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WO2025078049A1 - Facility for producing a cryogenic fluid - Google Patents

Facility for producing a cryogenic fluid Download PDF

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Publication number
WO2025078049A1
WO2025078049A1 PCT/EP2024/070228 EP2024070228W WO2025078049A1 WO 2025078049 A1 WO2025078049 A1 WO 2025078049A1 EP 2024070228 W EP2024070228 W EP 2024070228W WO 2025078049 A1 WO2025078049 A1 WO 2025078049A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
thermosiphon
cooling
installation
circuit
cooling fluid
Prior art date
Application number
PCT/EP2024/070228
Other languages
French (fr)
Inventor
Hugo PONTISSO
Axelle GAERTNER
Original Assignee
L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude filed Critical L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
Publication of WO2025078049A1 publication Critical patent/WO2025078049A1/en

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Definitions

  • the present invention relates to a plant for producing a cryogenic fluid and a method for controlling such a plant.
  • a cryogenic fluid production installation comprises a gas circuit to be cooled having an upstream end intended to be connected to a gas source and a downstream end for delivering the cryogenic fluid, for example a liquefied gas.
  • the gas source can be produced from renewable energy sources, particularly renewable energy sources powered by the sun and/or wind.
  • renewable energy sources powered by the sun and/or wind.
  • electrolysers are known that are powered by electricity generated by wind or solar energy.
  • the flow rate of the gas source varies frequently and significantly. It is therefore essential that such an installation can adapt to such variations. In certain cases, particularly when the flow rate of the gas source is too low, the installation must be shut down. As soon as the flow rate of the gas source becomes acceptable again, the installation must be able to restart quickly.
  • cryogenic fluid production facility capable of adjusting its operating mode according to the flow rate of the gas source, in particular to maintain, under all circumstances, certain components at sufficiently low temperatures.
  • the pre-cooling circuit comprises a device for cooling the compressed pre-cooling fluid, a device for expanding the compressed and cooled pre-cooling fluid and a device for heating the expanded pre-cooling fluid.
  • Such an arrangement makes it possible to maintain the fluid leaving the cryogenic purification device at a temperature less than or equal to 100 K, for example less than or equal to 90 K, even when the flow rate of gas to be liquefied becomes too low, i.e. when the liquefier is no longer able to produce liquefied gas.
  • the first determined temperature is between 100 K and 70 K.
  • the second determined temperature is between 48 K and 18 K.
  • the pre-cooling fluid compression member comprises a compressor and/or a pump.
  • the cycle gas compression member comprises a compressor and/or a pump.
  • the cryogenic purification device comprises at least one temperature-modulated adsorption unit.
  • the second storage is configured to be mobile and/or removable relative to the installation, for example by being integrated into a truck or a trailer.
  • the first thermosiphon is fluidically connected to the pre-cooling circuit, in particular by its first inlet, downstream of the device for expanding the compressed and cooled pre-cooling fluid, in particular to allow the pre-cooling fluid circulating in the pre-cooling circuit to enter, for example in liquid form, the first thermosiphon.
  • the first thermosiphon is fluidically connected to the pre-cooling circuit, in particular by its first outlet, upstream of the pre-cooling fluid compression member, in particular to allow the pre-cooling fluid to exit the first thermosiphon in gaseous form and to be heated by the first part of the heat exchanger assembly.
  • the first thermosiphon is fluidically connected by a third inlet and a second outlet to a first thermosiphon circuit, said circuit being in heat exchange with the first part of the set of heat exchangers, in particular to allow pre-cooling fluid stored in liquid form in the first thermosiphon to exit the first thermosiphon to be heated by the first part of the set of heat exchangers and then to enter the first thermosiphon, in particular in gaseous form.
  • the installation comprises a first vent valve, in particular mounted upstream of the pre-cooling fluid compression member, to allow the pre-cooling fluid to be evacuated, in particular when the pre-cooling fluid compression member is stopped.
  • the installation is configured so that the pre-cooling fluid stored in the second storage can enter directly into the first thermosiphon, in particular in liquid form, without passing through the pre-cooling circuit.
  • the installation comprises a valve for controlling the determined level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon, in particular being fluidically interposed between the first thermosiphon and the second pre-cooling fluid storage.
  • the installation is configured so that the pre-cooling fluid stored in the second storage can enter the first thermosiphon when the pre-cooling fluid compression member is stopped.
  • the cooling device comprises a second thermosiphon of the cycle gas comprising a first inlet and a first outlet connected to a loop of the cycle circuit, the second thermosiphon being fluidically connected, by a second inlet, to the first storage and configured to receive cryogenic fluid from the first storage to allow a determined level of cryogenic fluid to be maintained in the second thermosiphon.
  • the second thermosiphon is fluidically connected by a third inlet and a second outlet, to a second thermosiphon circuit, said circuit being in heat exchange with the second part of the set of heat exchangers, in particular to allow fluid stored in liquid form in the second thermosiphon, to be heated by the second part of the set of heat exchangers then to enter the second thermosiphon, in particular in gaseous form.
  • the installation comprises a second vent valve, in particular mounted upstream of the cycle gas compression member, to allow the cycle gas to be evacuated, in particular when the cycle gas compression member is stopped.
  • the determined level of cryogenic fluid is greater than 10% of the total capacity of the second thermosiphon, in particular greater than 30%.
  • the determined level of pre-cooling fluid is greater than 10% of the total capacity of the first thermosiphon, for example greater than 30%.
  • the cryogenic purification device is arranged between the first part of the set of heat exchangers and the second part of the set of heat exchangers, in particular being configured to be supplied with a gas having a temperature between 20°C and -250°C, for example between -100°C and -250°C.
  • the cryogenic purification device is configured so that the gas to be cooled circulating in the gas circuit to be cooled passes through at least part of the first part of the set of exchangers before entering the cryogenic purification device.
  • the first part of the set of exchangers is arranged in a first cold box, the first thermosiphon being in particular arranged in the first cold box.
  • the cryogenic purification device is arranged in the first cold box.
  • the cryogenic purification device is arranged upstream of the second thermosiphon.
  • the second part of the set of exchangers is arranged in a second cold box, the second thermosiphon being in particular arranged in the second cold box.
  • the device for cooling the pre-cooling fluid and/or the device for heating the pre-cooling fluid comprises at least the first part of the set of heat exchangers.
  • the device for cooling the pre-cooling fluid comprises the first part of the set of heat exchangers and the device for heating the pre-cooling fluid comprises the first part of the set of heat exchangers.
  • Such a configuration allows the same first part of the set of heat exchangers to be in heat exchange with the pre-cooling circuit when the pre-cooling fluid passes through the first part of the set of heat exchangers, in particular in one direction for its heating and in the opposite direction for its cooling.
  • the cycle circuit comprises a cooling member for the compressed cycle gas, a member for expanding the compressed and cooled cycle gas and a member for reheating the expanded cycle gas.
  • the cycle gas cooling member and/or the cycle gas heating member comprises at least the first part and/or the second part of the heat exchanger assembly.
  • the gas to be liquefied and the cycle gas each comprise hydrogen and/or each comprise helium and/or each comprise neon.
  • the pre-cooling fluid comprises at least one of: nitrogen, a mixture of refrigerants also called “MR”.
  • the installation includes a source of pre-cooling fluid, in particular mobile, to allow the first thermosiphon to be filled.
  • the installation comprises a withdrawal pipe fluidically connecting the first thermosiphon with the pre-cooling circuit, to allow the transfer of pre-cooling fluid into the first thermosiphon.
  • the invention further relates to a method for controlling an installation as described above, the installation being configured to operate in a first nominal mode in which the installation delivers liquefied gas and/or in which the flow rate of the gas source is between a threshold value and a determined nominal flow rate and/or in which the cycle gas compression member is in operation and/or in which the pre-cooling fluid compression member is in operation, the installation being further configured to operate in a second standby mode in which the flow rate of the gas source is less than the threshold value and/or in which the cycle gas compression member is stopped and/or in which the pre-cooling fluid compression member is stopped, when the installation is in the second mode, the method comprises a step of maintaining the determined level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon by drawing pre-cooling fluid from the second pre-cooling fluid storage.
  • Such a method makes it possible to maintain the cryogenic purification device at a temperature less than or equal to 100 K, for example less than or equal to 90 K, while the installation operates in the second mode.
  • the determined nominal flow rate is between 3 tpd and 300 tpd.
  • the threshold value is between 10% and 70% of the determined nominal flow rate, in particular between 20% and 60% of the determined nominal flow rate.
  • the method comprises a step of maintaining the predetermined level of cryogenic fluid in the second thermosiphon by drawing cryogenic fluid from the first storage.
  • thermosiphon This makes it possible to maintain the gradients in the set of exchangers and to provide cold to maintain a determined temperature in the set of exchangers, in a catalyst of the installation, and in the cryogenic purification device. This also makes it possible to maintain a sufficient level in the first and/or the second thermosiphon to allow a faster restart.
  • the method comprises a step of withdrawing fluid from the downstream end of the gas circuit to be cooled, before it enters the first storage, to maintain a predetermined level of cryogenic fluid in the second thermosiphon.
  • the invention further relates to a method for controlling an installation as described above, the installation being configured to operate in a first nominal mode in which the flow rate of the gas source is between a threshold value and a determined nominal flow rate and in which the pre-cooling fluid compression member is in operation, the installation being further configured to operate in a second standby mode in which the flow rate of the gas source is less than the threshold value and in which the pre-cooling fluid compression member is stopped, when the installation is in the first nominal mode, the method comprises a step of fluidically isolating the first thermosiphon from the second storage, to prevent any transfer of pre-cooling fluid from the second storage into the first thermosiphon, when the installation is in the second standby mode, the method comprises a step of transferring pre-cooling fluid from the second storage into the first thermosiphon, to maintain a determined level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon.
  • Such a process allows the installation to be very efficient when the gas source flow rate is high, while maintaining some of its components at low temperatures, even when the gas source flow rate is low or zero.
  • the method comprises a step of measuring the level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon, a step of comparing the measured level with a determined level and a step of transferring pre-cooling fluid from the second storage in the first thermosiphon, as long as the measured level is lower than the determined level.
  • the method comprises a step of opening the first vent valve and a step of fluid isolation of the pre-cooling fluid compression member, to allow circulation of the pre-cooling fluid from the first thermosiphon to the pre-cooling circuit and its evacuation through the first vent valve before it can enter the pre-cooling fluid compression member.
  • the cycle gas compression member when the installation is in the first nominal mode, the cycle gas compression member is in operation.
  • the cycle gas compression member is stopped.
  • the method comprises a step of fluidly isolating the second thermosiphon from the first storage and/or from the gas circuit to be cooled, to prevent any transfer of cryogenic fluid from the first storage or from the gas circuit to be cooled, into the second thermosiphon.
  • the method comprises a step of transferring cryogenic fluid from the first storage and/or from the gas circuit to be cooled, into the second thermosiphon, to maintain a determined level of cryogenic fluid in the second thermosiphon.
  • the invention may further relate to any alternative device or method comprising any combination of the above or below features.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an embodiment of the installation according to the invention.
  • Installation 1 includes a first storage 10 to allow the storage of cryogenic fluid.
  • the installation 1 comprises a circuit 2 of gas to be cooled having an upstream end 21 intended to be connected to a gas source and a downstream end 22 for delivering the cryogenic fluid, for example a liquefied gas, the downstream end 22 being connected to the first storage 10 for the storage of the cryogenic fluid.
  • a circuit 2 of gas to be cooled having an upstream end 21 intended to be connected to a gas source and a downstream end 22 for delivering the cryogenic fluid, for example a liquefied gas, the downstream end 22 being connected to the first storage 10 for the storage of the cryogenic fluid.
  • Installation 1 also includes a set of heat exchangers 5, 6 in thermal exchange with circuit 2 of gas to be cooled.
  • the installation 1 comprises a pre-cooling device 8 in heat exchange with at least a first part 5 of the set of heat exchangers 5, 6 and configured to pre-cool the circuit 2 of gas to be cooled to a first determined temperature, the pre-cooling device 8 comprising a refrigerator with a refrigeration cycle of a pre-cooling fluid in a pre-cooling circuit 18, the pre-cooling circuit 18 comprising a member 28 for compressing the pre-cooling fluid.
  • the first temperature determined is between 100 K and 70 K.
  • the installation 1 comprises a cryogenic cooling device 9 in heat exchange with at least a second part 6 of the set of heat exchangers 5, 6 and configured to cool the circuit 2 of gas to be cooled to a second determined temperature lower than the first temperature, the cryogenic cooling device 9 comprising a refrigerator with a cycle for refrigerating a cycle gas in a cycle circuit 19, the cycle circuit 19 comprising a member 29 for compressing the cycle gas.
  • the second determined temperature is between 48 K and 18 K.
  • the installation 1 comprises a cryogenic purification device 3 arranged in the circuit 2 of gas to be cooled, in particular upstream of the second part 6 of the set of exchangers 5, 6; the pre-cooling device 8 comprising a first thermosiphon 48 of the pre-cooling fluid comprising a first inlet 41 and a first outlet 42 connected to a loop of the pre-cooling circuit 18, the first thermosiphon 48 being fluidically connected by a second inlet 43, to a second storage 4 of pre-cooling fluid and being configured to receive pre-cooling fluid from the second storage 4, in particular in liquid form, to allow a determined level of pre-cooling fluid to be maintained in the first thermosiphon 48.
  • the pre-cooling device 8 comprising a first thermosiphon 48 of the pre-cooling fluid comprising a first inlet 41 and a first outlet 42 connected to a loop of the pre-cooling circuit 18, the first thermosiphon 48 being fluidically connected by a second inlet 43, to a second storage 4 of pre-cooling
  • the cryogenic purification device comprises at least one temperature-modulated adsorption unit, otherwise known as a TSA unit for “Temperature Swing Adsorption” in English.
  • the second storage 4 is configured to be fixed relative to the installation.
  • the second storage 4 is configured to be mobile and/or removable relative to the installation, for example by being integrated into a truck or a trailer or a semi-trailer.
  • the cooling device 9 comprises a second thermosiphon 49 of the cycle gas comprising a first inlet and a first outlet connected to a loop of the cycle circuit 19, the second thermosiphon 49 being fluidically connected, by a second inlet, to the first storage 10 and configured to receive cryogenic fluid from the first storage 10 to enable a determined level of cryogenic fluid to be maintained in the second thermosiphon 49, the determined level of cryogenic fluid being for example greater than 10% of the total capacity of the second thermosiphon 49, in particular greater than 30%.
  • the determined level of pre-cooling fluid is greater than 10% of the total capacity of the first thermosiphon 48, for example greater than 30%.
  • the cryogenic purification device 3 is arranged between the first part 5 of the set of heat exchangers 5, 6 and the second part 6 of the set of heat exchangers 5, 6, in particular being configured to be supplied with a gas having a temperature between 20°C and -250°C, for example between -100°C and -250°C.
  • the cryogenic purification device is configured so that the gas to be cooled circulating in the gas circuit to be cooled passes through at least a portion of the first portion of the set of exchangers before entering the cryogenic purification device.
  • the first part 5 of the set of exchangers 5, 6 is arranged in a first cold box (not shown), the first thermosiphon 48 being arranged in the first cold box.
  • the cryogenic purification device is placed in the first cold box.
  • cryogenic purification device 3 is arranged upstream of the second thermosiphon 49.
  • the second part 6 of the set of exchangers 5, 6 is arranged in a second cold box (not shown), the second thermosiphon being in particular arranged in the second cold box.
  • the pre-cooling circuit 18 comprises a device for cooling the compressed pre-cooling fluid, a device 38 for expanding the compressed and cooled pre-cooling fluid and a device for heating the expanded pre-cooling fluid.
  • the circuit 2 of gas to be cooled is provided with a first valve 11 downstream of the downstream end 22, being configured to regulate the pressure in the first storage 10, the first valve 11 comprising for example an expansion valve, in particular a Joule-Thomson expansion valve.
  • the circuit 2 of gas to be cooled is fluidically connected to the second thermosiphon 49, in particular via a bypass downstream of the downstream end 22.
  • thermosiphon 48 there represents the same type of installation as in the , the first thermosiphon 48 being shown in detail.
  • the first thermosiphon 48 is fluidically connected by a third inlet 44 and a second outlet 45, to a first thermosiphon circuit 46.
  • the first thermosiphon circuit 46 is in heat exchange with the first part 5 of the set of heat exchangers 5, 6, to allow pre-cooling fluid stored in liquid form in the first thermosiphon 48, to exit the first thermosiphon 48 to be heated by the first part 5 of the set of heat exchangers and then to enter the first thermosiphon 48 in gaseous form.
  • the installation 1 being configured to operate in a first nominal mode in which the installation 1 delivers liquefied gas and/or in which the flow rate of the gas source is between a threshold value and a determined nominal flow rate and/or in which the cycle gas compression member 29 is in operation and/or in which the pre-cooling fluid compression member 28 is in operation, the installation 1 being further configured to operate in a second standby mode M2 in which the flow rate of the gas source is lower than the threshold value and/or in which the cycle gas compression member 29 is stopped and/or in which the pre-cooling fluid compression member 28 is stopped.
  • the nominal flow rate determined is between 3 tpd and 300 tpd.
  • the threshold value is between 10% and 70% of the determined nominal flow rate, in particular between 20% and 60% of the determined nominal flow rate.
  • the method comprises a step E1 of maintaining the determined level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon 48 by drawing pre-cooling fluid from the second storage 4 of pre-cooling fluid.
  • the cryogenic purification device is maintained at a temperature less than or equal to 100 K, for example less than or equal to 90 K, when the installation operates in the second mode.
  • the method comprises a step E2 of maintaining the predetermined level of cryogenic fluid in the second thermosiphon 49 by drawing cryogenic fluid from the first storage 10.
  • the method comprises a step E3 of withdrawing fluid from the downstream end 22 of the circuit 2 of gas to be cooled, before it enters the first storage 10, to maintain a predetermined level of cryogenic fluid in the second thermosiphon 49.
  • thermosiphon in combination with the step of maintaining the predetermined level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon, makes it possible to maintain the pre-cooling temperature as well as the temperature of the cryogenic fluid at the downstream end.

