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WO2024002943A1 - Facility for treating a hydrogen gas stream by staged catalytic combustion - Google Patents

Facility for treating a hydrogen gas stream by staged catalytic combustion Download PDF

Info

Publication number
WO2024002943A1
WO2024002943A1 PCT/EP2023/067260 EP2023067260W WO2024002943A1 WO 2024002943 A1 WO2024002943 A1 WO 2024002943A1 EP 2023067260 W EP2023067260 W EP 2023067260W WO 2024002943 A1 WO2024002943 A1 WO 2024002943A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow
stages
installation
hydrogen
gas flow
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/067260
Other languages
French (fr)
Inventor
Thomas DELNAUD
Pierre Darcy
Original Assignee
Naval Group
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Naval Group filed Critical Naval Group
Publication of WO2024002943A1 publication Critical patent/WO2024002943A1/en

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/07—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases in which combustion takes place in the presence of catalytic material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C13/00—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
    • F23C13/04—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material characterised by arrangements of two or more catalytic elements in series connection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2201/00—Staged combustion
    • F23C2201/40—Intermediate treatments between stages
    • F23C2201/401—Cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00—Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D2205/00—Assemblies of two or more burners, irrespective of fuel type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2209/00—Specific waste
    • F23G2209/14—Gaseous waste or fumes
    • F23G2209/141—Explosive gases

Definitions

  • the present invention relates to an installation adapted to eliminate by combustion a gas stream to be treated comprising at least 75% hydrogen by volume.
  • the invention also relates to a naval platform, in particular an underwater vehicle, comprising such an installation.
  • the invention also relates to a treatment method implementing such an installation.
  • the gas flow to be treated is, for example, pure hydrogen from the operation of a fuel cell on board a naval platform, or produced by a chemical reaction.
  • mination we mean the transformation, preferably total, of hydrogen into one or more products that can be stored in the naval platform or released into its environment.
  • An aim of the invention is therefore to provide an installation adapted to treat a gaseous flow rich in hydrogen, overcoming all or part of the above drawbacks, that is to say presenting sufficient guarantees in terms of reliability, discretion, size. reduced and safety.
  • the subject of the invention is an installation adapted to treat a gas flow to be treated comprising at least 75% hydrogen by volume, the installation comprising a plurality of successive stages adapted to burn hydrogen from the flow gas to be treated, each of the stages comprising:
  • a catalytic burner adapted to admit an inlet flow comprising hydrogen, to admit the oxidizer flow, and to produce a smoke flow
  • an exchanger for cooling the flue gas flow by heat exchange with a refrigerant fluid and obtaining an outlet flow, the inlet flow of a first stage of said plurality comprising the gas flow to be treated, the inlet flow of each of the other stages of said plurality respectively comprising the output flow of a previous stage of said plurality, the installation being configured so that, in the stages of said plurality except the last stage, the catalytic burner burns only a fraction of the hydrogen present in the inlet flow, the outlet flow still comprising hydrogen, the installation being further adapted to produce at least one flow of water from the outlet flow of at least one stages of said plurality.
  • the installation comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in all technically possible combinations: - said plurality of stages consists of two or three stages;
  • the installation comprises a regulation system configured to regulate, in each of the stages of said plurality, a flow rate of the oxidizer flow so that a temperature of the smoke flow is lower than a maximum temperature of between 800°C and 900°C;
  • the regulation system is further configured to regulate, in each of the stages of said plurality, a flow rate of the refrigerant fluid so that a temperature of the outlet flow is greater than a minimum temperature of between 100°C and 150°C °C;
  • the regulation system is further configured to regulate, in the last stage of said plurality, a flow rate of the oxidizer flow so that the smoke flow of the last stage of said plurality comprises less than 1.0% of hydrogen by volume;
  • the installation further comprises: a source of a gas flow comprising at least 98% nitrogen by volume, the catalytic burner of the first stage of said plurality being adapted to admit the gas flow to dilute the smoke flow of said catalytic burner; and a separator adapted to admit the output flow of the last stage of said plurality, and to produce the water flow and a gas flow comprising at least 90% nitrogen by volume, the catalytic burner of the first stage of said plurality being adapted to admit said gas flow;
  • the refrigerant fluid includes sea water or fresh water
  • the installation comprises a pipe system adapted to admit the refrigerant fluid and pass the refrigerant fluid successively through the exchanger of each of the stages of said plurality in an inverse succession relative to a succession defined by the smoke flows.
