FR3159613A1

FR3159613A1 - Système et procédé de coproduction d’acier et de dihydrogène

Info

Publication number: FR3159613A1
Application number: FR2401771A
Authority: FR
Inventors: Romuald COUPAN
Original assignee: Genvia; Services Petroliers Schlumberger SA
Current assignee: Genvia; Services Petroliers Schlumberger SA
Priority date: 2024-02-23
Filing date: 2024-02-23
Publication date: 2025-08-29
Also published as: WO2025176724A1

Abstract

Couplage d’une installation métallurgique (2) et d’une installation de production de dihydrogène (3) pour transférer (4) de la chaleur produite par l’installation métallurgique (2) à un flux d’entrée d’un dispositif électrochimique de l’installation de production de dihydrogène (3) et/ou pour acheminer (100) vers l’installation métallurgique (2) un ou plusieurs fluides formés par le dispositif électrochimique. Figure pour l’abrégé : Fig. 7

Description

Système et procédé de coproduction d’acier et de dihydrogène

La présente invention se rapporte aux domaines de la métallurgie et de la production de dihydrogène.

L’invention présente un intérêt particulier, nullement limitatif, pour la production de dihydrogène par électrolyse en phase vapeur.

L’invention présente aussi un intérêt particulier, nullement limitatif, pour la production d’acier.

État de la technique

Les techniques conventionnelles de production industrielle d’acier d’une part et de dihydrogène d’autre part ont un impact écologique qu’il convient de réduire.

La présente invention vise à réduire un tel impact dans le domaine de la production de dihydrogène et/ou dans le domaine de la métallurgie.

Un but particulier, non limitatif, de l’invention est de réduire la consommation énergétique d’une installation de production de dihydrogène conventionnelle.

Un autre but particulier, non limitatif, de l’invention est de réduire l’empreinte carbone dans l’industrie de production d’acier.

À cet effet, l’invention a pour objet un système industriel comprenant :

une installation métallurgique qui comprend un module de traitement thermique configuré pour traiter un produit tel que du minerai de fer et/ou de l’acier brut et/ou recyclé,
une installation de production de dihydrogène comprenant un dispositif électrochimique tel qu’un électrolyseur en phase vapeur, le dispositif électrochimique étant configuré pour former un ou plusieurs flux de sortie à partir d’un flux d’un fluide d’entrée, l’un au moins desdits flux de sortie comprenant du dihydrogène.

Suivant un premier aspect, le système de l’invention peut comprendre un dispositif de transfert thermique configuré pour récupérer de la chaleur produite par l’installation métallurgique et la transférer audit flux d’entrée.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de transfert thermique est configuré pour récupérer de la chaleur d’un ou plusieurs flux de fluide sortant du module de traitement thermique.

De manière non limitative, le ou les flux de fluide sortant du module de traitement thermique peuvent comprendre un ou plusieurs gaz de combustion et/ou un mélange de nitrogène et de dihydrogène.

Par exemple :

l’un desdits flux de fluide sortant du module de traitement thermique peut comprendre un ou des gaz de combustion, typiquement lors d’une étape de chauffage du produit à traiter au sein du module de traitement thermique, et/ou
un autre desdits flux de fluide sortant du module de traitement thermique peut comprendre un mélange de nitrogène et de dihydrogène, ou un fluide ayant une autre composition, typiquement lors d’une étape de refroidissement du produit à traiter au sein du module de traitement thermique.

Dans un mode de réalisation, l’installation métallurgique comprend un ou plusieurs modules de refroidissement.

Dans le cadre de ce mode de réalisation, le dispositif de transfert thermique peut être configuré pour récupérer de la chaleur d’un ou plusieurs desdits modules de refroidissement.

Dans un mode de réalisation, l’un au moins desdits modules de refroidissement est configuré pour refroidir ledit produit à l’aide d’un flux de gaz tel que de l’air.

Autrement dit, l’installation métallurgique peut comprendre un refroidisseur à air.

Dans le cadre de ce mode de réalisation, le dispositif de transfert thermique peut être configuré pour récupérer de la chaleur de ce flux de gaz, de préférence après extraction de ce flux de gaz du module de refroidissement correspondant.

Dans un mode de réalisation, l’un au moins desdits modules de refroidissement est configuré pour refroidir ledit produit à l’aide d’un flux de liquide tel que de l’eau.

Autrement dit, l’installation métallurgique peut comprendre un refroidisseur à eau, en plus ou à la place dudit refroidisseur à air.