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  • Cooling Or The Like Of Electrical Apparatus (AREA)

Abstract

The invention relates to a facility (1) for producing a cryogenic fluid, the facility comprising: - a first cryogenic fluid storage element (10); - a circuit (2) for gas to be cooled; - a set of heat exchangers (5, 6) in heat exchange with the circuit (2); - a pre-cooling device (8) in heat exchange with at least one first portion (5) of the set of heat exchangers (5, 6); - a cryogenic cooling device (9) in heat exchange with at least one second portion (6) of the set of heat exchangers (5, 6); - a cryogenic purification device (3) arranged in the circuit (2); wherein the pre-cooling device (8) comprises a thermosiphon (48) that is fluidically connected to a second pre-cooling fluid storage element (4), and is configured to receive fluid from the second storage element (4) in order to allow a given level of pre-cooling fluid to be maintained in the thermosiphon (48).

Description

Installation de production d’un fluide cryogéniqueCryogenic fluid production facility

La présente invention porte sur une installation de production d’un fluide cryogénique et un procédé de contrôle d’une telle installation.The present invention relates to a plant for producing a cryogenic fluid and a method for controlling such a plant.

De façon connue en soi, une installation de production d’un fluide cryogénique comporte un circuit de gaz à refroidir ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval pour délivrer le fluide cryogénique, par exemple un gaz liquéfié.In a manner known per se, a cryogenic fluid production installation comprises a gas circuit to be cooled having an upstream end intended to be connected to a gas source and a downstream end for delivering the cryogenic fluid, for example a liquefied gas.

