WO2023174601A1 - Procédé et appareil de refroidissement d'hydrogène - Google Patents

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WO2023174601A1
WO2023174601A1 PCT/EP2023/051625 EP2023051625W WO2023174601A1 WO 2023174601 A1 WO2023174601 A1 WO 2023174601A1 EP 2023051625 W EP2023051625 W EP 2023051625W WO 2023174601 A1 WO2023174601 A1 WO 2023174601A1
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hydrogen
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PCT/EP2023/051625
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Vanessa TURMEL
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L'air Liquide Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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    • F25J1/0268—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer using a dedicated refrigeration means
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    • F25J2270/904—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by liquid or gaseous cryogen in an open loop

Definitions

  • the present invention relates to a method and an apparatus for cooling hydrogen.
  • the present invention proposes a solution for the first stage of precooling hydrogen using the frigories of a flow of liquefied natural gas which vaporizes.
  • the process uses a cycle to transfer the heat of vaporization of the liquefied natural gas to the hydrogen which cools, this cycle comprising a compressor with an inlet temperature preferably lower than -90°C and possibly an expansion turbine.
  • a gas flow derived from the intermediate fluid cooled in step a) and/or b) is heated in the second heat exchanger to a temperature between -150°C and -90°C, is withdrawn from the second exchanger heat at this temperature and compressed in a compressor with an inlet temperature between -150°C and -90°C and at least part of the compressed intermediate fluid is first cooled in the first heat exchanger and then heated from a temperature of at most -110°C and
  • a hydrogen cooling apparatus comprising a first heat exchanger, a second heat exchanger, a compressor, possibly a turbine, means for sending either liquefied natural gas or vaporized natural gas, the vaporized natural gas being at a temperature below -50°C, heating to a temperature above 0°C by indirect heat exchange in the first heat exchanger, means for sending a flow of intermediate fluid at a pressure between 3 and 70 bars abs if the intermediate fluid is not nitrogen and between 3 and 25 bars if the intermediate fluid is nitrogen cool in the first heat exchanger to a temperature equal to or greater than -145°C, means for sending the intermediate fluid flow at a temperature equal to or greater than -145°C to cool
  • means for sending a flow of hydrogen gas to cool in the second heat exchanger without condensing means for sending a gas flow derived from the intermediate fluid cooled in step a) and/or b) to heat up in the second heat exchanger up to a temperature between -150°C and -90°C, means for withdrawing the gas flow from the second heat exchanger at this temperature, means for sending the withdrawn gas flow to the compressor with a temperature of entry between -150°C and -90°C to be compressed, means for sending at least part of the compressed intermediate fluid to cool first in the first heat exchanger, means for sending the at least part of the intermediate fluid cooled in the first exchanger heats up from a temperature of at most -110°C, at least part of the heated intermediate fluid constituting the intermediate fluid flow of step i) characterized in that the means to send the at least part of the intermediate fluid to heat up are connected so that the at least part heats up in the second heat exchanger from the temperature of at most -110°C to constitute the fluid flow intermediate of step
  • the apparatus may include a phase separator for separating a fluid from the turbine, the gas flow being the overhead gas and/or vaporized liquid from the separator.
  • a hydrogen liquefaction apparatus comprising a hydrogen cooling apparatus as described above as well as means for liquefying the hydrogen cooled in the cooling apparatus,
  • the vaporization of the LNG takes place in a single exchanger and the intermediate fluid distributes the cold to the different consumers.
  • the intermediate cycle makes it possible to produce a cold fluid lower in temperature than LNG.
  • a dedicated heat exchanger E1 is used to recover the frigories of liquefied natural gas 1 at -150°C using an intermediate fluid which is cooled by liquid 1 in exchanger E1.
  • the E1 exchanger can be a brazed plate and fin exchanger in stainless steel or steel. Otherwise the E1 exchanger can be a tube and shell exchanger.
  • the liquid 1 is heated, for example up to 15°C and possibly vaporized to cool the fluid 5 to a temperature below -50°C, preferably below -120°C. In the example it is cooled down to -140°C.
  • Gas 1 enters at the cold end of exchanger E1 and exits at the hot end as fluid 3.
  • fluid 5 is nitrogen. It can, for example, be natural gas or methane.
