FR3137442A3 - Dispositif de refroidissement d’hydrogène - Google Patents
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Abstract
Titre : Dispositif de refroidissement d’hydrogène Un dispositif de refroidissement d’hydrogène comprend des moyens pour refroidir de l’hydrogène gazeux constitués par au moins un échangeur de chaleur, un premier organe de catalyse, un deuxième organe de catalyse, des moyens pour faire circuler l’hydrogène gazeux refroidi dans le premier organe de catalyse et ensuite le deuxième organe de catalyse, une enceinte thermiquement isolée contenant les moyens pour refroidir l’hydrogène et le premier et deuxième organes de catalyse, des moyens pour envoyer de l’azote aux premier et deuxième organes de catalyse et une seule conduite reliée à une source d’azote traverse une ouverture unique dans l’enceinte, la conduite d’azote étant reliée à deux tuyaux dont un relié au première organe et l’autre relié au deuxième organe pour y envoyer de l’azote lors de l’activation du catalyseur des premier et deuxième organes. Pas de figure
Description
La présente invention est relative à un dispositif de refroidissement d’hydrogène.
Le dispositif est destiné à faire partie d’un appareil de liquéfaction d’hydrogène. Un dispositif de liquéfaction de l’hydrogène comprend un circuit d’hydrogène à refroidir ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source d’hydrogène gazeux et une extrémité aval destinée à être reliée à un organe de collecte du fluide liquéfié. La source peut comprendre typiquement un électrolyseur, un réseau de distribution d’hydrogène, une unité de reformage de méthane (SMR) ou toute(s) autre(s) source(s) appropriée(s).
Le dispositif comprend un ensemble d’échangeurs de chaleur disposés en série pour assurer un échange thermique indirect avec le circuit de fluide à refroidir. Un seul échangeur est également envisageable.
Une première série d’échangeurs assure un refroidissement jusqu’à une température intermédiaire alors que d’autres moyens y compris une deuxième série d’échangeurs assurent la liquéfaction de l’hydrogène refroidi dans la première série.
Les passages des échangeurs de la deuxième série sont parfois au moins partiellement remplis de catalyseur pour effectuer la conversion ortho-para de l’hydrogène à liquéfier.
Sinon, le catalyseur peut se trouver dans des organe de catalyse dans la boîte froide contenant la première série et la boîte froide contenant la deuxième série.
La molécule d’hydrogène existe sous deux formes correspondant aux deux orientations possibles des spins des deux atomes l’un par rapport à l’autre. Le parallélisme des spins caractérise la forme ortho, tandis que leur opposition caractérise la forme para.
Il est connu, comme décrit dans les Techniques de l’Ingénieur J3 603, de procéder à une conversion ortho-para de l’hydrogène au cours de la réfrigération d’un débit d’hydrogène destiné à la liquéfaction.
En pratique, la conversion catalytique ortho para peut s’effectuer de différentes manières :
- Conversion isotherme
- Conversion adiabatique (le catalyseur est contenu dans au moins un pot rempli de catalyseur externe à la ligne d’échange)
- Conversion continue (le catalyseur est contenu dans l’échangeur)
Comme décrit dans FR3119669, le circuit d’hydrogène à travers la première série d’échangeurs peut comprendre un ou plusieurs organes de catalyse sous forme de pots en dehors d’échangeurs ou section(s) d’échangeur(s) pour la conversion d’hydrogène ortho en para.
Le ou les échangeurs opèrent à une température descendant jusqu’à environ 80K pour l’échangeur associés aux organes de catalyse. Les échangeurs sont placés dans une enceinte thermiquement isolée appelée boîte froide pour limiter le réchauffement des échangeurs.
La présente invention concerne le cas où la conversion catalytique ortho para est effectuée dans deux organes de catalyse en série, se trouvant en dehors de la ligne d’échange mais à l’intérieur d’une enceinte thermiquement isolée contenant généralement un isolant particulaire tel que la perlite.
