FR3161690A1 - System and process for the co-production of dihydrogen, dioxygen and a hydrogenated or oxidized product - Google Patents
System and process for the co-production of dihydrogen, dioxygen and a hydrogenated or oxidized productInfo
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Abstract
Couplage d’une installation d’hydrogénation ou d’oxydation (2) et d’une installation de production de dihydrogène (3) pour transférer (4) de la chaleur produite par l’installation d’hydrogénation ou d’oxydation (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 d’hydrogénation ou d’oxydation (2) un ou plusieurs fluides formés par le dispositif électrochimique. Figure pour l’abrégé : Fig. 6 Coupling of a hydrogenation or oxidation plant (2) and a dihydrogen production plant (3) to transfer (4) heat produced by the hydrogenation or oxidation plant (2) to an inlet stream of an electrochemical device in the dihydrogen production plant (3) and/or to convey (100) to the hydrogenation or oxidation plant (2) one or more fluids formed by the electrochemical device. Figure for the abstract: Fig. 6
Description
La présente invention se rapporte au domaine des dispositifs électrochimiques et trouve notamment des applications dans les secteurs de la production d’énergies renouvelables, notamment de dihydrogène, ainsi que dans les industries chimiques et pétrochimiques.The present invention relates to the field of electrochemical devices and finds applications in particular in the sectors of renewable energy production, especially dihydrogen, as well as in the chemical and petrochemical industries.
L’invention présente un intérêt particulier, nullement limitatif, pour des dispositifs électrochimiques à oxyde solide, en particulier des électrolyseurs à haute température.The invention is of particular interest, but not limited to, solid oxide electrochemical devices, especially high-temperature electrolyzers.
Les techniques conventionnelles d’hydrogénation et d’oxydation d’une part et de production de dihydrogène d’autre part ont un impact écologique qu’il convient de réduire.Conventional hydrogenation and oxidation techniques on the one hand, and dihydrogen production on the other, have an ecological impact that needs to be reduced.
La présente invention vise à réduire un tel impact dans le domaine de la production de dihydrogène et/ou dans le domaine de la production de produits hydrogénés et/ou dans le domaine de la production de produits oxydés.The present invention aims to reduce such an impact in the field of dihydrogen production and/or in the field of hydrogenated product production and/or in the field of oxidized product production.
Un but particulier, non limitatif, de l’invention est de réduire la consommation énergétique d’une installation de production de dihydrogène conventionnelle.A particular, but not limiting, objective of the invention is to reduce the energy consumption of a conventional dihydrogen production facility.
L’invention a pour objet un système industriel comprenant :
- une installation de traitement d’un ou plusieurs produits, configurée pour traiter ce ou ces produits par hydrogénation et/ou par oxydation,
- une installation de production de dihydrogène et/ou de dioxygène comprenant un dispositif électrochimique tel qu’un électrolyseur en phase vapeur, le dispositif électrochimique étant configuré pour former, à partir d’un flux d’un fluide d’entrée, un flux de sortie comprenant du dihydrogène et/ou un flux de sortie comprenant du dioxygène.
- a treatment plant for one or more products, configured to treat this product or these products by hydrogenation and/or oxidation,
- a hydrogen and/or oxygen production installation comprising an electrochemical device such as a vapor phase electrolyzer, the electrochemical device being configured to form, from an input fluid stream, an output stream comprising hydrogen and/or an output stream comprising oxygen.
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 de traitement et la transférer audit flux d’entrée.According to a first aspect, the system of the invention may include a heat transfer device configured to recover heat produced by the processing installation and transfer it to said inlet stream.
Dans un mode de réalisation, l’installation de traitement comprend un dispositif d’hydrogénation configuré pour traiter l’un desdits produits par hydrogénation, le dispositif de transfert thermique étant configuré pour récupérer de la chaleur produite par le dispositif d’hydrogénation et la transférer audit flux d’entrée.In one embodiment, the treatment plant includes a hydrogenation device configured to treat one of said products by hydrogenation, the heat transfer device being configured to recover heat produced by the hydrogenation device and transfer it to said inlet stream.
De manière non limitative, le dispositif d’hydrogénation peut comprendre un ou plusieurs équipements choisis dans une liste incluant un réchauffeur, un condenseur et un refroidisseur.Without limitation, the hydrogenation device may include one or more pieces of equipment chosen from a list including a heater, a condenser and a cooler.
Le dispositif de transfert thermique peut être configuré pour récupérer de la chaleur produite par un ou plusieurs de ces équipements.The heat transfer device can be configured to recover heat produced by one or more of these devices.
Dans un mode de réalisation, l’installation de traitement comprend un dispositif d’oxydation configuré pour traiter l’un desdits produits par oxydation, le dispositif de transfert thermique étant configuré pour récupérer de la chaleur produite par le dispositif d’oxydation et la transférer audit flux d’entrée.In one embodiment, the treatment installation includes an oxidation device configured to treat one of said products by oxidation, the heat transfer device being configured to recover heat produced by the oxidation device and transfer it to said inlet stream.
Ces modes de réalisation peuvent être combinés, l’installation de traitement pouvant par exemple comprendre à la fois un dispositif d’hydrogénation et un dispositif d’oxydation.These embodiments can be combined, the treatment installation being able, for example, to include both a hydrogenation device and an oxidation device.