Dans le cadre de ce mode de réalisation, le dispositif de transfert thermique peut être configuré pour récupérer de la chaleur de ce flux de liquide, de préférence après extraction de ce flux de liquide du module de refroidissement correspondant.

Dans un mode de réalisation, le dispositif de transfert thermique est configuré pour faire passer ledit flux d’entrée de l’état liquide à l’état gazeux.

Ce mode de réalisation présente un intérêt particulier lorsque le dispositif électrochimique est un électrolyseur en phase vapeur, étant entendu que l’installation de production de dihydrogène du système de l’invention peut comprendre un autre type de dispositif électrochimique, par exemple un électrolyseur en phase liquide.

L’invention permet ainsi d’utiliser de la chaleur fatale pouvant provenir de différentes sources de chaleur de l’installation métallurgique et, de manière non limitative, d’utiliser cette chaleur pour produire de la vapeur d’eau. Il est ainsi possible de réduire l’utilisation d’énergie électrique pour produire du dihydrogène, ce qui permet d’améliorer l’efficacité énergétique du dispositif électrochimique.

Suivant un deuxième aspect qui est indépendant dudit premier aspect, le système de l’invention peut comprendre un organe de transport configuré pour acheminer un ou plusieurs desdits flux de sortie formés par le dispositif électrochimique vers l’installation métallurgique.

Dans un mode de réalisation, ledit organe de transport est configuré pour introduire un ou plusieurs de ces flux dans le module de traitement thermique et/ou dans une zone de combustion et/ou dans un ou plusieurs autres équipements de l’installation métallurgique.

L’organe de transport peut comprendre un ou plusieurs conduits et/ou un ou plusieurs équipements permettant d’assurer ou d’optimiser cette fonction de transport fluidique.

Dans un mode de réalisation, un ou plusieurs desdits flux de sortie formés par le dispositif électrochimique sont introduits dans le module de traitement thermique et/ou dans la zone de combustion et/ou dans un ou plusieurs autres équipements de l’installation métallurgique, de manière à former un agent réducteur et/ou un carburant et/ou un comburant.

Par exemple :

tout ou partie du flux de sortie comprenant du dihydrogène peut former un agent réducteur et peut éventuellement être mélangé avec un autre agent réducteur dit principal, permettant de réduire les émissions de dioxyde de carbone liées à la production de dihydrogène généralement requise pour mettre en œuvre une installation métallurgique, la production conventionnelle de dihydrogène utilisant des procédés à base de carbone, de type reformage de méthane ; et/ou
tout ou partie du flux de sortie comprenant du dihydrogène peut former un carburant et peut éventuellement être mélangé avec un autre carburant dit principal tel que du méthane, permettant de réduire les émissions de dioxyde de carbone liées au brûlage de carburant et de contribuer à l’électrification des zones de traitement thermique ; et/ou
tout ou partie d’un autre flux de sortie formé par le dispositif électrochimique, comprenant du dioxygène, peut former un comburant et peut éventuellement être mélangé avec un autre comburant dit principal tel que de l’air, permettant de réduire la présence de gaz inertes tels que le nitrogène à chauffer et les besoins en carburant.

Un tel couplage permet de réduire l’empreinte carbone de l’installation métallurgique en utilisant en tant qu’agent et/ou carburant du dihydrogène bas carbone plutôt que du dihydrogène obtenu à partir de combustibles fossiles tels que le gaz naturel ou le charbon.

Le système peut comprendre un ou plusieurs dispositifs de transfert thermique suivant ledit premier aspect et/ou un ou plusieurs organes de transport suivant ledit deuxième aspect, ou uniquement un ou plusieurs dispositifs de transfert thermique suivant ledit premier aspect, ou uniquement un ou plusieurs organes de transport suivant ledit deuxième aspect.

Dans un mode de réalisation, le système comprend un ou plusieurs organes de purification et/ou de compression d’un ou plusieurs desdits flux de sortie formés par le dispositif électrochimique.

Lorsque le système comprend un organe de transport tel que défini ci-dessus, le ou les organes de purification et/ou de compression peuvent être configurés pour purifier et/ou comprimer un ou plusieurs desdits flux de sortie formés par le dispositif électrochimique avant leur introduction dans l’installation métallurgique.

L’invention a aussi pour objet un procédé industriel mettant en œuvre un système tel que défini ci-dessus.

Le procédé peut ainsi comprendre :

un traitement d’un produit tel que du minerai de fer et/ou de l’acier brut et/ou recyclé à l’aide du module de traitement thermique de l’installation métallurgique dudit système,
la formation, à l’aide du dispositif électrochimique de l’installation de production de dihydrogène dudit système, d’un ou plusieurs flux de sortie à partir d’un flux d’un fluide d’entrée, l’un au moins desdits flux de sortie comprenant du dihydrogène.

