FR3123422A1 - Dispositif et procédé de refroidissement d’un flux d’un fluide cible à une température inférieure ou égale à 90 k - Google Patents

Dispositif et procédé de refroidissement d’un flux d’un fluide cible à une température inférieure ou égale à 90 k Download PDF

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Abstract

TITRE : DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE REFROIDISSEMENT D’UN FLUX D’UN FLUIDE CIBLE À UNE TEMPÉRATURE INFÉRIEURE OU ÉGALE À 90 K Le dispositif (100) de refroidissement d’un flux (101) d’un fluide cible à une température inférieure ou égale à 90 K comporte :- un groupe (105) d’au moins deux échangeurs (106, 107, 108, 136) de chaleur entre le flux de fluide cible, un flux (102) d’un premier fluide de refroidissement, un flux d’un deuxième fluide de refroidissement et/ou un flux d’un troisième fluide de refroidissement,- un circuit (110) fermé de circulation d’un flux d’un deuxième fluide de refroidissement, ledit fluide comportant au moins du méthane, ledit circuit comportant :- au moins un étage (111, 112) de compression du flux du deuxième fluide,- au moins un étage (115, 116) de séparation liquide-gaz du flux du deuxième fluide pour former une partie liquide et une partie gazeuse, au moins l’une des deux parties étant fournies à au moins un dit échangeur de chaleur et- au moins un étage (120, 121, 122) de détente du flux du deuxième fluide et- un circuit (125, 305) de circulation d’un flux du troisième fluide de refroidissement à travers au moins deux desdits échangeurs de chaleur Figure pour l’abrégé : Figure 1

Description

DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE REFROIDISSEMENT D’UN FLUX D’UN FLUIDE CIBLE À UNE TEMPÉRATURE INFÉRIEURE OU ÉGALE À 90 K
Domaine technique de l’invention
La présente invention vise un dispositif de refroidissement d’un flux d’un fluide cible à une température inférieure ou égale à 90 K et un procédé de refroidissement d’un flux d’un fluide cible à une température inférieure ou égale à 90 K. Elle s’applique, par exemple, au domaine de la liquéfaction de l’hydrogène.
État de la technique
Un procédé de liquéfaction d’un fluide se divise schématiquement en trois grands blocs technologiques de température : la compression, le pré-refroidissement (« pre-cooling », en anglais) et la réfrigération. Le pré-refroidissement a, par exemple, pour but de baisser les températures d'entrée situées entre 273 K et 320 K d’un flux d'hydrogène d'intérêt et du fluide servant à la réfrigération dans le bloc suivant, jusqu'à une température dite de pré-refroidissement située entre 78 K et 120 K.
Dans des systèmes connus, l’étape de refroidissement est historiquement réalisée à l'aide d'azote liquide s'écoulant à contre-sens dans un échangeur de chaleur. Cet azote entre à une température de 78 K environ, sort à température ambiante et est rejeté dans l'atmosphère. De tels systèmes sont ci-après surnommés « P1 ».
Dans de tels systèmes, la mise en œuvre d’une boucle ouverte d'azote liquide présente les inconvénients d'impliquer une gestion logistique de son approvisionnement, le stockage en grande quantité d’azote et de présenter des performances énergétiques peu élevées (environ de 3,5 à 4,5 kWh/kg LH2). Les atouts économiques et pratiques de ces systèmes sont justifiés dans le cadre de petites productions inférieures à 5 tonnes par jour mais ne sont pas viables ou opérationnellement complexes au-delà. Enfin, ces systèmes ne conviennent pas aux productions situées dans des zones isolées et difficiles d'accès en raison de la nécessité de créer une chaîne d'approvisionnement en azote liquide.
D’autres systèmes connus s'attachent à recycler l'azote dans un cycle (ou circuit) fermé. De tels systèmes sont ci-après surnommés « P2 ».
Ceci est réalisé par une série de compressions et de refroidissements avec une détente finale permettant de diminuer la température de l’azote jusqu'à environ 80 K. À l'aide d'échangeurs de chaleur, les fluides à refroidir sont amenés à environ 80 K également. De tels systèmes sont ci-après surnommés « P2.1 ».