L’invention permet ainsi d’utiliser de la chaleur fatale pouvant provenir de différentes sources de chaleur de l’installation de traitement 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.The invention thus makes it possible to utilize waste heat from various heat sources within the treatment plant and, without limitation, to use this heat to produce steam. This reduces the electrical energy required to produce hydrogen, thereby improving the energy efficiency of the electrochemical device.
Suivant un deuxième aspect qui est indépendant dudit premier aspect, le système de l’invention peut comprendre un organe de transport configuré pour acheminer vers ladite installation de traitement tout ou partie dudit flux de sortie comprenant du dihydrogène et/ou dudit flux de sortie comprenant du dioxygène.According to a second aspect which is independent of said first aspect, the system of the invention may include a transport element configured to convey to said treatment installation all or part of said output stream comprising dihydrogen and/or said output stream comprising dioxygen.
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.The transport unit may include one or more conduits and/or one or more pieces of equipment to ensure or optimize this fluid transport function.
Dans un mode de réalisation dans lequel l’installation de traitement comprend un dispositif d’hydrogénation configuré pour traiter l’un desdits produits par hydrogénation, l’organe de transport peut être configuré pour acheminer vers le dispositif d’hydrogénation ledit flux de sortie comprenant du dihydrogène qui est formé par le dispositif électrochimique, le dispositif d’hydrogénation étant configuré pour mettre ce flux en contact avec ledit produit traité par le dispositif d’hydrogénation afin de former un produit de sortie hydrogéné.In an embodiment in which the treatment installation includes a hydrogenation device configured to treat one of said products by hydrogenation, the transport element can be configured to convey to the hydrogenation device said output stream comprising dihydrogen which is formed by the electrochemical device, the hydrogenation device being configured to bring this stream into contact with said product treated by the hydrogenation device in order to form a hydrogenated output product.
Dans un mode de réalisation dans lequel l’installation de traitement comprend un dispositif d’oxydation configuré pour traiter l’un desdits produits par oxydation, l’organe de transport peut être configuré pour acheminer vers le dispositif d’oxydation ledit flux de sortie comprenant du dioxygène qui est formé par le dispositif électrochimique, le dispositif d’oxydation étant configuré pour mettre ce flux en contact avec ledit produit traité par le dispositif d’oxydation afin de former un produit de sortie oxydé.In an embodiment in which the treatment installation includes an oxidation device configured to treat one of said products by oxidation, the transport member can be configured to convey to the oxidation device said output stream comprising dioxygen which is formed by the electrochemical device, the oxidation device being configured to bring this stream into contact with said product treated by the oxidation device in order to form an oxidized output product.
Un tel couplage permet de réduire l’empreinte carbone de l’installation de traitement en utilisant en tant que réactif du dioxygène et/ou du dihydrogène bas carbone, notamment par comparaison avec du dihydrogène obtenu à partir de combustibles fossiles tels que le gaz naturel ou le charbon.Such coupling makes it possible to reduce the carbon footprint of the treatment facility by using low-carbon dioxygen and/or dihydrogen as a reagent, especially compared with dihydrogen obtained from fossil fuels such as natural gas or coal.
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.The system may include one or more heat transfer devices according to said first aspect and/or one or more transport elements according to said second aspect, or only one or more heat transfer devices according to said first aspect, or only one or more transport elements according to said second aspect.
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.In one embodiment, the heat transfer device is configured to change said inlet flow from the liquid state to the gaseous state.
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.This embodiment is of particular interest when the electrochemical device is a vapor phase electrolyzer, it being understood that the dihydrogen production installation of the system of the invention may include another type of electrochemical device, for example a liquid phase electrolyzer.
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.In one embodiment, the system includes one or more purification and/or compression components for one or more of said output streams formed by the electrochemical device.
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 de traitement.When the system includes a transport element as defined above, the purification and/or compression element(s) may be configured to purify and/or compress one or more of said output streams formed by the electrochemical device before their introduction into the treatment plant.
L’invention a aussi pour objet un procédé industriel mettant en œuvre un système tel que défini ci-dessus.The invention also relates to an industrial process implementing a system as defined above.
Le procédé comprend en particulier :
- un traitement d’un ou plusieurs produits à l’aide de l’installation de traitement dudit système,
- la formation, à l’aide du dispositif électrochimique dudit système, d’un flux de sortie comprenant du dihydrogène et/ou d’un flux de sortie comprenant du dioxygène.
- the processing of one or more products using the processing installation of said system,
- the formation, using the electrochemical device of said system, of an output stream comprising dihydrogen and/or an output stream comprising dioxygen.
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 de traitement, 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 de traitement, 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 de traitement.
- an implementation of the heat transfer device of said system so as to recover heat produced by the treatment plant, and/or
- an implementation of said heat transfer device so as to transfer the heat thus recovered to said inlet flow, and/or
- an implementation of said transport element so as to convey one or more of said output flows formed by the electrochemical device to the treatment installation, and/or
- a treatment of one or more of said output streams formed by the electrochemical device using one or more of said purification and/or compression devices, in order to purify and/or compress one or more of these output streams, for example before their introduction into the treatment plant.
De manière non limitative, un ou plusieurs desdits produits traités par l’installation de traitement sont choisis dans une liste incluant une huile, une graisse, un alcool, un hydrocarbure aromatique, un hydrocarbure hétéroatomique, un hydrocarbure hétérocyclique, un hydrocarbure insaturé et un gaz.Without limitation, one or more of the said products treated by the treatment facility are chosen from a list including an oil, a grease, an alcohol, an aromatic hydrocarbon, a heteroatomic hydrocarbon, a heterocyclic hydrocarbon, an unsaturated hydrocarbon and a gas.
