaz vaporisé dans le stockage en vue de sa liquéfaction.
Selon d’autres particularités possibles :
- le liquéfacteur est configuré pour produire et alimenter le stockage avec de l’hydrogène à une température inférieure de 0,1 à 12 degrés K par rapport à la température de bulle de l’hydrogène à la pression de stockage,
- le liquéfacteur est configuré pour produire et alimenter le stockage avec de l’hydrogène à une température comprise entre 20,4 K et 33 K pour une pression de stockage comprise entre 1,05 et 12 bar et/ou pour produire et alimenter le stockage avec de l’hydrogène à une température comprise entre 15 K et 27,1 K pour une pression de stockage comprise entre 1,05 et 5bar,
- la conduite de récupération de gaz vaporisé comprend une vanne permettant d’isoler le réservoir du stockage,
- le liquéfacteur est configuré pour produire et alimenter le réservoir avec de l’hydrogène à une température comprise entre 15 K et 27,1 K en conservant la pression et la masse d’hydrogène dans le réservoir via une reliquéfaction directe,
- le stockage comprend une phase gazeuse et une phase liquide d’hydrogène,
- les phases gazeuse et liquide d’hydrogène du stockage ont des températures respectives différentes, c’est-à-dire que les phases gazeuse et liquide ne sont pas maintenues à l’équilibre thermodynamique dans le stockage,
- la sortie du liquéfacteur est raccordée au stockage d’hydrogène liquide via une conduite débouchant dans la phase liquide du stockage,
- l’installation comprend une conduite ayant une extrémité raccordée à la sortie du liquéfacteur et une extrémité destinée à être raccordée directement au(x) réservoir(s),
- le stockage est configuré pour concentrer les entrées thermiques dans sa partie abritant la phase gazeuse, notamment en partie supérieure du stockage,
- le stockage (4) est suspendu ou supporté par des éléments (15) structurels de maintien reliés majoritairement à la partie supérieure du stockage.
- le stockage est un réservoir à double parois isolé sous vide,
- l’installation comprend une conduite ayant une extrémité raccordée à la sortie du liquéfacteur et une extrémité débouchant dans la phase gazeuse du stockage,
- l’installation est configurée pour maintenir le niveau de liquide dans le stockage au-dessus d’un seuil déterminé en approvisionnant automatiquement le stockage avec de l’hydrogène produit par le liquéfacteur.
L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications.
D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles :
- la figure 1 représente un vue schématique et partielle illustrant la structure et le fonctionnement d’une installation selon l’art antérieur,
- les figures 2 et 3 représentent des vues schématiques et partielles illustrant respectivement la structure et le fonctionnement de deux exemples d’installation selon l’invention,
- les figures 4 et 5 représentent deux vues schématiques illustrant respectivement deux exemples de structure de stockage.
Une installation 1 de stockage et de distribution d’hydrogène liquéfié selon un exemple de réalisation de l’invention est représenté à la figure 2. Les mêmes éléments que ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes références numériques.
L’installation 1 comprend un stockage 4 d’hydrogène liquide à une pression déterminée de stockage 4. Ce stockage est par exemple un stockage isolé sous vide de grande capacité, par exemple de plusieurs milliers de litres. Ce stockage 4 contient classiquement une phase liquide avec une phase vapeur.
Classiquement, la pression de stockage est de préférence régulée, par exemple à une valeur fixe (par exemple entre 1,05 et 11 bar, par exemple entre 1,1 et 5 bar notamment 2,5 bar absolu).
Par pression de stockage on entend par exemple la pression moyenne dans le stockage ou en partie basse du stockage ou en partie supérieure (dans le ciel gazeux). En effet, du fait de la faible densité de l’hydrogène, la pression dans la partie inférieure du stockage est sensiblement égale à la pression en partie supérieure.
L’installation comprend en outre une source 2 d’hydrogène gazeux, un liquéfacteur 3 comprenant une entrée raccordée à la source 2 et une sortie raccordée au stockage 4 d’hydrogène liquide.
La source 2 peut être un réseau d’hydrogène et/ou une unité de production d’hydrogène (par exemple vapo-reformage et/ou par électrolyse ou toute autre source appropriée).
