Brevet FR3149079A1 — publié le 20241129

L’invention concerne une installation de liquéfaction d’hydrogène comprenant un circuit (3) d’alimentation d’hydrogène à refroidir, une pluralité d’échangeurs (4, 5, 6, 7, 17) de chaleur disposés en échange thermique avec le circuit (3) d’alimentation, un premier dispositif (8) de pré-refroidissement, un deuxième dispositif (9) de pré-refroidissement et un système (10) de refroidissement en échange thermique l’ensemble (4, 5) d’échangeurs, pour abaisser la température de l’hydrogène jusqu’à une température inférieure à la température critique de l’hydrogène, le premier dispositif (8) de pré-refroidissement comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération fermé d’un premier gaz de cycle comprenant au moins trois composants, un premier compresseur (18) centrifuge, un organe (180) de refroidissement, trois séparateurs (28, 48, 88) de phases configuré pour séparer le fluide diphasique, le réfrigérateur à cycle de réfrigération du premier dispositif (8) de pré-refroidissement comprenant un premier organe (78) de détente configuré pour détendre le liquide produit par l’un des séparateurs (48) de phases et renvoyer ce fluide vers un premier compresseur (18) centrifuge via un passage dans un échangeur de chaleur de l’ensemble d’échangeurs. Figure d’abrégé : Fig. 1 Installation et procédé de liquéfaction d’hydrogène L’invention concerne une installation et un procédé de liquéfaction d’hydrogène L’invention concerne plus particulièrement une installation de liquéfaction d’hydrogène comprenant un circuit d’alimentation d’hydrogène à refroidir ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source de d’hydrogène gazeux sous pression à une première température initiale et une extrémité aval destinée à être reliée à au moins un organe de collecte de l’hydrogène liquéfié, l’installation comprenant une pluralité d’échangeurs de chaleur disposés en série en échange thermique avec le circuit d’alimentation, l’installation comprenant un premier dispositif de pré-refroidissement en échange thermique avec un premier ensemble parmi les échangeur(s) de chaleur, le premier dispositif de pré-refroidissement étant configuré pour abaisser la température de l’hydrogène de la première température jusqu’à une deuxième température inférieure à la première température et comprise entre 120K et 163K, l’installation comprenant un deuxième dispositif de pré-refroidissement en échange thermique un second ensemble parmi les échangeurs de chaleur et configuré pour abaisser la température de l’hydrogène de la deuxième température jusqu’à une troisième température inférieure à la deuxième température et supérieure ou égale à 103K, l’installation comprenant un système de refroidissement en échange thermique avec un troisième ensemble parmi les échangeurs de chaleur et configuré pour abaisser la température de l’hydrogène de la troisième température jusqu’à une quatrième température inférieure à la température critique de l’hydrogène, par exemple inférieure à 25K, Un liquéfacteur d’hydrogène comprend généralement une section de pré-refroidissement pour amener l’hydrogène à une température intermédiaire d’environ 80K et une section finale pour refroidir l’hydrogène d’environ 80K à 30K. Après s’être refroidi dans les deux sections, l’hydrogène se liquéfie. Il est connu d’utiliser un réfrigérant comprenant plusieurs composants dont de l’azote et des hydrocarbures dans un cycle fermé pour refroidir la section de pré-refroidissement. Pour la liquéfaction d’hydrogène il est connu de prévoir des liquéfacteurs utilisant un système de pré-refroidissement et un système de refroidissement (cycle de réfrigération comprenant de l’hydrogène et/ou d’hélium). Le document « Optimal operation of large-scale liquid hydrogen plant utilizing mixed fluid refrigeration system » (Krasae and al. International Journal of Hydrogen Energy, Vol 39, n°13 ISSN: 0360-3199) décrit un liquéfacteur dont le système de pré-refroidissement est constitué d’un cycle de mélange de réfrigérant (« MR »). Cette solution n’est pas satisfaisante car elle prévoit notamment d’utiliser un grand nombre de composants pour le cycle de pré-réfrigérant. D’autres solutions connues consistent à prévoir un système de pré-refroidissement constitué de deux cycles : un cycle de mélange de réfrigérants et un cycle d’azote. Il est avantageux de refroidir le plus possible dans la section de pré-refroidissement afin de limiter le refroidissement à effectuer dans la section finale où le refroidissement est moins efficace car reposant majoritairement sur la chaleur sensible de l’hydrogène. Or, en dessous d’une température donnée, il y a un risque de démixtion et/ou de gel pour les composants les plus lourds du cycle avec le réfrigérant multi-composants. Pour les liquéfacteurs d’hydrogène de grande capacité les solutions connues présentent des performances énergétiques peu satisfaisantes. 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 caractérisée en ce que le deuxième dispositif de pré-refroidissement comprend un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un deuxième gaz de cycle constitué d’azote, le premier dispositif de pré-refroidissement comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération fermé d’un premier gaz de cycle comprenant au moins trois composants dont au moins un premier composant plus volatil qu’au moins un deuxième composant, le au moins deuxième composant étant plus volatil qu’au moins un troisième composant, le réfrigérateur à cycle de réfrigération du premier dispositif de pré-refroidissement comprenant un premier compresseur centrifuge du premier gaz de cycle, un organe de refroidissement du premier gaz de cycle comprimé configuré pour produire un fluide diphasique, un premier séparateur de phases configuré pour séparer le fluide diphasique, de seconds organes de compression configurés pour comprimer le gaz et le liquide provenant du premier séparateur de phases, un deuxième séparateur de phases configuré pour séparer le fluide diphasique produit par les seconds organes de compression, une première conduite en échange thermique avec un échangeur de chaleur du premier ensemble et configurée pour refroidir, condenser partiellement du gaz produit par le deuxième séparateur de phases et transférer ce gaz partiellement condensé dans un troisième séparateur de phases du réfrigérateur du