EP3882506A1 - System for controlling co2 temperature in steam outlet - Google Patents

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EP3882506A1
EP3882506A1 EP21163077.7A EP21163077A EP3882506A1 EP 3882506 A1 EP3882506 A1 EP 3882506A1 EP 21163077 A EP21163077 A EP 21163077A EP 3882506 A1 EP3882506 A1 EP 3882506A1
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EP
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liquid
exchanger
gas
water
vaporization
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Application number
EP21163077.7A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Moez Tammar
Christian Reymond
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Air Liquide France Industrie SA
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Air Liquide France Industrie SA
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Publication date
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    • F17C2270/00—Applications
    • F17C2270/05—Applications for industrial use

Definitions

  • the present invention relates to the field of equipment for vaporizing liquid CO 2 , and is more particularly interested in the possibilities of controlling its temperature after its vaporization and its transformation into the gaseous state.
  • gaseous CO 2 is used for a large number of industrial applications, including food applications and in particular the enrichment of greenhouses with CO 2 , anesthesia of poultry and pigs with CO 2 , carbonation. drinks, water treatment etc ... etc ...
  • One of the objectives of the present invention is therefore to propose a solution to the problems mentioned above.
  • the present invention proposes injecting a liquid gas into the gas obtained at the outlet of the vaporization equipment, equipment of the type implementing a cryogenic liquid / water heat exchanger.
  • the same liquid gas as that which is to be vaporized (therefore here liquid CO 2 in the gaseous CO 2 outlet for a liquid CO 2 vaporizer ⁇ ) will preferably be added to the gas obtained at the outlet of the vaporizer.
  • This injection can be done by automatic regulation to finely adjust the gas outlet temperature, it can also be done by adopting a fixed setting. This is the dosage between gaseous CO 2 , after vaporization, and liquid CO 2.
  • the regulation is all the finer, because there is a natural self-adaptation: the more flow there is in the exchanger, the greater the quantity of liquid that can be injected at the outlet.
  • CO 2 because of its very particular properties (because of its liquid - gas - solid phases), poses very specific technical problems, and we focus according to the present invention to an implementation making it possible to guarantee better homogenization between the liquid CO 2 and the gaseous CO 2 after the injection of the liquid CO 2 into the gaseous CO 2.
  • the present invention also offers the possibility of detecting the presence of liquid at the outlet, thus with a guarantee of the absence of non-vaporized droplets of liquid CO 2.
  • the Figure 1 attached provides a partial schematic view of traditional vaporization equipment implementing a CO 2 liquid / water exchanger.
  • the Figure 2 attached provides a partial schematic view of an embodiment of the invention, in a vaporization equipment implementing a liquid CO 2 / water exchanger, with injection into the gaseous CO 2 produced by the equipment, d 'a liquid cryogen (here liquid CO 2 ), where the reference 5 represents the metered injection of liquid CO 2 into the outlet gas.
  • a liquid cryogen here liquid CO 2
  • the invention therefore relates to a solution for controlling the temperature of the gaseous CO 2 produced at the outlet of a liquid CO 2 vaporization equipment, equipment comprising a heat exchanger, capable of allowing heat exchange between the liquid cryogenic fluid and the liquid.
  • hot water or any other exchange fluid such as oil, steam, etc.
  • it comprises a means for injecting a liquid gas in the gas produced at the outlet of the vaporization exchanger, to lower the temperature of this gas produced within a given range.
  • This pressure drop on the main flow is a pressure difference: insofar as in the bypass only liquid is diverted, the pressure drops remain low, which allows a low upstream / downstream pressure difference to generate a flow. sufficient liquid in the bypass.

Abstract

L'invention propose un équipement de vaporisation de fluides cryogéniques liquides, comprenant un échangeur thermique (4), apte à permettre un échange thermique entre le fluide cryogénique liquide (1, 2) et de l'eau (ou tout autre fluide d'échange tel huile, eau glycolée ...etc.), afin de réaliser ladite vaporisation, se caractérisant en ce qu'il comprend un moyen d'injection (5) d'un gaz liquide dans le gaz produit en sortie de l'échangeur de vaporisation, pour abaisser la température de ce gaz produit dans une gamme donnée.The invention provides equipment for vaporizing liquid cryogenic fluids, comprising a heat exchanger (4), capable of allowing heat exchange between the liquid cryogenic fluid (1, 2) and water (or any other exchange fluid. such oil, glycol water, etc.), in order to carry out said vaporization, characterized in that it comprises a means (5) for injecting a liquid gas into the gas produced at the outlet of the heat exchanger. vaporization, to lower the temperature of this gas produced within a given range.