  • the fluid 5 is inert. Fluid 5 is preferably at a pressure between 3 and 70 bars abs if the intermediate fluid is not nitrogen and between 3 and 25 bars if the intermediate fluid is nitrogen.
  • Nitrogen 13 leaves exchanger E2 at a temperature below -90°C, for example at -120°C, or even between -150°C and -110°C, and is compressed in a compressor C, for example a centrifugal compressor, up to approximately 20 bars. Then the nitrogen at 20 bars is optionally divided into two parts 15, 17, part 17 not necessarily being present. Part 17 can cool partially in the exchanger E1 then is sent to an element to be cooled 31. Thus the heated part 19 is sent to the hot end of the exchanger E1.
  • a compressor C for example a centrifugal compressor
  • Part 15, 21 is sent at 20°C to the hot end of exchanger E1 and cools there to -140°C forming a gas 5 which is sent to exchanger E2 at a temperature of -140° C, therefore colder than the temperature at which gas 13 is withdrawn from exchanger E2.
  • Gas 5 heats up in exchanger E2 to 20°C then is cooled against the LNG in exchanger E1.
  • the gas cooled to -140°C is sent to cool, in this example first by passing through the exchanger E2 and then by expansion in a turbine T having an inlet temperature lower than -100°C, for example - 120°C.
  • the expanded fluid 7 at 1.5 bars in the turbine T is two-phase and is sent to a phase separator where it forms a liquid 9 and a gas 11.
  • the liquid is vaporized in a heat exchanger E3 and joins the gas 11 to heat up in the exchanger E2 constituting the flow 13 to be sent to the cold compressor C.
  • the flow 13 can be constituted by the vapor
  • the nitrogen or another fluid for example helium or a mixed refrigerant, circulates in a closed cycle, taking frigories from the LNG.
  • the hydrogen 25 is then cooled and liquefied in another heat exchanger in a known manner.
  • a cycle of hydrogen, helium or mixed refrigerants possibly including rare gases provides the necessary refrigeration.
  • LNG provides at least part of the refrigeration necessary for the precooling of hydrogen gas down to -190°C.
  • This fraction can be at least 50%, at least 75% or at least 99% of the frigories necessary for cooling the hydrogen gas down to -190°C. LNG can even provide all the necessary frigories apart from those coming from the T turbine.
  • the LNG can be vaporized in an independent vaporizer, for example of the "Open Rack Vaporizer” type, by heat exchange with water, possibly sea water.
  • This vaporizer includes a series of vertical tubes in which the LNG circulates which vaporizes, the water flowing over the outside of the tubes.
  • Other types of exchanger can obviously be considered.
  • the process can also supply cold to another element 31, cooled by the cycle.
  • part 17 of the gas compressed in the compressor C is cooled in the heat exchanger to an intermediate temperature, here -50°C, is withdrawn from the exchanger in a central zone of the heat exchanger and serves to cool the element 31 by being itself reheated to form the gas 19 which joins the compressed flow 15 in the compressor C to form the flow 21 which enters the exchanger E1 at 20°C .
  • an intermediate temperature here -50°C
  • Element 31 can for example be a liquefier of another gas or an apparatus for separation by distillation and/or partial condensation at a temperature below 0°C, for example a carbon dioxide liquefier.
  • a heater for example an electric heater or a heat exchanger heated by hot water, will be used to heat fraction 17 to form flow 19.
  • the gas 5 is not cooled in the exchanger E2 but only in the turbine E.
  • the gas 5 enters the turbine E at the temperature at which it leaves the heat exchanger E1.
  • the gas 13 is compressed in the cold compressor 1 and then in a booster C1 coupled to the turbine E. It is the gas compressed in the booster C1 which is sent to the exchanger E1 to recover the cold from the LNG 1.
  • the natural gas 3 produced can be sent to a hydrocarbon conversion unit for conversion and/or as fuel.
  • the unit can be POX, ATR or SMR type.
  • the hydrogen to be liquefied can obviously come from this unit.

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Abstract

Dans un procédé de refroidissement d'hydrogène, du gaz naturel liquéfié se réchauffe par échange de chaleur indirect dans un premier échangeur de chaleur (El) avec un débit de fluide intermédiaire, le débit de fluide intermédiaire est refroidi, un débit d'hydrogène gazeux (23) se refroidit dans un deuxième échangeur de chaleur sans se condenser, un débit gazeux dérivé du fluide intermédiaire refroidi se réchauffe dans le deuxième échangeur de chaleur (E2) jusqu'à une température entre -150°C et -90°C, est soutiré du deuxième échangeur à cette température et comprimé dans un compresseur avec une température d'entrée entre -150°C et -90°C.