premier dispositif de pré-refroidissement, le réfrigérateur à cycle de réfrigération du premier dispositif de pré-refroidissement comprenant un premier organe de détente configuré pour détendre le liquide produit par le deuxième séparateur de phases et renvoyer ce fluide vers le premier compresseur centrifuge via un passage dans un échangeur de chaleur du premier ensemble. La combinaison des premier et deuxième dispositifs de pré-refroidissement avec le système de refroidissement permet d’améliorer les performances de l’installation. En particulier, la composition du premier gaz de cycle et l’association des trois séparateurs de phases du premier dispositif de pré-refroidissement permet d’améliorer la performance, notamment énergétique de l’installation tout en utilisant un nombre limité de composants du premier gaz de cycle Par ailleurs, des modes de réalisation de l’invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : le réfrigérateur à cycle de réfrigération du premier dispositif de pré-refroidissement comprend un cinquième séparateur de phases configuré pour recevoir le gaz produit par le troisième séparateur de phases du réfrigérateur et détendu dans un organe de détente du réfrigérateur du premier dispositif de pré-refroidissement, le réfrigérateur à cycle de réfrigération du premier dispositif de pré-refroidissement comprend un cinquième séparateur de phases configuré pour recevoir le gaz produit par le troisième séparateur de phases du réfrigérateur et détendu dans un organe de détente du réfrigérateur du premier dispositif de pré-refroidissement, le premier gaz de cycle consiste en un mélange de trois à six composants choisis parmi: azote, méthane, éthane ou éthylène, propane ou propène, butane ou butène, pentane, le réfrigérateur du deuxième dispositif de pré-refroidissement comprend, disposés dans un circuit de cycle, au moins deux compresseurs centrifuges en série configurés pour comprimer le deuxième gaz de cycle, au moins une turbine de détente du deuxième gaz de cycle accouplée à un arbre rotatif qui est de préférence accouplé également à un compresseur, le circuit de cycle comprenant en outre un dispositif de thermosiphon comprenant un réservoir séparateur de phase configuré pour recevoir au moins un flux du deuxième gaz de cycle détendu par la au moins une turbine de détente et renvoyer du gaz de cycle vers les compresseurs, le premier gaz de cycle consiste en un mélange composé d’au moins un composant léger choisi dans le groupe : azote, méthane, au moins un composant moyen choisi dans le groupe : éthane, éthylène, propane, propène, butane, butène et au moins un composant lourd qui est du pentane ou, du butane si le composant moyen est choisi dans le groupe : éthane, éthylène, propane, propène. L’invention concerne également un procédé de liquéfaction d’hydrogène comprenant les étapes suivantes : refroidir un débit d’hydrogène à au moins 20 bars abs et à une première température initiale jusqu’à une seconde température de 163K ou inférieure dans au moins une première ligne d’échangeur(s) de chaleur refroidie par un premier dispositif de pré-refroidissement, refroidir le débit d’hydrogène de la seconde température jusqu’à une troisième température de 103Kou inférieure dans au moins un échangeur de chaleur refroidi par un deuxième dispositif de pré-refroidissement, refroidir le débit d’hydrogène de la troisième température jusqu’à une température en dessous de la température critique de l’hydrogène, en particulier en dessous de 25K dans au moins un échangeur de chaleur refroidi par un système de refroidissement, liquéfier le débit d’hydrogène refroidi jusqu’à la température en dessous de la température critique pour obtenir un débit d’hydrogène liquide, dans lequel, le deuxième dispositif de pré-refroidissement est un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un deuxième gaz de cycle constitué d’azote, le premier dispositif de pré-refroidissement étant un réfrigérateur d’un premier cycle fermé de réfrigération utilisant un premier fluide réfrigérant comprenant au moins trois composants dont au moins un premier composant plus volatil qu’au moins un deuxième composant et au moins un troisième composant plus volatil que le au moins un deuxième composant, le premier cycle de réfrigération comprenant au moins deux étapes de condensation partielle à des températures différentes supérieures à la seconde température, pour séparer le premier fluide réfrigérant en produisant un gaz enrichi en ses composants plus volatils et un liquide enrichi en ses composant moins volatils, le premier cycle de réfrigération comprenant : une compression dans un compresseur centrifuge où le débit entier de premier fluide réfrigérant est comprimé depuis une pression comprise entre 1,1 bara et 10 bara, de préférence entre 1,5 et 6 bara, jusqu’à une pression comprise entre 7 et 30 bara, de préférence entre 15 et 25 bara, un refroidissement du premier fluide réfrigérant pour former un fluide diphasique, une séparation de ce fluide diphasique dans un premier séparateur de phases, une compression centrifuge du gaz provenant du premier séparateur de phases et une pressurisation du liquide provenant du premier séparateur de phases jusqu’à une pression comprise entre 25 bara et 70 bara, de préférence entre 45 bara et 65 bara, un envoi de ce gaz comprimé et de ce liquide pressurisé à un deuxième séparateur de phases, une séparation du gaz comprimé et du liquide pressurisé dans le deuxième séparateur de phases pour former un gaz et un liquide, un refroidissement de ce gaz produit par le deuxième séparateur de phases dans la première ligne d’échange de chaleur jusqu’au moins la seconde température pour le condenser partiellement, un envoi de ce gaz condensé partiellement dans un troisième séparateur de phases, un refroidissement et une détente du liquide formé dans le deuxième séparateur de phases via une vanne ou une turbine pour former un fluide détendu et un renvoi de ce fluide détendu dans la première ligne ) d’échange de chaleur pour se réchauffer et former au moins une partie du fluide comprimé dans le compresseur centrifuge. Selon d’autres particularités possibles : le procédé utilise un quatrième séparateur de phases recevant le liquide produit par le deuxième séparateur de phases et le liquide produit par le troisième séparateur de phases, le procédé utilise un cinquième séparateur