Description

La présente invention concerne le domaine des équipements de vaporisation du CO2 liquide, et s'intéresse plus particulièrement aux possibilités de contrôler sa température après sa vaporisation et sa transformation à l'état gazeux.The present invention relates to the field of equipment for vaporizing liquid CO 2 , and is more particularly interested in the possibilities of controlling its temperature after its vaporization and its transformation into the gaseous state.

On sait que le CO2 gazeux est utilisé pour un grand nombre d'applications industrielles parmi lesquelles on trouve des applications en alimentaire et notamment l'enrichissement des serres au CO2, l'anesthésie de volailles et des porcs au CO2, la carbonatation des boissons, le traitement des eaux etc... etc....We know that gaseous CO 2 is used for a large number of industrial applications, including food applications and in particular the enrichment of greenhouses with CO 2 , anesthesia of poultry and pigs with CO 2 , carbonation. drinks, water treatment etc ... etc ...

Typiquement, on sait que les fabricants de boissons ne peuvent pas utiliser du CO2 trop « chaud », le CO2 est généralement injecté dans l'eau à une température voisine de 2°C. Et l'on sait qu'en cas de CO2 trop « chaud » la qualité de carbonatation ne sera pas optimale voir même non acceptable.Typically, we know that beverage manufacturers cannot use CO 2 that is too "hot"; CO 2 is generally injected into the water at a temperature of around 2 ° C. And we know that in the event of too "hot" CO 2, the quality of carbonation will not be optimal or even not acceptable.

On sait alors que différentes solutions techniques sont utilisées pour réaliser une telle vaporisation du CO2 liquide, et l'on connaît notamment des équipements mettant en œuvre un échange thermique entre le CO2 liquide et de l'eau chaude (ou tout autre fluide chaud tel huile, vapeur ...etc.). On considérera dans ce qui suit pour des raisons de simplicité les échangeurs CO2/eau.
Un tel équipement nécessite un apport d'énergie en continue pendant la vaporisation du gaz.We then know that different technical solutions are used to achieve such vaporization of liquid CO 2 , and equipment is known in particular implementing a heat exchange between liquid CO 2 and hot water (or any other hot fluid such as oil, steam, etc.). The CO2 / water exchangers will be considered in what follows for reasons of simplicity.
Such equipment requires a continuous supply of energy during the vaporization of the gas.

Reste que de tels équipements font apparaître les problématiques suivantes, quand on réalise un échange entre du CO2 liquide avec un fluide chaud, à une température généralement supérieure à 30°C :