Une amélioration de cette boucle effectue plusieurs détentes au cours du refroidissement permettant d'optimiser l'apport de froid au sein des échangeurs. De tels systèmes sont ci-après surnommés « P2.2 ».
Une amélioration de P2.2 peut être obtenu par la mise en place d'un cycle d'azote fermé dit dual car il existe deux pressions d’admission simultanées dans les compresseurs. De tels systèmes sont ci-après surnommés « P2.3 ».
De tels systèmes sont tous des alternatives de la solution P1 en ce qu'elles opèrent en cycle fermé d’azote, évitant l'ensemble des problématiques cités précédemment. La solution P2.3 est une amélioration des solutions P2.2 et P2.1 permettant d'optimiser l'apport de froid au sein des échangeurs. Néanmoins, ces solutions nécessitent des investissements élevés en équipements, notamment les compresseurs, en raison de leur débit élevé d'azote (environ 8 tonnes par jour pour produire une tonne d'hydrogène liquide par jour).
D’autres systèmes connus sous la dénomination de "MRC" (pour « Mixed-Refrigerant Cycle », traduit pour cycles à réfrigérant-mixte) utilisent comme réfrigérant un mélange d'hydrocarbures et d'azote dont la composition varie selon les solutions. Par le même principe opératoire de compression, refroidissement, détente, le réfrigérant est refroidi jusqu'à environ 90 à 130 K. A l'aide d'échangeurs de chaleur, les fluides à refroidir sont amenés à environ 90 à 130 K également. De tels systèmes sont ci-après surnommés « P3 ».
Une variante de cette solution produit du froid dans l’intervalle 90-110K à l’aide d’un réfrigérant mixte composé d’azote, de méthane, d’éthane et de propane. De tels systèmes sont ci-après surnommés « P3.1 ».
Une variante de cette solution applique le concept à la liquéfaction de l’hydrogène avec un pré-refroidissement à trois étages de détente réalisée au travers de vanne de Joule-Thomson (dites « J-T »). De tels systèmes sont ci-après surnommés « P3.2 ».
Une variante prévoit un cycle similaire mais où des turbines venaient remplacer les vannes J-T. Par ailleurs, la composition incluait alors l’azote, les hydrocarbures C1à C5, l’éthylène, du tétrafluorométhane R14et le néon. De tels systèmes sont ci-après surnommés « P3.3 ».
Une variante simplifie le cycle de mélange réfrigérant à un seul étage de détente et cinq composants (N2et C1à C4). De tels systèmes sont ci-après surnommés « P3.4 ».
Une autre variante aboutit également à une composition simplifiée (H2, N2, C1, C2et C4) dans un système à trois étages de détente et ajoute un étage de compression effectuée en partie par une pompe. De tels systèmes sont ci-après surnommés « P3.5 ».
Une autre variante met en œuvre un système de mélange réfrigérant à deux étages de détente, où la compression est effectuée en partie à l’aide d’une pompe et dont la composition se limite à quatre composants (N2, C1, C2, iC4). De tels systèmes sont ci-après surnommés « P3.6 ».
Ces systèmes P3 recourent à un cycle réfrigérant mixte et optimisent l'efficacité énergétique du cycle par rapport aux précédents systèmes en permettant d’adapter les échanges de chaleur entre fluides froids et chauds grâce aux évaporations partielles successives des différents composés. Les variations entre ces solutions tiennent à la modification des compositions, du nombre d’étages de détente et l’ajout d’un étage de compression en partie assurée par une pompe.
Cependant, les pré-refroidissements utilisant un réfrigérant mixte décrits précédemment permettent de refroidir le fluide cible jusqu’à une température limitée à environ 90K sans risque de cristallisation. Cette limite impose au cycle de refroidissement de réaliser le refroidissement à une valeur supérieure à 90 K ou à prendre le risque de la cristallisation, augmentant le besoin en puissance de compression de ce dernier par rapport à un cycle utilisant de l’azote pur.