Description

Procédé et appareil de refroidissement d’hydrogène
La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de refroidissement d’hydrogène.
Il est connu d’optimiser un procédé de refroidissement d’hydrogène en récupérant des frigories de la vaporisation de gaz naturel liquéfié (LNG).
Il est connu de liquéfier l’hydrogène en deux étapes :
  • Une première étape de prérefroidissement utilisant un cycle d’azote ou un cycle de réfrigérants mixtes suivie de
  • Une deuxième étape de liquéfaction de l’hydrogène refroidi avec un cycle d’hydrogène, d’hélium ou de réfrigérants mixtes y compris des gaz rares.
La présente invention propose une solution pour la première étape de préfroidissement de l’hydrogène en utilisant les frigories d’un débit de gaz naturel liquéfié qui se vaporise.
En particulier le procédé utilise un cycle pour transférer la chaleur de vaporisation du gaz naturel liquéfie vers l’hydrogène qui se refroidit, ce cycle comprenant un compresseur à température d’entrée de préférence inférieure à -90°C et éventuellement une turbine de détente.
« Large scale hydrogen liquefaction in combination with LNG re-gasification” de Kündig et al, 16th World Hydrogen Energy Conference, 2006 décrit un procédé selon le préambule de la revendication 1.
Selon un objet de l’invention, il est prévu un procédé de refroidissement d’hydrogène dans lequel
i) Soit du gaz naturel liquéfié soit du gaz naturel vaporisé, le gaz naturel vaporisé se trouvant à une température inférieure à -50°C, se réchauffe jusqu’à une température supérieure à 0°C par échange de chaleur indirect dans un premier échangeur de chaleur avec un débit de fluide intermédiaire, à une pression entre 3 et 70 bars abs si le fluide intermédiaire n’est pas l’azote et entre 3 et 25 bars si le fluide intermédiaire est l’azote, qui se refroidit jusqu’à une température égale ou supérieure à -145°C
ii) Le débit de fluide intermédiaire à une température égale ou supérieure à -145°C est refroidi
a) en l’introduisant à cette température dans un deuxième échangeur de chaleur où il se refroidit par échange de chaleur indirect et/ou
b) par détente dans une turbine, éventuellement entraînant un compresseur du procédé, ou une vanne
iii) un débit d’hydrogène gazeux se refroidit dans le deuxième échangeur de chaleur sans se condenser
iv) un débit gazeux dérivé du fluide intermédiaire refroidi dans l’étape a) et/ou b) se réchauffe dans le deuxième échangeur de chaleur jusqu’à une température entre -150°C et -90°C, est soutiré du deuxième échangeur de chaleur à cette température et comprimé dans un compresseur avec une température d’entrée entre -150°C et -90°C et au moins une partie du fluide intermédiaire comprimé est refroidi d’abord dans le premier échangeur de chaleur et ensuite se réchauffe à partir d’une température d’au plus -110°C et
v) au moins une partie du fluide intermédiaire réchauffé constitue le débit de fluide intermédiaire de l’étape i)
caractérisé en ce que l’au moins une partie du fluide intermédiaire comprimé, refroidie d’abord dans le premier échangeur de chaleur, ensuite se réchauffe dans le deuxième échangeur de chaleur à partir de la température d’au plus -110°C pour constituer le débit de fluide intermédiaire de l’étape i).
Selon d’autres aspects facultatifs de l’invention :
  • l’écart de température maximal dans le premier échangeur entre fluides à contre-courant est inférieure à 25°C, de préférence inférieure à 20°C, voire inférieure à 15°C.
  • le fluide intermédiaire contient plus que 50% mol d’azote, de préférence au moins 90% mol d’azote, voire au moins 99% mol d’azote.
  • le gaz naturel liquéfié se vaporise dans le premier échangeur de chaleur et de préférence s’y réchauffe jusqu’à une température supérieure à 0°C.