  • l'échangeur utilisé est dimensionné pour éviter que l'eau ne puisse congeler à l'intérieur de l'échangeur, donnant lieu ainsi à une limite basse de dimensionnement. En effet, dans un tel équipement les échangeurs de chaleurs permettent l'échange entre le CO2 liquide à -20°C et l'eau à une température supérieure à 10°C . On va donc dimensionner l'échangeur pour le maximum de débit de CO2 et une température minimale d'eau à 10-15°C (ou moins). Par la suite, pour le même débit maximum de CO2 est si la température de l'eau est supérieure à 15°C, il n'y aura pas de risque de voir l'échangeur bouché par la congélation de l'eau pendant l'échange. En revanche, le CO2 en sortie devient plus chaud, dès que la température de l'eau augmente.
  • selon le débit de gaz (CO2) à produire, et la consommation du site utilisateur en aval, pour des températures d'eau dépassant certaines limites (30°C dans certains cas), la température du CO2 peut suivre la température d'entrée d'eau, qui peut atteindre jusqu'à 90°C (voire plus si c'est de la vapeur). En effet, l'eau est traditionnellement fournie par le site utilisateur lui-même, c'est l'eau que l'on qualifie la plupart du temps « d'eau de process », c'est l'eau que le site utilise dans son procédé de production avec une température spécifique. Le site dépense de l'énergie pour refroidir l'eau, afin de pouvoir l'utiliser dans son procédé (refroidissement des machines, compresseurs, ...etc.). L'équipement de vaporisation va refroidir cette eau, en vaporisant le CO2, qui va être consommé par le site pour une application donnée, une carbonatation par exemple (double gain d'énergie).
  • on peut alors observer une surchauffe du CO2 produit, dont la température peut alors poser des problèmes d'application chez les sites utilisateurs, dès qu'elle dépasse 15°C dans certains cas.
  • tous les systèmes actuels de vaporisation du CO2 (notamment celui évoqué plus haut, d'échange thermique avec de l'eau), ne permettent pas d'ajuster, et notamment de réguler la température du gaz, par exemple du CO2, obtenu en sortie d'équipement.
The fact remains that such equipment gives rise to the following problems, when an exchange between liquid CO 2 with a hot fluid, at a temperature generally greater than 30 ° C, is carried out:
  • the exchanger used is sized to prevent water from freezing inside the exchanger, thus giving rise to a low sizing limit. In fact, in such equipment, the heat exchangers allow the exchange between liquid CO 2 at -20 ° C and water at a temperature above 10 ° C. We will therefore size the exchanger to the maximum CO 2 flow and a minimum water temperature of 10-15 ° C (or less). Subsequently, for the same maximum flow of CO 2 is if the water temperature is above 15 ° C, there will be no risk of the exchanger blocked by the freezing of the water during the 'exchange. On the other hand, the CO 2 at the outlet becomes hotter as soon as the temperature of the water increases.
  • depending on the gas flow (CO 2 ) to be produced, and the consumption of the downstream user site, for water temperatures exceeding certain limits (30 ° C in certain cases), the temperature of the CO 2 can follow the temperature of water inlet, which can reach up to 90 ° C (or even more if it is steam). In fact, the water is traditionally supplied by the user site itself, it is the water that is most often referred to as "process water", it is the water that the site uses. in its production process with a specific temperature. The site spends energy to cool the water, so that it can be used in its process (cooling machines, compressors, etc.). The vaporization equipment will cool this water, by vaporizing the CO 2 , which will be consumed by the site for a given application, carbonation for example (double energy gain).
  • one can then observe an overheating of the CO 2 produced, the temperature of which can then pose application problems at the user sites, as soon as it exceeds 15 ° C in certain cases.
  • all current CO 2 vaporization systems (in particular the one mentioned above, heat exchange with water), do not make it possible to adjust, and in particular to regulate, the temperature of the gas, for example CO 2 , obtained out of equipment.

Un des objectifs de la présente invention est alors de proposer une solution aux problématiques évoquées ci-dessus.One of the objectives of the present invention is therefore to propose a solution to the problems mentioned above.

Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la présente invention propose d'injecter un gaz liquide dans le gaz obtenu en sortie de l'équipement de vaporisation, équipement de type mettant en œuvre un échangeur thermique cryogène liquide/eau. On ajoutera préférentiellement dans le gaz obtenu en sortie de vaporiseur le même gaz liquide que celui qui doit être vaporisé (donc ici du CO2 liquide dans le CO2 gazeux de sortie pour un vaporiseur de CO2 liquide∘).
Cette injection peut être faite par une régulation automatique pour ajuster finement la température de sortie du gaz, elle peut également être effectuée par l'adoption d'un réglage fixe.
Il s'agit du dosage entre CO2 gazeux, après vaporisation, et CO2 liquide. On pourrait le faire, automatiquement, à titre d'exemple, par une vanne progressive sur l'alimentation de CO2 liquide, pour assurer un bon dosage et contrôler la température définitive de CO2.
On peut également le faire manuellement, par exemple par un orifice calibré sur l'arrivée de CO2 liquide, si on veut limiter uniquement la température du CO2 gazeux.As will be seen in more detail in what follows, the present invention proposes injecting a liquid gas into the gas obtained at the outlet of the vaporization equipment, equipment of the type implementing a cryogenic liquid / water heat exchanger. The same liquid gas as that which is to be vaporized (therefore here liquid CO 2 in the gaseous CO 2 outlet for a liquid CO 2 vaporizer ∘ ) will preferably be added to the gas obtained at the outlet of the vaporizer.
This injection can be done by automatic regulation to finely adjust the gas outlet temperature, it can also be done by adopting a fixed setting.
This is the dosage between gaseous CO 2 , after vaporization, and liquid CO 2. This could be done automatically, for example, by a progressive valve on the supply of liquid CO 2 , to ensure a good dosage and to control the final temperature of CO 2 .
It can also be done manually, for example through an orifice calibrated on the inlet of liquid CO 2 , if it is desired to limit only the temperature of the gaseous CO 2.

La régulation est d'autant plus fine, car il y a une auto adaptation naturelle : plus on a de débit dans l'échangeur plus la quantité de liquide pouvant être injectée en sortie est importante.The regulation is all the finer, because there is a natural self-adaptation: the more flow there is in the exchanger, the greater the quantity of liquid that can be injected at the outlet.