L’hydrogène fourni par la source 2 et liquéfié par le liquéfacteur 3 peut être transféré dans le stockage 4 de façon intermittente et/ou en continu et/ou en cas de baisse du niveau de liquide dans le réservoir en dessous d’un seuil déterminé. De préférence, le niveau de liquide dans le stockage 4 est contrôlé automatiquement via l’approvisionnement de la part du liquéfacteur 3 (débit du liquéfacteur 3 et/ou vanne de régulation du débit de liquide fourni au stockage 4).
L’installation comprend en outre une conduite 10 de soutirage de liquide comprenant une extrémité raccordée au stockage 4 d’hydrogène liquide et une extrémité destinée à être raccordée à un ou des réservoir(s) 8 à remplir, notamment des réservoir mobile(s) tels que des citernes montées sur des camions de livraison.
Ces camions peuvent en particulier alimenter des réservoirs fixes, notamment de stations de fourniture d’hydrogène à des véhicules.
Selon une particularité, le liquéfacteur 3 est configuré pour produire et alimenter le stockage 4 avec de l’hydrogène à une température inférieure à la température de bulle de l’hydrogène à la pression de stockage.
La pression de stockage est comprise par exemple entre 1,05 bar et 5 bar notamment 2,5 bar.
Par exemple, l’hydrogène liquide produit par le liquéfacteur 3 et transféré dans le stockage 4 a une température inférieure de 0,1 à 12 degrés K par rapport à la température de bulle de l’hydrogène à la pression de stockage, notamment à une température comprise entre 16 K et 23 K pour une pression de stockage comprise entre 1,05 et 11 bar notamment une température de 20,4 à 21K pour une pression de stockage de 2,5 bar
C’est-à-dire que le liquéfacteur 3 produit un liquide qui est sous refroidi par rapport aux configurations de l’art antérieur, c'est-à-dire à une température inférieure à la température de bulle de l’hydrogène à la pression du stockage 4.
Par température de bulle on désigne la température (à une pression donnée) à partir de laquelle apparaissent les premières bulles d’ébullition (vaporisation).
De préférence, le liquéfacteur 3 fournit directement l’hydrogène liquide aux conditions thermodynamiques sous refroidies. Par exemple, en sortie du liquéfacteur 3 l’hydrogène a des conditions de sous refroidissement qui tiennent éventuellement compte du réchauffement dans le circuit menant jusqu’au stockage.
De préférence, les phases liquide et gazeuse d’hydrogène ne sont pas à l’équilibre thermodynamique dans le stockage 4. C’est-à-dire que les phases gazeuse et liquide d’hydrogène du stockage 4 ont des températures respectives différentes. En particulier, l’hydrogène peut être à maintenu à une pression stable (pression de stockage) mais la température de l’hydrogène, notamment gazeux peut être stratifiée entre la phase liquide froide en partie inférieure et la partie gazeuse plus chaude en partie supérieure.
Dans cette configuration (températures différentes entre la partie gazeuse et la partie liquide), la grande majorité de la partie gazeuse peut être à une température de 40K.
Or, le point critique de l’hydrogène est de 12,8 bar à 33K. Il n’est donc pas possible de condenser le gaz en augmentant la pression du gaz de manière isotherme à 40K.
On peut alors facilement conclure qu’en première approche, une pressurisation du stockage 4 par ajout de liquide froid par le bas du stockage 4 est possible sans condensation du ciel gazeux.
Il est ainsi possible d’obtenir un système thermodynamique métastable (ou instable) comprenant un ciel gazeux relativement « chaud » (à une température supérieure ou égale à 40K par exemple) et une partie liquide ayant une température correspondante à son point de bulle, ou inférieure. Il s’agit là d’un cas particulier d’un liquide sous refroidi associé à un ciel gazeux stratifié en température.
Le stockage 4 peut être préférentiellement sphérique.
De plus, de préférence, ce stockage 4 est configuré de manière à ce que la majorité des entrées de chaleur se fasse par sa partie supérieure. Comme schématisé aux figures 4 et 5, le stockage 4 peut être suspendu ou supporté par des éléments 15 structurels de maintien (tirants, bras, ...) reliés majoritairement à la partie supérieure du stockage 4. Ainsi, les entrées thermiques qui transitent majoritairement par ces éléments structurels vont donc majoritairement réchauffer la partie supérieure du stockage 4. Les tirants ou éléments de supportage peuvent être disposés dans l’espace inter-parois sous vide et peuvent être reliés à la partie supérieure de l’enveloppe interne qui continent le fluide.