La source de gaz peut être produite à partir d’énergies renouvelables, en particulier des énergies renouvelables qui sont alimentées par le soleil et/ou le vent. On connaît par exemple des électrolyseurs qui sont alimentés en électricité produite par de l’énergie éolienne ou solaire.The gas source can be produced from renewable energy sources, particularly renewable energy sources powered by the sun and/or wind. For example, electrolysers are known that are powered by electricity generated by wind or solar energy.

Lorsque la source de gaz est produite au moins partiellement à partir d’énergies renouvelables, le débit de la source de gaz varie fréquemment et significativement. Il est donc indispensable qu’une telle installation puisse s’adapter à de telles variations. Dans certains cas, notamment lorsque le débit de la source de gaz est trop faible, l’installation doit s’arrêter. Dès que le débit de la source de gaz redevient acceptable, l’installation doit être capable de redémarrer rapidement.When the gas source is produced at least partially from renewable energy sources, the flow rate of the gas source varies frequently and significantly. It is therefore essential that such an installation can adapt to such variations. In certain cases, particularly when the flow rate of the gas source is too low, the installation must be shut down. As soon as the flow rate of the gas source becomes acceptable again, the installation must be able to restart quickly.

Un problème est que pour redémarrer rapidement, notamment pour pouvoir réaliser un redémarrage à froid, il est nécessaire de maintenir certains composants de l’installation à des températures suffisamment basses. Ce problème est particulièrement impactant dans le cas d’une installation de production d’un fluide cryogénique haut débit, c’est-à-dire dont le débit nominal est au moins égal à 3 tpd (3 tonnes par jour).One problem is that to restart quickly, particularly to be able to perform a cold restart, it is necessary to keep certain components of the installation at sufficiently low temperatures. This problem is particularly impactful in the case of a high-flow cryogenic fluid production installation, i.e. one with a nominal flow rate of at least 3 tpd (3 tonnes per day).

Il existe donc un besoin pour une installation de production d’un fluide cryogénique, capable d’ajuster son mode opératoire en fonction du débit de la source de gaz, en particulier pour maintenir, en toute circonstance, certains composants à des températures suffisamment basses.There is therefore a need for a cryogenic fluid production facility capable of adjusting its operating mode according to the flow rate of the gas source, in particular to maintain, under all circumstances, certain components at sufficiently low temperatures.

La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une installation de production d’un fluide cryogénique, par exemple d’hydrogène liquéfié, comprenant :

  • un premier stockage pour permettre le stockage du fluide cryogénique ;
  • un circuit de gaz à refroidir ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval pour délivrer le fluide cryogénique, par exemple un gaz liquéfié, l’extrémité aval étant reliée au premier stockage pour le stockage du fluide cryogénique ;
  • un ensemble d’échangeurs de chaleur en échange thermique avec le circuit de gaz à refroidir ;
  • un dispositif de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur et configuré pour pré-refroidir le circuit de gaz à refroidir à une première température déterminée, le dispositif de pré-refroidissement comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un fluide de pré-refroidissement dans un circuit de pré-refroidissement, le circuit de pré-refroidissement comprenant un organe de compression du fluide de pré-refroidissement ;
  • un dispositif de refroidissement cryogénique en échange thermique avec au moins une seconde partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur et configuré pour refroidir le circuit de gaz à refroidir à une seconde température déterminée inférieure à la première température, le dispositif de refroidissement cryogénique comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un gaz de cycle dans un circuit de cycle, le circuit de cycle comprenant un organe de compression du gaz de cycle ;
  • un dispositif de purification cryogénique disposé dans le circuit de gaz à refroidir, notamment en amont de la seconde partie de l’ensemble d’échangeurs ; le dispositif de pré-refroidissement comprenant un premier thermosiphon du fluide de pré-refroidissement comprenant une première entrée et une première sortie raccordées à une boucle du circuit de pré-refroidissement, le premier thermosiphon étant relié fluidiquement, par une deuxième entrée, à un deuxième stockage de fluide de pré-refroidissement et étant configuré pour recevoir du fluide de pré-refroidissement du deuxième stockage, notamment sous forme liquide, pour permettre de maintenir un niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon.
The present invention aims to effectively remedy these drawbacks by proposing an installation for producing a cryogenic fluid, for example liquefied hydrogen, comprising:
  • a first storage to allow the storage of cryogenic fluid;
  • a gas circuit to be cooled having an upstream end intended to be connected to a gas source and a downstream end for delivering the cryogenic fluid, for example a liquefied gas, the downstream end being connected to the first storage for the storage of the cryogenic fluid;
  • a set of heat exchangers in thermal exchange with the gas circuit to be cooled;
  • a pre-cooling device in heat exchange with at least a first part of the set of heat exchangers and configured to pre-cool the gas circuit to be cooled to a first determined temperature, the pre-cooling device comprising a refrigerator with a refrigeration cycle of a pre-cooling fluid in a pre-cooling circuit, the pre-cooling circuit comprising a compression member for the pre-cooling fluid;
  • a cryogenic cooling device in heat exchange with at least a second part of the heat exchanger assembly and configured to cool the gas circuit to be cooled to a second determined temperature lower than the first temperature, the cryogenic cooling device comprising a cycle refrigerator for refrigerating a cycle gas in a cycle circuit, the cycle circuit comprising a cycle gas compression member;
  • a cryogenic purification device arranged in the gas circuit to be cooled, in particular upstream of the second part of the set of exchangers; the pre-cooling device comprising a first thermosiphon of the pre-cooling fluid comprising a first inlet and a first outlet connected to a loop of the pre-cooling circuit, the first thermosiphon being fluidically connected, by a second inlet, to a second storage of pre-cooling fluid and being configured to receive pre-cooling fluid from the second storage, in particular in liquid form, to allow a determined level of pre-cooling fluid to be maintained in the first thermosiphon.

Selon une réalisation, le circuit de pré-refroidissement comprend un dispositif de refroidissement du fluide de pré-refroidissement comprimé, un dispositif de détente du fluide de pré-refroidissement comprimé et refroidi et un dispositif de réchauffage du fluide de pré-refroidissement détendu.According to one embodiment, the pre-cooling circuit comprises a device for cooling the compressed pre-cooling fluid, a device for expanding the compressed and cooled pre-cooling fluid and a device for heating the expanded pre-cooling fluid.

Un tel agencement permet de maintenir le fluide sortant du dispositif de purification cryogénique à une température inférieure ou égale à 100 K, par exemple inférieure ou égale à 90 K, même lorsque le débit de gaz à liquéfier devient trop faible, c’est-à-dire lorsque le liquéfacteur n’est plus en mesure de produire du gaz liquéfié.Such an arrangement makes it possible to maintain the fluid leaving the cryogenic purification device at a temperature less than or equal to 100 K, for example less than or equal to 90 K, even when the flow rate of gas to be liquefied becomes too low, i.e. when the liquefier is no longer able to produce liquefied gas.

Ceci permet de compenser un arrêt de l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement, du fait d’un débit de gaz à liquéfier trop faible, en permettant de maintenir certains composants de l’installation à des températures suffisamment basses pendant la période où le débit de gaz à liquéfier est trop faible. Ceci permet un redémarrage à froid ce qui permet de réduire la durée de redémarrage d’une installation de production d’un fluide cryogénique.This makes it possible to compensate for a shutdown of the pre-cooling fluid compression unit due to a flow rate of gas to be liquefied being too low, by allowing certain components of the installation to be kept at sufficiently low temperatures during the period when the flow rate of gas to be liquefied is too low. This allows a cold restart, which reduces the restart time of a cryogenic fluid production installation.

Selon une réalisation, la première température déterminée est comprise entre 100 K et 70 K.According to one embodiment, the first determined temperature is between 100 K and 70 K.

Selon une réalisation, la seconde température déterminée est comprise entre 48 K et 18 K.According to one embodiment, the second determined temperature is between 48 K and 18 K.

Selon une réalisation, l'organe de compression du fluide de pré-refroidissement comporte un compresseur et/ou une pompe.According to one embodiment, the pre-cooling fluid compression member comprises a compressor and/or a pump.

Selon une réalisation, l'organe de compression du gaz de cycle comporte un compresseur et/ou une pompe.According to one embodiment, the cycle gas compression member comprises a compressor and/or a pump.

Selon une réalisation, le dispositif de purification cryogénique comporte au moins une unité d’adsorption à température modulée.According to one embodiment, the cryogenic purification device comprises at least one temperature-modulated adsorption unit.

Selon une réalisation, le deuxième stockage est configuré pour être mobile et/ou amovible par rapport à l’installation, par exemple en étant intégré à un camion ou une remorque.According to one embodiment, the second storage is configured to be mobile and/or removable relative to the installation, for example by being integrated into a truck or a trailer.

Selon une réalisation, le premier thermosiphon est relié fluidiquement au circuit de pré-refroidissement, notamment par sa première entrée, en aval du dispositif de détente du fluide de pré-refroidissement comprimé et refroidi, notamment pour permettre au fluide de pré-refroidissement circulant dans le circuit de pré-refroidissement, d’entrer, par exemple sous forme liquide, dans le premier thermosiphon.According to one embodiment, the first thermosiphon is fluidically connected to the pre-cooling circuit, in particular by its first inlet, downstream of the device for expanding the compressed and cooled pre-cooling fluid, in particular to allow the pre-cooling fluid circulating in the pre-cooling circuit to enter, for example in liquid form, the first thermosiphon.

Selon une réalisation, le premier thermosiphon est relié fluidiquement au circuit de pré-refroidissement, notamment par sa première sortie, en amont de l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement, notamment pour permettre au fluide de pré-refroidissement de sortir du premier thermosiphon sous forme gazeuse et d’être réchauffé par la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur.According to one embodiment, the first thermosiphon is fluidically connected to the pre-cooling circuit, in particular by its first outlet, upstream of the pre-cooling fluid compression member, in particular to allow the pre-cooling fluid to exit the first thermosiphon in gaseous form and to be heated by the first part of the heat exchanger assembly.