En fonction de l’architecture du système et des caractéristiques précitées qu’il comprend, le procédé peut comprendre :

une mise en œuvre du dispositif de transfert thermique dudit système de manière à récupérer de la chaleur produite par l’installation métallurgique, par exemple de la chaleur d’un ou plusieurs flux de fluide sortant d’un ou plusieurs modules de traitement thermique et/ou d’un ou plusieurs modules de refroidissement de l’installation métallurgique, et/ou
une mise en œuvre dudit dispositif de transfert thermique de manière à transférer la chaleur ainsi récupérée audit flux d’entrée, et/ou
une mise en œuvre dudit organe de transport de manière à acheminer un ou plusieurs desdits flux de sortie formés par le dispositif électrochimique vers l’installation métallurgique et/ou pour introduire un ou plusieurs de ces flux dans le module de traitement thermique et/ou dans une zone de combustion et/ou dans un ou plusieurs autres équipements de l’installation métallurgique, par exemple de manière à former un agent réducteur et/ou un carburant et/ou un comburant, et/ou
un traitement d’un ou plusieurs desdits flux de sortie formés par le dispositif électrochimique à l’aide d’un ou plusieurs desdits organes de purification et/ou de compression, afin de purifier et/ou comprimer un ou plusieurs de ces flux de sortie, par exemple avant leur introduction dans l’installation métallurgique.

D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit.

Brève description des figures

La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels :

laFIG. 1est une vue schématique d’un système industriel comprenant une installation métallurgique, une installation de production de dihydrogène et un dispositif configuré pour transférer de la chaleur de l’installation métallurgique vers l’installation de production de dihydrogène ;
laFIG. 2est une vue schématique d’une installation métallurgique et d’unités de récupération de chaleur, l’installation métallurgique comprenant un module de traitement thermique, un module de traitement de surface et deux modules de refroidissement ;
laFIG. 3est une vue schématique d’une installation métallurgique et d’unités de récupération de chaleur, l’installation métallurgique comprenant un module de traitement thermique et deux modules de refroidissement ;
laFIG. 4est une vue schématique d’un système industriel comprenant une installation métallurgique, une installation de production de dihydrogène et un dispositif configuré pour acheminer un ou plusieurs fluides produits par l’installation de production de dihydrogène vers l’installation métallurgique ;
laFIG. 5est une vue schématique d’une première variante de réalisation du système de laFIG. 4;
laFIG. 6est une vue schématique d’une deuxième variante de réalisation du système de laFIG. 4;
laFIG. 7est une vue schématique d’un système industriel comprenant une installation métallurgique, une installation de production de dihydrogène, un dispositif configuré pour transférer de la chaleur de l’installation métallurgique vers l’installation de production de dihydrogène, et un dispositif configuré pour acheminer un ou plusieurs fluides produits par l’installation de production de dihydrogène vers l’installation métallurgique.

Des références communes sont utilisées sur les différentes figures pour désigner des éléments identiques ou analogues.

Description détaillée de modes de réalisation

LaFIG. 1représente schématiquement un système industriel 1 selon un premier mode de réalisation.

Le système 1 est dans cet exemple destiné à la co-production d’acier traité et de dihydrogène.

Dans le mode de réalisation de laFIG. 1, le système 1 comprend une installation 2 métallurgique, une installation 3 de production de dihydrogène et un dispositif 4 réalisant un couplage, ou une interface, entre les installations 2 et 3.

Dans ce mode de réalisation, le dispositif 4 est plus précisément un dispositif de transfert thermique qui est configuré pour récupérer de la chaleur produite par l’installation métallurgique 2 et pour utiliser la chaleur ainsi récupérée dans l’installation 3 pour la production de dihydrogène.

L’installation 3 comprend un dispositif électrochimique permettant de produire du dihydrogène à partir d’un flux d’un fluide d’entrée.

Dans cet exemple non limitatif, le dispositif électrochimique est un électrolyseur comprenant des cellules électrolytiques à oxyde solide permettant de réaliser une électrolyse en phase vapeur. Ce dispositif électrochimique forme une technologie connue sous la dénomination anglo-saxonne « Solid Oxide Electrolysis Cell » (SOEC).

De manière connue en soi, un tel électrolyseur comprend un ou plusieurs empilements de cellules formant chacune une cathode, une anode et un électrolyte, de manière à constituer une zone réactionnelle.