  • the invention also relates to a naval platform, in particular an underwater vehicle, comprising at least one installation as described above.
  • the invention also relates to a process for treating a gas flow to be treated comprising at least 75% hydrogen by volume, the process using an installation and comprising the following steps:
  • FIG. 1 is a schematic view of a naval platform according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic view of an installation according to the invention, included in the naval platform shown in Figure 1, and
  • FIG. 3 is a schematic view of an installation according to the invention, constituting a variant of the installation shown in Figures 1 and 2.
  • the naval platform 10 is preferably an underwater vehicle.
  • the naval platform 10 is a surface vessel.
  • the naval platform 10 is surrounded by sea water 12.
  • the naval platform 10 comprises an installation 14 according to the invention.
  • the naval platform 10 comprises several installations similar to the installation 14.
  • the installation 14 is adapted to treat a gas flow to be treated 16, comprising at least 75% hydrogen by volume, and to produce at least one water flow 18.
  • the installation 14 is also adapted to admit a refrigerating fluid 20, advantageously consisting of a sample of sea water 12, and to reject an effluent 22 consisting of the refrigerating fluid 20 after its use in the 'facility.
  • the gas flow to be treated 16 comes from a source 24, for example:
  • the installation 14 comprises a plurality of successive stages 26, 28, 30 adapted to burn the hydrogen from the gas flow to be treated 16.
  • the installation 14 advantageously comprises a regulation system 32, and a source 34 of a gas flow. gas 36 comprising at least 98% nitrogen by volume.
  • the installation 14 advantageously comprises a separator 38 adapted to evacuate the water flow 18, and includes a recycling loop 40.
  • the installation 14 comprises for example several separators adapted to evacuate several streams of water resulting from the combustion in several of the stages 26, 28, 30, or even in all the stages.
  • the installation 14 comprises a separator adapted to evacuate a flow of water resulting from the combustion in one of the stages 26, 28 (that is to say not in the top floor 30).
  • the installation 14 advantageously comprises a system of pipes 41 to admit the refrigerant fluid 20 and reject the effluent 22.
  • stages 26, 28, 30 are adapted to carry out staged combustion of hydrogen, and are successive from the point of view of the fumes.
  • Floor 26 is therefore a first floor.
  • Floor 28 is a second floor.
  • Stage 30 is a third and final stage in the example shown in Figure 3.
  • Each of the stages 26, 28, 30 comprises a source 38, 40, 42 of a gaseous oxidant flow 44, 46, 48 comprising between 21% and 100% oxygen by volume.
  • Each of the stages 26, 28, 30 comprises a catalytic burner 50, 52, 54 adapted to admit an inlet flow 56, 58, 60 comprising hydrogen, to admit the oxidant flow 44, 46, 48, and to produce a flow of smoke 62, 64, 66.
  • Each of the stages also includes an exchanger 68, 70, 72 to cool the flow of smoke 62, 64, 66 by heat exchange with the refrigerant fluid 20 and obtain an outlet flow 74 , 76, 78.
  • the inlet flow 56 of the first stage 26 is constituted in the example by the gas flow to be treated 16.
  • the input flows 58, 60 of the other stages 28, 30 are for example constituted respectively by the output flows 74, 76 of the previous stages 26, 28.
  • the sources 38, 40, 42 are one and the same source.
  • a refrigerant circuit can be dedicated to each stage and not common to the entire installation.
  • the refrigerant circuit can supply stage 68, then stage 70 and stage 72 in that order.
  • the catalytic burners 50, 52, 54 are for example made up of tubes containing supported or mass catalysts, containing elements known for their capacity to carry out the hydrogen oxidation reaction.
  • these elements can be metals from the supported platinum family and rare earths.
  • the catalyst consisting of the same elements is coated directly on the channels of the exchangers 68, 70, 72.
  • the catalytic burners 50, 52, 54 and the exchangers 68, 70, 72 respectively form a single piece of equipment.
  • the installation 14 is configured so that, in all stages except the last stage 30, that is to say in stages 26 and 28, the catalytic burners 50, 52 burn only a fraction of the hydrogen present in the inlet streams 56, 58, the outlet streams 62, 64 still comprising hydrogen.