Selon une réalisation, le premier thermosiphon est relié fluidiquement par une troisième entrée et une deuxième sortie, à un circuit de premier thermosiphon, ledit circuit étant en échange thermique avec la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur, notamment pour permettre à du fluide de pré-refroidissement stocké sous forme liquide dans le premier thermosiphon, de sortir du premier thermosiphon pour être réchauffé par la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur puis d’entrer dans le premier thermosiphon, notamment sous forme gazeuse.According to one embodiment, the first thermosiphon is fluidically connected by a third inlet and a second outlet to a first thermosiphon circuit, said circuit being in heat exchange with the first part of the set of heat exchangers, in particular to allow pre-cooling fluid stored in liquid form in the first thermosiphon to exit the first thermosiphon to be heated by the first part of the set of heat exchangers and then to enter the first thermosiphon, in particular in gaseous form.

Selon une réalisation, l’installation comporte une première vanne d’évent, notamment montée en amont de l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement, pour permettre l’évacuation du fluide de pré-refroidissement, notamment lorsque l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement est à l’arrêt.According to one embodiment, the installation comprises a first vent valve, in particular mounted upstream of the pre-cooling fluid compression member, to allow the pre-cooling fluid to be evacuated, in particular when the pre-cooling fluid compression member is stopped.

Selon une réalisation, l’installation est configurée pour que le fluide de pré-refroidissement stocké dans le deuxième stockage, puisse entrer directement dans le premier thermosiphon, notamment sous forme liquide, sans traverser le circuit de pré-refroidissement.According to one embodiment, the installation is configured so that the pre-cooling fluid stored in the second storage can enter directly into the first thermosiphon, in particular in liquid form, without passing through the pre-cooling circuit.

Selon une réalisation, l’installation comporte une vanne de contrôle du niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon, en étant notamment interposée fluidiquement entre le premier thermosiphon et le deuxième stockage de fluide de pré-refroidissement.According to one embodiment, the installation comprises a valve for controlling the determined level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon, in particular being fluidically interposed between the first thermosiphon and the second pre-cooling fluid storage.

Selon une réalisation, l’installation est configurée pour que le fluide de pré-refroidissement stocké dans le deuxième stockage, puisse entrer dans le premier thermosiphon lorsque l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement est à l’arrêt.According to one embodiment, the installation is configured so that the pre-cooling fluid stored in the second storage can enter the first thermosiphon when the pre-cooling fluid compression member is stopped.

Selon une réalisation, le dispositif de refroidissement comprend un deuxième thermosiphon du gaz de cycle comprenant une première entrée et une première sortie raccordées à une boucle du circuit de cycle, le deuxième thermosiphon étant relié fluidiquement, par une deuxième entrée, au premier stockage et configuré pour recevoir du fluide cryogénique du premier stockage pour permettre de maintenir un niveau déterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon.According to one embodiment, the cooling device comprises a second thermosiphon of the cycle gas comprising a first inlet and a first outlet connected to a loop of the cycle circuit, the second thermosiphon being fluidically connected, by a second inlet, to the first storage and configured to receive cryogenic fluid from the first storage to allow a determined level of cryogenic fluid to be maintained in the second thermosiphon.

Selon une réalisation, le deuxième thermosiphon est relié fluidiquement par troisième entrée et une deuxième sortie, à un circuit de deuxième thermosiphon, ledit circuit étant en échange thermique avec la deuxième partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur, notamment pour permettre à du fluide stocké sous forme liquide dans le deuxième thermosiphon, d’être réchauffé par la deuxième partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur puis d’entrer dans le deuxième thermosiphon, notamment sous forme gazeuse.According to one embodiment, the second thermosiphon is fluidically connected by a third inlet and a second outlet, to a second thermosiphon circuit, said circuit being in heat exchange with the second part of the set of heat exchangers, in particular to allow fluid stored in liquid form in the second thermosiphon, to be heated by the second part of the set of heat exchangers then to enter the second thermosiphon, in particular in gaseous form.

Selon une réalisation, l’installation comporte une deuxième vanne d’évent, notamment montée en amont de l’organe de compression du gaz de cycle, pour permettre l’évacuation du gaz de cycle, notamment lorsque l’organe de compression du gaz de cycle est à l’arrêt.According to one embodiment, the installation comprises a second vent valve, in particular mounted upstream of the cycle gas compression member, to allow the cycle gas to be evacuated, in particular when the cycle gas compression member is stopped.

Selon une réalisation, le niveau déterminé de fluide cryogénique est supérieur à 10% de la capacité totale du deuxième thermosiphon, notamment supérieur à 30 %.According to one embodiment, the determined level of cryogenic fluid is greater than 10% of the total capacity of the second thermosiphon, in particular greater than 30%.

Selon une réalisation, le niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement est supérieur à 10% de la capacité totale du premier thermosiphon, par exemple supérieur à 30 %.According to one embodiment, the determined level of pre-cooling fluid is greater than 10% of the total capacity of the first thermosiphon, for example greater than 30%.

Selon une réalisation, le dispositif de purification cryogénique est disposé entre la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur et la deuxième partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur, notamment en étant configuré pour être alimenté avec un gaz ayant une température comprise 20 °C et -250 °C, par exemple entre -100 °C et -250 °C. According to one embodiment, the cryogenic purification device is arranged between the first part of the set of heat exchangers and the second part of the set of heat exchangers, in particular being configured to be supplied with a gas having a temperature between 20°C and -250°C, for example between -100°C and -250°C.

Selon une réalisation, le dispositif de purification cryogénique est configuré pour que le gaz à refroidir circulant dans le circuit de gaz à refroidir, traverse au moins une partie de la première partie de l’ensemble d’échangeurs avant d’entrer dans le dispositif de purification cryogénique.According to one embodiment, the cryogenic purification device is configured so that the gas to be cooled circulating in the gas circuit to be cooled passes through at least part of the first part of the set of exchangers before entering the cryogenic purification device.

Selon une réalisation, la première partie de l’ensemble d’échangeurs est disposée dans une première boîte froide, le premier thermosiphon étant notamment disposé dans la première boîte froide.According to one embodiment, the first part of the set of exchangers is arranged in a first cold box, the first thermosiphon being in particular arranged in the first cold box.

Selon une réalisation, le dispositif de purification cryogénique est disposé dans la première boîte froide.According to one embodiment, the cryogenic purification device is arranged in the first cold box.

Selon une réalisation, le dispositif de purification cryogénique est disposé en amont du deuxième thermosiphon.According to one embodiment, the cryogenic purification device is arranged upstream of the second thermosiphon.

Selon une réalisation, la deuxième partie de l’ensemble d’échangeurs est disposée dans une deuxième boîte froide, le deuxième thermosiphon étant notamment disposé dans la deuxième boîte froide.According to one embodiment, the second part of the set of exchangers is arranged in a second cold box, the second thermosiphon being in particular arranged in the second cold box.

Selon une réalisation, le dispositif de refroidissement du fluide de pré-refroidissement et/ou le dispositif de réchauffage du fluide de pré-refroidissement comprend au moins la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur.According to one embodiment, the device for cooling the pre-cooling fluid and/or the device for heating the pre-cooling fluid comprises at least the first part of the set of heat exchangers.

Selon une réalisation, le dispositif de refroidissement du fluide de pré-refroidissement comprend la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur et le dispositif de réchauffage du fluide de pré-refroidissement comprend la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur.According to one embodiment, the device for cooling the pre-cooling fluid comprises the first part of the set of heat exchangers and the device for heating the pre-cooling fluid comprises the first part of the set of heat exchangers.

Une telle configuration permet qu’une même première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur, puisse être en échange thermique avec le circuit de pré-refroidissement lorsque le fluide de pré-refroidissement traverse la première partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur, notamment dans un sens pour son réchauffage et dans le sens opposé pour son refroidissement.Such a configuration allows the same first part of the set of heat exchangers to be in heat exchange with the pre-cooling circuit when the pre-cooling fluid passes through the first part of the set of heat exchangers, in particular in one direction for its heating and in the opposite direction for its cooling.

Selon une réalisation, le circuit de cycle comprend un organe de refroidissement du gaz de cycle comprimé, un organe de détente du gaz de cycle comprimé et refroidi et un organe de réchauffage du gaz de cycle détendu.According to one embodiment, the cycle circuit comprises a cooling member for the compressed cycle gas, a member for expanding the compressed and cooled cycle gas and a member for reheating the expanded cycle gas.

Selon une réalisation, l’organe de refroidissement du gaz de cycle et/ou l’organe de réchauffage du gaz de cycle comprend au moins la première partie et/ou la deuxième partie de l’ensemble d’échangeurs de chaleur.According to one embodiment, the cycle gas cooling member and/or the cycle gas heating member comprises at least the first part and/or the second part of the heat exchanger assembly.

Selon une réalisation, le gaz de cycle comprend au moins l’un parmi : de l’hydrogène, de l’hélium, du néon. According to one embodiment, the cycle gas comprises at least one of: hydrogen, helium, neon.

Selon une réalisation, le gaz à liquéfier et le gaz de cycle comportent chacun de l’hydrogène et/ou comportent chacun de l’hélium et/ou comportent chacun du néon.According to one embodiment, the gas to be liquefied and the cycle gas each comprise hydrogen and/or each comprise helium and/or each comprise neon.

Selon une réalisation, le fluide de pré-refroidissement comprend au moins l'un parmi : de l'azote, un mélange de réfrigérants encore appelé « MR ».According to one embodiment, the pre-cooling fluid comprises at least one of: nitrogen, a mixture of refrigerants also called “MR”.