Cette configuration permet une plus grande stratification (en température) de la phase gazeuse.
Ainsi, le remplissage du stockage 4 peut être réalisé via une conduite 12 de remplissage qui débouche dans la partie liquide, notamment dans le fond du stockage 4. Par exemple, cette conduite 12 peut transiter via l’espace d’isolation sous vide entre l’inter-parois de stockage 4 (cf. figure 2).
Le transfert/remplissage peut être contrôlé via une vanne 16 (par exemple pilotée).
Le contrôle de la pression dans le stockage 4 peut être réalisé par exemple en contrôlant de la pression du ciel gazeux. Par exemple, la pression peut être augmentée (dispositif classique d’injection d’hydrogène plus chaud dans le ciel gazeux non représenté sur la figure par soucis de simplification). C’est-à-dire qu’un dispositif d’augmentation de pression peut prélever du liquide dans le stockage, le réchauffer et le réinjecter dans la partie supérieure du stockage 4.
Pour diminuer la pression dans le stockage 4, une solution peut consister à injecter de l’hydrogène liquide provenant du liquéfacteur 3 en pluie dans la partie gazeuse. Ceci peut être réalisé via une conduite 14 appropriée munie d’une vanne 17 par exemple. Pour diminuer la pression dans le stockage 4 il est également possible de rejeter à l’air une partie de l’hydrogène gazeux contenu dans le ciel gazeux (par exemple conduite 18 munie d’une vanne non représentée).
Ainsi, ce liquide dans le stockage 4 possède une « réserve d’énergie » ou « réserve de frigories » avant de commencer à s’évaporer.
Le liquéfacteur 3 peut être par exemple un liquéfacteur dont le fluide de travail comprend ou est constitué d’hélium. Par exemple le liquéfacteur 3 peut comprendre un système cryogénique dit « turbo-Brayton » commercialisé par le demandeur pouvant assurer notamment une réfrigération et une liquéfaction de 15 K à 200K.
Bien entendu, tout autre solution de liquéfaction peut être envisagée. Ainsi, par exemple, d’autres configurations sont possibles avec des cycles à fluide de travail hydrogène comprenant des vannes d’expansion sous vide, ou avec des systèmes de sous refroidissement post liquéfaction de l’hydrogène de type turbine liquide ou cycle hélium additionnel.
Cette configuration permet de récupérer et de condenser l’hydrogène plus chaud provenant d’un réservoir 8 rempli, sans nécessiter de système décrit en liaison avec la figure 1.
Cette configuration permet également de condenser dans un réservoir 8 l’hydrogène plus chaud en conservant la masse d’hydrogène initialement présente dans ce réservoir 8.
A cet effet, l’installation peut comprendre une conduite 11 (de préférence munie d’une vanne 21 cf. figure 3) de récupération de gaz vaporisé comprenant une extrémité destinée à être reliée au(x) réservoir(s) 8 et une extrémité destinée à être reliée au stockage 4, pour transférer ce gaz vaporisé dans le stockage 4 en vue de sa liquéfaction.
Le remplissage des réservoirs 8 peut alors être réalisé de quatre façons différentes.
Selon une première possibilité, le remplissage est réalisé par effet de thermosiphon. Le point chaud (le réservoir 8) est plus bas que le point froid (le stockage 4), une convection naturelle d’hydrogène liquide va alors se mettre en place naturellement et remplir le réservoirs relié hydrauliquement au stockage 8 via la conduite 10 de soutirage.
Dans cette configuration, le mélange diphasique chaud qui retourne vers le stockage 8 via la conduite 11 de récupération est recondensé dans la partie liquide du stockage 8 (hydrogène sous refroidi). Un stockage intermédiaire de petite taille et à plus basse pression peut être éventuellement être utilisé pour l’amorçage du système.
Selon une deuxième configuration possible, le remplissage de réservoirs 8 peut être forcé via une pompe 19 ou tout autre organe équivalent. La pompe 19 est par exemple située dans la conduite 10 de soutirage. Dans ce cas, l’hydrogène liquide est injecté dans le réservoir 8 et le liquide évaporé retourne dans le stockage 4 via la conduite 11 de récupération. Comme précédemment, le fluide chaud récupéré est condensé au contact de l’hydrogène sous refroidi contenu dans le stockage 4.