Il est possible de réguler la température du CO2, y compris au point d'utilisation, pour tenir compte des effets de la détente, de la température ambiante, avec une mesure de la température au point d'utilisation.It is possible to regulate the temperature of the CO 2 , including at the point of use, to take account of the effects of expansion, of the ambient temperature, with a measurement of the temperature at the point of use.

Et comme il apparaitra clairement à l'homme du métier, le CO2 du fait de ses propriétés toutes particulières (du fait de ses phases liquide - gaz - solide), pose des problèmes techniques très spécifiques, et on s'attache selon la présente invention à une mise en œuvre permettant de garantir une meilleure homogénéisation entre le CO2 liquide et le CO2 gazeux après l'injection du CO2 liquide dans le CO2 gazeux.And as it will be clear to those skilled in the art, CO 2, because of its very particular properties (because of its liquid - gas - solid phases), poses very specific technical problems, and we focus according to the present invention to an implementation making it possible to guarantee better homogenization between the liquid CO 2 and the gaseous CO 2 after the injection of the liquid CO 2 into the gaseous CO 2.

Et pour cela, on propose de mettre en place ce que l'on peut appeler une « épingle » à la sortie de l'échangeur. L'injection de CO2 Liquide est faite au début de l'épingle. La première portion de cette épingle est montée avec une légère pente ascendante, quelques degrés suffisent (typiquement inférieure ou égale à 10 degrés), qui oblige les quelques gouttes de CO2 liquide qui seraient non vaporisées en sortie d'échangeur à revenir vers l'échangeur. Ceci permet de s'assurer que le CO2 liquide est totalement vaporisé, en offrant une meilleure régulation de la température du CO2 gazeux.And for that, we propose to put in place what we can call a "pin" at the exit of the interchange. The injection of Liquid CO 2 is made at the start of the pin. The first portion of this pin is mounted with a slight upward slope, a few degrees are sufficient (typically less than or equal to 10 degrees), which forces the few drops of liquid CO 2 which would not be vaporized at the exchanger outlet to return to the exchanger. This ensures that the liquid CO 2 is totally vaporized, offering better temperature regulation of the gaseous CO 2.

Comme on le verra plus en détails dans ce qui suit, la présente invention offre par ailleurs la possibilité de détecter la présence de liquide en sortie, avec ainsi une garantie d'absence de gouttelettes de CO2 liquide non vaporisées.As will be seen in more detail in what follows, the present invention also offers the possibility of detecting the presence of liquid at the outlet, thus with a guarantee of the absence of non-vaporized droplets of liquid CO 2.

La Figure 1 annexée fournit une vue schématique partielle d'un équipement de vaporisation traditionnel mettant en œuvre un échangeur CO2 liquide/eau.The Figure 1 attached provides a partial schematic view of traditional vaporization equipment implementing a CO 2 liquid / water exchanger.

On reconnait sur la figure 1 les éléments d'installation suivants :

  1. 1. Stockage de CO2 liquide
  2. 2. CO2 liquide
  3. 3. CO2 gaz
  4. 4. Echangeur CO2/eau
We recognize on the figure 1 the following installation items:
  1. 1. Storage of liquid CO 2
  2. 2. Liquid CO 2
  3. 3.CO 2 gas
  4. 4. CO 2 / water exchanger

La Figure 2 annexée fournit une vue schématique partielle d'un mode de mise en œuvre de l'invention, dans un équipement de vaporisation mettant en œuvre un échangeur CO2 liquide/eau, avec une injection dans le CO2 gazeux produit par l'équipement, d'un cryogène liquide (ici du CO2 liquide), où la référence 5 représente l'injection dosée de CO2 liquide dans le gaz de sortie.The Figure 2 attached provides a partial schematic view of an embodiment of the invention, in a vaporization equipment implementing a liquid CO 2 / water exchanger, with injection into the gaseous CO 2 produced by the equipment, d 'a liquid cryogen (here liquid CO 2 ), where the reference 5 represents the metered injection of liquid CO 2 into the outlet gas.