  • le débit d’hydrogène gazeux refroidi dans le deuxième échangeur de chaleur se condense dans un autre échangeur de chaleur suite à un refroidissement jusqu’à sa température de liquéfaction.
  • du gaz naturel liquéfié vaporisé ou du gaz naturel réchauffé dans le premier échangeur de chaleur est envoyé dans une unité de conversion pour être converti en hydrogène.
  • pour le démarrage le gaz naturel liquéfié se vaporise dans un échangeur de chaleur par échange de chaleur avec de l’eau, par exemple de l’eau de mer.
  • une partie du fluide intermédiaire comprimé est refroidie d’abord dans le premier échangeur de chaleur jusqu’à une température intermédiaire du premier échangeur de chaleur, par exemple entre -40°C et -90°C, de préférence entre -45°C et -70°C, et est envoyée refroidir un échangeur de chaleur auxiliaire et ensuite est envoyée après être réchauffée dans l’échangeur de chaleur auxiliaire se refroidir dans le premier échangeur de chaleur.
  • l’échangeur de chaleur auxiliaire sert à refroidir un débit de gaz contenant du dioxyde de carbone et au moins un autre composant dans un appareil de séparation et/ou de liquéfaction de dioxyde de carbone.
  • on réchauffe la partie du fluide intermédiaire comprimé avec des moyens de réchauffage connectés en parallèle avec l’échangeur de chaleur auxiliaire.
  • une partie du froid généré par du gaz naturel liquéfié soit du gaz naturel vaporisé sert à refroidir de l’eau de refroidissement d’un compresseur du procédé et/ou refroidir le débit d’hydrogène gazeux en amont d’une étape de séchage et/ou du deuxième échangeur de chaleur.
  • le débit d’hydrogène est d’abord refroidi selon un procédé selon une des revendications précédentes et ensuite liquéfié par échange de chaleur avec un cycle de réfrigération.
  • le débit d’hydrogène se refroidit dans le deuxième échangeur de chaleur par échange de chaleur avec un débit de fluide intermédiaire qui se réchauffe en amont de la compression froide et un débit de fluide intermédiaire qui se réchauffe en aval de la compression froide
  • seuls le gaz naturel liquéfié et le fluide intermédiaire échangent de la chaleur dans le premier échangeur de chaleur.
  • seuls le débit d’hydrogène et le fluide intermédiaire échangent de la chaleur dans le deuxième échangeur de chaleur
  • la température d’approche entre le gaz naturel liquéfié et le fluide intermédiaire est inférieure à 7°C.
  • le débit de fluide intermédiaire à une température égale ou supérieure à -145°C est refroidi en l’introduisant à cette température dans un deuxième échangeur de chaleur où il se refroidit par échange de chaleur indirect et/ou
  • le débit de fluide intermédiaire à une température égale ou supérieure à -145°C est refroidi par détente dans une turbine, éventuellement entraînant un compresseur du procédé, ou une vanne
  • le débit de fluide intermédiaire à une température égale ou supérieure à -145°C est refroidi uniquement par détente dans une turbine, éventuellement entraînant un compresseur du procédé, ou une vanne.
Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un appareil de refroidissement d’hydrogène comprenant un premier échangeur de chaleur, un deuxième échangeur de chaleur, un compresseur, éventuellement une turbine, des moyens pour envoyer soit du gaz naturel liquéfié soit du gaz naturel vaporisé, le gaz naturel vaporisé se trouvant à une température inférieure à -50°C, se réchauffer jusqu’à une température supérieure à 0°C par échange de chaleur indirect dans le premier échangeur de chaleur, des moyens pour envoyer un débit de fluide intermédiaire à une pression entre 3 et 70 bars abs si le fluide intermédiaire n’est pas l’azote et entre 3 et 25 bars si le fluide intermédiaire est l’azote se refroidir dans le premier échangeur de chaleur jusqu’à une température égale ou supérieure à -145°C, des moyens pour envoyer le débit de fluide intermédiaire à une température égale ou supérieure à -145°C se refroidir
a) en l’introduisant à cette température dans le deuxième échangeur de chaleur où il se refroidit par échange de chaleur indirect et/ou
b) par détente dans une turbine éventuellement entraînant un compresseur du procédé ou une vanne,
des moyens pour envoyer un débit d’hydrogène gazeux se refroidir dans le deuxième échangeur de chaleur sans se condenser, des moyens pour envoyer un débit gazeux dérivé du fluide intermédiaire refroidi dans l’étape a) et/ou b) se réchauffer dans le deuxième échangeur de chaleur jusqu’à une température entre -150°C et -90°C, des moyens pour soutirer le débit gazeux du deuxième échangeur de chaleur à cette température, des moyens pour envoyer le débit gazeux soutiré au compresseur avec une température d’entrée entre -150°C et -90°C pour être comprimé, des moyens pour envoyer au moins une partie du fluide intermédiaire comprimé se refroidir d’abord dans le premier échangeur de chaleur, des moyens pour envoyer l’au moins une partie du fluide intermédiaire refroidi dans le premier échangeur se réchauffer à partir d’une température d’au plus -110°C, au moins une partie du fluide intermédiaire réchauffé constituant le débit de fluide intermédiaire de l’étape i) caractérisé en ce que les moyens pour envoyer l’au moins une partie du fluide intermédiaire se réchauffer sont reliés pour que l’au moins une partie se réchauffe dans le deuxième échangeur de chaleur à partir de la température d’au plus -110°C pour constituer le débit de fluide intermédiaire de l’étape i) .
