Brevet FR3108385A1 — publié le 20210924

L’invention propose un équipement de vaporisation de fluides cryogéniques liquides, comprenant un échangeur thermique (4), apte à permettre un échange thermique entre le fluide cryogénique liquide (1, 2) et de l’eau (ou tout autre fluide d’échange tel huile, eau glycolée ...etc.), afin de réaliser ladite vaporisation, se caractérisant en ce qu’il comprend un moyen d’injection (5) d’un gaz liquide dans le gaz produit en sortie de l’équipement de vaporisation, pour abaisser la température de ce gaz produit dans une gamme donnée. Figure de l’abrégé : Fig. 2 Système de vaporisation de fluides cryogéniques et notamment du CO 2 La présente invention concerne le domaine des équipements de vaporisation de liquides cryogéniques (CO 2 , azote, oxygène, argon…), elle s’intéresse tout particulièrement au cas du CO 2 , ceci afin de les transformer à l’état gazeux avant leur utilisation. On sait que le CO 2 gazeux est utilisé pour un grand nombre d’applications industrielles parmi lesquelles on trouve des applications en alimentaire et notamment l’enrichissement des serres au CO 2 , l’anesthésie de volailles et des porcs au CO 2 , la carbonatation des boissons, le traitement des eaux etc…. Typiquement, on sait que les fabricants de boissons ne peuvent pas utiliser du CO 2 trop « chaud », le CO 2 est généralement injecté dans l'eau à une température voisine de 2°C. Et l’on sait qu’en cas de CO 2 trop « chaud » la qualité de carbonatation ne sera pas optimale (ni optimale ni acceptable). On sait alors que différentes solutions techniques sont utilisées pour réaliser une telle vaporisation, notamment du CO 2 liquide, et l’on connaît notamment des équipements mettant en œuvre un échange thermique entre le CO 2 liquide et de l’eau (ou tout autre fluide tel huile, mélange d’eau glycolée ...etc.). On considérera dans ce qui suit pour des raison de simplicité les échangeurs cryogène/eau. Un tel équipement nécessite un apport d’énergie en continue pendant la vaporisation du gaz. Reste que de tels équipements font apparaître les problématiques suivantes : l’échangeur utilisé est dimensionné pour éviter que l’eau ne puisse congeler à l’intérieur de l’échangeur, donnant lieu ainsi à une limite basse de dimensionnement. En effet, dans un tel équipement, les échangeurs de chaleurs permettent l'échange entre le CO 2 liquide (à -20°C, 20bar par exemple) et l'eau. On va donc dimensionner l'échangeur pour le maximum de débit de CO 2 et une température minimale d'eau à 10-15°C (ou moins). Par la suite, pour le même débit maximum de CO 2 ,et une température basse de l’eau, l’échangeur est dimensionné pour qu’il n'y ait pas de risque de voir l'échangeur bouché par la congélation de l'eau pendant l'échange. En revanche, le CO 2 en sortie devient plus chaud, dès que la température de l'eau augmente. selon le débit de gaz (CO 2 ) à produire, et la consommation du site utilisateur en aval, pour des températures d’eau dépassant certaines limites (30°C dans certains cas) pour un débit donné d’eau, la température du CO 2 peut suivre la température d'entrée d’eau, qui peut atteindre jusqu’à 90°C (voire plus si c’est de la vapeur). En effet, l’eau est traditionnellement fournie par le site utilisateur lui-même, c’est l’eau que l’on qualifie la plupart du temps « d’eau de process », c’est l’eau qu’il utilise dans son procédé de production avec une température spécifique. Le site dépense de l'énergie pour refroidir l'eau, afin de pouvoir l'utiliser dans son procédé (refroidissement des machines, compresseurs, ...etc.). L’équipement de vaporisation va refroidir cette eau, en vaporisant le CO 2 , qui va être consommé par le site pour une application donnée, une carbonatation par exemple (double gain d'énergie). on peut alors observer une surchauffe du CO 2 produit, dont la température peut alors poser des problèmes d’application chez les sites utilisateurs, dès qu’elle dépasse 15°C dans certains cas. les échangeurs actuels de vaporisation (y compris celui évoqué plus haut, d’échange thermique avec de l’eau), ne permettent pas d’ajuster, et notamment de baisser la température du gaz, par exemple du CO 2 , obtenu en sortie d’équipement. Un des objectifs de la présente invention est alors de proposer une solution aux problématiques évoquées ci-dessus. Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la présente invention propose d’injecter un gaz liquide dans le gaz obtenu en sortie de l’équipement de vaporisation, équipement de type mettant en œuvre un échangeur thermique cryogène liquide/eau. On ajoutera préférentiellement dans le gaz obtenu en sortie de vaporiseur le même gaz liquide que celui qui doit être vaporisé (par exemple du CO 2 liquide dans le CO 2 gazeux de sortie pour un vaporiseur de CO 2 liquide). Cette injection peut être faite par une régulation automatique pour ajuster finement la température de sortie du gaz, elle peut également être effectuée par l’adoption d’un réglage fixe. Il s'agit du dosage entre CO 2 gazeux, après vaporisation, et CO 2 liquide. On pourrait le faire, automatiquement, à titre d’exemple, par une vanne progressive sur l'alimentation de CO 2 liquide, pour assurer un bon dosage et contrôler la température définitive de CO 2 . On peut, également, le faire manuellement, par exemple par un orifice calibré sur