Brevet FR3148081A1 — publié le 20241025

TITRE : DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE PRÉ-REFROIDISSEMENT D’UN FLUIDE CIBLE À LIQUÉFIER Le dispositif (100) de pré-refroidissement d’un fluide cible comporte : - une entrée (105) pour un premier fluide en phase liquide, - un moyen (155) de compression du premier fluide en phase liquide, - un échangeur (115) thermique entre le premier fluide comprimé et un fluide de pré-refroidissement pour refroidir le fluide de pré-refroidissement, - un détendeur (120) du premier fluide en aval de l’échangeur thermique, - un compresseur (125) du fluide de pré-refroidissement, - un convertisseur (130) d’énergie mécanique de détente, obtenue par la mise en œuvre du détendeur, en énergie mécanique de compression fournie au compresseur, - un moyen (135, 205) de détente du fluide de pré-refroidissement en sortie de l’échangeur thermique et - un moyen (140) de pré-refroidissement entre le fluide de pré-refroidissement détendu et un fluide cible pour refroidir le fluide cible. Figure pour l’abrégé : Figure 1 DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE PRÉ-REFROIDISSEMENT D’UN FLUIDE CIBLE À LIQUÉFIER Domaine technique de l’invention La présente invention vise un dispositif de pré-refroidissement d’un fluide cible à liquéfier et un procédé de pré-refroidissement d’un fluide cible à liquéfier. Elle s’applique, notamment, au domaine de la liquéfaction de fluides. État de la technique Les approches décrites dans cette section sont des approches qui pourraient être poursuivies, mais pas nécessairement des approches qui ont été conçues ou poursuivies précédemment. Par conséquent, sauf indication contraire, il convient de ne pas supposer que l'une ou l'autre des approches décrites dans cette section constitue un art antérieur du seul fait de son inclusion dans cette section. Les procédés de liquéfaction se divisent en trois grands blocs technologiques de température : la compression, le pré-refroidissement et la réfrigération. Par exemple, pour un flux de dihydrogène (ci-après « hydrogène »), le pré-refroidissement a pour but de baisser les températures d'entrée situées entre 273 K (-0,15 °C) et 320 K (46,85 °C) du fluide d'hydrogène d'intérêt et du fluide servant à la réfrigération dans le bloc suivant, jusqu'à une température située entre 78 K (-195,15 °C) et 120 K (-153,15 °C). La liquéfaction d’un fluide, et en particulier de l’hydrogène est un procédé énergétiquement et économiquement intensif. La liquéfaction de l’hydrogène est caractérisée par ses cycles de pré-refroidissement et de refroidissement également appelés « pre-cooling » et « cooling ». De nombreuses solutions de liquéfaction ont été développées, basées sur des cycles ouverts, fermés, de Joule-Thomson, de Brayton ou de Claude pour leur refroidissement et/ou leur pré-refroidissement. Pour le refroidissement, les réfrigérants rencontrés dans la littérature sont restreints en raison de la température de liquéfaction extrêmement basse de l’hydrogène (env. 20K ou -253,15°C à 1 atm). On compte l’hélium, l’hydrogène, le néon ou un mélange combinant au moins deux des éléments précédents. Pour le pré-refroidissement, l’azote, le méthane, ou un mix d’hydrocarbures de C1 à C5 et d’azote sont classiquement utilisés dans des cycles de Brayton ou de Claude. L’utilisation du froid du gaz naturel liquéfié (ou « GNL ») a été appliquée à la liquéfaction de l’hydrogène en ce qu’elle permet de réduire la consommation énergétique du pré-refroidissement. Trois grandes familles de solutions se distinguent. La première famille de solutions recouvre les procédés recourant au froid du GNL dans un cycle ouvert d’hydrogène comprimé à température cryogénique. On désigne par compression à température cryogénique ou cryo-compression, une compression particulière où le fluide entre dans le compresseur à une température sub-ambiante ( Ainsi dès 1990, la récupération du froid du GNL est appliquée à un cycle de refroidissement ouvert de l'hydrogène, et remplace le circuit ouvert d'azote liquide du pré-refroidissement par un circuit ouvert de GNL à basse pression et à -158°C (115 K). La cryo-compression de l'hydrogène à -100°C (173 K) refroidi par le GNL est également introduite, permettant une réduction de la consommation énergétique spécifique. Ce cycle de refroidissement peut être optimisé avec des détentes de Brayton intermédiaires dans le circuit d’hydrogène. L'hydrogène frigorigène y est également comprimé à une température cryogénique comprise entre -140°C (133 K) et -158°C (115 K) grâce au froid du GNL à haute pression. Dans certains cas, l'hydrogène est également refroidi avec du GNL entre les deux étapes de compression. La consommation de GNL varie entre 22,9 kgGNL/kgLH 2 et 37,1 kgGNL/kgLH 2 . Dans des approches récentes, un cycle de production d'azote liquide est intégré et, dans ce processus, l'azote gazeux est comprimé à froid (approximativement à la température du GNL) puis refroidi par le GNL avant d'être détendu, produisant ainsi de l'azote biphasique. Ce dernier pré-refroidit l'hydrogène à -193°C (80 K), permettant d'atteindre une température plus basse qu'un simple pré-refroidissement au GNL. La deuxième famille de solutions rassemble les solutions intégrant les frigories du GNL à un cycle fermé d’hydrogène dont le fluide de refroidissement est cryo-comprimé à la température de bulle du GNL. Un procédé