Selon une réalisation, le circuit de gaz à refroidir est muni d’une première vanne en aval de l’extrémité aval, en étant configurée pour réguler la pression dans le premier stockage, la première vanne comportant par exemple une vanne de détente, notamment une vanne de détente Joule-Thomson.According to one embodiment, the gas circuit to be cooled is provided with a first valve downstream of the downstream end, being configured to regulate the pressure in the first storage, the first valve comprising for example an expansion valve, in particular a Joule-Thomson expansion valve.

Selon une réalisation, le circuit de gaz à refroidir est relié fluidiquement au deuxième thermosiphon, notamment via une dérivation en aval de l’extrémité aval. According to one embodiment, the gas circuit to be cooled is fluidically connected to the second thermosiphon, in particular via a bypass downstream of the downstream end.

Selon une réalisation, le circuit de gaz à refroidir est reliée fluidiquement au deuxième thermosiphon via une dérivation en aval de la première vanne.According to one embodiment, the gas circuit to be cooled is fluidically connected to the second thermosiphon via a bypass downstream of the first valve.

Ceci permet de rediriger le fluide cryogénique en phase gazeuse.This allows the cryogenic fluid to be redirected into the gas phase.

Selon une réalisation, l’installation comporte une source de fluide de pré-refroidissement, notamment mobile, pour permettre le remplissage du premier thermosiphon.According to one embodiment, the installation includes a source of pre-cooling fluid, in particular mobile, to allow the first thermosiphon to be filled.

Selon une réalisation, l’installation comporte une conduite de soutirage reliant fluidiquement le premier thermosiphon avec le circuit de pré-refroidissement, pour permettre le transfert de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon.According to one embodiment, the installation comprises a withdrawal pipe fluidically connecting the first thermosiphon with the pre-cooling circuit, to allow the transfer of pre-cooling fluid into the first thermosiphon.

L’invention concerne en outre un procédé de contrôle d’une installation telle que décrite ci-dessus, l’installation étant configurée pour fonctionner dans un premier mode nominal dans lequel l’installation délivre du gaz liquéfié et/ou dans lequel le débit de la source de gaz est compris entre une valeur seuil et un débit nominal déterminé et/ou dans lequel l’organe de compression du gaz de cycle est en fonctionnement et/ou dans lequel l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement est en fonctionnement, l’installation étant en outre configurée pour fonctionner dans un deuxième mode de veille dans lequel le débit de la source de gaz est inférieur à la valeur seuil et/ou dans lequel l’organe de compression du gaz de cycle est à l’arrêt et/ou dans lequel l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement est à l’arrêt, lorsque l’installation est dans le deuxième mode, le procédé comporte une étape de maintien du niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon par soutirage de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage de fluide de pré-refroidissement.The invention further relates to a method for controlling an installation as described above, the installation being configured to operate in a first nominal mode in which the installation delivers liquefied gas and/or in which the flow rate of the gas source is between a threshold value and a determined nominal flow rate and/or in which the cycle gas compression member is in operation and/or in which the pre-cooling fluid compression member is in operation, the installation being further configured to operate in a second standby mode in which the flow rate of the gas source is less than the threshold value and/or in which the cycle gas compression member is stopped and/or in which the pre-cooling fluid compression member is stopped, when the installation is in the second mode, the method comprises a step of maintaining the determined level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon by drawing pre-cooling fluid from the second pre-cooling fluid storage.

Un tel procédé permet de maintenir le dispositif de purification cryogénique à une température inférieure ou égale à 100 K, par exemple inférieure ou égale à 90 K, alors que l’installation fonctionne dans le deuxième mode.Such a method makes it possible to maintain the cryogenic purification device at a temperature less than or equal to 100 K, for example less than or equal to 90 K, while the installation operates in the second mode.

Selon une réalisation, le débit nominal déterminé est compris entre 3 tpd et 300 tpd.According to one embodiment, the determined nominal flow rate is between 3 tpd and 300 tpd.

Selon une réalisation, la valeur seuil est comprise entre 10 % et 70 % du débit nominal déterminé, notamment comprise entre 20 % et 60 % du débit nominal déterminé.According to one embodiment, the threshold value is between 10% and 70% of the determined nominal flow rate, in particular between 20% and 60% of the determined nominal flow rate.

Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le deuxième mode, le procédé comporte une étape de maintien du niveau prédéterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon par soutirage de fluide cryogénique depuis le premier stockage.According to one embodiment, when the installation is in the second mode, the method comprises a step of maintaining the predetermined level of cryogenic fluid in the second thermosiphon by drawing cryogenic fluid from the first storage.

Ceci permet de maintenir les gradients dans l’ensemble d’échangeurs et d’apporter du froid pour maintenir une température déterminée dans l’ensemble d’échangeurs, dans un catalyseur de l’installation, et dans le dispositif de purification cryogénique. Ceci permet aussi de maintenir un niveau suffisant dans le premier et/ou le deuxième thermosiphon pour permettre un redémarrage plus rapide. Une telle étape de maintien du niveau prédéterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon, en combinaison avec l’étape de maintien du niveau prédéterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon, permet de maintenir la température de pré-refroidissement ainsi que la température du fluide cryogénique à l’extrémité aval.This makes it possible to maintain the gradients in the set of exchangers and to provide cold to maintain a determined temperature in the set of exchangers, in a catalyst of the installation, and in the cryogenic purification device. This also makes it possible to maintain a sufficient level in the first and/or the second thermosiphon to allow a faster restart. Such a step of maintaining the predetermined level of cryogenic fluid in the second thermosiphon, in combination with the step of maintaining the predetermined level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon, makes it possible to maintain the pre-cooling temperature as well as the temperature of the cryogenic fluid at the downstream end.

Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le deuxième mode, le procédé comporte une étape de soutirage de fluide depuis l’extrémité aval du circuit de gaz à refroidir, avant qu’il n’entre dans le premier stockage, pour maintenir niveau prédéterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon.According to one embodiment, when the installation is in the second mode, the method comprises a step of withdrawing fluid from the downstream end of the gas circuit to be cooled, before it enters the first storage, to maintain a predetermined level of cryogenic fluid in the second thermosiphon.

L’invention concerne en outre un procédé de contrôle d’une installation telle que décrite ci-dessus, l’installation étant configurée pour fonctionner dans un premier mode nominal dans lequel le débit de la source de gaz est compris entre une valeur seuil et un débit nominal déterminé et dans lequel l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement est en fonctionnement, l’installation étant en outre configurée pour fonctionner dans un deuxième mode de veille dans lequel le débit de la source de gaz est inférieur à la valeur seuil et dans lequel l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement est à l’arrêt, lorsque l’installation est dans le premier mode nominal, le procédé comporte une étape d’isolement fluidiquement du premier thermosiphon vis-à-vis du deuxième stockage, pour empêcher tout transfert de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage dans le premier thermosiphon, lorsque l’installation est dans le deuxième mode de veille, le procédé comporte une étape de transfert de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage dans le premier thermosiphon, pour maintenir un niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon.The invention further relates to a method for controlling an installation as described above, the installation being configured to operate in a first nominal mode in which the flow rate of the gas source is between a threshold value and a determined nominal flow rate and in which the pre-cooling fluid compression member is in operation, the installation being further configured to operate in a second standby mode in which the flow rate of the gas source is less than the threshold value and in which the pre-cooling fluid compression member is stopped, when the installation is in the first nominal mode, the method comprises a step of fluidically isolating the first thermosiphon from the second storage, to prevent any transfer of pre-cooling fluid from the second storage into the first thermosiphon, when the installation is in the second standby mode, the method comprises a step of transferring pre-cooling fluid from the second storage into the first thermosiphon, to maintain a determined level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon.

Un tel procédé permet à l’installation d’être très efficace lorsque le débit de la source de gaz est important, tout en maintenant certains de ses composants à des températures basses, même lorsque le débit de la source de gaz est faible ou nul.Such a process allows the installation to be very efficient when the gas source flow rate is high, while maintaining some of its components at low temperatures, even when the gas source flow rate is low or zero.

Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le deuxième mode de veille, le procédé comporte une étape de mesure du niveau de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon, une étape de comparaison du niveau mesuré avec un niveau déterminé et une étape de transfert de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage dans le premier thermosiphon, tant que le niveau mesuré est inférieur au niveau déterminé.According to one embodiment, when the installation is in the second standby mode, the method comprises a step of measuring the level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon, a step of comparing the measured level with a determined level and a step of transferring pre-cooling fluid from the second storage in the first thermosiphon, as long as the measured level is lower than the determined level.

Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le deuxième mode de veille, le procédé comporte une étape d’ouverture de la première vanne d’évent et une étape d’isolement fluidique de l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement, pour permettre une circulation du fluide pré-refroidissement depuis le premier thermosiphon vers le circuit de pré-refroidissement et son évacuation par la première vanne d’évent avant qu’il ne puisse entrer dans l’organe de compression du fluide de pré-refroidissement.According to one embodiment, when the installation is in the second standby mode, the method comprises a step of opening the first vent valve and a step of fluid isolation of the pre-cooling fluid compression member, to allow circulation of the pre-cooling fluid from the first thermosiphon to the pre-cooling circuit and its evacuation through the first vent valve before it can enter the pre-cooling fluid compression member.

Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le premier mode nominal, l’organe de compression du gaz de cycle est en fonctionnement.According to one embodiment, when the installation is in the first nominal mode, the cycle gas compression member is in operation.

Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le deuxième mode de veille, l’organe de compression du gaz de cycle est à l’arrêt.According to one embodiment, when the installation is in the second standby mode, the cycle gas compression member is stopped.

Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le premier mode nominal, le procédé comporte une étape d’isolement fluidiquement du deuxième thermosiphon vis-à-vis du premier stockage et/ou vis-à-vis du circuit de gaz à refroidir, pour empêcher tout transfert de fluide cryogénique depuis le premier stockage ou depuis le circuit de gaz à refroidir, dans le deuxième thermosiphon.According to one embodiment, when the installation is in the first nominal mode, the method comprises a step of fluidly isolating the second thermosiphon from the first storage and/or from the gas circuit to be cooled, to prevent any transfer of cryogenic fluid from the first storage or from the gas circuit to be cooled, into the second thermosiphon.

Selon une réalisation, lorsque l’installation est dans le deuxième mode de veille, le procédé comporte une étape de transfert de fluide cryogénique depuis le premier stockage et/ou depuis le circuit de gaz à refroidir, dans le deuxième thermosiphon, pour maintenir un niveau déterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon.According to one embodiment, when the installation is in the second standby mode, the method comprises a step of transferring cryogenic fluid from the first storage and/or from the gas circuit to be cooled, into the second thermosiphon, to maintain a determined level of cryogenic fluid in the second thermosiphon.

L'invention peut encore concerner tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous.The invention may further relate to any alternative device or method comprising any combination of the above or below features.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.The invention will be better understood by reading the following description and examining the accompanying figures. These figures are given only for illustrative purposes but in no way limit the invention.

est une représentation schématique d’une installation selon l’invention ; is a schematic representation of an installation according to the invention;

est une représentation schématique des étapes d’un procédé selon l’invention ; et is a schematic representation of the steps of a method according to the invention; and

est une représentation schématique d’un mode de réalisation de l’installation selon l’invention. is a schematic representation of an embodiment of the installation according to the invention.

Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.Identical, similar, or analogous elements retain the same reference from one figure to another.

La représente une installation 1 de production d’un fluide cryogénique, par exemple d’hydrogène liquéfié.There represents an installation 1 for producing a cryogenic fluid, for example liquefied hydrogen.

L’installation 1 comporte un premier stockage 10 pour permettre le stockage du fluide cryogénique.Installation 1 includes a first storage 10 to allow the storage of cryogenic fluid.

L’installation 1 comporte un circuit 2 de gaz à refroidir ayant une extrémité amont 21 destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval 22 pour délivrer le fluide cryogénique, par exemple un gaz liquéfié, l’extrémité aval 22 étant reliée au premier stockage 10 pour le stockage du fluide cryogénique.The installation 1 comprises a circuit 2 of gas to be cooled having an upstream end 21 intended to be connected to a gas source and a downstream end 22 for delivering the cryogenic fluid, for example a liquefied gas, the downstream end 22 being connected to the first storage 10 for the storage of the cryogenic fluid.

L’installation 1 comporte en outre un ensemble d’échangeurs 5, 6 de chaleur en échange thermique avec le circuit 2 de gaz à refroidir.Installation 1 also includes a set of heat exchangers 5, 6 in thermal exchange with circuit 2 of gas to be cooled.

L’installation 1 comporte un dispositif 8 de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une première partie 5 de l’ensemble d’échangeurs 5, 6 de chaleur et configuré pour pré-refroidir le circuit 2 de gaz à refroidir à une première température déterminée, le dispositif 8 de pré-refroidissement comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un fluide de pré-refroidissement dans un circuit 18 de pré-refroidissement, le circuit 18 de pré-refroidissement comprenant un organe 28 de compression du fluide de pré-refroidissement.The installation 1 comprises a pre-cooling device 8 in heat exchange with at least a first part 5 of the set of heat exchangers 5, 6 and configured to pre-cool the circuit 2 of gas to be cooled to a first determined temperature, the pre-cooling device 8 comprising a refrigerator with a refrigeration cycle of a pre-cooling fluid in a pre-cooling circuit 18, the pre-cooling circuit 18 comprising a member 28 for compressing the pre-cooling fluid.

Dans l’exemple de la , la première température déterminée est comprise entre 100 K et 70 K.In the example of the , the first temperature determined is between 100 K and 70 K.

L’installation 1 comporte un dispositif 9 de refroidissement cryogénique en échange thermique avec au moins une seconde partie 6 de l’ensemble d’échangeurs 5, 6 de chaleur et configuré pour refroidir le circuit 2 de gaz à refroidir à une seconde température déterminée inférieure à la première température , le dispositif 9 de refroidissement cryogénique comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un gaz de cycle dans un circuit 19 de cycle, le circuit 19 de cycle comprenant un organe 29 de compression du gaz de cycle.The installation 1 comprises a cryogenic cooling device 9 in heat exchange with at least a second part 6 of the set of heat exchangers 5, 6 and configured to cool the circuit 2 of gas to be cooled to a second determined temperature lower than the first temperature, the cryogenic cooling device 9 comprising a refrigerator with a cycle for refrigerating a cycle gas in a cycle circuit 19, the cycle circuit 19 comprising a member 29 for compressing the cycle gas.

Dans l’exemple de la , la seconde température déterminée est comprise entre 48 K et 18 K.In the example of the , the second determined temperature is between 48 K and 18 K.

Comme représenté sur les figures 1 et 3, l’installation 1 comporte un dispositif de purification cryogénique 3 disposé dans le circuit 2 de gaz à refroidir, notamment en amont de la seconde partie 6 de l’ensemble d’échangeurs 5, 6 ; le dispositif 8 de pré-refroidissement comprenant un premier thermosiphon 48 du fluide de pré-refroidissement comprenant une première entrée 41 et une première sortie 42 raccordées à une boucle du circuit 18 de pré-refroidissement, le premier thermosiphon 48 étant relié fluidiquement par une deuxième entrée 43, à un deuxième stockage 4 de fluide de pré-refroidissement et étant configuré pour recevoir du fluide de pré-refroidissement du deuxième stockage 4, notamment sous forme liquide, pour permettre de maintenir un niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon 48.As shown in Figures 1 and 3, the installation 1 comprises a cryogenic purification device 3 arranged in the circuit 2 of gas to be cooled, in particular upstream of the second part 6 of the set of exchangers 5, 6; the pre-cooling device 8 comprising a first thermosiphon 48 of the pre-cooling fluid comprising a first inlet 41 and a first outlet 42 connected to a loop of the pre-cooling circuit 18, the first thermosiphon 48 being fluidically connected by a second inlet 43, to a second storage 4 of pre-cooling fluid and being configured to receive pre-cooling fluid from the second storage 4, in particular in liquid form, to allow a determined level of pre-cooling fluid to be maintained in the first thermosiphon 48.

Dans l’exemple représenté, le dispositif de purification cryogénique comporte au moins une unité d’adsorption à température modulée autrement appelée unité TSA pour « Temperature Swing Adsorption » en anglais.In the example shown, the cryogenic purification device comprises at least one temperature-modulated adsorption unit, otherwise known as a TSA unit for “Temperature Swing Adsorption” in English.

Dans l’exemple représenté, le deuxième stockage 4 est configuré pour être fixe par rapport à l’installation. En variante, le deuxième stockage 4 est configuré pour être mobile et/ou amovible par rapport à l’installation, par exemple en étant intégré à un camion ou une remorque ou une semi-remorque.In the example shown, the second storage 4 is configured to be fixed relative to the installation. Alternatively, the second storage 4 is configured to be mobile and/or removable relative to the installation, for example by being integrated into a truck or a trailer or a semi-trailer.

Le dispositif 9 de refroidissement comprend un deuxième thermosiphon 49 du gaz de cycle comprenant une première entrée et une première sortie raccordées à une boucle du circuit 19 de cycle, le deuxième thermosiphon 49 étant relié fluidiquement, par une deuxième entrée, au premier stockage 10 et configuré pour recevoir du fluide cryogénique du premier stockage 10 pour permettre de maintenir un niveau déterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon 49, le niveau déterminé de fluide cryogénique étant par exemple supérieur à 10% de la capacité totale du deuxième thermosiphon 49, notamment supérieur à 30 %.The cooling device 9 comprises a second thermosiphon 49 of the cycle gas comprising a first inlet and a first outlet connected to a loop of the cycle circuit 19, the second thermosiphon 49 being fluidically connected, by a second inlet, to the first storage 10 and configured to receive cryogenic fluid from the first storage 10 to enable a determined level of cryogenic fluid to be maintained in the second thermosiphon 49, the determined level of cryogenic fluid being for example greater than 10% of the total capacity of the second thermosiphon 49, in particular greater than 30%.

Le niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement est supérieur à 10% de la capacité totale du premier thermosiphon 48, par exemple supérieur à 30 %.The determined level of pre-cooling fluid is greater than 10% of the total capacity of the first thermosiphon 48, for example greater than 30%.

Le dispositif de purification cryogénique 3 est disposé entre la première partie 5 de l’ensemble d’échangeurs 5, 6 de chaleur et la deuxième partie 6 de l’ensemble d’échangeurs 5, 6 de chaleur, notamment en étant configuré pour être alimenté avec un gaz ayant une température comprise 20 °C et -250 °C, par exemple entre -100 °C et -250 °C.The cryogenic purification device 3 is arranged between the first part 5 of the set of heat exchangers 5, 6 and the second part 6 of the set of heat exchangers 5, 6, in particular being configured to be supplied with a gas having a temperature between 20°C and -250°C, for example between -100°C and -250°C.

Comme représenté, le dispositif de purification cryogénique est configuré pour que le gaz à refroidir circulant dans le circuit de gaz à refroidir, traverse au moins une partie de la première partie de l’ensemble d’échangeurs avant d’entrer dans le dispositif de purification cryogénique.As shown, the cryogenic purification device is configured so that the gas to be cooled circulating in the gas circuit to be cooled passes through at least a portion of the first portion of the set of exchangers before entering the cryogenic purification device.

La première partie 5 de l’ensemble d’échangeurs 5, 6 est disposée dans une première boîte froide (non représentée), le premier thermosiphon 48 étant disposé dans la première boîte froide.The first part 5 of the set of exchangers 5, 6 is arranged in a first cold box (not shown), the first thermosiphon 48 being arranged in the first cold box.