L’appareil peut comprendre un séparateur de phases pour séparer un fluide provenant de la turbine, le débit gazeux étant le gaz de tête et/ou le liquide vaporisé du séparateur.
Selon un autre objet de l’invention, il est prévu un appareil de liquéfaction d’hydrogène comprenant un appareil de refroidissement d’hydrogène tel que décrit ci-dessus ainsi que des moyens pour liquéfier l’hydrogène refroidi dans l’appareil de refroidissement,
L’utilisation d’un fluide intermédiaire permet de mieux contrôler l'intégration en différenciant les réseaux d’hydrogène et de LNG.
Ainsi le risque de fuite vers le H2 est réduit.
Il est possible de modifier les paramètres (pression, débit) du cycle de fluide intermédiaire pour pallier les fluctuations du LNG.
La régulation précise des conditions de sortie du LNG vaporisé / de l’H2 refroidi de façon indépendante est possible.
On peut valoriser du froid d’un terminal LNG éloigné de l’unité de liquéfaction H2 via un fluide intermédiaire (pour éviter d’importer / exporter du gaz naturel depuis le terminal LNG).
La vaporisation du LNG se fait dans un unique échangeur et le fluide intermédiaire distribue le froid vers les différents consommateurs.
Le cycle intermédiaire permet de produire un fluide froid plus bas en température que le LNG.
illustre un procédé de liquéfaction selon l’invention.
illustre un autre procédé de liquéfaction selon l’invention.
Un échangeur de chaleur dédié E1 sert à récupérer les frigories du gaz naturel liquéfié 1 à -150°C en utilisant un fluide intermédiaire qui est refroidi par le liquide 1 dans l’échangeur E1. L’échangeur E1 peut être un échangeur brasé à plaques et à ailettes en acier inoxydable ou en acier. Sinon l’échangeur E1 peut être un échangeur à tubes et à calandre.
Le liquide 1 est réchauffé, par exemple jusqu’à 15°C et éventuellement vaporisé pour refroidir le fluide 5 jusqu’à une température inférieure à -50°C, de préférence inférieure à -120°C. Dans l’exemple il est refroidi jusqu’à -140°C.
Le gaz 1 rentre au bout froid de l’échangeur E1 et sort au bout chaud comme fluide 3.
Dans l’exemple, le fluide 5 est de l’azote. Il peut, par exemple, être du gaz naturel ou du méthane. De préférence le fluide 5 est inerte. Le fluide 5 se trouve de préférence à une pression entre 3 et 70 bars abs si le fluide intermédiaire n’est pas l’azote et entre 3 et 25 bars si le fluide intermédiaire est l’azote.