  • the catalytic burners 50, 52 that is to say all except the last one, are intended to achieve partial combustion of the hydrogen present in the inlet flows 56, 58. This is obtained by the fact that the quantity of oxygen provided by the oxidant flows 44, 46 is deliberately insufficient for all the hydrogen present in the inlet flows 56, 58 to be burned.
  • the catalytic burner 50 of the first stage 26 is further adapted to admit the gas flow 36 rich in nitrogen to dilute the smoke flow 62, and/or a gas flow 57 coming from the separator 38.
  • the combustion of the hydrogen present in the inlet flow 60 is complete, the quantity of oxygen present in the oxidant flow 48 being sufficient for this, and advantageously just sufficient for that.
  • oxygen is found for example in the stoichiometric proportion in the oxidizer flow 48.
  • the regulation system 32 is advantageously configured to regulate, in each of the stages 26, 28, 30, the flow rate of the oxidant flow 44, 46, 48 so that the temperature of the smoke flow 62, 64, 66 is lower at a maximum temperature between 800°C and 900°C.
  • the installation 14 is configured so that, in each stage, the oxidant is completely consumed.
  • the regulation system 32 is further advantageously configured to regulate, in each of the stages 26, 28, 30, the flow rate of the refrigerant fluid 20 so that the temperature of the outlet flow 74, 76, 78 is greater than a temperature minimum between 100°C and 150°C.
  • the regulation system 32 is for example also configured to regulate, in the last stage, that is to say the stage 30, the flow rate of the oxidant flow 48 so that the smoke flow 66 comprises less than 1.0% hydrogen by volume, and advantageously less than 0.1% hydrogen by volume, and even more advantageously less than 1 ppm of hydrogen by volume.
  • the separator 38 is adapted to admit the outlet flow 78 of the last stage 30 and to produce the water flow 18 and a gas flow 80 comprising at least 90% nitrogen by volume.
  • the separator 38 is for example of the float trap type.
  • the separator 38 is for example a separator tank equipped with level measurements controlling purge valves.
  • the gas flow 80 comprises at least 99% nitrogen and water by volume, the combustion carried out in the catalytic burner 54 being complete or almost complete.
  • the recycling loop 40 comprises for example a recirculator 82 adapted to recirculate the gas flow 80, and a heater 84, advantageously electric for heating the gas flow 80 and preheating the installation 14 during the start-up phase.
  • the gas flow 80 is for example admitted into the catalytic burner 50 via the recycling loop 40 in the form of the gas flow 57, with or without the addition of the gas flow 36.
  • the installation 14 comprises a purge system (not shown), for example located on the gas flow 80, and adapted to carry out a purge in the edge, particularly in the event of overpressure.
  • This purge system is for example controlled by the regulation system 32 and a pressure measurement in the installation 14.
  • the pipe system 41 is for example adapted to admit the refrigerant fluid 20 and pass it successively through the exchangers 72, 70, 68 of the stages 30, 28, 26 in an inverse succession with respect to the succession defined by the smoke flows 62, 64, 66.
  • the hydrogen contained in the gas flow to be treated 16 is burned progressively in stages 26, 28, 30.
  • the inlet flow 56, 58 and the oxidant flow 44, 46 are admitted into the catalytic burners 50, 52 which produce the smoke flows 62, 64.
  • the catalytic burners 50, 52 burn only a fraction of the hydrogen present in the inlet flows 56,58, so that the outlet flows 74, 76 still include some 'hydrogen.
  • the inlet flow 60 and the oxidant flow 48 are admitted into the catalytic burner 50 which produces the smoke flow 66 advantageously devoid of hydrogen.
  • the smoke flow 62, 64, 66 is cooled in the exchanger 68, 70, 72 by heat exchange with the refrigerant fluid 20 to obtain the outlet flows 74, 76, 78 .
  • the inlet flow 56 of the first stage 26 is the gas flow to be treated 16.
  • the outlet flow 74 of the first stage 26 becomes the inlet flow 58 of the second stage 28.
  • the output flow 76 of the second stage 28 becomes the input flow 60 of the third and last stage 30.
  • the water flow 18 is produced from the outlet flow 78 of the last stage 30, in the example by the separator 38.