Selon un des modes de mise en œuvre de l'invention, le site utilisateur possède une source de vapeur d'eau qu'il souhaite valoriser et l'on utilise alors cette source de vapeur pour vaporiser le CO2, cela selon l'une des mises en œuvre suivante :

  • en injection directe dans l'échangeur 4 de la figure 1 annexée ;
  • ou bien à l'aide d'un échangeur additionnel, en ajoutant une boucle d'échange eau/vapeur comme illustré dans la figure 3 annexée. L'eau circule en boucle fermée, elle est chauffée par de la vapeur, puis refroidie par le CO2. On dispose pour cela d'une réserve d'eau adjacente, typiquement de quelques dizaines de litres, voire une centaine de litres (en quelque sorte s'apparentant à la réserve d'eau de refroidissement d'une voiture)
According to one of the embodiments of the invention, the user site has a source of water vapor that it wishes to enhance and this source of vapor is then used to vaporize the CO 2 , this according to one of the following implementations:
  • by direct injection into exchanger 4 of the figure 1 annexed;
  • or using an additional exchanger, by adding a water / vapor exchange loop as illustrated in figure 3 annexed. The water circulates in a closed loop, it is heated by steam, then cooled by CO 2 . For this, we have an adjacent water reserve, typically a few tens of liters, or even a hundred liters (in a way similar to the cooling water reserve of a car)

On reconnait sur la figure 3 les éléments d'installation suivants :

  1. 1. Stockage de CO2 liquide
  2. 2. CO2 liquide
  3. 3. CO2 gaz
  4. 4. Echangeur CO2/eau
  5. 5. Boucle d'eau en circuit fermé
  6. 6. Arrivée vapeur
  7. 7. Echangeur eau/vapeur
We recognize on the figure 3 the following installation items:
  1. 1. Storage of liquid CO 2
  2. 2. Liquid CO 2
  3. 3.CO 2 gas
  4. 4. CO 2 / water exchanger
  5. 5. Closed circuit water loop
  6. 6. Steam inlet
  7. 7. Water / steam exchanger

Les avantages de la présente proposition technique peuvent être résumés ainsi :

  • le refroidissement du gaz et l'ajustement de sa température en sortie de l'équipement de vaporisation.
  • une meilleure utilisation du gaz par le site utilisateur (puisque typiquement certains sites utilisateurs, certains procédés, seraient fortement perturbés par l'arrivée d'un d'un CO2 trop chaud, et donc dans l'impossibilité de produire).
  • une meilleure stabilisation du procédé du site utilisateur, notamment pour les applications de carbonatation des boissons.
The advantages of this technical proposal can be summarized as follows:
  • cooling the gas and adjusting its temperature at the outlet of the vaporization equipment.
  • better use of gas by the user site (since typically certain user sites, certain processes, would be greatly disturbed by the arrival of CO 2 that is too hot, and therefore unable to produce).
  • better stabilization of the user site process, in particular for beverage carbonation applications.

L'invention concerne alors une solution de contrôle de la température du CO2 gazeux produit en sortie d'un équipement de vaporisation du CO2 liquide, équipement comprenant un échangeur thermique, apte à permettre un échange thermique entre le fluide cryogénique liquide et de l'eau chaude (ou tout autre fluide d'échange tel huile, la vapeur ...etc....), afin de contrôler la température du gaz, se caractérisant en ce qu'elle comprend un moyen d'injection d'un gaz liquide dans le gaz produit en sortie de l'échangeur de vaporisation, pour abaisser la température de ce gaz produit dans une gamme donnée.The invention therefore relates to a solution for controlling the temperature of the gaseous CO 2 produced at the outlet of a liquid CO 2 vaporization equipment, equipment comprising a heat exchanger, capable of allowing heat exchange between the liquid cryogenic fluid and the liquid. hot water (or any other exchange fluid such as oil, steam, etc.), in order to control the temperature of the gas, characterized in that it comprises a means for injecting a liquid gas in the gas produced at the outlet of the vaporization exchanger, to lower the temperature of this gas produced within a given range.

L'invention pourra par ailleurs mettre en œuvre l'un ou plusieurs des modes de réalisation suivants :