Objet de l’invention
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 refroidissement d’un flux d’un fluide cible à une température inférieure ou égale à 90 K, qui comporte :
- un groupe d’au moins deux échangeurs de chaleur entre le flux de fluide cible, un flux d’un premier fluide de refroidissement, un flux d’un deuxième fluide de refroidissement et/ou un flux d’un troisième fluide de refroidissement,
- un circuit fermé de circulation d’un flux d’un deuxième fluide de refroidissement, ledit fluide comportant au moins du méthane, ledit circuit comportant :
- au moins un étage de compression du flux du deuxième fluide,
- au moins un étage de séparation liquide-gaz du flux du deuxième fluide pour former une partie liquide et une partie gazeuse, au moins l’une des deux parties étant fournies à au moins un dit échangeur de chaleur et
- au moins un étage de détente du flux du deuxième fluide et
- un circuit de circulation d’un flux du troisième fluide de refroidissement à travers au moins deux desdits échangeurs de chaleur
Grâce à ces dispositions, il est possible d’atteindre des températures de pré-refroidissement inférieures à 90K à faible coût énergétique et économique tout en conservant des échanges optimisés accrus entre le mélange réfrigérant et les fluides à refroidir sans risque de cristallisation.
La présente invention se distingue par un pré-refroidissement permettant de surmonter le compromis entre efficacité énergétique et température de pré-refroidissement que l’on retrouve dans les solutions existantes. En effet le procédé proposé est à la fois très efficace énergétiquement grâce à l’utilisation d’un mix de réfrigérants et à la fois capable d’atteindre les températures les plus froides usuellement atteintes sans risque de cristallisation par un circuit de pré-refroidissement dans la liquéfaction d’un fluide cible, notamment de l’hydrogène, grâce à la boucle azote.
La présente invention permet ainsi de réduire significativement la consommation énergétique du circuit de refroidissement du procédé entier.
Dans des modes de réalisation, le circuit de circulation d’un flux est un circuit fermé de circulation d’un flux d’un troisième fluide de refroidissement à travers au moins deux desdits échangeurs de chaleur, comportant :
- au moins un étage de compression du flux du troisième fluide entre une sortie pour troisième fluide d’un échangeur de chaleur et une entrée pour troisième fluide d’un échangeur de chaleur et
- au moins un étage de détente du flux du troisième fluide entre une sortie pour troisième fluide d’un échangeur de chaleur et une entrée pour troisième fluide d’un échangeur de chaleur.
Ces modes de réalisation permettent de former un pré-refroidissement à deux boucles intégrées, optimisant davantage encore le fonctionnement du dispositif.
Dans des modes de réalisation :
- le fluide cible traverse successivement au moins un premier échangeur de chaleur et un deuxième échangeur de chaleur,
- le circuit fermé de circulation du flux du troisième fluide de refroidissement traverse également au moins le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur et
- au moins un étage de compression du circuit fermé de circulation du flux du troisième fluide de refroidissement est positionné entre une sortie pour troisième fluide du premier échangeur de chaleur et une entrée pour troisième fluide comprimé dudit premier échangeur de chaleur.
Ces modes de réalisation permettent de conditionner, en pression, le troisième fluide réfrigérant en amont de l’injection de ce fluide dans le groupe d’échangeurs réalisant le pré-refroidissement du fluide cible.
Dans des modes de réalisation :
- le fluide cible traverse successivement au moins un premier échangeur de chaleur et un deuxième échangeur de chaleur,
- le circuit fermé de circulation du flux du troisième fluide de refroidissement traverse également le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur et
- au moins un étage de détente du circuit fermé de circulation du flux du troisième fluide de refroidissement est positionné en aval du deuxième échangeur de chaleur.
Ces modes de réalisation permettent de régénérer des frigories dans le troisième fluide, en amont notamment d’une traversée inverse du groupe d’échangeurs de chaleur.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte un échangeur dédié de chaleur entre le flux du troisième fluide comprimé et au moins une partie du flux du troisième fluide issu d’un échangeur de chaleur.