D’autres avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée, non limitative, qui suit.Other advantages and features of the invention will become apparent from the detailed, non-limiting description that follows.
La description détaillée qui suit fait référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la
FIG. 1 est une vue schématique d’un système industriel comprenant une installation d’hydrogénation et/ou d’oxydation, une installation de production de dihydrogène et de dioxygène, ainsi qu’un dispositif configuré pour transférer de la chaleur de l’installation d’hydrogénation et/ou d’oxydation vers l’installation de production de dihydrogène et de dioxygène ; - la
FIG. 2 est une vue schématique d’une installation d’hydrogénation équipée d’unités de récupération de chaleur ; - la
FIG. 3 est une vue schématique d’un système industriel comprenant une installation d’hydrogénation et/ou d’oxydation, une installation de production de dihydrogène et de dioxygène, ainsi qu’un dispositif configuré pour acheminer un ou plusieurs fluides produits par l’installation de production de dihydrogène et de dioxygène vers l’installation d’hydrogénation et/ou d’oxydation ; - la
FIG. 4 est une vue schématique d’une variante de réalisation du système de laFIG. 3 ; - la
FIG. 5 est une vue schématique d’une autre variante de réalisation du système de laFIG. 3 ; - la
FIG. 6 est une vue schématique d’un système industriel comprenant une installation d’hydrogénation et/ou d’oxydation, une installation de production de dihydrogène et de dioxygène, un dispositif configuré pour transférer de la chaleur de l’installation d’hydrogénation et/ou d’oxydation vers l’installation de production de dihydrogène et de dioxygène, ainsi qu’un dispositif configuré pour acheminer un ou plusieurs fluides produits par l’installation de production de dihydrogène et de dioxygène vers l’installation d’hydrogénation et/ou d’oxydation.
- there
FIG. 1 is a schematic view of an industrial system comprising a hydrogenation and/or oxidation plant, a hydrogen and oxygen production plant, and a device configured to transfer heat from the hydrogenation and/or oxidation plant to the hydrogen and oxygen production plant; - there
FIG. 2 is a schematic view of a hydrogenation plant equipped with heat recovery units; - there
FIG. 3 is a schematic view of an industrial system comprising a hydrogenation and/or oxidation plant, a dihydrogen and dioxygen production plant, and a device configured to convey one or more fluids produced by the dihydrogen and dioxygen production plant to the hydrogenation and/or oxidation plant; - there
FIG. 4 is a schematic view of a variant implementation of the system of theFIG. 3 ; - there
FIG. 5 is a schematic view of another variant implementation of the system of theFIG. 3 ; - there
FIG. 6 is a schematic view of an industrial system comprising a hydrogenation and/or oxidation plant, a hydrogen and oxygen production plant, a device configured to transfer heat from the hydrogenation and/or oxidation plant to the hydrogen and oxygen production plant, and a device configured to convey one or more fluids produced by the hydrogen and oxygen production plant to the hydrogenation and/or oxidation plant.
Des références communes sont utilisées sur les différentes figures pour désigner des éléments identiques ou analogues.Common references are used across the different figures to designate identical or analogous elements.
La
Le système 1 est dans cet exemple destiné à la co-production d’un produit hydrogéné ou d’un produit oxydé d’une part et, d’autre part, de dihydrogène et de dioxygène.System 1 in this example is intended for the co-production of a hydrogenated product or an oxidized product on the one hand and, on the other hand, of dihydrogen and dioxygen.
Dans le mode de réalisation de la
Dans ce mode de réalisation, le dispositif 4 est un dispositif de transfert thermique qui est configuré pour récupérer de la chaleur produite par l’installation 2 et pour utiliser la chaleur ainsi récupérée dans l’installation 3 pour la production de dihydrogène et de dioxygène.In this embodiment, device 4 is a heat transfer device which is configured to recover heat produced by installation 2 and to use the heat thus recovered in installation 3 for the production of dihydrogen and dioxygen.
L’installation 3 comprend un dispositif électrochimique permettant de produire du dihydrogène et du dioxygène à partir d’un flux d’un fluide dit d’entrée.Installation 3 includes an electrochemical device for producing dihydrogen and dioxygen from a flow of an input fluid.
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).In this non-limiting example, the electrochemical device is an electrolyzer comprising solid oxide electrolytic cells that perform vapor-phase electrolysis. This electrochemical device constitutes a technology known by the English name "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.In a manner known per se, such an electrolyzer comprises one or more stacks of cells, each forming a cathode, an anode and an electrolyte, so as to constitute a reaction zone.
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 dit 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.The electrochemical device of installation 3 is in this example configured to carry out a high temperature electrolysis, so as to form, on the one hand, a first output flow of a fluid which includes dihydrogen and, on the other hand, a second output flow of a fluid which includes dioxygen, from the said input flow which in this example includes water vapor having a temperature which can typically be between 100°C and 850°C.
La
Dans cet exemple, l’installation 2 forme un dispositif d’hydrogénation.In this example, installation 2 forms a hydrogenation device.