de liquéfaction de l'hydrogène produit par une unité de vaporeformage du méthane, elle-même alimentée par du GNL est ainsi connu. La regazéification du GNL est effectuée dans un cycle fermé de Claude avec un pré-refroidissement au LN 2 (c’est-à-dire de l’azote liquide) pour le pré-refroidissement de l’alimentation et du réfrigérant de cooling. Du GNL est également fourni pour procéder à une compression cryogénique du réfrigérant. La regazéification du GNL pour fournir des frigories y est réalisée simplement à l’aide de deux échangeurs de chaleur. L’un entre le GNL et le flux d’hydrogène à liquéfier, l’autre entre le GNL et le réfrigérant de l'hydrogène. L'approvisionnement en azote liquide a été maintenu afin de faire descendre les fluides à -193°C (80 K). On connait également une solution mettant en œuvre un liquéfacteur d'hydrogène avec les mêmes concepts, mais les deux étapes de compression de l'hydrogène du circuit de refroidissement sont des compressions cryogéniques. Certaines autres approches mettent en œuvre la compression cryogénique des deux étages de réfrigération de l'hydrogène mais n’incluent pas le LN 2 pour son pré-refroidissement. Certaines autres approches complexifient le processus avec un cycle fermé d'azote de Claude qui est lui également réfrigéré par le GNL pour sa compression. On peut également citer une dernière famille de solutions vaporisant du GNL dans un cycle de liquéfaction d’hydrogène sans réaliser de compression cryogénique de son réfrigérant de refroidissement. Un tel cycle de liquéfaction comporte, par exemple, un cycle de refroidissement ouvert à l’hydrogène et un cycle de Brayton à l’azote pour le pré-refroidissement, tous deux refroidis par du GNL. D’autres approches limitent l’utilisation du GNL au pré-refroidissement de l’alimentation en hydrogène mais ont respectivement intégré cette dernière à un cycle de refroidissement de Brayton à l’hélium et des cycles de refroidissement de Brayton de mix de réfrigérant incluant au moins deux composants parmi l’hélium, le néon et l’hydrogène. En complément, inspiré de l’industrie du GNL, le recyclage des frigories produites sur un terminal méthanier lors de la regazéification du GNL avant son injection sur le réseau est bien connu de l’homme de l’art. Ainsi des familles de solutions telles que les ORC (pour « Organic Rankine Cycle », traduit par cycle organique de Rankine) dont l’objectif est de produire de l’électricité ou les synergies industrielles avec des usines de séparation de l’air (abrégé « ASU » pour Air Separation Unit) par exemple ont été extensivement développées. Toutes les solutions décrites ci-dessus sont toutefois énergétiquement et économiques inefficaces et difficiles à implémenter à proximité d’un système de regazéification de gaz naturel liquéfié. La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de pré-refroidissement d’un fluide cible, qui comporte : - une entrée pour un premier fluide en phase liquide, - un moyen de compression du premier fluide en phase liquide, - un échangeur thermique entre le premier fluide comprimé et un fluide de pré-refroidissement pour refroidir le fluide de pré-refroidissement, - un détendeur du premier fluide en aval de l’échangeur thermique, - un compresseur du fluide de pré-refroidissement, - un convertisseur d’énergie mécanique de détente, obtenue par la mise en œuvre du détendeur, en énergie mécanique de compression fournie au compresseur, - un moyen de détente du fluide de pré-refroidissement en sortie de l’échangeur thermique et - un moyen de pré-refroidissement entre le fluide de pré-refroidissement détendu et un fluide cible pour refroidir le fluide cible. La présente invention permet d’extraire du premier fluide, par exemple du GNL, à la fois des frigories et une production d’énergie mécanique afin d’alimenter un circuit de pré-refroidissement dans le cycle de liquéfaction du fluide cible et de réduire la consommation énergétique de ce dernier. Ceci permet, de plus, de séparer spatialement la regazéification du GNL et la liquéfaction de l’hydrogène. Ainsi, l’utilisation d’un convertisseur de l’énergie mécanique (tel un turbocompresseur) de détente du détendeur en énergie mécanique de compression du compresseur permet : - d’effectuer un pré-refroidissement de fluide cible avec, dans des variantes, pour seule consommation énergétique un moyen de surpression du premier fluide, - d’atteindre une température de pré-refroidissement du fluide cible inférieure à la température du GNL grâce à la détente du fluide de pré-refroidissement, - de séparer les circuits de regazéification du gaz et de liquéfaction du fluide cible et - d’être robuste face aux variations de composition et de température du premier fluide. Dans des modes de réalisations optionnels, le premier fluide est du gaz riche en méthane, tel du gaz naturel ou du biogaz. Dans des modes de réalisations optionnels, le fluide cible est du dihydrogène. Dans des modes de réalisations optionnels, le dispositif objet de la présente invention comporte un moyen de vaporisation du premier fluide en phase liquide en aval du détendeur du premier fluide et/ou en aval de l’entrée pour le premier fluide. Ces modes de réalisation permettent d’obtenir du gaz naturel en phase vapeur. Dans des modes de réalisations optionnels, le dispositif objet de la présente invention comporte au moins un échangeur thermique