  • le fluide d'échange est une source de vapeur d'eau, vapeur d'eau injectée directement dans le dit échangeur thermique principal pour réaliser ladite vaporisation.
  • le fluide d'échange est une source de vapeur d'eau, et l'on procède à la mise en œuvre des mesures suivantes :
    • on dispose d'un échangeur additionnel;
    • on dispose d'une réserve d'eau ;
    • on dispose d'une boucle comportant ledit échangeur additionnel et ledit échangeur thermique principal, boucle où l'eau peut circuler en circuit fermé et se réchauffer en échangeant thermiquement avec la vapeur, avant d'être injectée dans l'échangeur principal pour réaliser ladite vaporisation.
  • le gaz liquide injecté dans le gaz produit en sortie de l'échangeur de vaporisation est le même gaz liquide que celui qui doit être vaporisé.
  • la canalisation de sortie de l'échangeur, dans laquelle est réalisée l'injection de liquide cryogénique, a la forme d'un épingle, l'injection de liquide cryogénique étant effectuée au début de l'épingle, épingle qui est montée avec une pente, obligeant les quelques gouttes de CO2 liquide qui seraient non vaporisées en sortie d'échangeur à revenir vers l'échangeur, permettant ainsi de s'assurer que le CO2 liquide est totalement vaporisé, en offrant ainsi une meilleure régulation de la température du CO2 gazeux.
The invention may also implement one or more of the following embodiments:
  • the exchange fluid is a source of water vapor, water vapor injected directly into said main heat exchanger to achieve said vaporization.
  • the exchange fluid is a source of water vapor, and the following measures are implemented:
    • there is an additional exchanger;
    • we have a water reserve;
    • there is a loop comprising said additional exchanger and said main heat exchanger, a loop where the water can circulate in a closed circuit and heat up by exchanging heat with the steam, before being injected into the main exchanger to achieve said vaporization .
  • the liquid gas injected into the gas produced at the outlet of the vaporization exchanger is the same liquid gas as that which must be vaporized.
  • the outlet pipe of the exchanger, in which the injection of cryogenic liquid is carried out, has the shape of a pin, the injection of cryogenic liquid being carried out at the start of the pin, which pin is mounted with a slope , forcing the few drops of liquid CO 2 which would not be vaporized at the exchanger outlet to return to the exchanger, thus making it possible to ensure that the liquid CO 2 is completely vaporized, thus offering better regulation of the temperature of the CO 2 gas.

La Figure 4 annexée illustre un exemple de mise en œuvre d'une telle structure d'épingle. On reconnait sur la figure 4 les éléments et fonctionnalités suivants :

  • en sortie d'échangeur 10 le gaz aborde l'épingle présentant une première portion légèrement pentue, de quelques degrés ascendants, l'injection de CO2 liquide 12 est réalisée en début d'épingle.
  • après un coude, et une portion de canalisation verticale ou sensiblement verticale, le gaz aborde une seconde portion de canalisation de l'épingle, également pentue, pour se diriger ensuite (11) vers le poste utilisateur de ce gaz ainsi refroidi.
  • on note la présence en fin de première portion pentue d'un point d'accumulation 13 muni d'une sonde de température.
    En effet un tel système permet le comportement suivant : s'il reste peu ou prou de gouttelettes dans le gaz abordant la pente, du fait du changement de direction, du fait de leur inertie, ces gouttelettes vont percuter la paroi, et s'il y en a peu, elles se vaporiseront, tandis s'il y en avait beaucoup, elles ruisselleront le long de la paroi, s'accumuleront en point bas (13) et la sonde de température judicieusement positionnée permettra de détecter la présence de liquide.
  • comme illustré dans le mode de réalisation de la figure 2, on met en place un circuit de bypass du CO2 liquide, disposé en parallèle sur l'échangeur, et dans lequel le CO2 liquide est transporté de l'entrée vers la sortie (pour être injecté dans le gaz issu de l'échangeur), uniquement par la différence de pression créée par le passage du fluide (LCO2 puis GCO2). De ce fait il n'y a pas besoin de pompe ou de dispositifs supplémentaires. Cette différence de pression est proportionnelle au fluide traversant l'échangeur, cette caractéristique est exploitée pour garantir la sécurité du système : en l'absence de gaz chaud, inutile de le refroidir, éventuellement de trop le refroidir et de créer une présence de liquide après l'échangeur, cette situation ne peut se produire car en l'absence de gaz chaud, la différence de pression sur l'échangeur est nulle et il n'y a donc pas de CO2 liquide injecté.
The Figure 4 attached illustrates an exemplary implementation of such a pin structure. We recognize on the figure 4 the following elements and functionalities:
  • at the outlet of exchanger 10, the gas hits the pin having a first slightly sloping portion, a few degrees upward, the injection of liquid CO 2 12 is carried out at the start of the pin.
  • after a bend, and a portion of vertical or substantially vertical pipe, the gas enters a second portion of the pipe of the pin, also sloping, to then move (11) towards the user station of this gas thus cooled.
  • we note the presence at the end of the first sloping portion of an accumulation point 13 provided with a temperature probe.
    Indeed, such a system allows the following behavior: if there are more or less droplets left in the gas approaching the slope, due to the change of direction, due to their inertia, these droplets will hit the wall, and if there is little, they will vaporize, while if there were a lot of them, they will trickle down the wall, accumulate at a low point (13) and the judiciously positioned temperature probe will allow the presence of liquid to be detected.
  • as illustrated in the embodiment of the figure 2 , a liquid CO 2 bypass circuit is set up, arranged in parallel on the exchanger, and in which the liquid CO 2 is transported from the inlet to the outlet (to be injected into the gas coming from the exchanger ), only by the pressure difference created by the passage of the fluid (LCO2 then GCO2). There is therefore no need for a pump or additional devices. This pressure difference is proportional to the fluid passing through the exchanger, this characteristic is exploited to guarantee the safety of the system: in the absence of hot gas, there is no need to cool it, possibly to cool it too much and create a presence of liquid afterwards. exchanger, this situation cannot occur because in the absence of hot gas, the pressure difference on the exchanger is zero and there is therefore no liquid CO 2 injected.