l'arrivée de CO 2 liquide, si on veut limiter uniquement la température du CO 2 gazeux. La figure 1 annexée fournit une vue schématique partielle d’un équipement de vaporisation traditionnel mettant en œuvre un échangeur CO2 liquide/eau. On reconnaît sur la figure 1 les éléments d’installation suivants : Stockage de CO 2 liquide CO 2 liquide CO 2 gaz Echangeur CO 2 /eau La figure 2 annexée fournit une vue schématique partielle d’un mode de mise en œuvre de l’invention, dans un équipement de vaporisation mettant en œuvre un échangeur CO2 liquide/eau, avec une injection dans le gaz CO2 produit par l’équipement d’un cryogène liquide (ici du CO2 liquide), où la référence 5 représente l’injection dosée de CO2 liquide dans le gaz de sortie. L’invention pourra par ailleurs adopter l’un des modes de mise en œuvre suivants : le site utilisateur possède une source de vapeur d’eau qu’il souhaite valoriser et l’on utilise alors cette source de vapeur pour vaporiser le cryogène liquide, par exemple le CO 2 , cela selon l’une des mise en œuvre suivante : - en injection directe dans l’échangeur 4 de la figure 1 annexée ; - ou bien à l’aide d’un échangeur additionnel, en ajoutant une boucle d’échange eau/vapeur comme illustré dans la figure 3 annexée. L’eau circule en boucle fermée, elle est chauffée par de la vapeur, puis refroidie par le CO2. On dispose pour cela d’une réserve d’eau adjacente, typiquement de quelques dizaines de litres, voire 100 litres. - On reconnaît sur la figure 3 les éléments d’installation suivants : Stockage de CO 2 liquide CO 2 liquide CO 2 gaz Echangeur CO 2 /eau Boucle d’eau en circuit fermé Arrivée vapeur Echangeur eau/vapeur Les avantages de la présente proposition technique peuvent être résumés ainsi : le refroidissement du gaz et l’ajustement de sa température en sortie de l’équipement de vaporisation. une meilleure utilisation du gaz par le site utilisateur (puisque typiquement certains sites utilisateurs, certains procédés, seraient fortement perturbés par l’arrivée d’un gaz par exemple d’un CO 2 trop chaud, et donc dans l’impossibilité de produire). une meilleure stabilisation du procédé du site utilisateur, notamment pour les applications de carbonatation des boissons. L’invention concerne alors un équipement de vaporisation de fluides cryogéniques liquides, comprenant un échangeur thermique, apte à permettre un échange thermique entre le fluide cryogénique liquide et de l’eau (ou tout autre fluide d’échange tel huile, eau glycolée ...etc.), afin de réaliser ladite vaporisation, se caractérisant en ce qu’il comprend un moyen d’injection d’un gaz liquide dans le gaz produit en sortie de l’équipement de vaporisation, pour abaisser la température de ce gaz produit dans une gamme donnée. L’invention concerne également un procédé de vaporisation de fluides cryogéniques liquides, mettant en œuvre pour réaliser la vaporisation un échange thermique entre le fluide cryogénique liquide et de l’eau (ou tout autre fluide tel huile, eau glycolée, ...etc.), se caractérisant en ce que l’on injecte un gaz liquide dans le gaz produit en sortie de l’équipement de vaporisation, afin d’abaisser la température de ce gaz produit dans une gamme donnée, avant de diriger ce gaz ainsi refroidi vers un poste utilisateur. Equipement de vaporisation de fluides cryogéniques liquides, comprenant un échangeur thermique principal (4), apte à permettre un échange thermique entre le fluide cryogénique liquide (1, 2) et de l’eau ou tout autre fluide d’échange tel huile ou encore eau glycolée, afin de réaliser ladite vaporisation, se caractérisant en ce qu’il comprend un moyen (5) d’injection d’un gaz liquide dans le gaz produit en sortie de l’équipement de vaporisation, pour abaisser la température de ce gaz produit dans une gamme donnée. Equipement selon la revendication 1, se caractérisant en ce que le fluide d’échange est une source de vapeur d’eau, vapeur d’eau injectée directement dans le dit échangeur thermique principal (4) pour réaliser ladite vaporisation. Equipement selon la revendication 1, se caractérisant en ce que le fluide d’échange est une source de vapeur d’eau (6), et en ce que l’on procède à la mise en œuvre des mesures suivantes : - on dispose d’un échangeur additionnel (7) ; - on dispose d’une réserve d’eau ; - on dispose d’une boucle (5) comportant ledit échangeur additionnel et ledit échangeur thermique principal, boucle où l’eau peut circuler en circuit fermé et se réchauffer en échangeant thermiquement avec la vapeur, avant d’être injectée dans l’échangeur principal pour réaliser ladite vaporisation. Equipement selon l’une des revendication 1 à 3, se caractérisant en ce que le gaz liquide injecté dans le gaz produit en sortie de l’équipement de vaporisation est le même gaz liquide que celui qui doit être vaporisé. Procédé de vaporisation de fluides cryogéniques liquides, mettant en œuvre pour réaliser la vaporisation un échange thermique entre le fluide cryogénique liquide et de l’eau ou tout autre fluide d’échange tel huile ou encore eau glycolée, afin de réaliser ladite vaporisation, se caractérisant en ce que l’on injecte un gaz liquide dans le gaz produit en sortie de l’équipement de vaporisation, afin d’abaisser la température de ce gaz produit dans une gamme donnée, avant de diriger ce gaz ainsi refroidi vers un poste utilisateur.