Brevet FR3108163A1 — publié le 20210917

La présente invention porte sur un dispositif (1) pour réguler la proportion d’un mélange gazeux comprenant un gaz naturel incluant du méthane CH 4 et de l’hydrogène H 2 pour alimenter une chaudière à combustibles gazeux comprenant: un premier conduit (2) ayant une première extrémité (21) et une deuxième extrémité (22), ledit premier conduit (2) comprenant le gaz naturel comprenant CH 4 , un deuxième conduit (3) ayant une première extrémité (31) et une deuxième extrémité (32), ledit deuxième conduit (3) comprenant H 2 , ladite deuxième extrémité (32) du deuxième conduit (3) étant reliée à la deuxième extrémité (22) du premier conduit (2), un régulateur proportionnel 4) relié au premier conduit (2) pour mesurer une première pression P 1 du gaz naturel et relié au deuxième conduit (3) pour mesurer une deuxième pression P 2 du H 2 et pour réguler le débit volumique de H 2 dans le deuxième conduit (3) et une chaudière à combustible gazeux comprenant un brûleur et étant reliée à la deuxième extrémité (22) du premier conduit (2). L’invention porte également sur un procédé pour réguler la proportion d’un mélange gazeux comprenant un gaz naturel incluant du méthane CH 4 et de l’hydrogène H 2 pour alimenter une chaudière à combustibles gazeux. Figure 1 Procédé et Dispositif pour alimenter une chaudière à combustibles gazeux La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour alimenter une chaudière à combustibles gazeux. La présente invention est particulièrement adaptée à un réseau de distribution de gaz urbain. Le développement des sources d’énergie alternatives s’est accéléré ces dernières décennies dans le but de réduire les émissions de dioxyde de carbone CO 2 et la dépendance aux combustibles fossiles. Ces sources d’énergie alternatives comprennent notamment les cellules photovoltaïques et les éoliennes qui permettent de produire une énergie électrique sans aucune émission directe. Dans le domaine de l’énergie thermique, en particulier du chauffage, il est connu d’utiliser le gaz naturel, comprenant très majoritairement du méthane, pour alimenter une chaudière à combustibles gazeux. Ce type de chaudière est également utilisé à grande échelle, notamment dans une usine ou comme chauffage central dans les immeubles. Cependant, l’utilisation du gaz naturel implique la production de CO 2 . Pour diminuer les émissions de CO 2 , il est connu d’utiliser le biométhane comme source énergétique. Le biométhane est un gaz renouvelable produit à partir de déchets issus de l'industrie agro-alimentaire, de la restauration collective, de déchets agricoles et ménagers, ou encore de boues de stations d'épuration. Il peut être injecté dans le réseau de distribution de gaz naturel. Il peut notamment être utilisé dans un réseau de chauffage ou de production d'eau chaude urbain. Cependant, le biométhane ne permet pas à lui seul de diminuer significativement l’émission de dioxide de carbone. En effet, le biométhane est énergétiquement pauvre, nécessitant une consommation importante de ce gaz qui contient du carbone. De plus, les modes d’élaboration actuels incluent majoritairement des activités agricoles ou de transport génératrices de CO 2 . Il subsiste donc un besoin de fournir un moyen permettant d’alimenter une chaudière à combustibles gazeux tout en réduisant les émissions de CO 2 , facilement adaptables à l’échelle industrielle et peu coûteux. La présente invention porte sur un dispositif pour réguler la proportion d’un mélange gazeux comprenant un gaz naturel incluant du méthane CH 4 et de l’hydrogène H 2 pour alimenter une chaudière à combustibles gazeux comprenant: un premier conduit ayant une première extrémité et une deuxième extrémité, ledit premier conduit comprenant le gaz naturel comprenant CH 4 , un deuxième conduit ayant une première extrémité et une deuxième extrémité, ledit deuxième conduit comprenant H 2 , ladite deuxième extrémité du deuxième conduit étant reliée à la deuxième extrémité du premier conduit, un régulateur proportionnel relié au premier conduit pour mesurer une première pression P 1 du gaz naturel et relié au deuxième conduit pour mesurer une deuxième pression P 2 du H 2 et pour réguler le débit volumique de H 2 dans le deuxième conduit et une chaudière à combustible gazeux comprenant un brûleur et étant reliée à la deuxième extrémité du premier conduit. Sans vouloir être lié par une théorie, il semble que le dispositif selon l’invention permet de réduire significativement les émissions de CO 2 de par