Le dispositif électrochimique de l’installation 3 est dans cet exemple configuré pour réaliser une électrolyse à haute température, de manière à former, d’une part, un premier flux de sortie d’un fluide qui comprend du dihydrogène et, d’autre part, un deuxième flux de sortie d’un fluide qui comprend du dioxygène, à partir dudit flux d’entrée qui comprend dans cet exemple de la vapeur d’eau ayant une température qui peut typiquement être comprise entre 100°C et 850°C.

LaFIG. 2montre une installation métallurgique 2 pouvant être mise en œuvre dans un système conforme à l’invention.

Dans l’exemple non limitatif de laFIG. 2, l’installation 2 comprend un module 11 de traitement thermique, du type four, un module 12 de traitement de surface, des modules 13 et 14 de refroidissement, une zone de combustion 15, du type brûleur dudit four, et une tour de réfrigération 16.

Cette installation 2 est configurée pour traiter un produit dit « à traiter », successivement dans les modules 11, 12, 13 et 14, laFIG. 2illustrant avec des flèches en trait interrompu le trajet réalisé par le produit à traiter au sein de l’installation 2.

Dans cet exemple, le produit à traiter qui est introduit dans le module 11 comprend de l’acier brut ou recyclé.

L’installation 2 de laFIG. 2comprend un réseau fluidique incluant des conduits 21 et 22 qui sont configurés pour introduire dans la zone de combustion 15 un carburant et un comburant, respectivement, afin de former dans la zone de combustion 15 un ou plusieurs gaz de combustion.

Le réseau fluidique comprend aussi un conduit 23 configuré pour acheminer un flux du ou des gaz de combustion sortant de la zone de combustion 15 vers le module de traitement thermique 11, en particulier jusque dans une enceinte (non spécifiquement représentée) formée par le module 11 et dans laquelle le produit à traiter est placée. Le flux de gaz de combustion forme un flux dit de chauffage.

Le réseau fluidique comprend aussi un conduit 24 configuré pour extraire du module de traitement thermique 11 ledit flux de chauffage après que celui-ci a circulé dans l’enceinte de ce module 11.

Le réseau fluidique comprend en outre des conduits 25, 26, 27 et 28 qui sont configurés pour acheminer un flux d’un fluide dit de refroidissement.

En référence à laFIG. 2, les conduits 26, 27 et 28 forment un circuit configuré pour faire circuler ledit flux de refroidissement entre la tour de réfrigération 16 et le module de traitement thermique 11, le conduit 27 étant configuré pour acheminer le flux de refroidissement sortant de l’enceinte du module 11 vers la tour de réfrigération 16 dans laquelle ce flux peut être refroidi, les conduits 28 et 26 étant configurés pour acheminer le flux de refroidissement sortant de la tour de réfrigération 16 vers le module 11.

Le conduit 25 est configuré pour introduire le flux de refroidissement dans ce circuit.

Un conduit 29 est dans cet exemple prévu pour permettre un échappement de pertes du flux de refroidissement.

Dans cet exemple, le flux de refroidissement qui est introduit dans le module de traitement thermique 11 par le conduit 25 comprend un mélange de nitrogène et de dihydrogène.

Concernant le module de traitement de surface 12 de l’installation 2 de laFIG. 2, celui-ci est configuré pour réaliser un traitement chimique du produit traité par le module 11. De manière non limitative, le module 12 peut être configuré pour réaliser un traitement par trempage (« dip coating » en anglais), afin de conférer audit produit des propriétés spécifiques, par exemple en termes de résistance à la corrosion et/ou à l’érosion.

Toujours en référence à laFIG. 2, le module de refroidissement 13 est dans cet exemple configuré pour refroidir ledit produit à l’aide d’un flux de gaz qui comprend dans cet exemple de l’air, le module 13 formant ainsi un refroidisseur à air.

Le réseau fluidique comprend un conduit 31 configuré pour introduire ce flux d’air dans le refroidisseur 13 et un conduit 32 pour extraire ce flux d’air du refroidisseur 13.

Dans cet exemple, le module de refroidissement 14 est quant à lui configuré pour refroidir ledit produit à l’aide d’un flux de liquide qui comprend dans cet exemple de l’eau, le module 14 formant ainsi un refroidisseur à eau.

Le réseau fluidique comprend un conduit 33 configuré pour introduire ce flux d’eau dans le refroidisseur 14 et un conduit 34 pour extraire ce flux d’eau du refroidisseur 14.

De manière non limitative, l’installation 2 de laFIG. 2est ici équipée d’unités de récupération de chaleur 41, 42, 43 et 44.