L’azote 13 sort de l’échangeur E2 à une température inférieure à -90°C, par exemple à -120°C, voire entre -150°C et -110°C, et est comprimé dans un compresseur C, par exemple un compresseur centrifuge, jusqu’à environ 20 bars. Ensuite l’azote à 20 bars est optionnellement divisé en deux parties 15, 17, la partie 17 n’étant pas nécessairement présente. La partie 17 peut se refroidir partiellement dans l’échangeur E1 puis est envoyé à un élément à refroidir 31. Ainsi la partie 19 réchauffée est envoyée au bout chaud de l’échangeur E1. La partie 15, 21 est envoyée à 20°C au bout chaud de l’échangeur E1 et s’y refroidit jusqu’à -140°C formant un gaz 5 qui est envoyé à l’échangeur E2 à une température de -140°C, donc plus froide que la température à laquelle le gaz 13 est soutiré de l’échangeur E2. Le gaz 5 se réchauffe dans l’échangeur E2 jusqu’à 20°C puis est refroidi contre le LNG dans l’échangeur E1. Le gaz refroidi à -140°C est envoyé se refroidir, dans cet exemple d’abord en passant dans l’échangeur E2 et ensuite par détente dans une turbine T ayant une température d’entrée inférieure à -100°C, par exemple -120°C. Le fluide détendu 7 à 1,5 bars dans la turbine T est diphasique et est envoyé à un séparateur de phases où il forme un liquide 9 et un gaz 11. Le liquide est vaporisé dans un échangeur de chaleur E3 et rejoint le gaz 11 pour se réchauffer dans l’échangeur E2 constituant le débit 13 à envoyer au compresseur froid C. Le débit 13 peut être constitué par le liquide 9 vaporisé et/ou le gaz 11.
Ainsi l’azote, ou un autre fluide par exemple de l’hélium ou un réfrigérant mixte, circule dans un cycle fermé, prenant des frigories du LNG.
L’hydrogène gazeux 23 à température ambiante, par exemple 20°C rentre au bout chaud de l’échangeur de chaleur E2 qu’il parcourt d’un bout à l’autre pour se refroidir jusqu’à -180°C Il est ensuite refroidi dans l’échangeur de chaleur E3 contre le liquide du séparateur de phases pour former de l’hydrogène gazeux 25 à -190°C.
L’hydrogène 25 est ensuite refroidi et liquéfié dans un autre échangeur de chaleur de manière connue. Un cycle d’hydrogène, d’hélium ou de réfrigérants mixtes éventuellement y compris des gaz rares fournit les frigories nécessaires.
Ainsi le LNG fournit au moins une partie des frigories nécessaires pour le prérefroidissement de l’hydrogène gazeux jusqu’à -190°C. Cette fraction peut être au moins 50%, au moins 75% ou au moins 99% des frigories nécessaires pour le refroidissement de l’hydrogène gazeux jusqu’à -190°C. Le LNG peut même fournir toutes les frigories nécessaires à part celles provenant de la turbine T.
Pendant le démarrage de l’appareil, le LNG peut être vaporisé dans un vaporiseur indépendant par exemple du type « Open Rack Vaporizer » par échange de chaleur avec de l’eau, éventuellement de l’eau de mer. Ce vaporiseur comprend une série de tubes verticaux dans lequel circule le LNG qui se vaporise, l’eau coulant sur l’extérieur des tubes. D’autre types d’échangeur peuvent évidemment être envisagés.
Le procédé peut également fournir du froid à un autre élément 31, refroidi par le cycle. Dans la figure, on voit qu’une partie 17 du gaz comprimé dans le compresseur C est refroidie dans l’échangeur de chaleur jusqu’à une température intermédiaire, ici -50°C, est soutirée de l’échangeur dans une zone centrale de l’échangeur de chaleur et sert à refroidir l’élément 31 en étant soi-même réchauffée pour former le gaz 19 qui rejoint le débit 15 comprimé dans le compresseur C pour former le débit 21 qui rentre dans l’échangeur E1 à 20°C. Comme les pertes de charge pour le débit 18, 19 sont limitées, une petite détente du débit 15 dans une vanne suffira pour permettre aux débits 15, 19 de se mélanger.
L’élément 31 peut par exemple être un liquéfacteur d’un autre gaz ou un appareil de séparation par distillation et/ou condensation partielle à une température inférieure à 0°C, par exemple un liquéfacteur de dioxyde de carbone.