De manière non limitative, le dispositif 2 de la
Le dispositif 2 est configuré pour traiter ledit produit successivement dans les équipements 11, 12, 14 et 15, la
Dans cet exemple particulier, le produit à traiter qui est introduit dans le dispositif 2 comprend une huile.In this particular example, the product to be treated which is introduced into device 2 includes an oil.
Le dispositif 2 de la
Le réseau fluidique comprend un conduit 24 configuré pour introduire dans le réchauffeur 11 un flux dit de chauffage sous forme de vapeur, ainsi qu’un conduit 25 pour extraire le flux de chauffage du réchauffeur 11.The fluidic network includes a conduit 24 configured to introduce into the heater 11 a so-called heating flow in the form of steam, and a conduit 25 to extract the heating flow from the heater 11.
Le réseau fluidique comprend aussi des conduits 27 et 28 formant un circuit configuré pour faire circuler un fluide entre le condenseur 13 et un organe de chauffage et de refroidissement (non représenté) du réacteur 12.The fluidic network also includes conduits 27 and 28 forming a circuit configured to circulate a fluid between the condenser 13 and a heating and cooling unit (not shown) of the reactor 12.
Le réseau fluidique comprend un conduit 31 configuré pour introduire dans le condenseur 13 un flux d’un fluide réfrigérant, ainsi qu’un conduit 32 pour extraire le flux réfrigérant du condenseur 13.The fluidic network includes a conduit 31 configured to introduce a flow of refrigerant fluid into the condenser 13, and a conduit 32 to extract the refrigerant flow from the condenser 13.
Le réseau fluidique comprend en outre un conduit 34 configuré pour introduire dans le refroidisseur 14 un flux dit de refroidissement, par exemple de l’eau, et un conduit 35 pour extraire ce flux de refroidissement du refroidisseur 14.The fluidic network further includes a conduit 34 configured to introduce into the cooler 14 a so-called cooling flow, for example water, and a conduit 35 to extract this cooling flow from the cooler 14.
Dans cet exemple, le dispositif 2 de la
Il va maintenant être brièvement décrit un exemple de mise en œuvre du dispositif 2 de la
Le produit à traiter traverse le réchauffeur 11 au sein duquel il récupère une partie de la chaleur portée par le flux de chauffage, de sorte à atteindre une température qui peut typiquement être comprise entre 130°C et 150°C.The product to be treated passes through the heater 11 in which it recovers part of the heat carried by the heating flow, so as to reach a temperature which can typically be between 130°C and 150°C.
Le produit ainsi réchauffé est introduit dans le réacteur 12, dans lequel il est mis en contact d’une part avec le réactif de dihydrogène qui est introduit dans le réacteur 12 par le conduit 22, par exemple sous forme de bulles à l’aide d’un agitateur (non représenté) et, d’autre part, avec le catalyseur qui est introduit dans le réacteur 12 par le conduit 21, afin de produire une réaction d’hydrogénation.The product thus heated is introduced into reactor 12, in which it is brought into contact on the one hand with the dihydrogen reagent which is introduced into reactor 12 through conduit 22, for example in the form of bubbles using an agitator (not shown) and, on the other hand, with the catalyst which is introduced into reactor 12 through conduit 21, in order to produce a hydrogenation reaction.
Le condenseur 13 permet typiquement de refroidir le réacteur 12 avec le fluide circulant dans le circuit formé par les conduits 27 et 28, afin de ne pas dépasser une température maximale prédéterminée, par exemple 200°C.The condenser 13 typically allows the reactor 12 to be cooled with the fluid circulating in the circuit formed by the conduits 27 and 28, so as not to exceed a predetermined maximum temperature, for example 200°C.
Dans cet exemple, le produit ainsi hydrogéné est ensuite refroidi par le refroidisseur 14 à l’aide du fluide de refroidissement, puis filtré à l’aide de l’équipement 15 afin d’éliminer le catalyseur résiduel, l’équipement 15 pouvant par exemple comprendre un réservoir sous pression équipé de gazes métalliques ou de bougies de filtration.In this example, the hydrogenated product is then cooled by the cooler 14 using the cooling fluid, and then filtered using the equipment 15 to remove the residual catalyst, the equipment 15 being able, for example, to include a pressure vessel equipped with metallic gauze or filter candles.
En référence aux figures 1 et 2, les unités 41, 42 et 43, qui forment dans cet exemple le dispositif 4, permettent ainsi de récupérer de la chaleur produite par l’installation 2 et d’utiliser la chaleur ainsi récupérée dans l’installation 3 pour la production de dihydrogène et de dioxygène.With reference to figures 1 and 2, units 41, 42 and 43, which in this example form device 4, thus make it possible to recover heat produced by installation 2 and to use the heat thus recovered in installation 3 for the production of dihydrogen and dioxygen.
Plus précisément, la chaleur récupérée par le dispositif 4 est ici 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.More specifically, the heat recovered by device 4 is used here to increase the temperature of said input stream before its introduction into the electrochemical device, in this example to change this input stream from the liquid state to the gaseous state.
Le dispositif de transfert thermique 4 et, dans cet exemple particulier, les unités de récupération de chaleur 41, 42 et 43, permettent ainsi de produire de la vapeur surchauffée du fluide formant le flux d’entrée.The heat transfer device 4 and, in this particular example, the heat recovery units 41, 42 and 43, thus make it possible to produce superheated steam from the fluid forming the inlet flow.