supplémentaire, entre le premier fluide et le fluide de pré-refroidissement issu du moyen de pré-refroidissement, le fluide de pré-refroidissement en sortie d’un échangeur thermique supplémentaire étant fourni au compresseur. Dans des modes de réalisations optionnels, au moins deux échangeurs thermiques sont confondus. Dans des modes de réalisations optionnels, le dispositif objet de la présente invention comporte un turbocompresseur configuré pour détendre le fluide de pré-refroidissement en amont du moyen de pré-refroidissement et pour comprimer le fluide de pré-refroidissement en amont d’un échangeur thermique. La mise en œuvre d’un tel turbocompresseur est particulièrement adaptée, quoi qu’optionnelle, lorsque le fluide de pré-refroidissement est de l’azote. Dans des modes de réalisations optionnels, le dispositif objet de la présente invention comporte un échangeur de chaleur configuré pour chauffer le premier fluide en sortie de l’échangeur thermique et pour fournir le premier fluide chauffé au détendeur. Ces modes de réalisation permettent d’optimiser la détente du premier fluide et donc la quantité d’énergie de compression obtenue en conséquence. Dans des modes de réalisations optionnels, le dispositif objet de la présente invention comporte un bloc de compression du fluide cible et un circuit de circulation d’un fluide caloporteur entre l’échangeur de chaleur et le bloc de compression du fluide cible. Ces modes de réalisation permettent d’utiliser les frigories du premier fluide pour refroidir un fluide caloporteur mis en œuvre dans un bloc de compression du fluide cible. Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de pré-refroidissement d’un fluide cible, qui comporte : - une étape d’entrée pour un premier fluide en phase liquide, - une étape de compression du premier fluide en phase liquide, - une étape d’échange thermique entre le premier fluide comprimé et un fluide de pré-refroidissement pour refroidir le fluide de pré-refroidissement, - une étape de détente du premier fluide en aval de l’étape d’échange thermique, - une étape de compression du fluide de pré-refroidissement, fournie en énergie mécanique par une étape de conversion de l’énergie mécanique de détente obtenue au cours de l’étape de détente, - une étape de détente du fluide de pré-refroidissement en sortie de l’étape d’échange thermique et - une étape de pré-refroidissement entre le fluide de pré-refroidissement détendu et un fluide cible pour refroidir le fluide cible. Brève description des figures D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, représente, schématiquement, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, représente, schématiquement, un troisième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, représente, schématiquement, un quatrième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, représente, schématiquement, un cinquième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention, représente, schématiquement, un sixième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention et représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention. La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse. On note dès à présent que les figures ne sont pas à l’échelle. Comme on le comprend à la lecture de la présente description, divers concepts inventifs peuvent être mis en œuvre par une ou plusieurs méthodes ou dispositifs décrits ci-après, dont plusieurs exemples sont ici fournis. Les actions ou étapes réalisées dans le cadre de la réalisation du procédé ou du dispositif peuvent être ordonnées de toute manière appropriée. En conséquence, il est possible de construire des modes de réalisation dans lesquels les actions ou étapes sont exécutées dans un ordre différent de celui illustré, ce qui peut inclure l'exécution de certains actes simultanément, même s'ils sont présentés comme des actes séquentiels dans les modes de réalisation illustrés. Tel qu'utilisé ici dans la description et dans les revendications, "ou" doit être compris comme ayant la même signification que "et/ou". Par exemple, lorsqu'on sépare des éléments dans une liste, "ou" ou "et/ou" doit être interprété comme étant inclusif, c'est-à-dire l'inclusion d'au moins un, mais aussi de plus d'un, d'un nombre ou d'une liste d'éléments, et, facultativement, d'éléments supplémentaires non listés. Seuls les termes indiquant clairement le contraire, tels que "un seul des" ou "exactement un des", ou, lorsqu'ils sont utilisés dans les revendications, "consistant en", font référence à l'inclusion d'un seul élément d'un nombre ou d'une liste d'éléments. En général, le terme "ou" tel qu'il est utilisé ici ne doit être interprété comme indiquant des alternatives exclusives (c'est-à-dire "l'un ou l'autre mais pas les deux") que lorsqu'il est précédé de termes d'exclusivité, tels que "soit", "l'un de", "un seul de" ou "exactement un de". Telle qu'elle est utilisée dans la présente description et dans les revendications, l'expression "au moins un", en référence à une liste d'un ou de plusieurs éléments, doit être comprise comme signifiant au moins un élément choisi parmi un ou plusieurs éléments de la liste d'éléments, mais n'incluant pas nécessairement au moins un de chaque élément spécifiquement énuméré dans la liste d'éléments et n'excluant pas toute combinaison d'éléments dans la liste d'éléments. Cette définition permet également la présence facultative d'éléments autres que les éléments spécifiquement identifiés dans la liste des éléments auxquels l'expression "au moins un" fait référence, qu'ils soient liés ou non à ces éléments spécifiquement identifiés. Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, "au moins l'un de A et B" (ou, de manière équivalente, "au moins l'un de A ou B", ou, de manière équivalente, "au moins l'un de A et/ou B") peut se référer, dans un mode de réalisation, à au moins un, incluant éventuellement plus d'un, A, sans B présent (et incluant éventuellement des éléments autres que B) ; dans un autre mode de réalisation, à au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, B, sans A présent (et comprenant éventuellement des éléments autres que A) ; dans encore un autre mode de réalisation, à au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, A, et au moins un, comprenant éventuellement plus d'un, B (et comprenant éventuellement d'autres éléments) ; etc. Dans les revendications, ainsi que dans la description ci-dessous, toutes les expressions transitoires telles que "comprenant", "incluant", "portant", "ayant", "contenant", "impliquant", "tenant", "composé de", et autres, doivent être comprises comme étant ouvertes, c'est-à-dire comme signifiant incluant mais non limité à. Seules les expressions transitoires "consistant en" et "consistant essentiellement en" doivent être comprises comme des expressions transitoires fermées ou semi-fermées, respectivement. Dans la présente description, un gaz ou fluide d’un composé déterminé est entendu comme un gaz ou fluide comportant majoritairement ce composé déterminé. Par majoritairement, on entend au moins 50% et préférentiellement au moins 60%, 70%, 80% ou 90%. Le fluide cible désigne tout gaz ou liquide à refroidir, sous-refroidir ou liquéfier adapté au cas de mise en œuvre de la présente invention. On observe, sur la , qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 100 objet de la présente invention. Ce dispositif 100 de pré-refroidissement d’un fluide cible comporte : - une entrée 105 pour un premier fluide en phase liquide, - un moyen 155 de compression du premier fluide en phase liquide, - un échangeur 115 thermique entre le premier fluide comprimé et un fluide de pré-refroidissement pour refroidir le fluide de pré-refroidissement, - un détendeur 120 du premier fluide en aval de l’échangeur thermique, - un compresseur 125 du fluide de pré-refroidissement, - un convertisseur 130 d’énergie mécanique de détente, obtenue par la mise en œuvre du détendeur, en énergie mécanique de compression fournie au compresseur, - un moyen 135 de détente du fluide de pré-refroidissement en sortie de l’échangeur thermique et - un moyen 140 de pré-refroidissement entre le fluide de pré-refroidissement détendu et un fluide cible pour refroidir le fluide cible. L’entrée 105 pour le premier fluide est, par exemple, une conduite adaptée à la nature du premier fluide considéré. Les dimensions particulières de cette conduite ne sont pas limitatives et sont adaptées au cas d’usage. Le premier fluide est ici, par exemple, un gaz riche en méthane, tel du gaz naturel liquéfié. Par « gaz riche en méthane », on entend un gaz dont la constitution molaire comporte une majorité relative ou absolue de méthane. Dans des variantes, un gaz riche en méthane comporte au moins 50%, 60%, 70%, 90% ou 95% de méthane. Ce premier fluide a préférentiellement pour vocation à être regazéifié, c’est-à-dire à adopter une phase vapeur à une température adaptée à son cas d’usage par réchauffement. Un tel réchauffement peut avoir partiellement lieu dans l’échangeur 115 thermique. Le moyen 155 de compression peut être un compresseur de tout type connu et adapté au cas d’usage, telle une pompe par exemple. En sortie de ce moyen 155 de compression, le premier fluide peut présenter une pression de 80 bara. L’échangeur 115 thermique peut être de tout type d’échangeur thermique connu adapté au cas d’usage de mise en œuvre du dispositif 100. Par exemple, cet échangeur 115 thermique est un échangeur multi-flux. Cet échangeur 115 thermique admet, en source froide, le premier fluide en phase liquide et, en source chaude, le fluide de pré-refroidissement. Le fluide de pré-refroidissement est, par exemple : - un mélange réfrigérant comportant majoritairement du méthane, en phase liquide ou gazeuse, - du dihydrogène, - de l’azote ou - du dioxyde de carbone. En sortie de cet échangeur 115 thermique, le premier fluide partiellement réchauffé est fourni à un détendeur 120. En sortie de cet échangeur 115 thermique, le fluide de pré-refroidissement présente une température comparable à la température du premier fluide. En sortie de cet échangeur 115 thermique, le fluide de pré-refroidissement présente par exemple une température environ égale à 121 K (-152 °C). Le détendeur 120 peut être de tout type de détendeur connu adapté au cas d’usage de mise en œuvre du dispositif 100. Par exemple, ce détendeur 120 est le segment de détente d’un turbocompresseur. En sortie du dispositif, 100, 200, 300, 400, 500, 600, tels que représentés en figures 1, 2, 3, 4, 5 et 6, le premier fluide présente par exemple une température de l’ordre de 275 K (2°C). Dans des modes de réalisation particuliers, tels que représentés en figures 1, 2, 3, 4, 5 et 6, le dispositif, 100, 200, 300, 400, 500, 600, objet de la présente invention