On obtient ainsi un système de sécurité « intrinsèque».In this way, an “intrinsic” safety system is obtained.

Expliquons mieux ce phénomène : dans l'échangeur, le CO2 liquide traverse des plaques, ce qui est une forme particulière de circulation mais le phénomène physique est le même, faire circuler du fluide dans une conduite génère des pertes de charge (dues basiquement au frottement du liquide sur les parois).Let us explain this phenomenon better: in the exchanger, liquid CO 2 passes through the plates, which is a particular form of circulation but the physical phenomenon is the same, making the fluid circulate in a pipe generates pressure losses (due basically to the friction of the liquid on the walls).

Côté liquide il y en a peu, mais dès que le liquide se vaporise, on a l'expansion du CO2 donc des vitesses de fluide plus importantes et donc de la perte de charge.On the liquid side there is little, but as soon as the liquid vaporizes, there is the expansion of CO 2, therefore higher fluid speeds and therefore pressure drop.

Cette perte de charge sur le flux principal est une différence de pression: dans la mesure où dans le bypass on ne détourne que du liquide, les pertes de charge restent faibles ce qui permet avec une faible différence de pression amont/aval de générer un débit de liquide suffisant dans le bypass.This pressure drop on the main flow is a pressure difference: insofar as in the bypass only liquid is diverted, the pressure drops remain low, which allows a low upstream / downstream pressure difference to generate a flow. sufficient liquid in the bypass.

Claims (7)