L'avantage de ces modes de réalisation est de réduire le nombre de fluides passant dans le groupe d'échangeurs de chaleur afin de faciliter leurs fabrications.
Dans des modes de réalisation, le circuit de circulation d’un flux d’un troisième fluide est un circuit ouvert de circulation d’un flux d’un troisième fluide de refroidissement à travers au moins un échangeur de chaleur.
Ces modes de réalisations permettent de réduire le nombre de canaux d’échangeur et de diminuer la complexité du cycle de réfrigération en cas de circuit ouvert de troisième fluide.
Dans des modes de réalisation, le circuit ouvert de circulation du flux du troisième fluide est configuré pour traverser au moins deux des échangeurs de chaleur du groupe d’échangeurs de chaleur.
Ces modes de réalisations permettent de réduire le nombre de canaux d’échangeur et de diminuer la complexité du cycle de réfrigération en cas de circuit ouvert de troisième fluide.
Dans des modes de réalisation, le flux de troisième fluide de refroidissement est un flux d’azote.
Dans des modes de réalisation, flux d’azote est contraint par au moins l’une des conditions opératoires suivantes :
- une pression haute comprise entre 22 et 100 bara,
- une pression basse comprise entre 1 et 2,2 bara,
- un ratio massique d’azote sur fluide cible compris entre 1 et 8 et/ou
- une température en entrée dans au moins un échangeur de chaleur comprise entre 78 K et 88 K.
Ces conditions opératoires présentent les meilleurs rendements de pré-refroidissement.
Dans des modes de réalisation :
- le fluide cible traverse successivement un premier échangeur de chaleur et un deuxième échangeur de chaleur,
- le circuit fermé de circulation du flux du deuxième fluide de refroidissement traverse également le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur et
- au moins un étage de détente du circuit fermé de circulation du flux du deuxième fluide de refroidissement est positionné en aval d’une sortie pour deuxième fluide d’un échangeur de chaleur.
Ces modes de réalisation permettent une restauration d’une partie des frigories du deuxième fluide de refroidissement en amont de la traversée à rebours, totale ou partielle, du groupe d’échangeurs de chaleur.
Dans des modes de réalisation :
- le fluide cible traverse successivement un premier échangeur de chaleur et un deuxième échangeur de chaleur,
- le circuit fermé de circulation du flux du deuxième fluide de refroidissement traverse également le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur et
- au moins un étage de compression du circuit fermé de circulation du flux du deuxième fluide de refroidissement est positionné entre une sortie pour deuxième fluide du premier échangeur de chaleur et une entrée pour deuxième fluide comprimé dudit premier échangeur de chaleur.
Ces modes de réalisation permettent de conditionner le deuxième fluide de refroidissement en amont de l’étape de pré-refroidissement.
Dans des modes de réalisation :
- le fluide cible traverse successivement un premier échangeur de chaleur et un deuxième échangeur de chaleur,
- le circuit fermé de circulation du flux du deuxième fluide de refroidissement traverse également le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur et
- au moins un étage de séparation liquide-gaz du flux du deuxième fluide est positionné en amont du premier échangeur de chaleur, au moins l’une des parties liquide et gazeuse étant fournies au dit premier échangeur de chaleur.
Les séparations permettent de constituer des flux composés majoritairement d’espèces légères se vaporisant à basse température et des flux composés majoritairement d’espèces lourdes se vaporisant à moyenne ou haute température (référentiel cryogénique).
L’intérêt est multiple :
- affiner les paliers de température d’ébullition pour avoir une vaporisation partielle optimisée et
- diminuer les risques de cristallisation des composés lourds à basse température.