Ces unités 41, 42, 43 et 44 sont dans cet exemple configurées pour pouvoir récupérer de la chaleur qui est portée par, respectivement, ledit flux de chauffage sortant du module de traitement thermique 11 par le conduit 24, ledit flux de refroidissement sortant du module de traitement thermique 11 par le conduit 27, ledit flux d’air sortant du refroidisseur 13 par le conduit 32 et ledit flux d’eau sortant du refroidisseur 14 par le conduit 34.

Il va maintenant être brièvement décrit un exemple de mise en œuvre de l’installation 2 de laFIG. 2, étant entendu que le fonctionnement d’une telle installation est connu en tant que tel, c’est-à-dire indépendamment de sa mise en œuvre dans un système conforme à l’invention.

Le produit à traiter est introduit dans le module de traitement thermique 11 pour subir un traitement thermique, sous l’action du flux de chauffage. Plusieurs étapes de traitement sont typiquement réalisées à mesure que la température augmente, par exemple une étape de préchauffage lorsque la température est dans une plage comprise entre 300°C et 500°C, une étape de chauffage lorsque la température est dans une plage comprise entre 700°C et 800°C, et une étape de maintien à température lorsque la température atteint une température se situant dans une plage comprise entre 800°C et 1000°C.

Le flux de chauffage est ici obtenu par combustion dans la zone de combustion 15 d’un carburant tel que le méthane, en présence d’un comburant tel que de l’air. Le module de traitement thermique 11 peut être configuré de sorte que le flux de chauffage, c’est-à-dire les fumées chaudes de combustion provenant de la zone de combustion 15, circulent dans l’enceinte de ce module 11 à contre-courant et en sortent, ici par le conduit 24, à une température qui peut typiquement être comprise dans la plage 400°C-800°C. Optionnellement, ces fumées chaudes peuvent être utilisées pour préchauffer l’air à l’entrée de la zone de combustion 15.

Après chauffage dudit produit à traiter de la manière décrite ci-dessus, l’installation 2 peut être mise en œuvre pour réaliser une étape de refroidissement au sein du module 11. Pour ce faire, le flux de refroidissement – qui peut typiquement comprendre un mélange comprenant du nitrogène et au moins 5% de dihydrogène – est mis en circulation dans l’enceinte du module 11, dans le circuit formé par les conduits 26, 27 et 28 et dans la tour de réfrigération 16, de sorte que le flux de refroidissement ait, dans l’enceinte du module 11, une température comprise par exemple dans la plage 400°C-500°C. Le flux de refroidissement peut former dans l’enceinte du module 11 une atmosphère inerte permettant de réduire les risques d’oxydation dudit produit qui est dans cet exemple de l’acier.

Dans cet exemple, ledit produit ainsi refroidi dans le module 11 subi un traitement de surface au sein du module 12, puis est successivement refroidi dans le module 13 à l’aide du flux d’air à une température qui peut être comprise dans la plage 100°C-200°C et dans le module 14 par trempage dans de l’eau à une température qui peut être comprise dans la plage 50°C-100°C.

Suivant une première variante du mode de réalisation de laFIG. 1, l’installation métallurgique 2 du système 1 de laFIG. 1est conforme à l’installation 2 décrite ci-dessus en référence à laFIG. 2et le dispositif de transfert thermique 4 du système 1 de laFIG. 1comprend les unités de récupération de chaleur 41, 42, 43 et 44 illustrées à laFIG. 2.

Les unités 41-44 permettent ainsi de récupérer de la chaleur produite par l’installation métallurgique 2, à différents stades de son fonctionnement, et d’utiliser la chaleur ainsi récupérée pour la production de dihydrogène réalisée par l’installation 3 du système 1.

La chaleur récupérée par le dispositif de transfert thermique 4 est utilisée pour augmenter la température dudit flux d’entrée avant son introduction dans le dispositif électrochimique, dans cet exemple pour faire passer ce flux d’entrée de l’état liquide à l’état gazeux.

Le dispositif de transfert thermique 4 et, dans cet exemple particulier, les unités de récupération de chaleur 41, 42, 43 et 44 permettent ainsi de produire de la vapeur d’eau surchauffée.

Bien entendu, de l’énergie électrique peut être utilisée de manière alternative ou complémentaire pour augmenter la température de ce flux d’entrée.