  • the regulation system 32 regulates the installation 14 so that the temperature of the smoke flows 62, 64, 66 does not exceed the maximum temperature between 800°C and 900°C, and advantageously so that the oxygen content at any point in the loop complies with the values ensuring the safety of the installation. To do this, the regulation system 32 adjusts the flow rate of the oxidant flows 44, 46, 48, and the flow rate of the gas flow 80.
  • the temperature of the fumes and/or the oxygen content downstream thereof can be lowered by reducing the flow rate of the oxidant flow 44, 46, 48, respectively, or by increasing the flow rate of the gas flow 80, that is to say by increasing the dilution of the smoke flows 62, 64, 66.
  • the regulation system 32 advantageously regulates the temperature of the outlet streams 74, 76, 78 at temperatures higher than the minimum temperature between 100°C and 150°C. To increase this temperature, the regulation system 32 reduces the flow of the refrigerant fluid 20 in the pipes. Conversely, to reduce this temperature, the regulation system 32 increases the flow of refrigerant fluid 20 in the pipes.
  • an additional exchanger is inserted between the exchanger 72 and the separator 38 to cool the outlet flow 78.
  • the refrigerant fluid 20 is passed through the exchanger 72, but another refrigerant fluid (not shown), so as to increase the refrigeration capacity in the last stage 30.
  • the exchangers 68, 70, 72 are made independent of each other, so as to be able to admit different refrigerant flows in each of these exchangers, and to adjust the refrigeration capacity of each of the stages, in particular by adapting the flow of refrigerant passing through each of the exchangers.
  • the compressor 82 circulates the gas flow 80 in the recycling loop 40.
  • the source 34 makes it possible to make a supplement of inert gas via the gas flow 36 admitted into the catalytic burner 50.
  • the installation 14 when the installation 14 is started, it is placed under non-pressurized nitrogen thanks to the gas flow 36 and the recirculation loop 40.
  • the heater 84 heats the gas flow 80 in order to bring the catalytic burners 50, 52, 54 to a starting temperature of the catalytic combustion of the hydrogen.
  • oxygen is introduced sub-stoichiometrically into all stages except the last stage 30. In these stages, the oxidation reaction occurs, leading to the transformation of part of the hydrogen present in the input flow 56, 58 in water vapor and leads to a release of heat.
  • the oxygen is advantageously completely consumed by these reactions.
  • the flow of oxygen supplied via the oxidant flows 44, 46 is for example controlled from the temperature of the smoke flows 62, 64 or by the flow of hydrogen at the inlet of each of the stages, calculated from the measurements of the flow rates of the gas flow 36 and the gas flow 80 and the hydrogen content at the inlet of each of the stages.
  • the oxygen content is preferably measured and this measurement is used by the regulation system 32 to adjust the quantity of oxidizer sent to each of the stages.
  • the temperature of the smoke streams 62, 64, 66 being kept lower than the maximum temperature, this avoids degradation of the catalysts present in the catalytic burners 50, 52, 54.
  • the exchangers 68, 70, 72 supplied by the refrigerant fluid 20 make it possible to lower the temperature of the outlet flows 74, 76, 78 to a temperature higher than the minimum temperature, this which prevents water condensation in these flows.
  • an additional exchanger (not shown) makes it possible to further cool the flow 78.
  • the regulation system 32 adjusts the refrigerant flow rate of this additional exchanger in order to allow the separator 38 to produce the flow of water 18.
  • the catalytic combustion and cooling operations are repeated three times.
  • the water produced by the successive combustions is completely or partially separated from the gases in the separator 38.
  • the gas flow 80 is advantageously made up of nitrogen and water, and circulates via the recirculation loop 40 in order to dilute the reagents in each of the catalytic burners 50, 52, 54.
  • the installation 14, apart from the compressor 82 and the heater 84, can be manufactured in a single part by additive manufacturing.
  • the installation 14 makes it possible to eliminate hydrogen from the gas flow to be treated 16 in a reliable, discreet and safe manner, with a reduced footprint.
  • the lack of oxygen, particularly in stages 26 and 28, allows to prevent the mixture from exploding by ensuring a hydrogen content higher than the upper explosive limit.
  • the reaction temperature of the gases is limited by staging the reaction in order to minimize the quantity of energy released in each of the stages. This staging is carried out by introducing the oxidizer as a limiting reagent at each stage.