Dans des modes de réalisation :
- le groupe d’échangeurs de chaleur comporte un échangeur de chaleur intermédiaire,
- le fluide cible traverse successivement un premier échangeur de chaleur, l’échangeur de chaleur intermédiaire et un deuxième échangeur de chaleur,
- le circuit fermé de circulation du flux du deuxième fluide de refroidissement traverse également le premier échangeur de chaleur, l’échangeur de chaleur intermédiaire de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur et
- au moins un étage de séparation liquide-gaz du flux du deuxième fluide est positionné en aval du premier échangeur de chaleur et amont de l’échangeur de chaleur intermédiaire, au moins l’une des parties liquide et gazeuse étant fournies au dit échangeur de chaleur intermédiaire.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte, en aval d’un étage de compression du deuxième fluide de refroidissement :
- un étage de séparation liquide-gaz du deuxième fluide de refroidissement pour former une partie gaz et une partie liquide,
- un étage de compression de la partie gazeuse,
- un moyen de compression de la partie liquide et
- un moyen de mélange de la partie gazeuse comprimée et de la partie liquide comprimée.
Dans des modes de réalisation, le flux de deuxième fluide réfrigérant est contraint par au moins l’une des conditions opératoires suivantes :
- une pression haute comprise entre 20 et 36 bara,
- une pression basse comprise entre 1 et 2 bara,
- un ratio massique d’azote sur fluide cible compris entre 17,5 et 28,
- une température en entrée du groupe d’échangeurs de chaleur comprise entre 86 K et 100 K,
- une température en entrée d’un échangeur intermédiaire du groupe d’échangeurs de chaleur comprise entre 166 K et 210 K et/ou
- une température en entrée d’un deuxième échangeur de chaleur du groupe d’échangeurs de chaleur comprise entre 95 K et 132 K.
Ces conditions opératoires présentent les meilleurs rendements de pré-refroidissement.
Dans des modes de réalisation, le flux de fluide cible est un flux d’hydrogène et/ou d’hélium.
Dans des modes de réalisation, le flux de premier fluide réfrigérant est un flux comportant au moins ou constitué :
- de dihydrogène,
- de néon, d’hélium ou d’un mélange de néon et d’hélium ou
- d’un mélange de néon, d’hélium et de dihydrogène.
Dans des modes de réalisation, le flux de deuxième fluide réfrigérant est un flux comportant au moins ou constitué :
- d’azote, de méthane, d’éthylène ou d’éthane, de propane ou de propène et de n-butane ou de i-butane ou de but-1-ène,
- de méthane, d’éthylène ou d’éthane, de propane ou de propène et de n-butane ou de i-butane ou de but-1-ène ou
- d’azote, de méthane, d’éthylène ou d’éthane, de propane ou de propène, de n-butane ou de i-butane ou de but-1-ène et de n-pentane ou de i-pentane.
Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un procédé de refroidissement d’un flux d’un fluide cible à une température inférieure ou égale à 90 K, qui comporte :
- une étape de traversée, par le flux de fluide cible, d’un groupe d’au moins deux échangeurs de chaleur entre le flux de fluide cible, un flux d’un premier fluide de refroidissement et un flux d’un troisième fluide de refroidissement,
- une étape de circulation d’un flux d’un troisième fluide de refroidissement à travers au moins deux desdits échangeurs de chaleur et
- une étape de circulation en circuit fermé d’un flux d’un deuxième fluide de refroidissement, ledit fluide comportant au moins du méthane, ladite étape de circulation comportant :
- au moins une étape de compression du flux du deuxième fluide,
- au moins une étape de séparation liquide-gaz du flux du deuxième fluide pour former une partie liquide et une partie gazeuse, au moins l’une des deux parties étant fournies à au moins un dit échangeur de chaleur et
- au moins une étape de détente du flux du deuxième fluide.
Le procédé objet de la présente invention présente les mêmes avantages que le dispositif objet de la présente invention.
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 et sous forme d’un logigramme, une première succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention,
représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une deuxième succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention,
représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une troisième succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention et
représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une quatrième succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention.