Bien entendu, de l’énergie électrique peut être utilisée de manière alternative ou complémentaire pour augmenter la température de ce flux d’entrée.Of course, electrical energy can be used as an alternative or complementary method to increase the temperature of this inlet flow.
De manière générale, le dispositif de transfert thermique 4 et/ou une ou plusieurs desdites unités de récupération de chaleur 41, 42 et 43 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.In general, the heat transfer device 4 and/or one or more of said heat recovery units 41, 42 and 43 may comprise one or more pieces of equipment, each of which may be selected from a non-exhaustive list including an economizer, a recuperator, a heat exchanger, an electric heater, a degasser, a vaporizer, a superheater, a heat storage device, an electrical energy storage device and a heat pump.
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.Of course, the heat transfer device 4 can be configured to transfer the heat thus recovered to the inlet stream via a transfer fluid such as water or thermal oil.
L’installation 2 du système 1 de la
Dans une variante de réalisation, non représentée, l’installation 2 du système 1 de la
De manière non limitative, un tel dispositif d’hydrogénation peut notamment comprendre différentes combinaisons des organes suivants :
- un ou plusieurs réchauffeurs configurés pour réchauffer du benzène et du dihydrogène mélangés par ledit organe de mélange,
- un réacteur, par exemple un réacteur catalytique en lit fixe, configuré pour recevoir un flux d’entrée comprenant le mélange de benzène et de dihydrogène afin de produire une réaction d’hydrogénation, un ou plusieurs desdits réchauffeurs pouvant être configurés pour recevoir un flux de sortie du réacteur d’hydrogénation et pour transférer de la chaleur de ce flux de sortie audit flux d’entrée de sorte que celui-ci atteigne une température qui peut être de 150°C,
- un ou plusieurs refroidisseurs configurés pour abaisser la température du flux de sortie du réacteur d’hydrogénation, ce flux de sortie pouvant plus particulièrement comprendre des produits de réaction ainsi que du benzène et du dihydrogène n’ayant pas réagi ou en excès, par exemple jusqu’à une température de l’ordre de 50°C, un ou plusieurs de ces refroidisseurs pouvant être configurés pour transférer de la chaleur ainsi récupérée audit flux d’entrée,
- un séparateur, par exemple un séparateur flash gaz-liquide, configuré pour séparer des produits de réaction et du dihydrogène résiduel, le dispositif pouvant éventuellement être configuré pour recycler en entrée du réacteur d’hydrogénation du dihydrogène gazeux et des coproduits légers tels que du méthane obtenues en tête du séparateur,
- un système comprenant un réchauffeur configuré pour augmenter la température d’un flux de produit lourd, par exemple jusqu’à une température de l’ordre de 120°C, et un organe de distillation configuré pour traiter le flux ainsi réchauffé de manière à obtenir du cyclohexane en pied de colonne.
- one or more heaters configured to heat benzene and dihydrogen mixed by said mixing device,
- a reactor, for example a fixed-bed catalytic reactor, configured to receive an inlet stream comprising a mixture of benzene and dihydrogen in order to produce a hydrogenation reaction, one or more of said heaters being able to be configured to receive an outlet stream from the hydrogenation reactor and to transfer heat from this outlet stream to said inlet stream so that the latter reaches a temperature which may be 150°C,
- one or more coolers configured to lower the temperature of the outlet stream from the hydrogenation reactor, this outlet stream possibly including reaction products as well as unreacted or excess benzene and dihydrogen, for example down to a temperature of around 50°C, one or more of these coolers being able to be configured to transfer heat thus recovered to said inlet stream,
- a separator, for example a flash gas-liquid separator, configured to separate reaction products and residual dihydrogen, the device possibly being configured to recycle gaseous dihydrogen and light co-products such as methane obtained at the top of the separator back into the hydrogenation reactor,
- a system comprising a heater configured to increase the temperature of a heavy product stream, for example up to a temperature of around 120°C, and a distillation unit configured to treat the stream thus heated in order to obtain cyclohexane at the bottom of the column.
Une ou plusieurs unités de récupération de chaleur, analogues aux unités 41, 42 et 43 décrites ci-dessus en référence à la
Plus généralement, l’installation 2 du système 1 de l’invention peut comprendre au moins un dispositif d’hydrogénation d’un produit qui peut non limitativement être choisi dans une liste incluant des huiles, des graisses et leurs dérivés oléochimiques, en particulier des acides gras, des esters d'acides gras, des nitriles gras, des alcools, des hydrocarbures aromatiques, des hydrocarbures hétéroatomiques, des hydrocarbures hétérocycliques, et des hydrocarbures insaturés.More generally, the installation 2 of the system 1 of the invention may include at least one hydrogenation device for a product which may not be limited to being selected from a list including oils, fats and their oleochemical derivatives, in particular fatty acids, fatty acid esters, fatty nitriles, alcohols, aromatic hydrocarbons, heteroatomic hydrocarbons, heterocyclic hydrocarbons, and unsaturated hydrocarbons.