Ce fluide chaud peut être refroidi dans la phase liquide via un condenseur (optionnel) ou directement par bullage dans le liquide.
Cette configuration en circulation forcée permet de réduire la durée de remplissage du réservoir 8.
Selon une troisième possibilité, l’installation peut comporter une conduite 13 ayant une extrémité raccordée à la sortie du liquéfacteur 3 et une extrémité destinée à être raccordée au(x) réservoir(s) 8 directement (sans passer par le stockage 4) cf. figure 3. La conduite 13 peut être munie d’une vanne 20 (de préférence piloté) pour transférer de l’hydrogène liquide du liquéfacteur 3 vers le réservoir 8. Comme précédemment, le fluide chaud récupéré par la conduite 11 de récupération est renvoyé dans le stockage 4 pour y être refroidi/condensé. Cette configuration permet avantageusement de remplir des réservoirs 8 avec de l’hydrogène sousrefroidi à une pression supérieure à la pression maximale d’utilisation du réservoir 4, sans utiliser de pompe.
Selon une quatrième possibilité, l’installation peut comporter une conduite 13 ayant une extrémité raccordée à la sortie du liquéfacteur 3 et une extrémité destinée à être raccordée directement au(x) réservoir(s) 8 à remplir (sans passer par le stockage 4) cf. figure 3. La conduite 13 peut être munie d’une vanne 20 (de préférence pilotée) pour transférer de l’hydrogène liquide du liquéfacteur 3 vers le réservoir 8. Le fluide chaud présent dans le réservoir 8 est conservé dans le réservoir 8 en fermant la vanne 21 sur la conduite 11 de retour au stockage 4 jusqu’à ce que la pression dans le réservoir 8 ait baissé suffisamment (jusqu’à un niveau de pression déterminé) du fait de la condensation des vapeurs chaudes par l’hydrogène liquide sous-refroidi provenant du liquéfacteur 3. Comme précédemment, le fluide chaud peut ensuite être récupéré par la conduite 11 de récupération puis renvoyé dans le stockage 4 pour y être refroidi/condensé.
La vanne 21 de la conduite 11 de retour permet ainsi de conserver la pression et la masse d’hydrogène dans le stockage 8 par reliquéfaction directe.
Les différentes possibilités pourront être utilisées sur la même installation lorsque les conditions de pressions et de remplissage des stockages 4 et 8 seront optimisées pour chaque solution et ainsi augmenter le rendement liquide de l’installation complète.
Les pertes par évaporation liées au remplissage de réservoirs 8 sont alors au moins en partie compensées par le sous refroidissement de l’hydrogène contenu dans le stockage 4 (première ou seconde solution) ou par l’hydrogène sous-refroidi qui provient directement du liquéfacteur 3.
Selon ces solutions, il n’est donc pas nécessaire d’investir dans un système de recirculation des gaz évaporés et les réservoirs 8 mobiles peuvent avantageusement revenir à l’installation 1 sans dépressurisation ou mise en froid préalables.
Cette solution nécessite un investissement relativement faible et n’augmente que faiblement la consommation énergétique de liquéfaction de l’installation.
En fonction du prix de l’énergie, de la valeur de l’hydrogène, le système décrit peut même permettre une économie globale sur le coût de liquéfaction.
L’invention peut permettre le cas échéant d’augmenter le sousrefroidissement du liquide lorsque la demande en hydrogène est inférieure à la capacité nominale. En effet, la capacité de production d’hydrogène sous-refroidi décroît avec le niveau de sous-refroidissement. Ceci peut permettre de régler avantageusement le niveau de sous refroidissement du liquide contenu dans le stockage 4.
Ainsi, tout en étant de structure simple et peu coûteuse, l’invention permet de réduire les pertes de gaz par évaporation lors des transferts de liquide cryogénique dans les camions de livraison ou autre réservoirs 8 mobiles.
La solution peut le cas échéant profiter des avantages de l’hydrogène sousrefroidi sur des liquéfacteurs existants par ajout d’un système de refroidissement du liquide et de mise en froid des réservoirs 8 à remplir. La capacité de liquéfaction nette de l’unité existante peut également être augmentée du fait de la réduction des vapeurs d’hydrogène à récupérer.
