Brevet FR2898816A1 — publié le 20070928

La présente invention concerne une installation de production d'un mélange gazeux riche en hydrogène par séparation par adsorption. L'invention concerne plus particulièrement une installation de production d'un mélange gazeux enrichi en hydrogène par séparation par adsorption au moyen d'un circuit comprenant une pluralité de bouteilles ou colonnes d'adsorbants fonctionnant selon des cycles alternés de production/régénération, des organes de contrôle et de commande de l'installation destinés à être alimentés électriquement par des moyens d'alimentation en énergie électrique. Ce type d'installation est appelée également PSA ( Pressure Swing Adsorption c'est-à-dire Adsorption Modulée en Pression). De telles installations sont destinées à être montées dans des environnements ou pays différents, ce qui peut poser des problèmes pour assurer l'alimentation électrique du matériel de contrôle de l'installation. En effet, le matériel de contrôle de l'installation comprend typiquement des armoires et boîtiers alimentés électriquement qui sont reliés aux différents organes électriques du circuit tels que des capteurs de pression, des électro-vannnes... Pour assurer cette alimentation électrique, il est connu d'utiliser des transformateurs et l'alimentation électrique (réseau par exemple) disponible sur le site de l'installation. Cependant, cette solution nécessite de prévoir une connexion électrique spécifique pour l'installation. De plus, le transformateur électrique doit être changé en fonction des différentes alimentations électriques disponibles d'un site à l'autre. Enfin, cette solution connue est tributaire de la qualité du réseau électrique du site et notamment des coupures de courant susceptibles de se produire. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, l'installation selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que les moyens d'alimentation électrique comprennent une pile à combustible destinée à être alimentée en air et en carburant issu d'au moins une source de carburant. Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la pile à combustible est du type fonctionnant avec un carburant constitué d'hydrogène gazeux ou un mélange gazeux riche en hydrogène, et en ce qu'une fraction du mélange gazeux riche en hydrogène produit par l'installation alimente directement l'entrée de carburant de la pile de façon que l'installation constitue une source de carburant pour la pile, -l'installation comprend des moyens de purification du mélange gazeux produit par l'installation situés en amont de l'entrée en carburant de la pile à combustible, tels que des moyens de chimisorption, - l'installation comprend une source de carburant constituée d'une pluralité de bouteilles d'hydrogène gazeux pressurisé aptes à être reliées fluidiquement à l'entrée de carburant de la pile, - les moyens de contrôle et de commande de l'installation comprennent une armoire de contrôle et de commande d'organes du circuit tels que des capteurs et vannes, - les moyens de contrôle et de commande de l'installation comprennent un coffret d'entrées/sorties, ledit coffret d'entrées/sorties étant situé au niveau du circuit de l'installation et étant relié électriquement à l'armoire de contrôle et de commande, - les moyens de contrôle et de commande de l'installation comprennent un organe de supervision tel qu'un ordinateur ou analogue, - la pile à combustible est disposée dans ou a proximité du coffret d'entrées/sorties. - l'installation comporte un dispositif d'alimentation électrique sans interruption tel qu'au moins une batterie reliée électriquement aux moyens de contrôle et de commande de l'installation et/ou à la pile à combustible, pour assurer des phases de démarrages ou des transitoires de charge, - la pile à combustible est du type à membrane échangeuse de protons (PEMFC). D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence à la figure unique qui représente de façon schématique et partielle un exemple d'installation selon l'invention. L'installation 1 (PSA) représentée à titre d'exemple comprend, dans un même conteneur 6, un circuit de production d'un mélange gazeux riche en hydrogène par séparation par adsorption. Classiquement le circuit comprend une pluralité de colonnes 3 d'adsorbants (cinq dans l'exemple représenté) fonctionnant selon des cycles alternés de production/régénération. Le circuit comporte par ailleurs des organes non décrits en détail par soucis de concision, notamment des capteurs et électrovannes. Le circuit comprend également des organes 2, 4 de contrôle et de commande de l'installation 1 destinés à être alimentés électriquement. Les organes 2, 4 de contrôle et de commande de l'installation comprennent par exemple des armoires et/ou boîtiers électriques tels qu'un coffret 2 comprenant un automate pourvu d'un système d'Interface Homme Machine, un coffret (4) d'entrées/sorties disposé au sein du circuit et relié