de phases recevant le gaz produit par le troisième séparateur de phases et détendu, le premier gaz de cycle consiste en un mélange de trois à six composants choisis parmi: azote, méthane, éthane ou éthylène, propane ou propène, butane ou butène, pentane, le premier gaz de cycle comprend, en mole, entre 10% et 50% de composant(s) léger(s), entre 30% et 70% de composant(s) moyen(s) et entre 10% et 35% de composant(s) lourd(s), le total étant égal à 100%, - le gaz fourni par le deuxième séparateur de phases contient, en mole, moins de 20% de composant(s) lourd(s) et éventuellement au moins 20% de composant(s) léger(s), le liquide fourni par le deuxième séparateur de phases contient au moins 20% de composant(s) lourd(s) et éventuellement moins de 20% de composant(s) léger(s), le gaz fourni par le troisième séparateur de phases contient moins de 1% de composant(s) lourd(s) et de préférence au moins 30% de composant(s) léger(s), le liquide fourni par le troisième séparateur de phases contient au moins 5% de composant(s) lourd(s) et de préférence moins de 30% de composant(s) léger(s), le gaz fourni par le deuxième séparateur de phases est refroidi dans la première ligne d’échangeur de chaleur jusqu’à une température comprise entre 10°C et -40°C, et de préférence entre +5°C et -20°C (ou bien refroidi entre 120K et 163K) et alimente à cette température le troisième séparateur de phases, le liquide fourni par le deuxième séparateur de phases est refroidi jusqu’à une température comprise entre –30°C et -160°C, de préférence -entre -50°C et -110°C, le liquide fourni par le troisième séparateur de phases est refroidi dans la première ligne d’échangeur de chaleur jusqu’à une température d’au plus -50°C et est condensé partiellement avant d’être envoyé dans le quatrième séparateur de phases, le refroidissement du débit d’hydrogène de la seconde température jusqu’à une troisième température et/ou le refroidissement du débit d’hydrogène de la troisième température jusqu’à une troisième température jusqu’à une température en dessous de la température critique de l’hydrogène comporte un refroidissement du débit d’hydrogène jusqu’à une température intermédiaire comprise entre 113K et 153K, de préférence entre 123K et 143K à laquelle le débit d’hydrogène est envoyé à une unité de purification à adsorption opérant à une température cryogénique et ensuite éventuellement à une unité de conversion catalytique d’hydrogène ortho en hydrogène para, pour produire un débit d’hydrogène ayant une teneur en hydrogène para comprise entre 30% et 55% avant d’être refroidi à nouveau, le procédé comporte une production de puissance de pré-refroidissement par le deuxième dispositif de pré-refroidissement avec les étapes suivantes : un compression centrifuge du deuxième gaz de cycle dans au moins deux compresseurs disposés en série d’une pression d’entrée comprise entre 1 et 5 bara, jusqu’à une pression comprise entre 10 et 50bara et de préférence entre 15 et 25bara, une détente du deuxième gaz de cycle compressé et à une température comprise entre 173K et 128K dans au moins une vanne ou turbine jusqu’à une pression comprise entre 1,1 et 2bara, au moins une turbine de détente fournissant éventuellement du travail mécanique pour l’entraînement d’au moins un compresseur, la production de puissance de pré-refroidissement par le deuxième dispositif de pré-refroidissement comprend un transfert du deuxième gaz de cycle détendu dans un réservoir séparateur de phase d’un dispositif de type thermosiphon et un renvoi du gaz de cycle du réservoir vers l’admission des compresseurs, la détente du deuxième gaz de cycle compressé jusqu’à une pression comprise entre 1,1 et 2bara est réalisée dans deux turbines de détente en série, la pression du deuxième gaz de cycle entrant dans la première des turbines étant comprise entre 15 et 50bara, la température du deuxième gaz de cycle entrant dans la seconde des turbines étant comprise de préférence entre 143K et 103K, le premier gaz de cycle est constitué d’un mélange de trois composants : CH4, C2H6 ou C3H8, C5H10, par exemple, exprimé en mole, 53% de CH4; 41% de C3H8, 6% de C5H10, ou le premier gaz de cycle est constitué d’un mélange de quatre composants parmi : CH4 et/ou N2, C2H6 et/ou C3H8, C5H10, par exemple, exprimés en moles, 49% de CH4; 11% de C2H6, 31% de C3H8 et 9% de C5H10 ou le premier gaz de cycle est constitué d’un mélange de CH4, C2H4, C3H8 et C5H12, par exemple dans des proportions respectives en mole de 24%, 39%, 22%, et 15% ou dans des proportions respectives en mole de 6%, 33%, 26%,35%, ou le premier gaz de cycle est constitué d’un mélange de cinq composants : N2 ; CH4, C2H6; C3H8; C5H10 par exemple dans des proportions respectives en mole de 3%;37%, 32%, 13% et 14% ou dans des proportions respectives en mole de 3%, 31%, 34%, 18%, 14%, ou dans des proportions respectives en mole de 3%, 33%, 37%, 13%, et 14%, la température de coupure entre le premier (8) dispositif de pré-refroidissement et le deuxième dispositif (9) de pré-refroidissement, c’est-à-dire la température du débit d’hydrogène entre ces deux portions de pré-refroidissement est comprise entre 148K et 123K, de préférence entre 138K et 133K. L’invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous dans le cadre des revendications. D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : Brève description des figures L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : est une vue schématique et partielle illustrant un premier exemple de structure et de fonctionnement d’une installation selon l’invention, est une vue schématique et partielle illustrant un deuxième exemple de structure et de fonctionnement d’une installation selon l’invention. est une vue schématique et partielle illustrant la structure et le fonctionnement d’un détail d’une installation de liquéfaction selon l’invention illustrant un premier mode de réalisation possible d’un deuxième dispositif de pré-refroidissement, est une vue schématique et partielle illustrant la structure et le fonctionnement d’un détail d’une installation de liquéfaction selon l’invention illustrant un deuxième mode de réalisation possible d’un deuxième dispositif de pré-refroidissement. Description détaillée Sur toutes les figures, les mêmes références se rapportent aux mêmes éléments. Dans cette description détaillée, les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, cela