  • the reactive mixture seen by the catalytic burners 50, 52, 54 is diluted using the recirculation loop 40.
  • the reaction temperature is also limited by the refrigeration carried out at the outlet of the catalytic burners 50, 52, 54.
  • a system for measuring these constituents in the recirculation loop advantageously makes it possible to control their contents to ensure the safety of the installation.
  • an installation 114 is described constituting a variant of the installation 14 shown in Figures 1 and 2.
  • the installation 114 is similar to the installation 14. Similar elements bear the same numerical references and do not will not be described again. Only the differences will be described in detail below.
  • Facility 114 does not include floor 30 of Facility 14, but only floors 26 and 28.
  • Stage 28 is therefore the last stage of installation 114.
  • the outlet flow 76 is admitted into the separator 38.
  • Stage 28 of installation 114 has all the properties of stage 30 of installation 14.
  • the catalytic burner 52 achieves advantageously complete combustion of the hydrogen still present in the inlet flow 58.
  • the exchangers 68, 70 are independent of each other.
  • the exchanger 68 receives a refrigerant fluid 22A, for example seawater, and rejects an effluent 22.
  • the exchanger 70 receives the refrigerant fluid 20, for example seawater, and rejects an effluent 22A.
  • the exchangers 68, 70 can therefore be adjusted independently of each other so as to adapt the refrigeration capacity of each of the stages, which are not linked by the same refrigerant flow rate.
  • Installation 114 operates in a similar manner to installation 14 and has substantially the same advantages.
  • Example The following example concerns the variant described above, with two stages 26, 28.
  • the gas flow to be treated 16 is pure hydrogen and has a flow rate of 0.6470 kg/h.
  • the oxidant flows 46, 48 consist of pure oxygen and have a flow rate of 2.600 kg/h and 2.535 kg/h respectively.
  • the mixture of the gas flow to be treated 16 is at a pressure of 1,400 bar and a temperature of 43.4°C. Its flow rate is 93.21 kg/h. In this mixture, the volume fraction of hydrogen is 0.08, that of oxygen 0.02, that of nitrogen 0.88, and that of water 0.03.
  • the smoke flow 62 has a temperature of 402.3°C. Its mole fraction of hydrogen is 0.04 and that of oxygen is 0.0000.
  • the smoke flow 64 has a temperature of 537.5°C. Its mole fraction of nitrogen is 0.86 and its mole fraction of water is 0.14. In this stream, the mole fraction of hydrogen and oxygen is 0.0000.
  • Water flow 18 has a temperature of 40.0°C and a flow rate of 5.782 kg/h. Its mole fraction in water is 1.0000.
  • the gas flow 80, or recycled gas 57, is at a pressure of 1.4 bar, a temperature of 40.0° C. and its flow rate is 89.96 kg/h. Its mole fraction of nitrogen is 0.95 and its mole fraction of water is 0.05. Its mole fraction of hydrogen and oxygen is 0.00.
  • the total oxygen consumption is 5.14 kg/h.

Landscapes

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Abstract

A facility (14) for treating a gas stream (16), the facility comprising successive stages (26, 28, 30) for burning the hydrogen in the gas stream, each of the stages (26, 28, 30) comprising: - a source (38, 40, 42) of a stream of oxidant gas, - a catalytic burner (50, 52, 54) for admitting an inflow (56, 58, 60), the oxidant stream, and for producing a flue gas stream (62, 64, 66), - an exchanger (68, 70, 72) for cooling the flue gas stream and producing an outflow (74, 76, 78). The inflow of a first stage comprises the gas stream to be treated, the inflow of each of the other stages comprising the outflow from the preceding stage. In all but the last stage, the catalytic burner only burns a fraction of the hydrogen present in the inflow, while the outflow still comprises hydrogen. The facility produces at least one water stream (18) from the outflow of at least one of the stages.

Description

INSTALLATION POUR TRAITER UN FLUX GAZEUX D’HYDROGÈNE PAR INSTALLATION FOR TREATING A GAS FLOW OF HYDROGEN BY
COMBUSTION CATALITIQUE ÉTAGÉE STAGED CATALITIC COMBUSTION
La présente invention concerne une installation adaptée pour éliminer par combustion un flux gazeux à traiter comprenant au moins 75% d’hydrogène en volume. The present invention relates to an installation adapted to eliminate by combustion a gas stream to be treated comprising at least 75% hydrogen by volume.