De manière générale, le dispositif de transfert thermique 4 et/ou une ou plusieurs desdites unités de récupération de chaleur 41, 42, 43 et 44 peuvent comprendre un ou plusieurs équipements pouvant chacun être choisis dans une liste non limitative incluant un économiseur, un récupérateur, un échangeur de chaleur, un chauffeur électrique, un dégazeur, un vaporisateur, un surchauffeur, un dispositif de stockage de chaleur, un dispositif de stockage d’énergie électrique et une pompe à chaleur.

Bien entendu, le dispositif de transfert thermique 4 peut être configuré pour transférer la chaleur ainsi récupérée audit flux d’entrée par l’intermédiaire d’un fluide de transfert tel que de l’eau ou de l’huile thermique.

Suivant une deuxième variante du mode de réalisation de laFIG. 1, l’installation métallurgique 2 du système 1 de laFIG. 1est conforme à l’installation 2 illustrée à laFIG. 3qui est décrite ci-après uniquement selon ses différences par rapport à l’installation 2 de laFIG. 2. La description qui précède s’applique par analogie.

L’installation 2 de laFIG. 3est dépourvue de module de traitement de surface.

Dans le mode de réalisation de laFIG. 3, le flux de refroidissement est introduit dans le module 11 par le conduit 25 à température ambiante, l’installation 2 ne comprenant pas d’organe de refroidissement de ce flux tel que la tour de réfrigération 16 de l’installation de laFIG. 2.

Dans le cadre de cette deuxième variante, le dispositif de transfert thermique 4 du système 1 de laFIG. 1comprend les unités de récupération de chaleur 41, 43 et 44 illustrées à laFIG. 3.

LaFIG. 4représente schématiquement un système industriel 1 selon un deuxième mode de réalisation, qui est décrit uniquement selon ses différences par rapport au mode de réalisation de laFIG. 1. La description qui précède s’applique par analogie à ce deuxième mode de réalisation, y compris la description de l’installation métallurgique 2 qui est faite en référence aux figures 2 et 3.

Le système 1 de laFIG. 4se distingue de celui de laFIG. 1en ce qu’il comprend un autre type de dispositif de couplage des installations 2 et 3.

En particulier, le système 1 de laFIG. 4comprend dans cet exemple un dispositif 100 qui forme non pas un dispositif de transfert thermique tel que décrit ci-dessus mais qui forme un organe, dit de transport, configuré pour acheminer un ou plusieurs desdits flux de sortie formés par le dispositif électrochimique de l’installation de production de dihydrogène 3 vers l’installation métallurgique 2.

Une première variante du mode de réalisation de laFIG. 4est illustrée à laFIG. 5.

LaFIG. 5montre un réseau fluidique du système 1 qui comprend, de manière non limitative :

des conduits 111 et 112 configurés pour introduire dans le dispositif électrochimique de l’installation 3 respectivement ledit flux d’entrée et un gaz de balayage,
des conduits 113, 114 et 115 configurés pour acheminer ledit premier flux de sortie formé par le dispositif électrochimique, c’est-à-dire le flux de sortie comprenant du dihydrogène,
un conduit 116 configuré pour acheminer ledit deuxième flux de sortie formé par le dispositif électrochimique, c’est-à-dire le flux de sortie comprenant du dioxygène.

Dans cet exemple, les conduits 113 à 116 sont configurés pour acheminer lesdits flux de sortie formés par le dispositif électrochimique de l’installation 3 vers l’installation métallurgique 2.

Plus précisément, le conduit 114 est ici configuré pour acheminer une première fraction dudit premier flux de sortie formé par le dispositif électrochimique vers une bifurcation du conduit 25, de sorte que ledit flux de refroidissement introduit dans le module de traitement thermique 11 de l’installation 2 comprenne un mélange de dihydrogène formé par le dispositif électrochimique et de fluide introduit dans le module de traitement thermique 11 par le conduit 25 (voir aussi figures 2 et 3).

Dans l’exemple de laFIG. 5, le conduit 115 est configuré pour acheminer une deuxième fraction dudit premier flux de sortie formé par le dispositif électrochimique vers une bifurcation du conduit 21, de sorte que ledit carburant introduit dans la zone de combustion 15 de l’installation 2 comprenne un mélange de dihydrogène formé par le dispositif électrochimique et d’un carburant dit principal tel que du méthane introduit dans la zone de combustion 15 par le conduit 21 (voir aussi figures 2 et 3).

Le conduit 116 du système 1 de laFIG. 5est quant à lui configuré pour acheminer ledit deuxième flux de sortie formé par le dispositif électrochimique vers une bifurcation du conduit 22, de sorte que ledit comburant introduit dans la zone de combustion 15 de l’installation 2 comprenne un mélange de dioxygène formé par le dispositif électrochimique et d’un comburant dit principal tel que de l’air introduit dans la zone de combustion 15 par le conduit 22 (voir aussi figures 2 et 3).