comporte un échangeur 160 de chaleur configuré pour réchauffer le premier fluide en amont de l’entrée du premier fluide dans le détendeur 120. La présence d’un tel échangeur 160 n’est pas obligatoire, mais sa présence améliore substantiellement les performances du dispositif 100 car, plus le flux de premier fluide entrant dans le détendeur 120 est chaud, plus la performance de compression du compresseur 125 est élevée. En sortie de l’échangeur 160 de chaleur, le premier fluide présente par exemple une température de 275 K (2°C). L’objectif de cet échangeur 160 de chaleur est de vaporiser le premier fluide pour obtenir le plus d’énergie possible dans le détendeur 120. Dans des modes de réalisation particuliers, tel que celui représenté en , l’échange thermique réalisé dans l’échangeur 160 de chaleur est valorisé pour refroidir le fluide cible. Dans de tels modes de réalisation, le dispositif 600 comporte un bloc de compression 101 du fluide cible et un circuit 605 de circulation d’un fluide caloporteur entre l’échangeur 160 de chaleur et le bloc de compression 101 du fluide cible. En aval du détendeur 120, le premier fluide est en phase vapeur ou encore au moins partiellement en phase liquide. Dans des modes de réalisation particuliers, tels que représentés en figures 1, 2, 3, 4, 5 et 6, le dispositif, 100, 200, 300, 400, 500, 600, objet de la présente invention comporte un moyen (référencé 145 en ) de vaporisation du premier fluide en phase liquide en aval du détendeur 120 du premier fluide et/ou en aval de l’entrée 105 pour le premier fluide. Le premier fluide quitte le dispositif 100 par une sortie 166 pour premier fluide en phase vapeur. Par exemple, le premier fluide en sortie du dispositif 100 présente une température de 275 K (2°C) et une pression de 30 bara. Dans des variantes, l’ensemble du flux de premier fluide liquide traverse l’échangeur 115 thermique. Dans d’autres variantes, telle que celle représentée en et implicitement en figures 2, 3, 4, 5 et 6, le dispositif 100 comporte une dérivation 165 configurée pour recevoir une partie du flux de premier fluide liquide ne traversant pas l’échangeur 115 thermique ou, de manière plus générale, n’interagissant pas avec le fluide de pré-refroidissement. Dans de telles variantes, le flux de premier fluide traversant l’échangeur 115 thermique et le flux de premier fluide traversant la dérivation 165 peuvent se rejoindre en amont du moyen 145 de vaporisation. Dans d’autres variantes, au moins un de ces flux est associé à un moyen 145 de vaporisation propre. Le flux de fluide de pré-refroidissement est préférentiellement conçu pour fonctionner en cycle fermé. Dans des variantes, un cycle ouvert peut être mis en œuvre. Le flux de fluide de pré-refroidissement, en sortie de l’échangeur 115 thermique, est fourni à un moyen 135 de détente. Ce moyen 135 de détente peut être de tout type adapté au cas d’usage du dispositif 100. Par exemple, ce moyen 135 de détente est une vanne Joule-Thomson. Dans des variantes, telle que celle représentée en , le moyen 205 de détente est un détendeur. Dans d’autres variantes, telles que celles représentées en figures 3 et 5, le moyen 305 de détente correspond à une partie de détente d’un turbocompresseur. En sortie du moyen 135 de détente, le flux de fluide de pré-refroidissement présente une température inférieure à la température du premier fluide dans l’échangeur 115 thermique. Ce fluide de pré-refroidissement détendu est fourni au moyen 140 de pré-refroidissement. En sortie du moyen 135 de détente, le flux de fluide de pré-refroidissement présente par exemple une température de 113,5 K (-159,5°C). Le moyen 140 de pré-refroidissement peut être de tout type d’échangeur thermique connu adapté au cas d’usage de mise en œuvre du dispositif 100. Par exemple, cet échangeur 140 de chaleur est un échangeur à ailettes. Le moyen 140 de pré-refroidissement admet, en source froide, le fluide de pré-refroidissement détendu et, en source chaude, le fluide cible. En sortie du moyen 140 de pré-refroidissement, le fluide de pré-refroidissement est, directement ou indirectement, fourni à un compresseur 125. En sortie du moyen 140 de pré-refroidissement, le fluide cible présente par exemple une température de 115,6 K (-157,5°C). Le compresseur 125 peut être de tout type de compresseur connu adapté au cas d’usage de mise en œuvre du dispositif 100. Par exemple, ce compresseur 125 correspond à une partie de compression d’un turbocompresseur. Le compresseur 125 est actionné par récupération de l’énergie produite par la détente du flux du premier fluide. Une telle récupération est réalisée par le convertisseur 130 d’énergie. En sortie du compresseur 125, le flux de fluide réfrigérant présente par exemple une pression d’environ 16,5 bara. Le convertisseur 130 d’énergie est, par exemple, un arbre mis en œuvre dans un turbocompresseur de détente du premier fluide et de compression du fluide de pré-refroidissement. Le convertisseur 130 d’énergie peut également consister en deux parties : - une conversion d’énergie mécanique de détente en énergie électrique comportant une génératrice sur un arbre de la turbine et - une conversion d’énergie électrique en énergie mécanique de compression par un moteur, chaque conversion étant alors réalisée par un dispositif distinct. Dans des variantes, telles que celles représentées en figures 1, 2 et 6, le fluide