L’invention concerne également une plateforme navale, notamment un engin sous- marin, comprenant une telle installation. The invention also relates to a naval platform, in particular an underwater vehicle, comprising such an installation.
L’invention concerne aussi un procédé de traitement mettant en œuvre une telle installation. The invention also relates to a treatment method implementing such an installation.
Le flux gazeux à traiter est par exemple de l’hydrogène pur issu de l’exploitation d’une pile à combustible embarquée sur une plateforme navale, ou produit par une réaction chimique. The gas flow to be treated is, for example, pure hydrogen from the operation of a fuel cell on board a naval platform, or produced by a chemical reaction.
Par « élimination », on entend la transformation, préférablement totale, de l’hydrogène en un ou plusieurs produits pouvant être stockés dans la plateforme navale ou rejetés dans son environnement. By “elimination”, we mean the transformation, preferably total, of hydrogen into one or more products that can be stored in the naval platform or released into its environment.
Actuellement, pour réaliser cette élimination de l’hydrogène, il est connu d’utiliser un brûleur catalytique alimenté en air de ventilation. Une telle solution est utilisée pour traiter des rejets d’hydrogène dilué en provenance de batteries ou d’un système de propulsion, afin de maintenir une concentration d’hydrogène inférieure à la limite inférieure d’explosibilité dans la plateforme navale. Toutefois, cette solution n’est pas adaptée au traitement d’un gaz à forte teneur en hydrogène. Il existe un risque d’atteindre une température haute dans le catalyseur du brûleur, ce qui peut provoquer un endommagement du matériel, un incendie ou une explosion en cas de concentration d’hydrogène supérieure à la limite inférieure d’explosibilité en entrée du brûleur. Cette technologie n’est donc pas suffisamment sûre pour être employée dans une plateforme navale telle qu’un engin sous-marin. Currently, to achieve this elimination of hydrogen, it is known to use a catalytic burner supplied with ventilation air. Such a solution is used to treat releases of diluted hydrogen from batteries or a propulsion system, in order to maintain a hydrogen concentration below the lower explosive limit in the naval platform. However, this solution is not suitable for treating a gas with a high hydrogen content. There is a risk of reaching a high temperature in the burner catalyst, which can cause damage to the equipment, a fire or an explosion in the event of a hydrogen concentration higher than the lower explosive limit at the burner inlet. This technology is therefore not sufficiently safe to be used in a naval platform such as an underwater vehicle.
Pour réaliser cette élimination, il serait envisageable de recourir à une pile à combustible et de produire de l’électricité à partir de l’hydrogène à éliminer et d’oxygène. Cette solution peut sembler intéressante du point de vue de l’encombrement, mais elle doit être navalisée et adaptée pour réduire les risques afin de permettre son homologation. Or, les contraintes de l’homologation sont plus élevées pour un tel équipement que pour une pile à combustible utilisée pour la propulsion. Une telle solution n’est donc pas considérée à l’heure actuelle comme suffisamment fiable dans l’environnement particulièrement contraignant qu’est celui d’un engin sous-marin, y compris dans les situations d’environnement exceptionnelles et après un choc. Pour réaliser l’élimination de l’hydrogène, un compresseur mécanique analogue à ceux utilisés pour traiter des rejets de dioxyde de carbone pourrait être utilisé. Cependant, ce type de compresseur ne peut pas être utilisé tel quel avec de l’hydrogène. L’étanchéité externe de ce type de matériel est souvent faible. De plus, la fiabilité de ce type de composant n’apparaît pas suffisante pour assurer un fonctionnement sûr. En outre, cette technologie n’apparaît pas appropriée du point de vue de la discrétion acoustique et vibratoire. Elle pourrait aussi poser un problème d’encombrement. To achieve this elimination, it would be possible to use a fuel cell and produce electricity from the hydrogen to be eliminated and oxygen. This solution may seem interesting from the point of view of size, but it must be navalized and adapted to reduce risks in order to allow its approval. However, the approval constraints are higher for such equipment than for a fuel cell used for propulsion. Such a solution is therefore not currently considered sufficiently reliable in the particularly restrictive environment that is that of an underwater vehicle, including in exceptional environmental situations and after an impact. To achieve hydrogen removal, a mechanical compressor similar to those used to treat carbon dioxide emissions could be used. However, this type of compressor cannot be used as is with hydrogen. The external sealing of this type of material is often weak. Furthermore, the reliability of this type of component does not appear sufficient to ensure safe operation. In addition, this technology does not appear appropriate from the point of view of acoustic and vibration discretion. It could also pose a congestion problem.