De manière générale, un dispositif d’hydrogénation est typiquement configuré pour ajouter du dihydrogène à des molécules d’hydrocarbures insaturées (p. ex. composants aromatiques, oléfines, dioléfines, acides gras, etc.) ou des molécules d’hydrocarbures hétéroatomiques, c’est-à-dire des hydrocarbures contenant des hétéroatomes tels que l’oxygène, le soufre ou encore l’azote, par exemple en vue de convertir une huile liquide en graisse solide, de modifier la consistance d’une graisse, de stabiliser une huile ou une graisse, ou encore d’élargir la disponibilité d’huiles ou de graisses comestibles.In general, a hydrogenation device is typically configured to add dihydrogen to unsaturated hydrocarbon molecules (e.g. aromatic compounds, olefins, diolefins, fatty acids, etc.) or heteroatomic hydrocarbon molecules, i.e. hydrocarbons containing heteroatoms such as oxygen, sulfur, or nitrogen, for example, to convert a liquid oil into a solid fat, to change the consistency of a fat, to stabilize an oil or fat, or to expand the availability of edible oils or fats.
Suivant une autre variante de réalisation, non représentée, l’installation 2 du système 1 de la
Ainsi, le système 1 de la
Les différentes variantes décrites ci-dessus peuvent être combinées, l’installation 2 du système 1 de l’invention pouvant généralement comprendre un ou plusieurs dispositifs d’hydrogénation et/ou un ou plusieurs dispositifs d’oxydation, ainsi qu’un dispositif de couplage comprenant une ou plusieurs unités configurées pour récupérer de la chaleur dans de tels dispositifs.The different variants described above can be combined, the installation 2 of system 1 of the invention generally comprising one or more hydrogenation devices and/or one or more oxidation devices, as well as a coupling device comprising one or more units configured to recover heat from such devices.
La
Le système 1 de la
En particulier, le système 1 de la
Une première variante du mode de réalisation de la
Dans le cadre de cet exemple, l’installation 2 forme un dispositif d’hydrogénation tel qu’illustré à la
Dans cet exemple non limitatif, l’installation 3 est similaire à celle décrite ci-dessus et la description qui précède s’applique par analogie à ce qui suit.In this non-limiting example, installation 3 is similar to that described above and the preceding description applies by analogy to what follows.
Dans l’exemple de la
- un conduit 120 relié à une entrée du dispositif de chauffage 110 afin d’y introduire ledit flux d’entrée,
- un conduit 122 reliant une sortie du dispositif 110 à une entrée du dispositif électrochimique de l’installation 3 afin d’introduire dans le dispositif électrochimique tout ou partie dudit flux d’entrée sortant du dispositif 110,
- un conduit 124 reliant une première sortie du dispositif électrochimique de l’installation 3 à une entrée du dispositif de traitement 112 afin d’introduire dans le dispositif 112 tout ou partie dudit premier flux de sortie formé par le dispositif électrochimique, c’est-à-dire le flux de sortie comprenant du dihydrogène,
- un conduit 126 reliant une deuxième sortie du dispositif électrochimique de l’installation 3 à une entrée du dispositif de traitement 114 afin d’introduire dans le dispositif 114 tout ou partie dudit deuxième flux de sortie formé par le dispositif électrochimique, c’est-à-dire le flux de sortie comprenant du dioxygène,
- un conduit 128 qui relie une sortie du dispositif 112 à l’installation 2 afin d’introduire dans l’installation 2 tout ou partie dudit premier flux de sortie traité par le dispositif 112, le conduit 128 correspondant dans cet exemple au conduit 22 de la
FIG. 2 , - un conduit 130 relié à une sortie du dispositif 114 afin d’en extraire tout ou partie dudit deuxième flux de sortie traité par le dispositif 114.
- a conduit 120 connected to an inlet of the heating device 110 in order to introduce said inlet flow,
- a conduit 122 connecting an output of the device 110 to an input of the electrochemical device of the installation 3 in order to introduce into the electrochemical device all or part of said inlet flow exiting the device 110,
- a conduit 124 connecting a first outlet of the electrochemical device of the installation 3 to an inlet of the treatment device 112 in order to introduce into the device 112 all or part of said first outlet flow formed by the electrochemical device, i.e. the outlet flow comprising dihydrogen,
- a conduit 126 connecting a second outlet of the electrochemical device of the installation 3 to an inlet of the treatment device 114 in order to introduce into the device 114 all or part of said second outlet stream formed by the electrochemical device, i.e. the outlet stream comprising dioxygen,
- a conduit 128 which connects an outlet of the device 112 to the installation 2 in order to introduce into the installation 2 all or part of said first outlet flow treated by the device 112, the conduit 128 corresponding in this example to the conduit 22 of the
FIG. 2 , - a conduit 130 connected to an output of the device 114 in order to extract all or part of said second output stream processed by the device 114.
Dans cet exemple, le flux d’entrée arrivant dans le dispositif 110 par le conduit 120 comprend de l’eau purifiée et le dispositif de chauffage 110 est configuré pour faire passer ce flux d’entrée de l’état liquide à l’état gazeux.In this example, the inlet flow arriving at device 110 through conduit 120 includes purified water and the heating device 110 is configured to change this inlet flow from a liquid to a gaseous state.
Plus particulièrement, le dispositif de chauffage 110 est dans cet exemple configuré pour former un flux de vapeur surchauffée à partir du flux d’entrée purifié.More specifically, the heating device 110 is configured in this example to form a superheated steam stream from the purified inlet stream.
Pour ce faire, le dispositif 110 peut récupérer de la chaleur d’un vecteur d’énergie formé à partir d’une source de chaleur externe, par exemple sous forme d’un flux d’un fluide chaud à l’état gazeux ou liquide.To do this, the device 110 can recover heat from an energy carrier formed from an external heat source, for example in the form of a flow of a hot fluid in a gaseous or liquid state.