Si la fraction 17 est présente mais l’élément 31 ne fonctionne pas, un réchauffeur, par exemple un chauffage électrique ou un échangeur de chaleur réchauffé par de l’eau chaude, servira à chauffer la fraction 17 pour former le débit 19.
montre une variante de la où le gaz 5 n’est pas refroidi dans l’échangeur E2 mais seulement dans la turbine E. Ainsi le gaz 5 rentre dans la turbine E à la température à laquelle il sort de l’échangeur de chaleur E1. Le gaz 13 est comprimé dans le compresseur froid 1 et ensuite dans un surpresseur C1 couplé à la turbine E. C’est le gaz comprimé dans le surpresseur C1 qui est envoyé à l’échangeur E1 pour récupérer le froid du LNG 1.
Le gaz naturel 3 produit peut être envoyé à une unité de conversion d’hydrocarbures pour être converti et/ou comme carburant. L’unité peut être du type POX, ATR ou SMR.
L’hydrogène à liquéfier peut évidemment provenir de cette unité.

Claims (15)

  1. Procédé de refroidissement d’hydrogène dans lequel
    i) Soit du gaz naturel liquéfié (1) soit du gaz naturel vaporisé, le gaz naturel vaporisé se trouvant à une température inférieure à -50°C, se réchauffe jusqu’à une température supérieure à 0°C par échange de chaleur indirect dans un premier échangeur de chaleur (E1) avec un débit de fluide intermédiaire (5) à une pression entre 3 et 70 bars abs si le fluide intermédiaire n’est pas l’azote et entre 3 et 25 bars si le fluide intermédiaire est l’azote qui se refroidit jusqu’à une température égale ou supérieure à -145°C,
    ii) Le débit de fluide intermédiaire à une température égale ou supérieure à -145°C est refroidi
    a) en l’introduisant à cette température dans un deuxième échangeur de chaleur (E2) où il se refroidit par échange de chaleur indirect et/ou
    b) par détente dans une turbine (E) éventuellement entraînant un compresseur du procédé (C, C1), ou une vanne,
    iii) un débit d’hydrogène gazeux (23) se refroidit dans le deuxième échangeur de chaleur sans se condenser,
    iv) un débit gazeux (11, 13) dérivé du fluide intermédiaire refroidi dans l’étape a) et/ou b) se réchauffe dans le deuxième échangeur de chaleur (E2) jusqu’à une température entre -150°C et -90°C, est soutiré du deuxième échangeur de chaleur à cette température et comprimé dans un compresseur (C ) avec une température d’entrée entre -150°C et -90°C et au moins une partie (15, 17) du fluide intermédiaire comprimé est refroidie d’abord dans le premier échangeur de chaleur et ensuite se réchauffe à partir d’une température d’au plus -110°C et
    v) au moins une partie (15) du fluide intermédiaire réchauffé constitue le débit de fluide intermédiaire de l’étape i) caractérisé en ce que l’au moins une partie (15, 17) du fluide intermédiaire comprimé, refroidie d’abord dans le premier échangeur de chaleur, ensuite se réchauffe dans le deuxième échangeur de chaleur à partir de la température d’au plus -110°C pour constituer le débit de fluide intermédiaire de l’étape i) .
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel l’écart de température maximal entre fluides à contre-courant dans le premier échangeur (E1) est inférieure à 25°C, de préférence inférieure à 20°C, voire inférieure à 15°C.
  3. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le fluide intermédiaire (5) contient plus que 50% mol d’azote, de préférence au moins 90% mol d’azote, voire au moins 99% mol d’azote.
  4. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le gaz naturel liquéfié (1) se vaporise dans le premier échangeur de chaleur (E1) et de préférence s’y réchauffe jusqu’à une température supérieure à 0°C.
  5. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le débit d’hydrogène gazeux refroidi dans le deuxième échangeur de chaleur (E2) se condense dans un autre échangeur de chaleur suite à un refroidissement jusqu’à sa température de liquéfaction.
  6. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel du gaz naturel liquéfié vaporisé ou du gaz naturel réchauffé dans le premier échangeur de chaleur (E1) est envoyé dans une unité de conversion pour être converti en hydrogène.
  7. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel pour le démarrage le gaz naturel liquéfié (1) se vaporise dans un échangeur de chaleur par échange de chaleur avec de l’eau, par exemple de l’eau de mer.
  8. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel une partie du fluide intermédiaire comprimé (17) est refroidie d’abord dans le premier échangeur de chaleur jusqu’à une température intermédiaire du premier échangeur de chaleur, par exemple entre -40°C et -90°C, de préférence entre 45°C et -70°C, et est envoyée refroidir un échangeur de chaleur auxiliaire (31) et ensuite est envoyée après être réchauffée dans l’échangeur de chaleur auxiliaire se refroidir dans le premier échangeur de chaleur.