ne signifie pas que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées et/ou interchangées pour fournir d’autres réalisations. L’installation 1 de liquéfaction d’hydrogène illustrée à la comprend un circuit 3 d’alimentation d’hydrogène à refroidir ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source 2 de d’hydrogène gazeux sous pression à une première température initiale et une extrémité aval 23 destinée à être reliée à au moins un organe 30 de collecte de l’hydrogène liquéfié. La source 2 de d’hydrogène gazeux peut comprendre par exemple, un électrolyseur. L’organe 30 de collecte de l’hydrogène peut comprendre par exemple au moins un stockage cryogénique. L’installation 1 comprenant de préférence une pluralité d’échangeurs 4, 5, 6, 7, 17 de chaleur disposés en série en échange thermique avec le circuit 3 d’alimentation. L’installation 1 comprend un premier dispositif 8 de pré-refroidissement en échange thermique avec un premier ensemble 4, 5 parmi les échangeurs de chaleur (dans cet exemple illustré les deux premiers échangeurs de chaleur 4, 5). Le premier dispositif 8 de pré-refroidissement est configuré pour produire et fournir une puissance froide et la transférer au circuit 3 d’alimentation pour abaisser la température de l’hydrogène de la première température jusqu’à une deuxième température inférieure à la première température et inférieure ou égale à 163K, par exemple jusqu’à 120K (deuxième température comprise entre 120K et 163K par exemple). L’installation 1 comporte un deuxième dispositif 9 de pré-refroidissement en échange thermique un second ensemble 4, 5, 6 parmi les échangeurs de chaleur (dans cet exemple illustré les trois premiers échangeurs de chaleur 4, 5, 6). Le deuxième dispositif 9 de pré-refroidissement est configuré pour produire et fournir une puissance froide et la transférer au circuit 3 d’alimentation pour abaisser la température de l’hydrogène de la deuxième température jusqu’à une troisième température inférieure à la deuxième température et par exemple inférieure ou égale à 103K et par exemple jusqu’à 80K (troisième température comprise par exemple entre 113K et 65 K, de préférence entre 103K et 80K). Le deuxième dispositif 9 de pré-refroidissement est un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un deuxième gaz de cycle constitué d’azote (c’est-à-dire essentiellement de l’azote et éventuellement des traces d’impuretés). Comme illustré, l’installation 1 comprend en outre un système 10 de refroidissement en échange thermique avec un troisième ensemble 4, 5, 6, 7, 17 parmi les échangeur(s) de chaleur (dans cet exemple illustré cinq échangeurs de chaleur). Le système 10 de refroidissement est un réfrigérateur cryogénique configuré pour produire une puissance froide à au moins un bout froid de son cycle et fournir cette puissance froide pour abaisser la température de l’hydrogène de la troisième température jusqu’à une quatrième température inférieure à la température critique de l’hydrogène, par exemple inférieure à 25K. Le premier dispositif 8 de pré-refroidissement est un réfrigérateur à cycle de réfrigération fermé d’un premier gaz de cycle comprenant au moins trois composants (mélange de réfrigérants « MR ») dont au moins un premier composant plus volatil qu’au moins un deuxième composant, le au moins un deuxième composant étant plus volatil qu’au moins un troisième composant. Ce réfrigérateur à cycle de réfrigération du premier dispositif 8 de pré-refroidissement comprend au moins un premier compresseur 18 centrifuge du premier gaz de cycle, un organe 180 de refroidissement du premier gaz de cycle comprimé (par exemple un échangeur de chaleur refroidit par un fluide caloporteur, tel que l’eau par exemple). Le premier gaz de cycle comprimé et refroidi produit un fluide diphasique. Le premier dispositif 8 de pré-refroidissement (ou réfrigérateur 8) comprend un premier séparateur 28 de phases configuré pour séparer ce fluide diphasique. Le premier dispositif 8 de pré-refroidissement comprend des conduites transférant le gaz et le liquide produit par le premier séparateur 28 de phases vers de seconds organes 38, 58 de compression respectifs (compresseur 38 et pompe 58) configurés pour comprimer respectivement le gaz et le liquide provenant du premier séparateur 28 de phases. De préférence, la compression 38 du gaz provenant du premier séparateur 28 de phases est du type centrifuge. Cette compression 38 et la pressurisation 58 du liquide provenant du premier séparateur 28 de phases peuvent amener les fluides jusqu’à une pression comprise entre 25 bara et 70 bara, de préférence entre 45 bara et 65 bara. Le circuit 21 de cycle du premier dispositif 8 de pré-refroidissement comprend un deuxième séparateur 48 de phases configuré recevoir les flux de fluides produits par les seconds organes 38, 58 de compression et pour séparer le fluide diphasique qui en résulte. Le circuit 21 de cycle du premier dispositif 8 de pré-refroidissement comprend une première conduite 68 ayant une extrémité amont reliée à la partie gazeuse du deuxième séparateur 48 de phases. Cette première conduite 68 est en échange thermique avec au moins un échangeur 4, 5 de chaleur du premier ensemble d’échangeurs et configurée pour refroidir, condenser partiellement du gaz produit par le deuxième séparateur 48 de phases. Une extrémité aval de cette première conduite 68 est reliée à un troisième séparateur 88 de circuit de cycle du premier dispositif 8 de pré-refroidissement pour y transférer ce gaz partiellement condensé (éventuellement via une vanne 188 de détente). Par exemple, le gaz fourni par le deuxième séparateur de phases 48 est refroidi dans la première ligne 68, d’échangeur(s) de chaleur(s) 4, 5 jusqu’à une température comprise entre 120K et 163K. Dans le mode de réalisation de la , le troisième séparateur 88 fonctionne à une température inférieure à la température du quatrième séparateur 108. Le circuit 21 de cycle du premier dispositif 8 de pré-refroidissement comprend une seconde conduite 98 ayant une extrémité amont reliée à la partie liquide du deuxième séparateur 48 de phases. Cette seconde conduite 98 est en échange thermique avec au moins un échangeur 4, 5 de chaleur du premier ensemble d’échangeurs. Le liquide fourni par le deuxième séparateur 48 de phases est par exemple refroidi jusqu’à une température comprise entre –30°C et -160°C, de