l’ajout de dihydrogène dans le mélange gazeux. En outre, le dispositif selon l’invention permet de réguler aisément la proportion de H2 dans le mélange gazeux. Enfin, le dispositif selon l’invention est peu coûteux et est facile à mettre en œuvre à l’échelle industrielle. Dans une forme de réalisation, le régulateur proportionnel est un régulateur pneumatique. Dans une forme de réalisation, les premières extrémités des premier et deuxième conduits comprennent, indépendamment l’un de l’autre, au moins une vanne. Dans ce mode de réalisation, les débits volumiques de H 2 et du gaz naturel peuvent être aisément réguler. Dans une forme de réalisation, le premier conduit comprend un bloc gaz du brûleur de la chaudière. Dans ce mode de réalisation, le bloc de gaz du brûleur permet de contrôler l’alimentation en gaz naturel du brûleur de la chaudière. Le bloc gaz est par exemple une électrovanne à ouverture et fermeture rapide. En cas de défaut sur la chaudière, le bloc gaz permet de couper l’alimentation d’arrivée de gaz naturel. Dans une forme de réalisation, le deuxième conduit comprend une électrovanne. Dans ce mode de réalisation, l’électrovanne permet de contrôler l’alimentation en H 2 . Par exemple, l’électrovanne est reliée à un moyen de commande. Dans ce mode de réalisation, le moyen de commande agit sur l’électrovanne. Dans un mode de réalisation, le deuxième conduit comprend une vanne de régulation mécanique avec laquelle le régulateur proportionnel régule le débit volumique de H 2 . Dans un mode de réalisation, les premier et deuxième conduits comprennent un clapet anti-retour. Dans un mode de réalisation, la chaudière est une chaudière à condensation. L’invention porte également sur un procédé pour réguler la proportion d’un mélange gazeux comprenant un gaz naturel incluant du méthane CH 4 et de l’hydrogène H 2 pour alimenter une chaudière à combustibles gazeux avec le dispositif selon l’invention comprenant: La provision de gaz naturel incluant le méthane CH 4 dans un premier conduit et la provision d’hydrogène dans un deuxième conduit, La mesure d’une première pression P 1 du gaz naturel et d’une deuxième pression P 2 du H 2 par le biais d’un régulateur proportionnel, La régulation du débit volumique de H 2 avec le régulateur proportionel agissant sur une vanne de régulation mécanique présente dans le deuxième conduit. Le procédé selon l’invention permet de mélanger facilement H 2 et le gaz naturel. Contrairement aux régulateurs de l’art antérieur, le régulateur proportionnel selon l’invention permet de mesurer deux pressions, P 1 et P 2 , et de réguler directement le débit d’hydrogène dans le deuxième conduit en fonction des pressions P 1 et P 2 mesurées. En effet, la pression étant proportionnelle au débit volumique, le régulateur peut aisément convertir une valeur en pression en débit volumique et vice versa. Par exemple, H 2 peut être produit par électrolyse d’eau en présence de d’énergie électrique. Dans une forme de réalisation, avant l’étape A), dans une étape de sélection, les pressions P 1 et P 2 sont sélectionnées. Dans une forme de réalisation, à l’étape A), le pourcentage d’H 2 dans le mélange gazeux est compris entre 1 et 70% en mole. Dans ce mode de réalisation, il semble que les teneurs en hydrogène permettent de diminuer significativement les émissions de CO 2 tout en maintenant de bonnes performances pour alimenter la chaudière à combustibles gazeux. Dans une forme de réalisation, à l’étape A), le pourcentage de gaz naturel dans le mélange gazeux est compris entre 30 et 99% en mole. Dans une forme de réalisation, à l’étape A), le gaz naturel comprend en outre au moins un élément choisi parmi: un alcane différent du méthane, du dioxyde de carbone, de l’azote, du sulfure d’hydrogène et de l’hélium. Par exemple, l’alcane différent du méthane est choisi parmi: le propane ou le butane. Dans une forme de réalisation, à l’étape A), la première pression P 1 du gaz naturel est comprise entre 1 et 50millibars, de préférence 10 et 30millibars et par exemple d’environ 20 millibars. Dans une forme de réalisation, à l’étape A), la deuxième pression P 2 est comprise entre 1 et 50millibars, de préférence 10 et 30millibars et par exemple d’environ 20 ou 22 millibars. Dans une forme de réalisation, à l’étape B), les mesures de P 1 et P 2 sont réalisées de manière périodique ou continue. Dans une forme de réalisation, à l’étape C), lorsque P 1 et/ou P 2 est(sont) en-dessous ou au-dessus d’une valeur seuil de pression, le régulateur proportionnel agit sur