  9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel l’échangeur de chaleur auxiliaire (31) sert à refroidir un débit de gaz contenant du dioxyde de carbone et au moins un autre composant dans un appareil de séparation et/ou de liquéfaction de dioxyde de carbone.
  10. Procédé selon la revendication 8 ou 9 dans lequel on réchauffe la partie du fluide intermédiaire comprimé (18) avec des moyens de réchauffage connectés en parallèle avec l’échangeur de chaleur auxiliaire (31).
  11. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel une partie du froid généré par du gaz naturel liquéfié (1) soit du gaz naturel vaporisé sert à refroidir de l’eau de refroidissement d’un compresseur du procédé et/ou refroidir le débit d’hydrogène gazeux (23) en amont d’une étape de séchage et/ou du deuxième échangeur de chaleur.
  12. Procédé de liquéfaction d’hydrogène dans lequel le débit d’hydrogène (23) est d’abord refroidi selon un procédé selon une des revendications précédentes et ensuite liquéfié par échange de chaleur avec un cycle de réfrigération.
  13. Appareil de refroidissement d’hydrogène comprenant un premier échangeur de chaleur (E1), un deuxième échangeur de chaleur (E2), un compresseur (C), éventuellement une turbine (E), des moyens pour envoyer soit du gaz naturel liquéfié (1) soit du gaz naturel vaporisé, le gaz naturel vaporisé se trouvant à une température inférieure à -50°C, se réchauffer jusqu’à une température supérieure à 0°C par échange de chaleur indirect dans le premier échangeur de chaleur (E1), des moyens pour envoyer un débit de fluide intermédiaire (5) à une pression entre 3 et 70 bars abs si le fluide intermédiaire n’est pas l’azote et entre 3 et 25 bars si le fluide intermédiaire est l’azote se refroidir dans le premier échangeur de chaleur jusqu’à une température égale ou supérieure à -145°C, des moyens pour envoyer le débit de fluide intermédiaire à une température égale ou supérieure à -145°C se refroidir
    a) en l’introduisant à cette température dans le deuxième échangeur de chaleur (E2) où il se refroidit par échange de chaleur indirect et/ou
    b) par détente dans une turbine (E) éventuellement entraînant un compresseur du procédé (C, C1), ou une vanne,
    des moyens pour envoyer un débit d’hydrogène gazeux (23) se refroidir dans le deuxième échangeur de chaleur sans se condenser, des moyens pour envoyer un débit gazeux (11, 13) dérivé du fluide intermédiaire refroidi dans l’étape a) et/ou b) se réchauffer dans le deuxième échangeur de chaleur (E2) jusqu’à une température entre -150°C et -90°C, des moyens pour soutirer le débit gazeux du deuxième échangeur de chaleur à cette température, des moyens pour envoyer le débit gazeux soutiré au compresseur (C) avec une température d’entrée entre -150°C et -90°C pour être comprimé, des moyens pour envoyer au moins une partie (15, 17) du fluide intermédiaire comprimé se refroidir d’abord dans le premier échangeur de chaleur, des moyens pour envoyer l’au moins une partie du fluide intermédiaire refroidi dans le premier échangeur, se réchauffer à partir d’une température d’au plus -110°C, au moins une partie (15) du fluide intermédiaire réchauffé constituant le débit de fluide intermédiaire de l’étape i) caractérisé en ce que les moyens pour envoyer l’au moins une partie (15, 17) du fluide intermédiaire se réchauffer sont reliés pour que l’au moins une partie se réchauffe dans le deuxième échangeur de chaleur à partir de la température d’au plus -110°C pour constituer le débit de fluide intermédiaire de l’étape i).
  14. Appareil selon la revendication 13 comprenant un séparateur de phases (S) pour séparer un fluide (7) provenant de la turbine (E), le débit gazeux (13) étant le gaz de tête (11) et/ou le liquide vaporisé du séparateur.
  15. Appareil de liquéfaction d’hydrogène comprenant un appareil de refroidissement d’hydrogène selon la revendication 13 ou 14 ainsi que des moyens pour liquéfier l’hydrogène refroidi dans l’appareil de refroidissement,
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