préférence entre -50°C et -110°C. Cette seconde conduite 98 comporte de préférence un premier organe 78 de détente tel qu’une vanne configuré pour détendre le liquide produit par le deuxième séparateur 48 de phases avant le renvoi ce fluide vers le premier compresseur 18 centrifuge via un passage dans un échangeur de chaleur du premier ensemble 4, 5. Comme illustré à la et décrit plus en détail ci-après, après détente dans le premier organe 78 de détente et avant retour dans le ou les échangeurs de chaleur 4, 5, le liquide fourni par le deuxième séparateur 48 de phases peut transiter dans un éventuel quatrième séparateur de phases 108 du circuit de cycle du premier dispositif 8 de pré-refroidissement. Comme décrit ci-dessus, l’éventuel quatrième séparateur 108 de phases peut être configuré pour récupérer le liquide produit par le deuxième séparateur 48 de phases et détendu par le premier organe 78 de détente et pour être alimenté également par le liquide produit par le troisième séparateur 88 de phases via une conduite appropriée. Par exemple, le liquide fourni par le troisième séparateur de phases 88 peut être refroidi dans la le ou les échangeurs 5 (première ligne 4 d’échangeur de chaleur) jusqu’à une température d’au plus -50°C et est condensé partiellement avant d’être envoyé dans le quatrième séparateur de phases 108. Le premier gaz de cycle consiste en un mélange de trois à six composants choisis parmi: azote, méthane, éthane ou éthylène, propane ou propène, butane ou butène, pentane. Ce premier gaz de cycle consiste de préférence en un mélange composé d’au moins un composant léger choisi dans le groupe : azote, méthane, au moins un composant moyen choisi dans le groupe : éthane, éthylène, propane, propène, butane, butène et au moins un composant lourd qui est du pentane ou, du butane si le composant moyen est choisi dans le groupe : éthane, éthylène, propane, propène. Le premier gaz de cycle comprend par exemple, en mole, entre 10% et 50% de composant(s) léger(s), entre 30% et 70% de composant(s) moyen(s) et entre 10% et 35% de composant(s) lourd(s), le total étant égal à 100%. Ainsi, en fonctionnement, le débit entier de premier fluide réfrigérant peut être comprimé 18 depuis une pression comprise entre 1,1 bara et 10 bara, de préférence entre 1,5 et 6 bara, jusqu’à une pression comprise entre 7 et 30 bara, de préférence entre 15 et 25 bara. Le gaz fourni par le deuxième séparateur de phases 48 peut avantageusement contenir, en mole, moins de 20% de composant(s) lourd(s) et éventuellement au moins 20% de composant(s) léger(s). De même, le liquide fourni par le deuxième séparateur de phases 48 peut contenir au moins 20% de composant(s) lourd(s) et éventuellement moins de 20% de composant(s) léger(s). De même, le gaz fourni par le troisième séparateur de phases 88 peut contenir moins de 1% de composant(s) lourd(s) et de préférence au moins 30% de composant(s) léger(s). En outre, le liquide fourni par le troisième séparateur de phases 88 peut contenir au moins 5% de composant(s) lourd(s) et de préférence moins de 30% de composant(s) léger(s). Lorsque le premier gaz de cycle est constitué d’un mélange de trois composants : CH4, C2H6 ou C3H8, C5H10, il peut être composés dans les proportions suivantes exprimées en mole : 53% de CH4; 41% de C3H8, 6% de C5H10. Lorsque le premier gaz de cycle est constitué d’un mélange de quatre composants parmi : CH4 et/ou N2, C2H6 et/ou C3H8, C5H10, il peut être composés dans les proportions suivantes exprimées en mole : 49% de CH4; 11% de C2H6, 31% de C3H8 et 9% de C5H10. Alternativement le premier gaz de cycle peut être constitué d’un mélange de quatre composants parmi : CH4, C2H4, C3H8 et C5H12, par exemple dans des proportions respectives en mole de 24%, 39%, 22%, et 15% ou dans des proportions respectives en mole de 6%, 33%, 26%,35%. Lorsque le premier gaz de cycle est constitué d’un mélange de cinq composants parmi : ou le premier gaz de cycle est constitué d’un mélange de cinq composants : N2 ; CH4, C2H6; C3H8; C5H10, il peut être composés dans les proportions respectives suivantes exprimées en mole : 3%;37%, 32%, 13% et 14% ou dans des proportions respectives de 3%, 31%, 34%, 18%, 14%, ou dans des proportions respectives de 3%, 33%, 37%, 13%, et 14%. Cette structure du premier dispositif 8 de pré-refroidissement confère une efficacité énergétique avec un nombre limité de composants du mélange constituant le premier gaz de cycle. Le deuxième dispositif 9 de pré-refroidissement à cycle d’azote est représenté schématiquement à la et peut comprendre toute structure et fonctionnement appropriés. Par exemple, l’azote subi un cycle thermodynamique avec une compression puis un refroidissement 4, 5 puis une détente (vanne(s) et/ ou turbine(s)) 29 et un réchauffage 6, 5, 4. Comme illustré à la , le deuxième dispositif 9 de pré-refroidissement peut comporter ou être constitué d’un réfrigérateur à circuit de cycle. Ce circuit de cycle peut comprendre au moins deux compresseurs 19 centrifuges en série configurés pour comprimer le deuxième gaz de cycle (azote). La pression en entrée de compression peut être comprise entre 1 et 5 bara, et la pression de sortie peut être comprise entre 10 et 50bara et de préférence entre 15 et 25bara. Après un passage dans un ou des échangeurs 4, 5 de l’installation, l’azote comprimé et refroidi (par exemple à une température comprise entre 173K et 128K) peut être détendu dans moins une turbine 29 de détente qui peut être accouplée à un arbre rotatif accouplé également à un compresseur 19 du cycle. L’azote est par exemple détendu jusqu’à une pression comprise entre 1,1 et 2bara. Ce deuxième dispositif 9 de pré-refroidissement peut comporter en outre un dispositif de thermosiphon comprenant un réservoir 39 séparateur de phase configuré pour recevoir au moins un flux du deuxième gaz de cycle détendu par la au moins une turbine 29 de détente et renvoyer du gaz de cycle vers les compresseurs 19 (via un passage à contre-courant dans le ou les échangeurs 6, 5, 4 pour son réchauffage). Comme illustré, le réservoir 39 séparateur peut être alimenté également en fluide prélevé dans le cycle avant la détente 29. A cet endroit l’azote est par exemple à une température comprise entre -130°C et -145°C. Le mode de réalisation du deuxième dispositif 9 de pré-refroidissement illustré à la se distingue de celui de la uniquement en ce que le