de pré-refroidissement issu du moyen 140 de pré-refroidissement est fourni à l’échangeur 115 thermique, ici confondu avec un échangeur 150 thermique supplémentaire, et le fluide de pré-refroidissement issu, par la suite, de cet échangeur 115 thermique est fourni au compresseur 125. Dans de telles variantes, le fluide de pré-refroidissement réalise deux passages dans l’échangeur 115 thermique : un premier en aval de compression et un deuxième en aval du moyen 140 de pré-refroidissement. Dans des variantes, telle que celle représentée en : - le fluide de pré-refroidissement issu du moyen 140 de pré-refroidissement est fourni à l’échangeur 115 thermique, ici confondu avec un échangeur 150 thermique supplémentaire, - le fluide de pré-refroidissement issu, par la suite, de cet échangeur 115 thermique est fourni au compresseur 125 et - le fluide de pré-refroidissement issu, par la suite, de cet échangeur 115 thermique est fourni à un compresseur 310 puis réinjecté dans l’échangeur 115 thermique. Dans des modes de réalisations particuliers, le dispositif comporte un turbocompresseur 306 configuré pour détendre le fluide de pré-refroidissement en amont du moyen de pré-refroidissement et pour comprimer le fluide de pré-refroidissement en amont d’un échangeur 150 thermique Le compresseur 310 est, par exemple, une partie de compression du turbocompresseur 306. Dans des variantes, telle que celle représentée en , le fluide de pré-refroidissement issu du moyen 140 de pré-refroidissement est fourni à un échangeur 150 thermique supplémentaire, et le fluide de pré-refroidissement issu, par la suite, de cet échangeur 150 thermique supplémentaire est fourni au compresseur 125 avant d’être fourni à l’échangeur 115 thermique. Dans des variantes, telle que celle représentée en , le principe représenté dans la est étendu à une succession d’échangeurs, 150 et 151, thermiques supplémentaires de nombre variable et ici limité à deux. Dans ces variantes, le fluide de pré-refroidissement issu du moyen 140 de pré-refroidissement est fourni à un premier échangeur 150 thermique supplémentaire. Le fluide de pré-refroidissement issu, par la suite, de cet échangeur 150 thermique supplémentaire est fourni au compresseur 125 avant d’être fourni à un deuxième échangeur 151 thermique supplémentaire. Le fluide de pré-refroidissement issu, par la suite, de cet échangeur 151 thermique supplémentaire est fourni à un compresseur 310, telle la partie de compression d’un turbocompresseur, avant d’être fourni à l’échangeur 115 thermique. Le fluide cible est préférentiellement du dihydrogène. Ce fluide cible est, par exemple injecté dans le moyen 140 de pré-refroidissement par une entrée 110 de fluide cible. Une telle entrée 110 correspond, par exemple, à une conduite adaptée à la nature du fluide cible considéré. Les dimensions particulières de cette conduite ne sont pas limitatives et sont adaptées au cas d’usage. Le fluide cible peut traverser, par exemple, un système complexe de liquéfaction. Un tel système comporte, par exemple : - un bloc de compression 101 du fluide cible, - un dispositif 102 de refroidissement du fluide cible et - un circuit 103 de circulation entre le bloc de compression 101, le dispositif 102 de refroidissement et le moyen 140 de pré-refroidissement, configuré pour fournir, au moyen 140 de pré-refroidissement : - un flux de fluide cible issu de l’entrée 110 pour fluide cible, - un flux 104 de fluide cible à basse pression issu du dispositif 102 de refroidissement, - un flux 106 de fluide cible à moyenne pression issu du dispositif 102 de refroidissement et - un flux 107 de fluide cible à haute pression issu du bloc de compression 101. De tels systèmes de liquéfaction sont par ailleurs bien connus dans le domaine de la liquéfaction de gaz. Dans des modes de réalisation particuliers, tels que ceux représentés en figures 1, 2, 3, 4, 5 et 6, le dispositif, 100, 200, 300, 400, 500, 600, objet de la présente invention comporte un compresseur 108 du flux de premier fluide issu de l’entrée 105 du premier fluide. Un tel compresseur 108 peut être de tout type connu et adapté au cas d’usage, telle une pompe par exemple. Par exemple, en sortie du compresseur 108, le premier fluide peut présenter une pression de 30 bara. Comme on le comprend, dans certaines variantes, le dispositif 100 met en œuvre : - un circuit de regazéification du GNL, qui a pour but d'échanger une partie des frigories avec un fluide de pré-refroidissement et d'alimenter une turbine de détente avant d'être regazéifié à une température de 275 K (2°C), - un circuit de fluide de pré-refroidissement, fonctionnant en boucle fermée entre 303 K (30°C) et 113,6 K (-159,5°C), dont le but principal est de réfrigérer un flux de dihydrogène et le flux de refroidissement de l'hydrogène de 298 K (25°C) à 115,6 K (-157,5°C) et - un cycle de pré-refroidissement de l'hydrogène, comportant un échangeur de chaleur à plusieurs flux permettant un échange de froid entre le flux de réfrigérant, le flux d'alimentation en hydrogène et le flux de refroidissement de l'hydrogène. De telles variantes permettent l’utilisation d’un turbocompresseur sur le circuit de regazéification et la réutilisation de l’énergie mécanique récupérée pour la compression d’un fluide intermédiaire servant au pré-refroidissement de l’hydrogène. Le tableau 1 ci-dessous présente des plages de valeurs de fonctionnement