la vanne de régulation mécanique pour réguler le débit volumique de H 2 dans le deuxième conduit. Dans une forme de réalisation, lorsque le brûleur de la chaudière s’arrête, un moyen de commande agit sur une électrovanne présente dans le deuxième conduit pour bloquer la provision de H 2 et un bloc gaz du brûleur de ma chaudière bloque la provision de gaz naturel. Par exemple, le brûleur de la chaudière peut s’arrêter lorsqu’un défaut apparait dans la chaudière. Dans ce cas, la vanne de régulation mécanique du débit en H 2 se ferme, P 2 devant nulle. D’autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: illustre un schéma d’un exemple de dispositif selon l’invention. La Figure 1 illustre un dispositif 1 comprenantun premier conduit 2 ayant une première extrémité 21 et une deuxième extrémité 22, ledit premier conduit 2 comprenant le gaz naturel incluant par exemple majoritairement du CH 4 et minoritairement de l’azote. Le dispositif 1 comprend également un deuxième conduit 3 ayant une première extrémité 31 et une deuxième extrémité 32, ledit deuxième conduit 32 comprenant H 2 . La deuxième extrémité 32 du deuxième conduit 3 est reliée à la deuxième extrémité 22 du premier conduit 2. Le mélange de gaz peut s’effectuer au niveau de la deuxième extrémité 22 du premier conduit 2 de sorte à alimenter une chaudière à combustible gazeux (non représentée) comprenant un brûleur (non représenté). Dans cet exemple, un régulateur proportionnel pneumatique 4 est relié au premier conduit 2 pour mesurer une première pression P 1 du gaz naturel et relié au deuxième conduit 3 pour mesurer une deuxième pression P 2 du H 2 et pour réguler le débit volumique de H 2 dans le deuxième conduit 3. Par ailleurs, le premier conduit 2 peut comprendre un bloc gaz du brûleur 23 de la chaudière qui permet de contrôler l’alimentation en gaz naturel. Par exemple, le bloc de gaz est situé au niveau de la première extrémité 21 du premier conduit 2. Le deuxième conduit 3 peut comprendre une électrovanne 33 qui permet de contrôler l’alimentation en H 2 . Dans cet exemple, l’électrovanne est reliée à un moyen de commande (non représenté) qui contrôle l’électrovanne 33. Le deuxième conduit 3 peut également comprendre une vanne de régulation mécanique 34 avec laquelle le régulateur proportionnel 4 régule le débit volumique de H 2 . Le dispositif peut également comprendre des clapets anti-retour 24, 35 situés dans les premier et deuxième conduits 2, 3. Les clapets anti-retour permettent la circulation des gaz dans un sens et bloque la circulation des gaz dans le sens opposé. Avec le dispositif selon l’invention, il est possible de sélectionner des valeurs seuils de pressions P 1 et P 2 que la concentration molaire de H 2 dans le mélange soit par exemple d’environ 37% en volume. Par exemple, la valeur seuil de P 1 est de 18 Millibars et la valeur seuil de P 2 est de 20 Millibars. Dans une étape A), le premier conduit 2 est alimenté en gaz naturel et le deuxième conduit 3 est alimenté en H 2 . Dans une étape B), des mesures périodiques de P 1 et P 2 sont réalisées par le biais du régulateur proportionnel 4. Par exemple, la mesure est réalisée toutes les heures. Dans une étape C), par exemple, lorsque P 1 et/ou P 2 est(sont) en-dessous ou au-dessus de la valeur seuil telle que prédéfinie ci-dessus, le régulateur proportionnel 4 agit sur la vanne de régulation mécanique 34 pour réguler le débit volumique de H 2 dans le deuxième conduit. Par exemple, lorsque P 1 est au-dessus de la valeur seuil, le régulateur 4 agit sur la vanne de régulation mécanique 34 pour augmenter le débit volumique de H 2 , augmenter P 2 et ainsi pour augmenter le pourcentage molaire de H 2 dans le mélange gazeux. Par exemple, lorsque P 2 est au-dessus de la valeur seuil, le régulateur 4 agit sur la vanne de régulation mécanique 34 pour diminuer le débit volumique de H 2 , diminuer P 1 et ainsi pour diminuer le pourcentage molaire de H 2 dans le mélange gazeux. Le dispositif et le procédé selon l’invention permettent d’optimiser la régulation de la proportion du mélange gazeux comprenant H 2 et un gaz naturel comprenant au moins CH 4 . Le dispositif et le procédé selon l’invention sont faciles à mettre en œuvre à granche échelle, notamment pour un réseau de distribution de gaz urbain. Enfin, ils permettent de réduire significatement les émissions de CO 2 . Dispositif (1) pour réguler la proportion d’un mélange gazeux comprenant un gaz naturel incluant du méthane CH 4 et de l’hydrogène H 2 pour alimenter une chaudière à combustibles