réfrigérateur comprend trois compresseurs 19 centrifuges en série et deux turbines 29 de détente en série. Les première et seconde turbines 29 peuvent être accouplées respectivement au deuxième et troisième compresseurs 19. À l’entrée de la première turbine 29 l’azote est par exemple à une température comprise entre -100 et -130°C. À la sortie de la deuxième turbine 29 l’azote est par exemple à une température comprise entre -130 et -170°C. En fonctionnement, le refroidissement de l’hydrogène 3 de la seconde température jusqu’à la troisième température et/ou le refroidissement du débit d’hydrogène 3 de la troisième température jusqu’à une troisième température jusqu’à une température en dessous de la température critique de l’hydrogène peut comporter un refroidissement jusqu’à une température intermédiaire comprise entre 113K et 153K, de préférence entre 123K et 143K. A cette température intermédiaire le débit d’hydrogène peut être envoyé à une unité 11 de purification à adsorption opérant à une température cryogénique et ensuite éventuellement à une unité de conversion catalytique d’hydrogène ortho en hydrogène para, pour produire un débit d’hydrogène ayant une teneur en hydrogène para comprise entre 30% et 55% avant d’être refroidi à nouveau. Cet hydrogène partiellement converti peut poursuivre son refroidissement jusqu’à sa liquéfaction assurée par le système 10 de refroidissement. Il peut être converti (ortho vers para) plus encore le long de la ligne échangeur(s) 7 de chaleur en aval. Il peut subir une détente 100 finale en aval (vanne(s) ou turbine(s)). Le mode de réalisation de la se distingue de celui de la uniquement en ce que le réfrigérateur à cycle de réfrigération du premier dispositif 8 de pré-refroidissement comprend un cinquième séparateur 118 de phases. Le circuit de cycle est configuré pour que le cinquième séparateur 118 de phases soit alimenté avec le gaz produit par le troisième séparateur 88 de phases du réfrigérateur via un échange thermique avec au moins un échangeur de chaleur 4, 5 et détendu dans un organe 128 de détente. Comme illustré, le gaz et le liquide produit par le cinquième séparateur 118 de phases peuvent alimenter le quatrième séparateur 108 de phase via un échange thermique avec au moins un échangeur de chaleur 5. Dans ce mode de réalisation, par exemple, le gaz fourni par le deuxième séparateur de phases 48 est refroidi dans la première ligne 68, d’échangeur(s) de chaleur(s) 4 jusqu’à une température comprise entre 10°C et -40°C, et de préférence entre +5°C et -20°C et alimente à cette température le troisième séparateur de phases 88. Dans ce mode de réalisation, le cinquième séparateur 118 fonctionne à une température plus basse que le quatrième séparateur 108 qui lui-même fonctionne à une température plus basse que le troisième séparateur 88. Le système 10 de refroidissement est illustré schématiquement par souci de simplification. Celui-ci peut être composé d’un réfrigérateur cryogénique à cycle dont le gaz de cycle comprend ou est constitué de l’un au moins parmi : l’hydrogène, l’hélium. Le gaz de cycle est soumis à un cycle thermodynamique (compression 101, refroidissement 4, 5, 6, détente 102, réchauffage 7, 6, 5, 7) pour fournir une puissance froide à au moins une extrémité du cycle. Tout ou partie des échangeurs de chaleurs 4, 5, 6, 7, 17 peuvent être des échangeurs à multi-passages (co-courant ou contre-courants) pour assurer le réchauffage et le refroidissement simultanés du ou des flux. A moins les parties froides des premier et second dispositifs de pré-refroidissement peuvent être disposées dans une première boîte froide isolée. A moins les parties froides du dispositif de refroidissement peuvent être disposées dans une seconde boîte froide isolée. La température de coupure entre le premier 8 dispositif de pré-refroidissement et le deuxième dispositif 9 de pré-refroidissement, c’est-à-dire la température du débit d’hydrogène entre ces deux portions de pré-refroidissement peut être comprise entre 148K et 123K, de préférence entre 138K et 133K. La température de coupure entre le deuxième 9 dispositif de pré-refroidissement et le système 10 de refroidissement, c’est-à-dire la température du débit d’hydrogène entre ces deux portions de pré-refroidissement peut être comprise entre 93K et 73K, de préférence entre 88K et 81K. La ou les compressions centrifuges peuvent être à plusieurs étages de compression. La ou les détentes assurées par des vanne(s) et/ou turbine(s). Dans l’exemple illustré le pré-refroidissement et le refroidissement est constitué de deux dispositifs 8, 9 de pré-refroidissement et d’un dispositif 10 de refroidissement. Bien entendu, d’autres dispositifs de refroidissement (et éventuellement de pré-refroidissement) peuvent être envisagés (boucle(s) de réfrigération par exemple). Installation de liquéfaction d’hydrogène comprenant un circuit (3) d’alimentation d’hydrogène à refroidir ayant une extrémité amont destinée à être reliée à une source (2) de d’hydrogène gazeux sous pression à une première température initiale et une extrémité aval (23) destinée à être reliée à au moins un organe (30) de collecte de l’hydrogène liquéfié, l’installation (1) comprenant une pluralité d’échangeurs (4, 5, 6, 7, 17) de chaleur disposés en série en échange thermique avec le circuit (3) d’alimentation, l’installation (1) comprenant un premier dispositif (8) de pré-refroidissement en échange thermique avec un premier ensemble (4, 5) parmi les échangeur(s) de chaleur, le premier dispositif (8) de pré-refroidissement étant configuré pour abaisser la température de l’hydrogène de la première température jusqu’à une deuxième température inférieure à la première température et comprise entre 120K et 163K, l’installation (1) comprenant un deuxième dispositif (9) de pré-refroidissement en échange thermique avec un second ensemble (4, 5, 6) parmi les échangeurs de chaleur et configuré pour abaisser la température de l’hydrogène de la deuxième température jusqu’à une troisième température inférieure à la deuxième température et comprise entre 103K et 80K, l’installation (1) comprenant un système (10) de refroidissement en échange thermique avec un troisième ensemble (4, 5, 6, 7, 17) parmi les échangeurs de chaleur et configuré pour abaisser la température de l’hydrogène de la troisième température jusqu’à une quatrième température inférieure à la