De manière alternative ou complémentaire, le dispositif 110 peut récupérer de la chaleur en utilisant de l’énergie électrique fournie par un réseau électrique et/ou un dispositif de stockage d’énergie électrique.Alternatively or in addition, device 110 can recover heat using electrical energy supplied by an electrical network and/or an electrical energy storage device.
Le dispositif 110 peut donc former un dispositif de récupération de chaleur et peut comprendre à cet effet un ou plusieurs équipements pouvant 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.Device 110 can therefore form a heat recovery device and for this purpose may include one or more pieces of equipment which may be chosen from a non-exhaustive list including an economizer, a recuperator, a heat exchanger, an electric heater, a degasser, a vaporizer, a superheater, a heat storage device, an electrical energy storage device and a heat pump.
Concernant les dispositifs 112 et 114, ceux-ci peuvent généralement être configurés pour réaliser des opérations de refroidissement et/ou de compression et/ou de purification des flux qu’ils reçoivent, réalisées par un ou plusieurs organes de traitement correspondants.Regarding devices 112 and 114, these can generally be configured to perform cooling and/or compression and/or purification operations on the flows they receive, carried out by one or more corresponding processing units.
Par exemple, chacun des dispositifs 112 et 114 peut comprendre une unité de purification (non représentée) comprenant une ou plusieurs technologies choisies parmi des technologies d’adsorption, d’absorption, membranaire, de distillation et de conversion. Une purification dudit premier flux de sortie, c’est-à-dire du flux du fluide comprenant du dihydrogène, permet notamment de supprimer de ce flux des impuretés telles que de l’eau et/ou du dioxygène et/ou du nitrogène et/ou de l’argon et/ou du monoxyde de carbone et/ou du dioxyde de carbone. Une purification du deuxième flux de sortie, c’est-à-dire du flux du fluide comprenant du dioxygène, permet notamment de supprimer de ce flux des impuretés telles que de l’eau et/ou du nitrogène et/ou de l’argon et/ou du monoxyde de carbone et/ou du dioxyde de carbone.For example, each of devices 112 and 114 may include a purification unit (not shown) comprising one or more technologies selected from adsorption, absorption, membrane, distillation, and conversion technologies. Purification of the first output stream, i.e., the fluid stream containing dihydrogen, notably removes impurities such as water and/or dioxygen and/or nitrogen and/or argon and/or carbon monoxide and/or carbon dioxide from this stream. Purification of the second output stream, i.e., the fluid stream containing dioxygen, notably removes impurities such as water and/or nitrogen and/or argon and/or carbon monoxide and/or carbon dioxide from this stream.
Chacun des dispositifs 112 et 114 peut aussi comprendre une unité de compression, afin de comprimer le flux purifié par l’unité de purification correspondante, par exemple en vue de son stockage dans un dispositif de stockage (non représenté).Each of the devices 112 and 114 may also include a compression unit, in order to compress the purified stream from the corresponding purification unit, for example for storage in a storage device (not shown).
En référence aux figures 3 et 4, ledit organe de transport 100 du système 1 est, dans le cadre de la variante de réalisation de la
Une deuxième variante du mode de réalisation de la
Dans l’exemple de la
Le conduit 128 du système 1 de la
Dans chacune des variantes non limitatives des figures 4 et 5, le système 1 peut comprendre un ou plusieurs équipements additionnels, par exemple :
- un équipement (non représenté) configuré pour introduire dans le dispositif électrochimique de l’installation 3 un gaz de balayage, et/ou
- un dispositif (non représenté) configuré pour purifier ledit flux d’entrée avant son arrivée dans le conduit 120 et/ou pour former ledit flux d’entrée en utilisant de l’eau résiduelle formée par l’installation 3 et/ou de l’eau extraite desdits flux de sortie par les dispositifs 112 et/ou 114 et/ou de l’eau provenant d’une source externe (non représentée).
- equipment (not shown) configured to introduce a sweeping gas, and/or into the electrochemical device of installation 3
- a device (not shown) configured to purify said inlet stream before it enters conduit 120 and/or to form said inlet stream using residual water formed by installation 3 and/or water extracted from said outlet streams by devices 112 and/or 114 and/or water from an external source (not shown).
Le système 1 de l’invention peut aussi être dépourvu de certains des équipements décrits ci-dessus en référence aux figures 4 et 5, par exemple être dépourvu d’un ou plusieurs des dispositifs de traitement 112 et 114.System 1 of the invention may also be devoid of some of the equipment described above with reference to Figures 4 and 5, for example be devoid of one or more of the processing devices 112 and 114.
Par exemple, dans une variante non représentée de la
En outre, une partie du premier flux de sortie et/ou une partie du deuxième flux de sortie qui sont formés par l’installation 3 peuvent être utilisées, de manière alternative ou complémentaire, pour former respectivement un carburant et/ou un comburant dans un ou plusieurs dispositifs qui peuvent appartenir ou non à l’installation 2.In addition, part of the first output stream and/or part of the second output stream formed by installation 3 can be used, alternatively or complementaryly, to form respectively a fuel and/or an oxidizer in one or more devices which may or may not belong to installation 2.