L’invention peut s’appliquer à d’autres gaz que l’hydrogène le cas échéant.
A titre d’exemple, les paragraphes ci-dessous comparent des données de fonctionnement entre l’art antérieur correspondant à la figure 1 et l’invention.
Dans la configuration de la figure 1 l’hydrogène gazeux provenant de la source peut être à la température ambiante et avoir une pression de 1,1 à 30 bar abs et un débit entre 1 et 100 t/jour. L’hydrogène liquide fourni par le liquéfacteur 3 peut avoir une pression comprise entre 1.05 et 12.8 bar) et une température comprise entre 20.4 et 33K. L’hydrogène liquide transféré vers le réservoir 8 peut avoir une pression comprise entre 1.05 et 12 bar et une température entre 20.4 et 33K. Le gaz de flash (vaporisé) du réservoir 8 chaud à remplir peut avoir une pression comprise 1,3 et 5 bar abs et une température de 30 à 150K. Ce gaz de flash peut être réchauffé à la température ambiante puis re-comprimé à une pression de 30 bar par exemple.
En revanche, dans la configuration de l’invention (figure 2 ou 3), l’hydrogène gazeux provenant de la source 2 peut être à la température ambiante et avoir une pression de 1,1 à 30 bar abs et un débit de 1 à 100t/jour mais inférieur au débit de la première configuration. L’hydrogène liquide fourni par le liquéfacteur 3 peut avoir une pression comprise entre 1,1 et 12 bar et une température comprise entre la température de saturation et 16 K. L’hydrogène liquide transféré vers le réservoir 8 peut avoir une pression comprise entre 1,1 et 12 bar (selon que le transfert est réalisé par thermosiphon ou via une pompe) et une température de 20,4K. Le gaz de flash (vaporisé) du réservoir 8 chaud à remplir peut avoir une pression comprise 1,2 et 12 bar abs et une température de 30 à 150K. Le gaz liquéfié peut être retourné au réservoir 8 à des conditions de pression comprises entre 2,5 et 5 bar abs et une température de 30 à 50K. Ces chiffres sont donnés à titre d’exemple pour un stockage ayant une autonomie de 5 jours de production et des pertes par évaporation de 0,2% de son volume par jour.

Claims (19)

1. Procédé de stockage et de distribution d’hydrogène liquéfié utilisant une installation (1) comprenant un stockage (4) d’hydrogène liquide à une pression déterminée de stockage, une source (2) d’hydrogène gazeux, un liquéfacteur (3) comprenant une entrée raccordée à la source (2) et une sortie raccordée au stockage (4) d’hydrogène liquide, le stockage (4) comprenant une conduite (10) de soutirage de liquide comprenant une extrémité raccordée au stockage (4) d’hydrogène liquide et une extrémité destinée à être raccordée à au moins un réservoir (8) mobile, le procédé comprenant une étape de liquéfaction d’hydrogène gazeux fourni par la source (2) et une étape de transfert de l’hydrogène liquéfié dans le stockage (4), caractérisé en ce que l’hydrogène liquéfié par le liquéfacteur (3) et transféré dans le stockage (4) a une température inférieure à la température de bulle de l’hydrogène à la pression de stockage.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de récupération d’hydrogène provenant d’un réservoir (8) mobile, l’hydrogène récupéré ayant une température supérieure à la bulle de l’hydrogène à la pression de stockage, notamment de l’hydrogène gazeux vaporisé, l’étape de récupération comprenant un transfert dudit hydrogène récupéré dans le stockage (4).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lors de l’étape de récupération, l’hydrogène récupéré est transféré dans la partie liquide du stockage (4).