proposées pour le dispositif 100 présenté en pour un dispositif 100 mettant en œuvre du GNL en guise de premier fluide et de l’hydrogène en guise de fluide cible. Paramètres Borne inférieure Borne supérieure Haute pression GNL (bara), à la sortie 155 40 200 Débit de GNL (tonnes par jour) à l’entrée 105 145 256 Haute pression fluide de pré-refroidissement (bara), en sortie du compresseur 125 6,8 25,3 Basse pression fluide de pré-refroidissement (bara), en sortie du détendeur 135 1 2 Débit du fluide de pré-refroidissement (tonnes par jour) 31,5 40 Température du fluide de pré-refroidissement à la sortie de l’échangeur 115 thermique (K/°C) 111 / -162 130 / -143 Température de pré-refroidissement de l’hydrogène (K/°C) 115,6 / -157,5 120 / -153 Ratio de débit GNL/fluide de pré-refroidissement 4,39 7,75 Ratio de débit GNL/hydrogène liquéfié 14,5 25,6 Les intérêts du cycle décrit sont multiples : - effectuer un pré-refroidissement de l’hydrogène dont la seule consommation énergétique correspond à la compression additionnelle initiale du GNL, - atteindre une température de pré-refroidissement de l’hydrogène inférieure à la température du GNL grâce à la détente du fluide de pré-refroidissement, - séparer les circuits de regazéification du gaz et de liquéfaction de l’hydrogène et - être robuste face aux variations de composition et de température du GNL. Dans des variantes non représentées, le premier fluide en entrée 105 du dispositif 100 présente une pression dite « basse ». Une telle variante est par exemple mise en œuvre par la réinjection d’un gaz riche en méthane dans un réseau de distribution à plus basse pression. De telles variantes permettent d’obtenir une récupération énergétique plus importante au niveau du détendeur 120, grâce à un taux de détente plus important par rapport aux conditions opératoires du dispositif 100 telles que présentées dans le tableau 1. Le résultat est une réduction du GNL nécessaire pour le fonctionnement du cycle de réfrigération. Ces variantes peuvent être mises en œuvre pour les réseaux de distribution de Bio-GNL, lesquels sont à une pression de 7 bara. Le ratio GNL/LH 2 se situe entre 9,5 et 12 dans ce cas et la température de refroidissement est inchangée. Dans des variantes, il est possible de refroidir le méthane dans le circuit de circulation du fluide de pré-refroidissement sans engendrer de changement de phase. Dans ce cas, la température du fluide de pré-refroidissement sera plus élevée résultant en un pré-refroidissement de l’hydrogène à 121 K (-152°C). Le résultat est un cycle de pré-refroidissement moins efficace mais qui demande une utilisation de GNL plus faible. Le ratio GNL/LH 2 est compris, par exemple, entre 4 et 9. Dans des variantes, à la fois sans changement de phase et à basse pression, le ratio de GNL/LH 2 est compris entre 3,5 et 8 et la température de pré-refroidissement est de 121 K (-152°C). En complément des différences structurelles des variantes présentées en figures 2 à 6, les différences fonctionnelles de ces variantes sont présentées ci-dessous. Dans la variante du dispositif 200 représentée en , il est possible d’utiliser un fluide de pré-refroidissement ayant la possibilité d’atteindre des températures plus faibles que le méthane. Un exemple est l’utilisation d’azote dans la boucle de réfrigérant. L’azote permet d’atteindre des températures de pré-refroidissement inferieures à 100 K (173°C) avec comme contrepartie la nécessité d’augmenter le débit de GNL nécessaire. Les ratios GNL/LH 2 sont dans cette configuration compris entre 18 et 33 selon la température de pré-refroidissement souhaitée. Dans la variante du dispositif 300 représentée en , il est possible de mettre en œuvre un fluide de pré-refroidissement ayant la possibilité d’atteindre des températures plus faibles que le méthane. Un exemple est l’utilisation de l’azote dans la boucle de réfrigération. Dans cette configuration, un compresseur et une turbine (ou un turbocompresseur) sont rajoutés au dispositif 300. L’azote est détendu dans la turbine, ou la partie de détente d’un turbocompresseur, qui entraîne un compresseur supplémentaire d’azote. Cette configuration permet d’atteindre des pressions de compression plus élevées ou d’effectuer le pré-refroidissement en utilisant un débit de GNL plus faible. Cette configuration permet d’atteindre des températures de pré-refroidissement inferieures à 100 K (-173°C) avec des ratios GNL/LH 2 compris entre 10 et 14 selon la température de pré-refroidissement souhaitée. Les variantes du dispositif, 400 et 500, représentées en et 5, ont pour but de réduire la complexité de construction de l’échangeur 115 thermique par l’utilisation de plusieurs échangeurs, 115, 150 et 151, thermiques au lieu d’un seul échangeur 115 thermique. L’avantage de cette configuration est d’avoir la possibilité d’utiliser des échangeurs bi-flux et de ne pas utiliser un échangeur multi-flux. Dans cette configuration, un échangeur 150 thermique supplémentaire est utilisé avant chaque étape de compression pour refroidir le fluide de pré-refroidissement et améliorer l’efficacité de compression. Cette configuration ( ) présente deux échangeurs thermiques supplémentaires par rapport au dispositif présenté en et un échangeur supplémentaire par rapport à la variante présentée en . Dans la variante du dispositif 600 représentée en , la récupération supplémentaire du froid