Le dispositif de purification cryogénique est disposé dans la première boîte froide.The cryogenic purification device is placed in the first cold box.

Comme représenté, le dispositif de purification cryogénique 3 est disposé en amont du deuxième thermosiphon 49.As shown, the cryogenic purification device 3 is arranged upstream of the second thermosiphon 49.

La deuxième partie 6 de l’ensemble d’échangeurs 5, 6 est disposée dans une deuxième boîte froide (non représentée), le deuxième thermosiphon étant notamment disposé dans la deuxième boîte froide.The second part 6 of the set of exchangers 5, 6 is arranged in a second cold box (not shown), the second thermosiphon being in particular arranged in the second cold box.

Le circuit 18 de pré-refroidissement comprend un dispositif de refroidissement du fluide de pré-refroidissement comprimé, un dispositif de détente 38 du fluide de pré-refroidissement comprimé et refroidi et un dispositif de réchauffage du fluide de pré-refroidissement détendu.The pre-cooling circuit 18 comprises a device for cooling the compressed pre-cooling fluid, a device 38 for expanding the compressed and cooled pre-cooling fluid and a device for heating the expanded pre-cooling fluid.

Le circuit 2 de gaz à refroidir est muni d’une première vanne 11 en aval de l’extrémité aval 22, en étant configurée pour réguler la pression dans le premier stockage 10, la première vanne 11 comportant par exemple une vanne de détente, notamment une vanne de détente Joule-Thomson.The circuit 2 of gas to be cooled is provided with a first valve 11 downstream of the downstream end 22, being configured to regulate the pressure in the first storage 10, the first valve 11 comprising for example an expansion valve, in particular a Joule-Thomson expansion valve.

Le circuit 2 de gaz à refroidir est relié fluidiquement au deuxième thermosiphon 49, notamment via une dérivation en aval de l’extrémité aval 22.The circuit 2 of gas to be cooled is fluidically connected to the second thermosiphon 49, in particular via a bypass downstream of the downstream end 22.

Dans l’exemple représenté, le circuit 2 de gaz à refroidir est en outre reliée fluidiquement au deuxième thermosiphon 49 via une dérivation en aval de la première vanne 11.In the example shown, the circuit 2 of gas to be cooled is furthermore fluidically connected to the second thermosiphon 49 via a bypass downstream of the first valve 11.

L’installation comporte une conduite de soutirage reliant fluidiquement le premier thermosiphon 48 avec le circuit de pré-refroidissement 18, pour permettre le transfert de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon 48.The installation comprises a withdrawal pipe fluidically connecting the first thermosiphon 48 with the pre-cooling circuit 18, to allow the transfer of pre-cooling fluid into the first thermosiphon 48.

La représente le même type d’installation qu’à la , le premier thermosiphon 48 étant représenté de manière détaillée. Comme visible sur la , le premier thermosiphon 48 est relié fluidiquement par une troisième entrée 44 et une deuxième sortie 45, à un circuit 46 de premier thermosiphon. Le circuit 46 de premier thermosiphon est en échange thermique avec la première partie 5 de l’ensemble d’échangeurs de chaleur 5, 6, pour permettre à du fluide de pré-refroidissement stocké sous forme liquide dans le premier thermosiphon 48, de sortir du premier thermosiphon 48 pour être réchauffé par la première partie 5 de l’ensemble d’échangeurs de chaleur puis d’entrer dans le premier thermosiphon 48 sous forme gazeuse.There represents the same type of installation as in the , the first thermosiphon 48 being shown in detail. As seen on the , the first thermosiphon 48 is fluidically connected by a third inlet 44 and a second outlet 45, to a first thermosiphon circuit 46. The first thermosiphon circuit 46 is in heat exchange with the first part 5 of the set of heat exchangers 5, 6, to allow pre-cooling fluid stored in liquid form in the first thermosiphon 48, to exit the first thermosiphon 48 to be heated by the first part 5 of the set of heat exchangers and then to enter the first thermosiphon 48 in gaseous form.

La représente les étapes d’un procédé de contrôle d’une installation 1 telle que décrite ci-dessus, l’installation 1 étant configurée pour fonctionner dans un premier mode nominal dans lequel l’installation 1 délivre du gaz liquéfié et/ou dans lequel le débit de la source de gaz est compris entre une valeur seuil et un débit nominal déterminé et/ou dans lequel l’organe 29 de compression du gaz de cycle est en fonctionnement et/ou dans lequel l’organe 28 de compression du fluide de pré-refroidissement est en fonctionnement, l’installation 1 étant par ailleurs configurée pour fonctionner dans un deuxième mode de veille M2 dans lequel le débit de la source de gaz est inférieur à la valeur seuil et/ou dans lequel l’organe 29 de compression du gaz de cycle est à l’arrêt et/ou dans lequel l’organe 28 de compression du fluide de pré-refroidissement est à l’arrêt.There represents the steps of a method for controlling an installation 1 as described above, the installation 1 being configured to operate in a first nominal mode in which the installation 1 delivers liquefied gas and/or in which the flow rate of the gas source is between a threshold value and a determined nominal flow rate and/or in which the cycle gas compression member 29 is in operation and/or in which the pre-cooling fluid compression member 28 is in operation, the installation 1 being further configured to operate in a second standby mode M2 in which the flow rate of the gas source is lower than the threshold value and/or in which the cycle gas compression member 29 is stopped and/or in which the pre-cooling fluid compression member 28 is stopped.

Dans l’exemple considéré, le débit nominal déterminé est compris entre 3 tpd et 300 tpd.In the example considered, the nominal flow rate determined is between 3 tpd and 300 tpd.

La valeur seuil est comprise entre 10 % et 70 % du débit nominal déterminé, notamment comprise entre 20 % et 60 % du débit nominal déterminé.The threshold value is between 10% and 70% of the determined nominal flow rate, in particular between 20% and 60% of the determined nominal flow rate.

Lorsque l’installation 1 est dans le deuxième mode M2, le procédé comporte une étape E1 de maintien du niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon 48 par soutirage de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage 4 de fluide de pré-refroidissement.When the installation 1 is in the second mode M2, the method comprises a step E1 of maintaining the determined level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon 48 by drawing pre-cooling fluid from the second storage 4 of pre-cooling fluid.

Grâce à ce procédé, le dispositif de purification cryogénique est maintenu à une température inférieure ou égale à 100 K, par exemple inférieure ou égale à 90 K, lorsque l’installation fonctionne dans le deuxième mode. By this method, the cryogenic purification device is maintained at a temperature less than or equal to 100 K, for example less than or equal to 90 K, when the installation operates in the second mode.

Lorsque l’installation 1 est dans le deuxième mode M2, le procédé comporte une étape E2 de maintien du niveau prédéterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon 49 par soutirage de fluide cryogénique depuis le premier stockage 10.When the installation 1 is in the second mode M2, the method comprises a step E2 of maintaining the predetermined level of cryogenic fluid in the second thermosiphon 49 by drawing cryogenic fluid from the first storage 10.

Lorsque l’installation 1 est dans le deuxième mode, le procédé comporte une étape E3 de soutirage de fluide depuis l’extrémité aval 22 du circuit 2 de gaz à refroidir, avant qu’il n’entre dans le premier stockage 10, pour maintenir niveau prédéterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon 49.When the installation 1 is in the second mode, the method comprises a step E3 of withdrawing fluid from the downstream end 22 of the circuit 2 of gas to be cooled, before it enters the first storage 10, to maintain a predetermined level of cryogenic fluid in the second thermosiphon 49.

Une telle étape de maintien du niveau prédéterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon, en combinaison avec l’étape de maintien du niveau prédéterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon, permet de maintenir la température de pré-refroidissement ainsi que la température du fluide cryogénique à l’extrémité aval.
Such a step of maintaining the predetermined level of cryogenic fluid in the second thermosiphon, in combination with the step of maintaining the predetermined level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon, makes it possible to maintain the pre-cooling temperature as well as the temperature of the cryogenic fluid at the downstream end.

Claims (11)