gazeux comprenant: un premier conduit (2) ayant une première extrémité (21) et une deuxième extrémité (22), ledit premier conduit (2) comprenant le gaz naturel comprenant CH 4 , un deuxième conduit (3) ayant une première extrémité (31) et une deuxième extrémité (32), ledit deuxième conduit (3) comprenant H 2 , ladite deuxième extrémité (32) du deuxième conduit (3) étant reliée à la deuxième extrémité (22) du premier conduit (2), un régulateur proportionnel 4) relié au premier conduit (2) pour mesurer une première pression P 1 du gaz naturel et relié au deuxième conduit (3) pour mesurer une deuxième pression P 2 du H 2 et pour réguler le débit volumique de H 2 dans le deuxième conduit (3) et une chaudière à combustible gazeux comprenant un brûleur et étant reliée à la deuxième extrémité (22) du premier conduit (2). Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le régulateur proportionnel (4) est un régulateur pneumatique. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les premières extrémités (21, 31) des premier (2) et deuxième (3) conduits comprennent, indépendamment l’un de l’autre, au moins une vanne. Dispositif selon la revendication 3, le premier conduit (2) comprend un bloc gaz (23) du brûleur de la chaudière. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, le deuxième conduit (3) comprend une électrovanne (33). Dispositif selon la revendication 5, dans lequel l’électrovanne (33) est reliée à un moyen de commande. Dispositif selon au moins l’une quelconque des revendications 3 à 6, dans lequel le deuxième conduit (3) comprend une vanne de régulation mécanique (34) avec laquelle le régulateur proportionnel (4) régule le débit volumique de H 2 . Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les premier (2) et deuxième (3) conduits comprennent un clapet anti-retour (24, 35). Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel la chaudière est une chaudière à condensation. Procédé pour réguler la proportion d’un mélange gazeux comprenant un gaz naturel incluant du méthane CH 4 et de l’hydrogène H 2 pour alimenter une chaudière à combustibles gazeux avec le dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 comprenant: La provision de gaz naturel incluant le méthane CH 4 dans un premier conduit (2) et la provision d’hydrogène dans un deuxième conduit (3), La mesure d’une première pression P 1 du gaz naturel et d’une deuxième pression P 2 du H 2 par le biais d’un régulateur proportionnel (4), La régulation du débit volumique de H 2 avec le régulateur proportionel (4) agissant sur une vanne de régulation mécanique (34) présente dans le deuxième conduit (3). Procédé selon la revendication 10, dans lequel avant l’étape A), dans une étape de sélection, des valeurs seuils des pressions P 1 et P 2 sont sélectionnées. Procédé selon la revendication 10 ou 11, dans lequel à l’étape A), le pourcentage d’H 2 dans le mélange gazeux est compris entre 1 et 70% en mole. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel à l’étape A), le pourcentage de gaz naturel dans le mélange gazeux est compris entre 30 et 99% en mole. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel à l’étape A), le gaz naturel comprend en outre au moins un élément choisi parmi: un alcane différent du méthane, du dioxyde de carbone, de l’azote, du sulfure d’hydrogène et de l’hélium. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l’alcane différent du méthane est choisi parmi: le propane ou butane. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 15, dans lequel à l’étape A), la première pression P 1 du gaz naturel est 1 et 50milibars. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 16, dans lequel à l’étape A), la deuxième pression P 2 est comprise entre 1 et 50milibars. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 17, dans lequel à l’étape B), les mesures de P 1 et P 2 sont réalisées de manière périodique ou continue. Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 18, dans lequel à l’étape C), lorsque P 1 et/ou P 2 est(sont) en-dessous ou au-dessus d’une valeur seuil de pression, le régulateur proportionnel (4) agit sur la vanne de régulation mécanique (34) pour réguler le débit volumique de H 2 dans le deuxième conduit (31). Procédé selon l’une quelconque des revendications 10 à 19, lorsque le brûleur de la chaudière s’arrête, un moyen de commande agit sur une électrovanne (33) présente dans le deuxième conduit (3) pour bloquer la provision de H 2 et un bloc gaz (23) du brûleur de la chaudière bloque la provision de gaz naturel.