Il existe également des compresseurs à hydrures métalliques permettant d’éliminer l’hydrogène à l’échelle du laboratoire. Néanmoins, le niveau de maturité de cette technologie reste encore faible et ne permet pas d’envisager son déploiement sur une plateforme navale de façon fiable. There are also metal hydride compressors for removing hydrogen on a laboratory scale. However, the level of maturity of this technology still remains low and does not allow its deployment on a naval platform to be considered reliably.
Un but de l’invention est donc de fournir une installation adaptée pour traiter un flux gazeux riche en hydrogène palliant tout ou partie des inconvénients ci-dessus, c’est-à-dire présentant des garanties suffisantes en termes de fiabilité, discrétion, encombrement réduit et sûreté. An aim of the invention is therefore to provide an installation adapted to treat a gaseous flow rich in hydrogen, overcoming all or part of the above drawbacks, that is to say presenting sufficient guarantees in terms of reliability, discretion, size. reduced and safety.
À cet effet, l’invention a pour objet une installation adaptée pour traiter un flux gazeux à traiter comprenant au moins 75% d’hydrogène en volume, l’installation comprenant une pluralité d’étages successifs adaptés pour brûler de l’hydrogène du flux gazeux à traiter, chacun des étages comprenant : To this end, the subject of the invention is an installation adapted to treat a gas flow to be treated comprising at least 75% hydrogen by volume, the installation comprising a plurality of successive stages adapted to burn hydrogen from the flow gas to be treated, each of the stages comprising:
- une source d’un flux de comburant gazeux comprenant au moins 21% d’oxygène en volume, - a source of a gaseous oxidant flow comprising at least 21% oxygen by volume,
- un brûleur catalytique adapté pour admettre un flux d’entrée comprenant de l’hydrogène, pour admettre le flux de comburant, et pour produire un flux de fumées, et- a catalytic burner adapted to admit an inlet flow comprising hydrogen, to admit the oxidizer flow, and to produce a smoke flow, and
- un échangeur pour refroidir le flux de fumées par échange de chaleur avec un fluide réfrigérant et obtenir un flux de sortie, le flux d’entrée d’un premier étage de ladite pluralité comprenant le flux gazeux à traiter, le flux d’entrée de chacun des autres étages de ladite pluralité comprenant respectivement le flux de sortie d’un étage précédent de ladite pluralité, l’installation étant configurée pour que, dans les étages de ladite pluralité sauf le dernier étage, le brûleur catalytique brûle seulement une fraction de l’hydrogène présent dans le flux d’entrée, le flux de sortie comprenant encore de l’hydrogène, l’installation étant en outre adaptée pour produire au moins un flux d’eau à partir du flux de sortie d’au moins l’un des étages de ladite pluralité. - an exchanger for cooling the flue gas flow by heat exchange with a refrigerant fluid and obtaining an outlet flow, the inlet flow of a first stage of said plurality comprising the gas flow to be treated, the inlet flow of each of the other stages of said plurality respectively comprising the output flow of a previous stage of said plurality, the installation being configured so that, in the stages of said plurality except the last stage, the catalytic burner burns only a fraction of the hydrogen present in the inlet flow, the outlet flow still comprising hydrogen, the installation being further adapted to produce at least one flow of water from the outlet flow of at least one stages of said plurality.