Au démarrage d’un liquéfacteur d’hydrogène, il est nécessaire d’activer le catalyseur avec de l’azote chaud afin de retirer les impuretés/molécules qui se sont adsorbées sur la surface du catalyseur au contact de l’air pendant son installation dans les pots catalytiques et/ou échangeurs. Des piquages dédiés sont installés dans les boîtes froides pour faire circuler l’azote chaud au plus près du catalyseur et éviter les pertes thermiques.
Chaque traversée de cloison sur une boîte froide implique un coût supplémentaire et est source d’entrée de chaleur. Ainsi, il est important de placer les piquages dédiés à l’activation du catalyseur de manière astucieuse, sachant que cette étape n’est nécessaire qu’une seule fois dans la vie de l’usine.
Sur les liquéfacteurs en opération aujourd’hui, aucun piquage dédié n’est installé.
Selon un objet de ‘l’invention, il est prévu un dispositif de refroidissement d’hydrogène comprenant des moyens pour refroidir de l’hydrogène gazeux constitués par au moins un échangeur de chaleur, un premier organe de catalyse, un deuxième organe de catalyse, des moyens pour faire circuler l’hydrogène gazeux refroidi dans le premier organe de catalyse et ensuite le deuxième organe de catalyse, une enceinte thermiquement isolée contenant les moyens pour refroidir l’hydrogène et le premier et deuxième organes de catalyse, des moyens pour envoyer de l’azote aux premier et deuxième organes de catalyse et caractérisé en ce qu’il comprend une seule conduite reliée à une source d’azote traverse une ouverture unique dans l’enceinte, la conduite d’azote étant reliée à deux tuyaux dont un relié au première organe et l’autre relié au deuxième organe pour y envoyer de l’azote lors de l’activation du catalyseur des premier et deuxième organes.
L’invention sera décrite de manière plus détaillée.
Un dispositif de refroidissement d’hydrogène comprend des moyens pour refroidir de l’hydrogène gazeux constitués par au moins un échangeur de chaleur, un premier organe de catalyse et un deuxième organe de catalyse. L’hydrogène à refroidir circule d’abord dans le premier organe de catalyse et ensuite est refroidi dans un échangeur de chaleur avant d’être envoyé au deuxième organe de catalyse. Ainsi une partie de l’hydrogène sous la forme ortho est converti en hydrogène de la forme para.
Une enceinte thermiquement isolée renferme les moyens pour refroidir l’hydrogène et le premier et deuxième organes de catalyse. Afin d’activer le catalyseur, on envoie un débit d’azote gazeux aux deux organes de catalyse simultanément. Une seule conduite reliée à une source d’azote, telle qu’un appareil de séparation d’air ou un stockage, traverse une ouverture unique dans l’enceinte. Ensuite la conduite d’azote est reliée à deux tuyaux dont un envoie l’azote au premier organe et l’autre envoie l’azote au deuxième organe lors de l’activation d’un catalyseur des premiers et deuxièmes organes.
Par contre, il est prévu deux sorties distinctes pour l’azote ayant activé le premier organe et l’azote ayant activé le deuxième organe. L’usage de deux sorties distinctes s’impose pour éviter que le flux d'azote passe par l'échangeur entre les deux organes.
La sortie d’azote du deuxième organe est piquée sur la sortie d’une soupape en aval de ce deuxième organe via une conduite de dérivation.
Claims (1)
- Un dispositif de refroidissement d’hydrogène comprenant des moyens pour refroidir de l’hydrogène gazeux constitués par au moins un échangeur de chaleur, un premier organe de catalyse, un deuxième organe de catalyse, des moyens pour faire circuler l’hydrogène gazeux refroidi dans le premier organe de catalyse et ensuite le deuxième organe de catalyse, une enceinte thermiquement isolée contenant les moyens pour refroidir l’hydrogène et le premier et deuxième organes de catalyse, des moyens pour envoyer de l’azote aux premier et deuxième organes de catalyse et caractérisé en ce qu’il comprend une seule conduite reliée à une source d’azote traverse une ouverture unique dans l’enceinte, la conduite d’azote étant reliée à deux tuyaux dont un relié au première organe et l’autre relié au deuxième organe pour y envoyer de l’azote lors de l’activation du catalyseur des premier et deuxième organes.
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