restant du GNL après les échanges avec le fluide de pré-refroidissement et avant l’étape de détente est réalisée dans l’échangeur 160 de chaleur. En effet, le GNL sortant des échanges présente une température comprise entre 200 K (-73°C) et 220 K (-53°C), permettant d’effectuer une récupération ultérieure des frigories. Cette récupération est réalisée avec l’utilisation d’un cycle fermé contenant un deuxième fluide caloporteur, qui est refroidi par échange contre le GNL et ensuite utilisé comme fluide caloporteur pour le refroidissement de l’hydrogène et du bloc de compression. On observe, en , une succession d’étapes particulières du procédé 700 objet de la présente invention. Ce procédé 700 de pré-refroidissement d’un fluide cible comporte : - une étape 705 d’entrée d’un premier fluide en phase liquide, - une étape 706 de compression du premier fluide en phase liquide, - une étape 715 d’échange thermique entre le premier fluide comprimé et un fluide de pré-refroidissement pour refroidir le fluide de pré-refroidissement, - une étape 720 de détente du premier fluide en aval 715 de l’étape d’échange thermique, - une étape 725 de compression du fluide de pré-refroidissement, fournie en énergie mécanique par une étape 730 de conversion de l’énergie mécanique de détente obtenue au cours de l’étape 720 de détente, - une étape 735 de détente du fluide de pré-refroidissement en sortie de l’étape d’échange thermique et - une étape 740 de pré-refroidissement entre le fluide de pré-refroidissement détendu et le fluide cible pour refroidir le fluide cible. Des modes de réalisations particuliers des étapes du procédé 700 objet de la présente invention sont décrits en regard des figures 1 à 6. Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600) de pré-refroidissement d’un fluide cible, caractérisé en ce qu’il comporte : - une entrée (105) pour un premier fluide en phase liquide, - un moyen (155) de compression du premier fluide en phase liquide, - un échangeur (115) thermique entre le premier fluide comprimé et un fluide de pré-refroidissement pour refroidir le fluide de pré-refroidissement, - un détendeur (120) du premier fluide en aval de l’échangeur thermique, - un compresseur (125) du fluide de pré-refroidissement, - un convertisseur (130) d’énergie mécanique de détente, obtenue par la mise en œuvre du détendeur, en énergie mécanique de compression fournie au compresseur, - un moyen (135, 205, 305) de détente du fluide de pré-refroidissement en sortie de l’échangeur thermique et - un moyen (140) de pré-refroidissement entre le fluide de pré-refroidissement détendu et un fluide cible pour refroidir le fluide cible. Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600) selon la revendication 1, dans lequel le premier fluide est du gaz riche en méthane. Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le fluide cible est du dihydrogène. Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600) selon l’une des revendications 1 à 3, qui comporte un moyen (145) de vaporisation du premier fluide en phase liquide en aval du détendeur (120) du premier fluide et/ou en aval de l’entrée (105) pour le premier fluide. Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600) selon l’une des revendications 1 à 4, qui comporte au moins un échangeur (150, 151) thermique supplémentaire, entre le premier fluide et le fluide de pré-refroidissement issu du moyen (140) de pré-refroidissement, le fluide de pré-refroidissement en sortie d’un échangeur thermique supplémentaire étant fourni au compresseur (125). Dispositif (100, 200, 300, 600) selon la revendication 5, dans lequel au moins deux échangeurs (115, 150) thermiques sont confondus. Dispositif (300, 500) selon l’une des revendications 5 ou 6, qui comporte un turbocompresseur (306) configuré pour détendre le fluide de pré-refroidissement en amont du moyen de pré-refroidissement et pour comprimer le fluide de pré-refroidissement en amont d’un échangeur (150) thermique. Dispositif (100, 200, 300, 400, 500, 600) selon l’une des revendications 1 à 7, qui comporte un échangeur (160) de chaleur configuré pour chauffer le premier fluide en sortie de l’échangeur (115) thermique et pour fournir le premier fluide chauffé au détendeur (120). Dispositif (600) selon l’une des revendications 1 à 8, qui comporte un bloc de compression (101) du fluide cible et un circuit (605) de circulation d’un fluide caloporteur entre l’échangeur (160) de chaleur et un bloc de compression du fluide cible. Procédé (700) de pré-refroidissement d’un fluide cible, caractérisé en ce qu’il comporte : - une étape (705) d’entrée d’un premier fluide en phase liquide, - une étape (706) de compression du premier fluide en phase liquide, - une étape (715) d’échange thermique entre le premier fluide et un fluide de pré-refroidissement pour refroidir le fluide de pré-refroidissement, - une étape (720) de détente du premier fluide en aval de l’étape d’échange thermique, - une étape (725) de compression du fluide de pré-refroidissement, fournie en énergie mécanique par une étape (730) de conversion mécanique de l’énergie de détente obtenue au cours de l’étape de détente, - une étape (735) de détente du fluide de pré-refroidissement en sortie de l’étape d’échange thermique et - une étape (740) de pré-refroidissement entre le fluide de pré-refroidissement détendu et le fluide cible pour refroidir le fluide cible.