Les variantes des figures 4 et 5 peuvent bien entendu être combinées, par exemple pour former un système 1 dans lequel l’installation 2 comprend au moins un dispositif d’hydrogénation et au moins un dispositif d’oxydation.The variants of figures 4 and 5 can of course be combined, for example to form a system 1 in which the installation 2 includes at least one hydrogenation device and at least one oxidation device.
La
Ainsi, dans cet exemple, le système 1 de la
La description qui précède s’applique par analogie à ce troisième mode de réalisation.The preceding description applies by analogy to this third mode of embodiment.
L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits, le système pouvant notamment mettre en œuvre une ou plusieurs des variantes non limitatives qui suivent.The invention is not limited to the examples just described, the system may in particular implement one or more of the following non-limiting variants.
Concernant par exemple l’installation de production de dihydrogène et de dioxygène, 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.Regarding, for example, the installation for the production of dihydrogen and dioxygen, this may include one or more electrochemical devices different from the one described above, for example a device configured to carry out an alkaline electrolysis or a proton exchange membrane electrolysis.
Pour autre exemple, le système de l’invention peut comprendre un dispositif de transfert thermique qui comporte une ou plusieurs unités de récupération de chaleur telles que celles illustrées à la
Bien entendu, le système de l’invention et notamment l’installation de production de dihydrogène et de dioxygène peuvent 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.Of course, the system of the invention and in particular the installation for the production of dihydrogen and dioxygen may include many conventional pieces of equipment which are not described above, for example one or more pumps, one or more compressors, one or more fans, one or more flow control valves, one or more ejectors, etc.
Claims (10)
- une installation (2) de traitement d’un ou plusieurs produits, configurée pour traiter ce ou ces produits par hydrogénation et/ou par oxydation,
- une installation (3) de production de dihydrogène et/ou de dioxygène comprenant un dispositif électrochimique tel qu’un électrolyseur en phase vapeur, le dispositif électrochimique étant configuré pour former, à partir d’un flux d’un fluide d’entrée, un flux de sortie comprenant du dihydrogène et/ou un flux de sortie comprenant du dioxygène,
- un dispositif de transfert thermique (4) configuré pour récupérer de la chaleur produite par l’installation de traitement (2) et la transférer audit flux d’entrée.
- an installation (2) for the treatment of one or more products, configured to treat this or these products by hydrogenation and/or by oxidation,
- an installation (3) for the production of dihydrogen and/or dioxygen comprising an electrochemical device such as a vapor phase electrolyzer, the electrochemical device being configured to form, from an input fluid stream, an output stream comprising dihydrogen and/or an output stream comprising dioxygen,
- a heat transfer device (4) configured to recover heat produced by the processing plant (2) and transfer it to said inlet stream.
- un traitement d’un ou plusieurs produits à l’aide de l’installation de traitement (2) dudit système (1),
- la formation, à l’aide du dispositif électrochimique (3) dudit système (1), d’un flux de sortie comprenant du dihydrogène et/ou d’un flux de sortie comprenant du dioxygène,
- une mise en œuvre du dispositif de transfert thermique (4) dudit système (1) de manière à récupérer de la chaleur produite par l’installation de traitement (2) et la transférer audit flux d’entrée.
- the processing of one or more products using the processing installation (2) of said system (1),
- the formation, using the electrochemical device (3) of said system (1), of an output stream comprising dihydrogen and/or an output stream comprising dioxygen,
- an implementation of the heat transfer device (4) of said system (1) so as to recover heat produced by the processing installation (2) and transfer it to said inlet flow.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2404208A FR3161690A1 (en) | 2024-04-24 | 2024-04-24 | System and process for the co-production of dihydrogen, dioxygen and a hydrogenated or oxidized product |
| PCT/EP2025/060310 WO2025223924A1 (en) | 2024-04-24 | 2025-04-14 | System and method for co-production of dihydrogen, dioxygen and a hydrogenated or oxidized product |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2404208A FR3161690A1 (en) | 2024-04-24 | 2024-04-24 | System and process for the co-production of dihydrogen, dioxygen and a hydrogenated or oxidized product |
| FR2404208 | 2024-04-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3161690A1 true FR3161690A1 (en) | 2025-10-31 |
Family
ID=92456681
Family Applications (1)
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| FR2404208A Pending FR3161690A1 (en) | 2024-04-24 | 2024-04-24 | System and process for the co-production of dihydrogen, dioxygen and a hydrogenated or oxidized product |
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| WO (1) | WO2025223924A1 (en) |
Citations (3)
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| US20160017800A1 (en) * | 2012-02-20 | 2016-01-21 | Thermogas Dynamics Limited | Methods and systems for energy conversion and generation |
| KR20230117947A (en) * | 2022-02-03 | 2023-08-10 | 한국수력원자력 주식회사 | Water electrolysis system linked to power plant |
| US20230392265A1 (en) * | 2020-10-15 | 2023-12-07 | Wolfgang Winkler | Integrated gas generator and electricity storage system |
-
2024
- 2024-04-24 FR FR2404208A patent/FR3161690A1/en active Pending
-
2025
- 2025-04-14 WO PCT/EP2025/060310 patent/WO2025223924A1/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160017800A1 (en) * | 2012-02-20 | 2016-01-21 | Thermogas Dynamics Limited | Methods and systems for energy conversion and generation |
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| KR20230117947A (en) * | 2022-02-03 | 2023-08-10 | 한국수력원자력 주식회사 | Water electrolysis system linked to power plant |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2025223924A1 (en) | 2025-10-30 |
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