En référence aux figures 4 et 5, ledit organe de transport 100 du système 1 est, dans le cadre de cette première variante de réalisation, formé par les conduits 113 à 116.

Une deuxième variante du mode de réalisation de laFIG. 4est illustrée à laFIG. 6, laquelle est décrite uniquement selon ses différences par rapport à la variante de laFIG. 5. La description qui précède s’applique par analogie.

Dans l’exemple de laFIG. 6, l’organe de transport 100 du système 1 est lui aussi formé par les conduits 113 à 116 mais les conduits 114, 115 et 116 forment respectivement lesdits conduits 25, 21 et 22, respectivement, de l’installation 2 de laFIG. 3ou 4.

Autrement dit, dans cet exemple non limitatif, ledit flux de refroidissement introduit dans le module de traitement thermique 11 de l’installation 2 est intégralement formé à partir de ladite première fraction du premier flux de sortie formé par le dispositif électrochimique, le carburant introduit dans la zone de combustion 15 de l’installation 2 est intégralement formé à partir de ladite deuxième fraction du premier flux de sortie formé par le dispositif électrochimique, et le comburant introduit dans la zone de combustion 15 de l’installation 2 est intégralement formé à partir du deuxième flux de sortie formé par le dispositif électrochimique (voir aussi figures 2 et 3).

Dans l’exemple de laFIG. 6, le conduit 24 d’extraction du flux de chauffage du module de traitement thermique 11 est relié à une bifurcation du conduit 111 de manière à mélanger ce flux de chauffage au flux d’entrée avant son introduction dans le dispositif électrochimique.

LaFIG. 7représente schématiquement un système industriel 1 selon un troisième mode de réalisation qui combine les principes des modes de réalisation des figures 1 et 4.

Ainsi, dans cet exemple, le système 1 de laFIG. 7comprend d’une part un dispositif de transfert thermique 4 tel que dans le système de laFIG. 1, selon l’une quelconque des variantes décrites ci-dessus, notamment en référence aux figures 2 et 3 et, d’autre part, un organe de transport 100 tel que dans le système de laFIG. 4, selon l’une quelconque des variantes décrites ci-dessus, notamment en référence aux figures 5 et 6.

La description qui précède s’applique bien entendu par analogie à ce troisième mode de réalisation.

Bien entendu l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits, chacun de ces exemples pouvant notamment mettre en œuvre une ou plusieurs des variantes non limitatives qui suivent.

Concernant par exemple l’installation de production de dihydrogène, celle-ci peut comprendre un ou plusieurs dispositifs électrochimiques différents de celui décrit ci-dessus, par exemple un dispositif configuré pour réaliser une électrolyse alcaline ou une électrolyse à membrane échangeuse de protons.

En outre, l’installation de production de dihydrogène du système de l’invention peut être configuré pour fonctionner sans gaz de balayage, le système pouvant ainsi être dépourvu de moyens d’introduction dans le dispositif électrochimique d’un gaz de balayage. Pour exemple non limitatif, le système 1 de laFIG. 6peut être dépourvu du conduit 112.

Dans des variantes de réalisation, le système peut comprendre un ou plusieurs organe(s) de purification et/ou de compression d’un ou plusieurs des flux de sortie formés par le dispositif électrochimique. Par exemple, lorsque le système comprend un dispositif de couplage tel que l’organe de transport 100 illustré à laFIG. 4, de tels organes de purification et/ou de compression peuvent être agencés pour purifier et/ou comprimer un ou plusieurs des flux de sortie ou une ou plusieurs fractions de ces flux de sortie avant introduction dans l’installation métallurgique 2.

L’installation métallurgique peut bien entendu être différente de celles illustrées aux figures 2 et 3 et comprendre notamment une autre combinaison et un nombre différent de modules de traitement thermique et/ou de traitement de surface et/ou de refroidissement.

Lorsque l’installation métallurgique comprend un organe de refroidissement dudit flux de refroidissement introduit dans un module de traitement thermique, cet organe de refroidissement peut comprendre de manière alternative ou complémentaire un échangeur de chaleur ou plus généralement un équipement différent de la tour de réfrigération 16 illustrée à laFIG. 2.

Le système de l’invention peut comprendre un dispositif de transfert thermique qui comporte une ou plusieurs unités de récupération de chaleur parmi celles illustrées aux figures 2 et 3 et/ou une ou plusieurs autres unités de récupération de chaleur (non représentées), en fonction notamment de l’architecture de l’installation métallurgique 2 et des sources de chaleur disponibles.