Claims (16)

  1. Dispositif (100, 200, 300, 400) de refroidissement d’un flux (101) d’un fluide cible à une température inférieure ou égale à 90 K, caractérisé en ce qu’il comporte :
    - un groupe (105) d’au moins deux échangeurs (106, 107, 108, 136) de chaleur entre le flux de fluide cible, un flux (102) d’un premier fluide de refroidissement, un flux d’un deuxième fluide de refroidissement et/ou un flux d’un troisième fluide de refroidissement,
    - un circuit (110) fermé de circulation d’un flux d’un deuxième fluide de refroidissement, ledit fluide comportant au moins du méthane, ledit circuit comportant :
    - au moins un étage (111, 112) de compression du flux du deuxième fluide,
    - au moins un étage (115, 116) de séparation liquide-gaz du flux du deuxième fluide pour former une partie liquide et une partie gazeuse, au moins l’une des deux parties étant fournies à au moins un dit échangeur de chaleur et
    - au moins un étage (120, 121, 122) de détente du flux du deuxième fluide et
    - un circuit (125, 305) de circulation d’un flux du troisième fluide de refroidissement à travers au moins deux desdits échangeurs de chaleur.
  2. Dispositif (100, 200) selon la revendication 1, dans lequel le circuit (125) de circulation d’un flux est un circuit (125) fermé de circulation d’un flux d’un troisième fluide de refroidissement à travers au moins deux desdits échangeurs de chaleur, comportant :
    - au moins un étage (130) de compression du flux du troisième fluide entre une sortie pour troisième fluide d’un échangeur de chaleur et une entrée pour troisième fluide d’un échangeur de chaleur et
    - au moins un étage (135) de détente du flux du troisième fluide entre une sortie pour troisième fluide d’un échangeur de chaleur et une entrée pour troisième fluide d’un échangeur de chaleur.
  3. Dispositif (200) selon la revendication 2, qui comporte un échangeur (205) dédié de chaleur entre le flux du troisième fluide comprimé et au moins une partie du flux du troisième fluide issu d’un échangeur (136) de chaleur.
  4. Dispositif (300, 400) selon la revendication 1, dans lequel le circuit (305) de circulation d’un flux d’un troisième fluide est un circuit ouvert de circulation d’un flux d’un troisième fluide de refroidissement à travers au moins un échangeur (136) de chaleur.
  5. Dispositif (400) selon la revendication 4, dans lequel le circuit (305) ouvert de circulation du flux du troisième fluide est configuré pour traverser au moins deux des échangeurs (106, 107, 108, 136) de chaleur du groupe (105) d’échangeurs de chaleur.
  6. Dispositif (100, 200, 300, 400) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel le flux de troisième fluide de refroidissement est un flux d’azote.
  7. Dispositif (100, 200, 300, 400) selon la revendication 6, dans lequel le flux d’azote est contraint par au moins l’une des conditions opératoires suivantes :
    - une pression haute comprise entre 22 et 100 bara,
    - une pression basse comprise entre 1 et 2,2 bara,
    - un ratio massique d’azote sur fluide cible compris entre 1 et 8 et/ou
    - une température en entrée dans au moins un échangeur de chaleur comprise entre 78 K et 88 K.
  8. Dispositif (100, 200, 300, 400) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel :
    - le fluide cible (101) traverse successivement un premier échangeur (106) de chaleur et un deuxième échangeur (108) de chaleur,
    - le circuit (110) fermé de circulation du flux du deuxième fluide de refroidissement traverse également le premier échangeur de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur et
    - au moins un étage (115) de séparation liquide-gaz du flux du deuxième fluide est positionné en amont du premier échangeur de chaleur, au moins l’une des parties liquide et gazeuse étant fournies au dit premier échangeur de chaleur.
  9. Dispositif (100, 200, 300, 400) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel :
    - le groupe (105) d’échangeurs de chaleur comporte un échangeur (107) de chaleur intermédiaire,
    - le fluide cible traverse successivement un premier échangeur (106) de chaleur, l’échangeur de chaleur intermédiaire et un deuxième échangeur (108) de chaleur,
    - le circuit (110) fermé de circulation du flux du deuxième fluide de refroidissement traverse également le premier échangeur de chaleur, l’échangeur de chaleur intermédiaire de chaleur et le deuxième échangeur de chaleur et
    - au moins un étage (116) de séparation liquide-gaz du flux du deuxième fluide est positionné en aval du premier échangeur de chaleur et amont de l’échangeur de chaleur intermédiaire, au moins l’une des parties liquide et gazeuse étant fournies au dit échangeur de chaleur intermédiaire.