Installation (1) de production d’un fluide cryogénique, par exemple d’hydrogène liquéfié, comprenant :
  • un premier stockage (10) pour permettre le stockage du fluide cryogénique ;
  • un circuit (2) de gaz à refroidir ayant une extrémité amont (21) destinée à être reliée à une source de gaz et une extrémité aval (22) pour délivrer le fluide cryogénique, par exemple un gaz liquéfié, l’extrémité aval (22) étant reliée au premier stockage (10) pour le stockage du fluide cryogénique ;
  • un ensemble d’échangeurs (5, 6) de chaleur en échange thermique avec le circuit (2) de gaz à refroidir ;
  • un dispositif (8) de pré-refroidissement en échange thermique avec au moins une première partie (5) de l’ensemble d’échangeurs (5, 6) de chaleur et configuré pour pré-refroidir le circuit (2) de gaz à refroidir à une première température déterminée, le dispositif (8) de pré-refroidissement comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un fluide de pré-refroidissement dans un circuit (18) de pré-refroidissement, le circuit (18) de pré-refroidissement comprenant un organe (28) de compression du fluide de pré-refroidissement, un dispositif de refroidissement du fluide de pré-refroidissement comprimé, un dispositif de détente (38) du fluide de pré-refroidissement comprimé et refroidi et un dispositif de réchauffage du fluide de pré-refroidissement détendu ;
  • un dispositif (9) de refroidissement cryogénique en échange thermique avec au moins une seconde partie (6) de l’ensemble d’échangeurs (5, 6) de chaleur et configuré pour refroidir le circuit (2) de gaz à refroidir à une seconde température déterminée inférieure à la première température, le dispositif (9) de refroidissement cryogénique comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un gaz de cycle dans un circuit (19) de cycle, le circuit (19) de cycle comprenant un organe (29) de compression du gaz de cycle ;
  • un dispositif de purification cryogénique (3) disposé dans le circuit (2) de gaz à refroidir, notamment en amont de la seconde partie (6) de l’ensemble d’échangeurs (5, 6) ; le dispositif (8) de pré-refroidissement comprenant un premier thermosiphon (48) du fluide de pré-refroidissement comprenant une première entrée (41) et une première sortie (42) raccordées à une boucle du circuit (18) de pré-refroidissement, le premier thermosiphon (48) étant relié fluidiquement, par une deuxième entrée (43), à un deuxième stockage (4) de fluide de pré-refroidissement et étant configuré pour recevoir du fluide de pré-refroidissement du deuxième stockage (4), notamment sous forme liquide, pour permettre de maintenir un niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon (48).
Installation (1) for producing a cryogenic fluid, for example liquefied hydrogen, comprising:
  • a first storage (10) for allowing the storage of the cryogenic fluid;
  • a circuit (2) of gas to be cooled having an upstream end (21) intended to be connected to a gas source and a downstream end (22) for delivering the cryogenic fluid, for example a liquefied gas, the downstream end (22) being connected to the first storage (10) for the storage of the cryogenic fluid;
  • a set of heat exchangers (5, 6) in thermal exchange with the circuit (2) of gas to be cooled;
  • a pre-cooling device (8) in heat exchange with at least a first part (5) of the set of heat exchangers (5, 6) and configured to pre-cool the circuit (2) of gas to be cooled to a first determined temperature, the pre-cooling device (8) comprising a refrigerator with a refrigeration cycle of a pre-cooling fluid in a pre-cooling circuit (18), the pre-cooling circuit (18) comprising a member (28) for compressing the pre-cooling fluid, a device for cooling the compressed pre-cooling fluid, a device for expanding (38) the compressed and cooled pre-cooling fluid and a device for reheating the expanded pre-cooling fluid;
  • a cryogenic cooling device (9) in heat exchange with at least a second part (6) of the set of heat exchangers (5, 6) and configured to cool the circuit (2) of gas to be cooled to a second determined temperature lower than the first temperature, the cryogenic cooling device (9) comprising a cycle refrigerator for refrigerating a cycle gas in a cycle circuit (19), the cycle circuit (19) comprising a member (29) for compressing the cycle gas;
  • a cryogenic purification device (3) arranged in the circuit (2) of gas to be cooled, in particular upstream of the second part (6) of the set of exchangers (5, 6); the pre-cooling device (8) comprising a first thermosiphon (48) of the pre-cooling fluid comprising a first inlet (41) and a first outlet (42) connected to a loop of the pre-cooling circuit (18), the first thermosiphon (48) being fluidically connected, by a second inlet (43), to a second storage (4) of pre-cooling fluid and being configured to receive pre-cooling fluid from the second storage (4), in particular in liquid form, to allow a determined level of pre-cooling fluid to be maintained in the first thermosiphon (48).
Installation (1) selon la revendication précédente, le premier thermosiphon (48) étant relié fluidiquement au circuit (18) de pré-refroidissement, notamment par sa première entrée, en aval du dispositif de détente (38) du fluide de pré-refroidissement comprimé et refroidi, notamment pour permettre au fluide de pré-refroidissement circulant dans le circuit (18) de pré-refroidissement, d’entrer, par exemple sous forme liquide, dans le premier thermosiphon (48).Installation (1) according to the preceding claim, the first thermosiphon (48) being fluidically connected to the pre-cooling circuit (18), in particular by its first inlet, downstream of the expansion device (38) for the compressed and cooled pre-cooling fluid, in particular to allow the pre-cooling fluid circulating in the pre-cooling circuit (18) to enter, for example in liquid form, into the first thermosiphon (48). Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le dispositif de refroidissement du fluide de pré-refroidissement et/ou le dispositif de réchauffage du fluide de pré-refroidissement comprend au moins la première partie (5) de l’ensemble d’échangeurs de chaleur (5, 6).Installation (1) according to one of the preceding claims, the device for cooling the pre-cooling fluid and/or the device for heating the pre-cooling fluid comprises at least the first part (5) of the set of heat exchangers (5, 6). Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le dispositif (9) de refroidissement comprenant un deuxième thermosiphon (49) du gaz de cycle comprenant une première entrée et une première sortie raccordées à une boucle du circuit (19) de cycle, le deuxième thermosiphon (49) étant relié fluidiquement, par une deuxième entrée, au premier stockage (10) et configuré pour recevoir du fluide cryogénique du premier stockage (10) pour permettre de maintenir un niveau déterminé de fluide cryogénique dans le deuxième thermosiphon (49), le niveau déterminé de fluide cryogénique étant par exemple supérieur à 10% de la capacité totale du deuxième thermosiphon (49), notamment supérieur à 30 %.Installation (1) according to one of the preceding claims, the cooling device (9) comprising a second thermosiphon (49) of the cycle gas comprising a first inlet and a first outlet connected to a loop of the cycle circuit (19), the second thermosiphon (49) being fluidically connected, by a second inlet, to the first storage (10) and configured to receive cryogenic fluid from the first storage (10) to enable a determined level of cryogenic fluid to be maintained in the second thermosiphon (49), the determined level of cryogenic fluid being for example greater than 10% of the total capacity of the second thermosiphon (49), in particular greater than 30%. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement étant supérieur à 10% de la capacité totale du premier thermosiphon (48), par exemple supérieur à 30 %.Installation (1) according to one of the preceding claims, the determined level of pre-cooling fluid being greater than 10% of the total capacity of the first thermosiphon (48), for example greater than 30%. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le dispositif de purification cryogénique (3) étant disposé entre la première partie (5) de l’ensemble d’échangeurs (5, 6) de chaleur et la deuxième partie (6) de l’ensemble d’échangeurs (5, 6) de chaleur, notamment en étant configuré pour être alimenté avec un gaz ayant une température comprise 20 °C et -250 °C, par exemple entre -100 °C et -250 °C.Installation (1) according to one of the preceding claims, the cryogenic purification device (3) being arranged between the first part (5) of the set of heat exchangers (5, 6) and the second part (6) of the set of heat exchangers (5, 6), in particular being configured to be supplied with a gas having a temperature between 20°C and -250°C, for example between -100°C and -250°C. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, la première partie (5) de l’ensemble d’échangeurs (5, 6) étant disposée dans une première boîte froide, le premier thermosiphon (48) étant notamment disposé dans la première boîte froide.Installation (1) according to one of the preceding claims, the first part (5) of the set of exchangers (5, 6) being arranged in a first cold box, the first thermosiphon (48) being in particular arranged in the first cold box. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le circuit (19) de cycle comprenant un organe de refroidissement du gaz de cycle comprimé, un organe de détente (39) du gaz de cycle comprimé et refroidi et un organe de réchauffage du gaz de cycle détendu.Installation (1) according to one of the preceding claims, the cycle circuit (19) comprising a cooling member for the compressed cycle gas, an expansion member (39) for the compressed and cooled cycle gas and a heating member for the expanded cycle gas. Installation (1) selon l’une des revendications précédentes, le circuit (2) de gaz à refroidir étant relié fluidiquement au deuxième thermosiphon (49), notamment via une dérivation en aval de l’extrémité aval (22).Installation (1) according to one of the preceding claims, the circuit (2) of gas to be cooled being fluidically connected to the second thermosiphon (49), in particular via a bypass downstream of the downstream end (22). Procédé de contrôle d’une installation (1) selon l’une des revendications précédentes, l’installation (1) étant configurée pour fonctionner dans un premier mode nominal dans lequel le débit de la source de gaz est compris entre une valeur seuil et un débit nominal déterminé et dans lequel l’organe (28) de compression du fluide de pré-refroidissement est en fonctionnement, l’installation (1) étant en outre configurée pour fonctionner dans un deuxième mode de veille (M2) dans lequel le débit de la source de gaz est inférieur à la valeur seuil et dans lequel l’organe (28) de compression du fluide de pré-refroidissement est à l’arrêt, lorsque l’installation (1) est dans le premier mode nominal, le procédé comporte une étape d’isolement fluidiquement du premier thermosiphon (48) vis-à-vis du deuxième stockage (4), pour empêcher tout transfert de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage (4) dans le premier thermosiphon (48), lorsque l’installation (1) est dans le deuxième mode de veille (M2), le procédé comporte une étape de transfert de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage (4) dans le premier thermosiphon (48), pour maintenir un niveau déterminé de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon (48).Method for controlling an installation (1) according to one of the preceding claims, the installation (1) being configured to operate in a first nominal mode in which the flow rate of the gas source is between a threshold value and a determined nominal flow rate and in which the pre-cooling fluid compression member (28) is in operation, the installation (1) being further configured to operate in a second standby mode (M2) in which the flow rate of the gas source is less than the threshold value and in which the pre-cooling fluid compression member (28) is stopped, when the installation (1) is in the first nominal mode, the method comprises a step of fluidically isolating the first thermosiphon (48) from the second storage (4), to prevent any transfer of pre-cooling fluid from the second storage (4) into the first thermosiphon (48), when the installation (1) is in the second standby mode (M2), the method comprises a step of fluid transfer from pre-cooling from the second storage (4) into the first thermosiphon (48), to maintain a determined level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon (48). Procédé selon la revendication précédente, lorsque l’installation (1) est dans le deuxième mode de veille (M2), le procédé comporte une étape de mesure du niveau de fluide de pré-refroidissement dans le premier thermosiphon (48), une étape de comparaison du niveau mesuré avec un niveau déterminé et une étape de transfert de fluide de pré-refroidissement depuis le deuxième stockage (4) dans le premier thermosiphon (48), tant que le niveau mesuré est inférieur au niveau déterminé.Method according to the preceding claim, when the installation (1) is in the second standby mode (M2), the method comprises a step of measuring the level of pre-cooling fluid in the first thermosiphon (48), a step of comparing the measured level with a determined level and a step of transferring pre-cooling fluid from the second storage (4) into the first thermosiphon (48), as long as the measured level is lower than the determined level.
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