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 2 à 3, caractérisé en ce que la pression de stockage est comprise entre 1,05 bar et 5 bar notamment 2,5 bar.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’hydrogène liquide produit par le liquéfacteur (3) et transféré dans le stockage (4) a une température comprise entre la température de saturation à la pression du liquide et la température de saturation à la pression de 1,1 bar abs, notamment une température de 20,4 à 23,7K pour une pression de stockage de 2,5 bar.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’hydrogène liquide produit par le liquéfacteur (3) et transféré dans le stockage (4) a une température comprise entre la température de saturation à la pression du liquide et la température juste supérieure à la température de solidification de l’hydrogène notamment une température de 15K à 23,7K pour une pression de stockage de 2,5 bar.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’hydrogène liquide produit par le liquéfacteur (3) est transféré directement dans le réservoir (8) et éventuellement également dans le stockage (4) et a une température comprise entre la température de saturation à la pression du liquide et la température juste supérieure à la température de solidification de l’hydrogène notamment une température de 15K à 23.7K pour une pression de stockage de 2,5 bar.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l’étape de transfert de l’hydrogène liquéfié dans le stockage (4) est réalisée dès que le niveau de liquide dans le stockage est inférieur à un seuil déterminé.
9. Installation de stockage et de distribution d’hydrogène liquéfié comprenant un stockage (4) d’hydrogène liquide à une pression déterminée de stockage, au moins un réservoir (8) mobile, une source (2) d’hydrogène gazeux, un liquéfacteur (3) comprenant une entrée raccordée à la source (2) et une sortie raccordée au stockage (4) d’hydrogène liquide, le stockage (4) comprenant une conduite (10) de soutirage de liquide comprenant une extrémité raccordée au stockage (4) d’hydrogène liquide et une extrémité destinée à être raccordée au(x) réservoir(s) (8) mobile(s), caractérisée en ce que le liquéfacteur (3) est configuré pour produire et alimenter le stockage (4) avec de l’hydrogène à une température inférieure à la température de bulle de l’hydrogène à la pression de stockage et en ce que l’installation comprend une conduite (11) de récupération de gaz vaporisé comprenant une extrémité destinée à être reliée au(x) réservoir(s) (8) et une extrémité destinée à être reliée au stockage (4), pour transférer ce gaz vaporisé dans le stockage (4) en vue de sa liquéfaction.
10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce que le liquéfacteur (3) est configuré pour produire et alimenter le stockage (4) avec de l’hydrogène à une température inférieure de 0,1 à 12 degrés K par rapport à la température de bulle de l’hydrogène à la pression de stockage.
11 .Installation selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que le liquéfacteur (3) est configuré pour produire et alimenter le stockage (4) avec de l’hydrogène à une température comprise entre 20,4 K et 33 K pour une pression de stockage comprise entre 1,05 et 12 bar et/ou pour produire et alimenter le stockage (4) avec de l’hydrogène à une température comprise entre 15 K et 27,1 K pour une pression de stockage comprise entre 1,05 et 5bar.
12. Installation selon la revendication 9 à 11, caractérisée en ce que la conduite (11) de récupération de gaz vaporisé comprend une vanne (21) permettant d’isoler le réservoir (8) du stockage (4).
13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que le liquéfacteur (3) est configuré pour produire et alimenter le réservoir (8) avec de l’hydrogène à une température comprise entre 15 K et 27,1 K en conservant la pression et la masse d’hydrogène dans le réservoir (8) via une reliquéfaction directe.
14. Installation selon l’une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisée en ce que le stockage (4) comprend une phase gazeuse et une phase liquide d’hydrogène.
15. Installation selon la revendication 14 caractérisée en ce que les phases gazeuse et liquide d’hydrogène du stockage (4) ont des températures respectives différentes, c’est-à-dire que les phases gazeuse et liquide ne sont pas maintenues à l’équilibre thermodynamique dans le stockage.
16.Installation selon l’une quelconque des revendications 9 à 15 caractérisée en ce que la sortie du liquéfacteur (3) est raccordée au stockage (4) d’hydrogène liquide via une conduite (12) débouchant dans la phase liquide du stockage (4).
17. Installation selon l’une quelconque des revendications 9 à 16, caractérisée en ce qu’elle comprend une conduite (13) ayant une extrémité raccordée à la sortie du liquéfacteur (3) et une extrémité destinée à être raccordée directement au(x) réservoir(s) (8).
18.Installation selon l’une quelconque des revendications 9 à 17 caractérisés en ce que le stockage (4) est configuré pour concentrer les entrées thermiques dans sa partie abritant la phase gazeuse, notamment en partie supérieure du stockage (4).
19. Installation selon l’une quelconque des revendications 9 à 18, caractérisée en ce que le stockage (4) est suspendu ou supporté par des éléments (15) structurels de maintien reliés majoritairement à la partie supérieure du stockage (4).
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