électriquement à l'automate. Selon l'invention, les moyens d'alimentation électrique des organes 2, 4 de contrôle et de commande de l'installation 1 et/ou d'autres organes électriques de l'installation comprennent au moins une pile à combustible 5 alimentée en air et en carburant, par exemple de l'hydrogène gazeux. De cette façon l'installation 1 peut constituer une entité autonome et indépendante en ce qui concerne son alimentation électrique. De préférence, la pile à combustible 5 est du type fonctionnant avec un carburant constitué d'hydrogène gazeux ou un mélange gazeux riche en 20 hydrogène. Avantageusement, une fraction du mélange gazeux riche en hydrogène (H2) produit par l'installation 1 peut alimenter directement l'entrée de carburant de la pile 5 de façon que l'installation forme une source de carburant pour la pile 5. Avant son entrée dans la pile 5, le gaz riche en hydrogène peut subir une 25 purification, par exemple par chimisorption pour retirer par exemple tout ou partie du monoxyde de carbone présent dans le gaz produit. En variante ou en combinaison, la pile 5 à combustible peut être alimentée par une source de carburant constituée d'une pluralité de bouteilles d'hydrogène gazeux pressurisé. 30 Typiquement la consommation électrique d'une telle installation peut être comprise entre 1 et 2 kW par exemple. Une pile à combustible ayant une puissance de 2,5 kW peut ainsi être utilisée avec une marge de puissance pour d'autres équipements électriques par exemple. Par ailleurs, l'installation peut comprendre un dispositif d'alimentation électrique sans interruption tel qu'au moins une batterie reliée électriquement aux éléments 2, 4 de contrôle et de commande de l'installation 1 et/ou à la pile à combustible 5, pour assurer par exemple des phases de démarrages ou des transitoires de charge. De préférence, la batterie est dimensionnée pour permettre une autonomie d'alimentation de l'installation 1 de l'ordre de 10 minutes par exemple. REVENDICATIONS 1. Installation de production d'un mélange gazeux enrichi en hydrogène et d'au moins un effluent gazeux, à partir d'un flux gazeux comprenant de l'hydrogène, par emploi d'une unité de séparation par adsorption au moyen d'un circuit comprenant une pluralité de bouteilles ou colonnes (3) d'adsorbants fonctionnant selon des cycles alternés de production/régénération, des organes (2, 4) de contrôle et de commande de l'installation (1) destinés à être alimentés électriquement par des moyens d'alimentation électrique, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation électrique comprennent une pile à combustible (5) destinée à être alimentée en air et en carburant issu d'au moins une source de carburant. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pile à combustible (5) est du type fonctionnant avec un carburant constitué d'hydrogène gazeux ou un mélange gazeux riche en hydrogène, et en ce qu'une fraction du mélange gazeux riche en hydrogène produit par l'installation (1) alimente directement l'entrée de carburant de la pile (5) de façon que l'installation constitue une source de carburant pour la pile (5). 3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de purification du mélange gazeux produit par l'installation situés en amont de l'entrée en carburant de la pile à combustible (5), tels que des moyens de chimisorption. 4. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend une source de carburant constituée d'une pluralité de bouteilles d'hydrogène gazeux pressurisé aptes à être reliées fluidiquement à l'entrée de carburant de la pile (5). 5. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens (2, 4) de contrôle et de commande de l'installation (1) comprennent une armoire (2) de contrôle et de commande d'organes du circuit tels que des capteurs et vannes. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens (2, 4) de contrôle et de commande de l'installation (1) comprennent un coffret (4) d'entrées/sorties, ledit coffret (4) d'entrées/sorties étant situé auniveau du circuit de l'installation (1) et étant relié électriquement à l'armoire (2) de contrôle et de commande. 7. Installation selon la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que les moyens (2, 4) de contrôle et de commande de l'installation (1) comprennent un organe de supervision tel qu'un ordinateur ou analogue. 8. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 7, caractérisée en ce la pile à combustible (5) est disposée dans ou a proximité du coffret (4) d'entrées/sorties. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif d'alimentation électrique sans interruption tel qu'au moins une batterie reliée électriquement aux moyens (2, 4) de contrôle et de commande de l'installation (1) et/ou à la pile à combustible, pour assurer des phases de démarrages ou des transitoires de charge. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la pile à combustible est du type à membrane échangeuse de protons (PEMFC).