température critique de l’hydrogène, par exemple inférieure à 25K, dans lequel, le deuxième dispositif (9) de pré-refroidissement comprend un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un deuxième gaz de cycle constitué d’azote, le premier dispositif (8) de pré-refroidissement comprenant un réfrigérateur à cycle de réfrigération fermé d’un premier gaz de cycle comprenant au moins trois composants dont au moins un premier composant plus volatil qu’au moins un deuxième composant, le au moins un deuxième composant étant plus volatil qu’au moins un troisième composant, le réfrigérateur à cycle de réfrigération du premier dispositif (8) de pré-refroidissement comprenant un premier compresseur (18) centrifuge du premier gaz de cycle, un organe (180) de refroidissement du premier gaz de cycle comprimé configuré pour produire un fluide diphasique, un premier séparateur (28) de phases configuré pour séparer le fluide diphasique, de seconds organes (38, 58) de compression configurés pour comprimer le gaz et le liquide provenant du premier séparateur (28) de phases, un deuxième séparateur (48) de phases configuré pour séparer le fluide diphasique produit par les seconds organes (38, 58) de compression, une première conduite (68) en échange thermique avec un échangeur de chaleur du premier ensemble (4, 5) et configurée pour refroidir, condenser partiellement du gaz produit par le deuxième séparateur (48) de phases et transférer ce gaz partiellement condensé dans un troisième séparateur (88) de phases du réfrigérateur du premier dispositif (8) de pré-refroidissement, le réfrigérateur à cycle de réfrigération du premier dispositif (8) de pré-refroidissement comprenant un premier organe (78) de détente configuré pour détendre le liquide produit par le deuxième séparateur (48) de phases et renvoyer ce fluide vers le premier compresseur (18) centrifuge via un passage dans un échangeur de chaleur du premier ensemble (4, 5). Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le réfrigérateur à cycle de réfrigération du premier dispositif (8) de pré-refroidissement comprend un quatrième séparateur (108) de phases configuré pour récupérer le liquide produit par le deuxième séparateur (48) de phases et détendu par le premier organe (78) de détente et pour être alimenté également par le liquide produit par le troisième séparateur (88) de phases. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le réfrigérateur à cycle de réfrigération du premier dispositif (8) de pré-refroidissement comprend un cinquième séparateur (118) de phases configuré pour recevoir le gaz produit par le troisième séparateur (88) de phases du réfrigérateur et détendu dans un organe (128) de détente du réfrigérateur du premier dispositif (8) de pré-refroidissement. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le premier gaz de cycle consiste en un mélange de trois à six composants choisis parmi: azote, méthane, éthane ou éthylène, propane ou propène, butane ou butène, pentane. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le réfrigérateur du deuxième dispositif (9) de pré-refroidissement comprend, disposés dans un circuit de cycle, au moins deux compresseurs (19) centrifuges en série configurés pour comprimer le deuxième gaz de cycle, au moins une turbine (29) de détente du deuxième gaz de cycle accouplée à un arbre rotatif qui est de préférence accouplé également à un des compresseurs (19), le circuit de cycle comprenant en outre un dispositif de thermosiphon comprenant un réservoir (39) séparateur de phase configuré pour recevoir au moins un flux du deuxième gaz de cycle détendu par la au moins une turbine (29) de détente et renvoyer du gaz de cycle vers les compresseurs (19). Procédé de liquéfaction d’hydrogène comprenant les étapes suivantes : refroidir un débit d’hydrogène (3) ayant une pression d’au moins 20 bars abs et une première température initiale jusqu’à une seconde température de 163K ou inférieure dans au moins une première ligne (4, 5) d’échangeur(s) de chaleur refroidie par un premier dispositif (8) de pré-refroidissement, refroidir le débit d’hydrogène (3) de la seconde température jusqu’à une troisième température de 103K ou inférieure dans au moins un échangeur de chaleur (4, 5, 6) refroidi par un deuxième dispositif (9) de pré-refroidissement, refroidir le débit d’hydrogène (3) de la troisième température jusqu’à une température en dessous de la température critique de l’hydrogène, en particulier en dessous de 25K dans au moins un échangeur de chaleur (6, 7, 17) refroidi par un système (10) de refroidissement, liquéfier le débit d’hydrogène (3) refroidi jusqu’à la température en dessous de la température critique pour obtenir un débit d’hydrogène liquide, dans lequel, le deuxième dispositif (9) de pré-refroidissement est un réfrigérateur à cycle de réfrigération d’un deuxième gaz de cycle constitué d’azote, le premier dispositif (8) de pré-refroidissement étant un réfrigérateur d’un premier cycle fermé de réfrigération utilisant un premier fluide réfrigérant comprenant au moins trois composants dont au moins un premier composant plus volatil qu’au moins un deuxième composant et au moins un troisième composant plus volatil que le au moins un deuxième composant, le premier cycle de réfrigération comprenant au moins deux étapes de condensation partielle à des températures différentes supérieures à la seconde température, pour séparer le premier fluide réfrigérant en produisant un gaz enrichi en ses composants plus volatils et un liquide enrichi en ses composant moins volatils, le premier cycle de réfrigération comprenant : une compression dans un compresseur centrifuge (18) où le débit entier de premier fluide réfrigérant est comprimé depuis une pression comprise entre 1,1 bara et 10 bara, de préférence entre 1,5 et 6 bara, jusqu’à une pression comprise entre 7 et 30 bara, de préférence entre 15 et 25 bara, un refroidissement (180) du premier fluide réfrigérant pour former un fluide diphasique, une séparation de ce fluide diphasique dans un premier séparateur (28) de phases, une compression centrifuge du gaz provenant du premier séparateur (28) de phases et une pressurisation (58) du liquide provenant du premier séparateur (28) de phases jusqu’à une pression comprise entre 25 bara et 70 bara, de préférence entre 45 bara et 65 bara, un envoi de ce gaz comprimé et de ce liquide pressurisé à un deuxième séparateur de phases (48), une séparation du gaz comprimé et du liquide pressurisé dans le deuxième séparateur (48) de phases pour former un gaz et un liquide, un refroidissement de ce gaz produit par le deuxième séparateur de phases (48) dans la première ligne (4) d’échange de chaleur jusqu’au moins la seconde température pour le condenser partiellement, un envoi de ce gaz condensé partiellement dans un troisième séparateur (88) de phases, un refroidissement et une détente du liquide formé dans le deuxième séparateur (48) de phases via une vanne (78) ou une turbine pour former un fluide détendu et un renvoi de ce fluide détendu dans la première ligne (4) d’échange de chaleur pour se réchauffer et former au moins une partie du fluide comprimé dans le compresseur (18) centrifuge. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce qu’il utilise un quatrième séparateur (108) de phases recevant le liquide produit par le deuxième séparateur (48) de phases et le liquide produit par le troisième séparateur (88) de phases. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce qu’il utilise un cinquième séparateur (118) de phases recevant le gaz produit par le troisième séparateur (88) de phases et détendu (128). Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 8 caractérisé en ce que le premier gaz de cycle consiste en un mélange de trois à six composants choisis parmi: azote, méthane, éthane ou éthylène, propane ou propène, butane ou butène, pentane. Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 9 caractérisé en ce que le premier gaz de cycle consiste en un mélange composé d’au moins un composant léger choisi dans le groupe : azote, méthane, au moins un composant moyen choisi dans le groupe : éthane, éthylène, propane, propène, butane, butène et au moins un composant lourd qui est du pentane ou, du butane si le composant moyen est choisi dans le groupe : éthane, éthylène, propane, propène. Procédé selon la revendication 10 caractérisé en ce que le premier gaz de cycle comprend, en mole, entre 10% et 50% de composant(s) léger(s), entre 30% et 70% de composant(s) moyen(s) et entre 10% et 35% de composant(s) lourd(s), le total étant égal à 100%. Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 11, caractérisé en ce que le refroidissement du débit d’hydrogène (3) de la seconde température jusqu’à une troisième température et/ou le refroidissement du débit d’hydrogène (3) de la troisième température jusqu’à une température en dessous de la température critique de l’hydrogène comporte un refroidissement du débit d’hydrogène jusqu’à une température intermédiaire comprise entre 113K et 153K, de préférence entre 123K et 143K à laquelle le débit d’hydrogène est envoyé à une unité (11) de purification à adsorption opérant à une température cryogénique et ensuite éventuellement à une unité de conversion catalytique d’hydrogène ortho en hydrogène para, pour produire un débit d’hydrogène ayant une teneur en hydrogène para comprise entre 30% et 55% avant d’être refroidi à nouveau. Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 12, caractérisé en ce qu’il comporte une production de puissance de pré-refroidissement par le deuxième dispositif (9) de pré-refroidissement avec les étapes suivantes : un compression centrifuge du deuxième gaz de cycle dans au moins deux compresseurs (19) disposés en série d’une pression d’entrée comprise entre 1 et 5 bara, jusqu’à une pression comprise entre 10 et 50bara et de préférence entre 15 et 25bara, une détente du deuxième gaz de cycle compressé et à une température comprise entre 173K et 128K dans au moins une vanne ou turbine (29) jusqu’à une pression comprise entre 1,1 et 2bara, au moins une turbine (29) de détente fournissant éventuellement du travail mécanique pour l’entraînement d’au moins un compresseur (19). Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la production de puissance de pré-refroidissement par le deuxième dispositif (9) de pré-refroidissement comprend un transfert du deuxième gaz de cycle détendu dans un réservoir (39) séparateur de phase d’un dispositif de type thermosiphon et un renvoi du gaz de cycle du réservoir (39) vers l’admission des compresseurs (19). Procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que la détente du deuxième gaz de cycle compressé jusqu’à une pression comprise entre 1,1 et 2bara est réalisée dans deux turbines (29) de détente en série, la pression du deuxième gaz de cycle entrant dans la première des turbines (29) étant comprise entre 15 et 50bara, la température du deuxième gaz de cycle entrant dans la seconde des turbines étant comprise de préférence entre 143K et 103K. Procédé selon l’une quelconque des revendications 6 à 15, caractérisé en ce que le premier gaz de cycle est constitué d’un mélange de trois composants : CH4, C2H6 ou C3H8, C5H10, par exemple, exprimé en mole, 53% de CH4; 41% de C3H8, 6% de C5H10, ou le premier gaz de cycle est constitué d’un mélange de quatre composants parmi : CH4 et/ou N2, C2H6 et/ou C3H8, C5H10, par exemple, exprimés en moles, 49% de CH4; 11% de C2H6, 31% de C3H8 et 9% de C5H10 ou le premier gaz de cycle est constitué d’un mélange de CH4, C2H4, C3H8 et C5H12, par exemple dans des proportions respectives en mole de 24%, 39%, 22%, et 15% ou dans des proportions respectives en mole de 6%, 33%, 26%,35%, ou le premier gaz de cycle est constitué d’un mélange de cinq composants : N2 ; CH4, C2H6; C3H8; C5H10 par exemple dans des proportions respectives en mole de 3%;37%, 32%, 13% et 14% ou dans des proportions respectives en mole de 3%, 31%, 34%, 18%, 14%, ou dans des proportions respectives en mole de 3%, 33%, 37%, 13%, et 14%. Procédé selon l’une quelconque des revendication 6 à 16, caractérisé en ce que la température de coupure entre le premier (8) dispositif de pré-refroidissement et le deuxième dispositif (9) de pré-refroidissement, c’est-à-dire la température du débit d’hydrogène entre ces deux portions de pré-refroidissement est comprise entre 148K et 123K, de préférence entre 138K et 133K. Procédé selon l’une quelconque des revendication 6 à 17, caractérisé en ce que la température de coupure entre le deuxième (9) dispositif de pré-refroidissement et le système (10) de refroidissement, c’est-à-dire la température du débit d’hydrogène entre ces deux portions de pré-refroidissement est comprise entre 93K et 73K, de préférence entre 88K et 81K.