Plus généralement, le système de l’invention et notamment l’installation de production de dihydrogène peuvent bien entendu comprendre de nombreux équipements classiques qui ne sont pas décrits ci-dessus, par exemple une ou plusieurs pompes, un ou plusieurs compresseurs, un ou plusieurs ventilateurs, une ou plusieurs vannes de régulation de débit, un ou plusieurs éjecteurs, etc.

L’invention peut en outre être mise en œuvre pour traiter, au sein de l’installation métallurgique, un produit autre qu’un acier brut ou recyclé, par exemple un minerai de fer. L’installation métallurgique peut à cet effet comprendre un ou plusieurs modules (non représentés) configurés pour convertir le minerai de fer en acier brut et/ou pour réaliser des opérations d’affinage et/ou de coulée en poche, par exemple.

Claims

Système industriel (1) comprenant :
une installation métallurgique (2) qui comprend un module de traitement thermique (11) configuré pour traiter un produit tel que du minerai de fer et/ou de l’acier brut et/ou recyclé,

une installation de production de dihydrogène (3) comprenant un dispositif électrochimique tel qu’un électrolyseur en phase vapeur, le dispositif électrochimique étant configuré pour former un ou plusieurs flux de sortie à partir d’un flux d’un fluide d’entrée, l’un au moins desdits flux de sortie comprenant du dihydrogène,

un dispositif de transfert thermique (4, 41-44) configuré pour récupérer de la chaleur produite par l’installation métallurgique (2) et la transférer audit flux d’entrée.
Système (1) selon la revendication 1, dans lequel le dispositif de transfert thermique (4, 41-44) est configuré pour récupérer de la chaleur d’un ou plusieurs flux de fluide sortant du module de traitement thermique, ces flux de fluide pouvant comprendre un ou plusieurs gaz de combustion et/ou un mélange de nitrogène et de dihydrogène.
Système (1) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’installation métallurgique (2) comprend un ou plusieurs modules de refroidissement (13, 14), le dispositif de transfert thermique (4, 43, 44) étant configuré pour récupérer de la chaleur d’un ou plusieurs desdits modules de refroidissement (13, 14).
Système (1) selon la revendication 3, dans lequel l’un au moins desdits modules de refroidissement (13) est configuré pour refroidir ledit produit à l’aide d’un flux de gaz tel que de l’air, le dispositif de transfert thermique (4, 43) étant configuré pour récupérer de la chaleur de ce flux de gaz.
Système (1) selon la revendication 3 ou 4, dans lequel l’un au moins desdits modules de refroidissement (14) est configuré pour refroidir ledit produit à l’aide d’un flux de liquide tel que de l’eau, le dispositif de transfert thermique (4, 44) étant configuré pour récupérer de la chaleur de ce flux de liquide.
Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le dispositif de transfert thermique (4) est configuré pour faire passer ledit flux d’entrée de l’état liquide à l’état gazeux.
Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant un organe de transport (100, 113-116) configuré pour acheminer un ou plusieurs desdits flux de sortie formés par le dispositif électrochimique vers l’installation métallurgique (2) et pour introduire un ou plusieurs de ces flux dans le module de traitement thermique (11) et/ou dans une zone de combustion (15) de l’installation métallurgique (2).
Système (1) selon la revendication 7, dans lequel un ou plusieurs desdits flux de sortie formés par le dispositif électrochimique sont introduits dans le module de traitement thermique (11) et/ou dans la zone de combustion (15) de manière à former un agent réducteur et/ou un carburant et/ou un comburant.
Système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant un ou plusieurs organes de purification et/ou de compression d’un ou plusieurs desdits flux de sortie formés par le dispositif électrochimique.
Procédé industriel mettant en œuvre un système (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, le procédé comprenant :
un traitement d’un produit tel que du minerai de fer et/ou de l’acier brut et/ou recyclé à l’aide du module de traitement thermique (11) de l’installation métallurgique (2) dudit système (1),

la formation, à l’aide du dispositif électrochimique de l’installation de production de dihydrogène (3) dudit système (1), d’un ou plusieurs flux de sortie à partir d’un flux d’un fluide d’entrée, l’un au moins desdits flux de sortie comprenant du dihydrogène,

une mise en œuvre du dispositif de transfert thermique (4, 41-44) dudit système (1) de manière à récupérer de la chaleur produite par l’installation métallurgique (2) et la transférer audit flux d’entrée.