  10. Dispositif (100, 200, 300, 400) selon l’une des revendications 1 à 9, qui comporte, en aval d’un étage (111) de compression du deuxième fluide de refroidissement :
    - un étage (140) de séparation liquide-gaz du deuxième fluide de refroidissement pour former une partie gaz et une partie liquide,
    - un moyen (112) de compression de la partie gazeuse,
    - un moyen (150) de compression de la partie liquide et
    - un moyen (155) de mélange de la partie gazeuse comprimée et de la partie liquide comprimée.
  11. Dispositif (100, 200, 300, 400) selon l’une des revendications 1 à 10, dans lequel le flux de deuxième fluide réfrigérant est contraint par au moins l’une des conditions opératoires suivantes :
    - une pression haute comprise entre 20 et 36 bara,
    - une pression basse comprise entre 1 et 2 bara,
    - un ratio massique d’azote sur fluide cible compris entre 17,5 et 28,
    - une température en entrée du groupe d’échangeurs de chaleur comprise entre 86 K et 100 K,
    - une température en entrée d’un échangeur intermédiaire du groupe d’échangeurs de chaleur comprise entre 166 K et 210 K et/ou
    - une température en entrée d’un deuxième échangeur de chaleur du groupe d’échangeurs de chaleur comprise entre 95 K et 132 K.
  12. Dispositif (100, 200, 300, 400) selon l’une des revendications 1 à 11, dans lequel le flux (101) de fluide cible est un flux d’hydrogène et/ou d’hélium.
  13. Dispositif (100, 200, 300, 400) selon l’une des revendications 1 à 12, dans lequel le flux de premier fluide réfrigérant est un flux comportant au moins ou constitué :
    - de dihydrogène,
    - de néon, d’hélium ou d’un mélange de néon et d’hélium ou
    - d’un mélange de néon, d’hélium et de dihydrogène.
  14. Dispositif (100, 200, 300, 400) selon l’une des revendications 1 à 13, dans lequel le flux de deuxième fluide réfrigérant est un flux comportant ou constitué :
    - d’azote, de méthane, d’éthylène ou d’éthane, de propane ou de propène et de n-butane ou de i-butane ou de but-1-ène,
    - de méthane, d’éthylène ou d’éthane, de propane ou de propène et de n-butane ou de i-butane ou de but-1-ène où
    d’azote, de méthane, d’éthylène ou d’éthane, de propane ou de propène, de n-butane ou de i-butane ou de but-1-ène et de n-pentane ou de i-pentane.
  15. Dispositif (100, 200, 300, 400) selon l’une des revendications 1 à 14, dans lequel le flux de deuxième fluide réfrigérant est constitué, en répartition de masse molaire, de :
    - entre 4% et 14% d’azote,
    - entre 26,4% et 40% de méthane,
    - entre 14.9 % et 36.4 % d’éthylène,
    - entre 21.5 % et 35 % de propane et
    - entre 14.8 % et 25 % de butane.
  16. Procédé (500) de refroidissement d’un flux d’un fluide cible à une température inférieure ou égale à 90 K, caractérisé en ce qu’il comporte :
    - une étape (505) de traversée, par le flux de fluide cible, d’un groupe d’au moins deux échangeurs de chaleur entre le flux de fluide cible, un flux d’un premier fluide de refroidissement et un flux d’un troisième fluide de refroidissement,
    - une étape (506) de circulation d’un flux d’un troisième fluide de refroidissement à travers au moins deux desdits échangeurs de chaleur et
    - une étape (510) de circulation en circuit fermé d’un flux d’un deuxième fluide de refroidissement, ledit fluide comportant au moins du méthane, ladite étape de circulation comportant :
    - au moins une étape (515) de compression du flux du deuxième fluide,
    - au moins une étape (520) de séparation liquide-gaz du flux du deuxième fluide pour former une partie liquide et une partie gazeuse, au moins l’une des deux parties étant fournies à au moins un dit échangeur de chaleur et
    - au moins une étape (525) de détente du flux du deuxième fluide.
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