Equipement de vaporisation de fluides cryogéniques liquides, comprenant un échangeur thermique principal (4), apte à permettre un échange thermique entre le fluide cryogénique liquide (1, 2) et de l'eau ou tout autre fluide d'échange tel huile ou encore eau glycolée, afin de réaliser ladite vaporisation , se caractérisant en ce qu'il comprend un moyen (5) d'injection d'un gaz liquide dans le gaz produit en sortie de l'échangeur de vaporisation, pour abaisser la température de ce gaz produit dans une gamme donnée.Equipment for vaporizing liquid cryogenic fluids, comprising a main heat exchanger (4), capable of allowing heat exchange between the liquid cryogenic fluid (1, 2) and water or any other exchange fluid such as oil or water glycol, in order to carry out said vaporization, characterized in that it comprises a means (5) for injecting a liquid gas into the gas produced at the outlet of the vaporization exchanger, in order to lower the temperature of this product gas in a given range. Equipement selon la revendication 1, se caractérisant en ce que le fluide d'échange est une source de vapeur d'eau, vapeur d'eau injectée directement dans le dit échangeur thermique principal (4) pour réaliser ladite vaporisation.Equipment according to Claim 1, characterized in that the exchange fluid is a source of water vapor, water vapor injected directly into said main heat exchanger (4) to achieve said vaporization. Equipement selon la revendication 1, se caractérisant en ce que le fluide d'échange est une source de vapeur d'eau (6), et en ce que l'on procède à la mise en œuvre des mesures suivantes : - on dispose d'un échangeur additionnel (7) ; - on dispose d'une réserve d'eau ; - on dispose d'une boucle (5) comportant ledit échangeur additionnel et ledit échangeur thermique principal, boucle où l'eau peut circuler en circuit fermé et se réchauffer en échangeant thermiquement avec la vapeur, avant d'être injectée dans l'échangeur principal pour réaliser ladite vaporisation. Equipment according to Claim 1, characterized in that the exchange fluid is a source of water vapor (6), and in that the following measures are implemented: - there is an additional exchanger (7); - there is a water reserve; - There is a loop (5) comprising said additional exchanger and said main heat exchanger, loop where the water can circulate in a closed circuit and heat up by exchanging heat with the steam, before being injected into the main exchanger to achieve said vaporization. Equipement selon l'une des revendication 1 à 3, se caractérisant en ce que le gaz liquide injecté dans le gaz produit en sortie de l'échangeur de vaporisation est le même gaz liquide que celui qui doit être vaporisé.Equipment according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the liquid gas injected into the gas produced at the outlet of the vaporization exchanger is the same liquid gas as that which must be vaporized. Equipement selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant par la mise en œuvre des mesures suivantes : - l'équipement est muni d'une canalisation de sortie de l'échangeur, dans laquelle est réalisée l'injection de gaz liquide ; - cette canalisation de sortie a la forme d'une épingle, l'injection de gaz liquide étant effectuée au début de l'épingle, épingle qui est montée avec une première portion pentue, afin d'obliger les éventuelles gouttes de fluide liquide qui seraient non vaporisées en sortie d'échangeur à revenir vers l'échangeur, et ainsi permettre de s'assurer que le liquide est totalement vaporisé. Equipment according to one of the preceding claims, characterized by the implementation of the following measures: - The equipment is provided with an outlet pipe from the exchanger, in which the injection of liquid gas is carried out; - this outlet pipe has the shape of a pin, the injection of liquid gas being carried out at the start of the pin, which pin is mounted with a first sloping portion, in order to force any drops of liquid fluid which would be not vaporized at the exchanger outlet to return to the exchanger, and thus ensure that the liquid is completely vaporized. Equipement selon l'une des revendications précédentes, se caractérisant en ce que l'équipement est muni d'une canalisation de sortie de l'échangeur, dans laquelle est réalisée l'injection de gaz liquide, et en ce que la canalisation comporte une première portion pentue munie en son extrémité d'un point d'accumulation, point d'accumulation qui est lui-même muni d'une sonde de température.Equipment according to one of the preceding claims, characterized in that the equipment is provided with an outlet pipe of the exchanger, in which the injection of liquid gas is carried out, and in that the pipe comprises a first sloping portion provided at its end with an accumulation point, an accumulation point which is itself provided with a temperature probe. Procédé de vaporisation de fluides cryogéniques liquides, mettant en œuvre pour réaliser la vaporisation un échange thermique entre le fluide cryogénique liquide et de l'eau ou tout autre fluide d'échange tel huile ou encore eau glycolée, afin de réaliser ladite vaporisation, se caractérisant en ce que l'on injecte un gaz liquide dans le gaz produit en sortie de l'échangeur de vaporisation, afin d'abaisser la température de ce gaz produit dans une gamme donnée, avant de diriger ce gaz ainsi refroidi vers un poste utilisateur de ce gaz, et se caractérisant en ce que l'on détecte la présence éventuelle de liquide dans le gaz ainsi refroidi, avant son arrivée dans le poste utilisateur, de la manière suivante : - on dispose d'une canalisation de sortie de l'échangeur thermique, dans laquelle on réalise l'injection de gaz liquide ; - cette canalisation de sortie a la forme d'une épingle, l'injection de gaz liquide étant effectuée au début de l'épingle, épingle qui est montée avec une première portion pentue, afin d'obliger les éventuelles gouttes de fluide liquide qui seraient non vaporisées en sortie d'échangeur à revenir vers l'échangeur, et ainsi permettre de s'assurer que le liquide est totalement vaporisé ; - ladite première portion pentue est munie en son extrémité d'un point d'accumulation, point d'accumulation qui est lui-même muni d'une sonde de température, et l'on détecte la présence éventuelle de liquide dans le gaz selon la valeur de température fournie par la sonde. Process for vaporizing liquid cryogenic fluids, implementing to carry out the vaporization a heat exchange between the liquid cryogenic fluid and water or any other exchange fluid such as oil or glycol water, in order to carry out said vaporization, characterized by in that a liquid gas is injected into the gas produced at the outlet of the vaporization exchanger, in order to lower the temperature of this gas produced in a given range, before directing this gas thus cooled to a user station of this gas, and being characterized in that the possible presence of liquid in the gas thus cooled is detected, before its arrival in the user station, as follows: - There is an outlet pipe from the heat exchanger, in which the injection of liquid gas is carried out; - this outlet pipe has the shape of a pin, the injection of liquid gas being carried out at the start of the pin, which pin is mounted with a first sloping portion, in order to force any drops of liquid fluid which would be not vaporized at the outlet of the exchanger to return to the exchanger, and thus make it possible to ensure that the liquid is completely vaporized; - Said first sloping portion is provided at its end with an accumulation point, an accumulation point which is itself provided with a temperature probe, and the possible presence of liquid in the gas is detected according to the temperature value supplied by the probe.
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