Selon des modes de réalisation particuliers, l’installation comprend l’une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - ladite pluralité d’étages est constituée de deux ou trois étages ; According to particular embodiments, the installation comprises one or more of the following characteristics, taken in isolation or in all technically possible combinations: - said plurality of stages consists of two or three stages;
- l’installation comprend un système de régulation configuré pour réguler, dans chacun des étages de ladite pluralité, un débit du flux de comburant de manière à ce qu’une température du flux de fumées soit inférieure à une température maximale comprise entre 800°C et 900°C ; - the installation comprises a regulation system configured to regulate, in each of the stages of said plurality, a flow rate of the oxidizer flow so that a temperature of the smoke flow is lower than a maximum temperature of between 800°C and 900°C;
- le système de régulation est en outre configuré pour réguler, dans chacun des étages de ladite pluralité, un débit du fluide réfrigérant de manière à ce qu’une température du flux de sortie soit supérieure à une température minimale comprise entre 100°C et 150°C ; - the regulation system is further configured to regulate, in each of the stages of said plurality, a flow rate of the refrigerant fluid so that a temperature of the outlet flow is greater than a minimum temperature of between 100°C and 150°C °C;
- le système de régulation est en outre configuré pour réguler, dans le dernier étage de ladite pluralité, un débit du flux de comburant de manière à ce que le flux de fumées du dernier étage de ladite pluralité comprenne moins de 1 ,0% d’hydrogène en volume ; - the regulation system is further configured to regulate, in the last stage of said plurality, a flow rate of the oxidizer flow so that the smoke flow of the last stage of said plurality comprises less than 1.0% of hydrogen by volume;
- l’installation comprend en outre : une source d’un flux gaz comprenant au moins 98% d’azote en volume, le brûleur catalytique du premier étage de ladite pluralité étant adapté pour admettre le flux de gaz pour diluer le flux de fumées dudit brûleur catalytique ; et un séparateur adapté pour admettre le flux de sortie du dernier étage de ladite pluralité, et pour produire le flux d’eau et un flux gazeux comprenant au moins 90% d’azote en volume, le brûleur catalytique du premier étage de ladite pluralité étant adapté pour admettre ledit flux gazeux ; - the installation further comprises: a source of a gas flow comprising at least 98% nitrogen by volume, the catalytic burner of the first stage of said plurality being adapted to admit the gas flow to dilute the smoke flow of said catalytic burner; and a separator adapted to admit the output flow of the last stage of said plurality, and to produce the water flow and a gas flow comprising at least 90% nitrogen by volume, the catalytic burner of the first stage of said plurality being adapted to admit said gas flow;
- le fluide réfrigérant comprend de l’eau de mer ou de l’eau douce ; et - the refrigerant fluid includes sea water or fresh water; And
- l’installation comprend un système de canalisations adapté pour admettre le fluide réfrigérant et faire passer le fluide réfrigérant successivement dans l’échangeur de chacun des étages de ladite pluralité selon une succession inverse par rapport à une succession définie par les flux de fumées. - the installation comprises a pipe system adapted to admit the refrigerant fluid and pass the refrigerant fluid successively through the exchanger of each of the stages of said plurality in an inverse succession relative to a succession defined by the smoke flows.
L’invention a également pour objet une plateforme navale, notamment un engin sous-marin, comprenant au moins une installation telle que décrite ci-dessus. The invention also relates to a naval platform, in particular an underwater vehicle, comprising at least one installation as described above.
L’invention a aussi pour objet un procédé de traitement d’un flux gazeux à traiter comprenant au moins 75% d’hydrogène en volume, le procédé mettant en œuvre une installation et comprenant les étapes suivantes : The invention also relates to a process for treating a gas flow to be treated comprising at least 75% hydrogen by volume, the process using an installation and comprising the following steps:
- combustion d’hydrogène du flux gazeux à traiter dans les étages de ladite pluralité,- hydrogen combustion of the gas flow to be treated in the stages of said plurality,
- dans chacun des étages de ladite pluralité, sauf le dernier étage de ladite pluralité, admission du flux d’entrée et du flux de comburant dans le brûleur catalytique et production du flux de fumées, le brûleur catalytique brûlant seulement une fraction de l’hydrogène présent dans le flux d’entrée, le flux de sortie comprenant encore de l’hydrogène, - in each of the stages of said plurality, except the last stage of said plurality, admission of the inlet flow and the oxidizer flow into the catalytic burner and production of the smoke flow, the catalytic burner burning only a fraction of the hydrogen present in the input stream, the output stream still comprising hydrogen,
- dans le dernier étage de ladite pluralité, admission du flux d’entrée et du flux de comburant dans le brûleur catalytique et production du flux de fumées, - dans chacun des étages de ladite pluralité, refroidissement du flux de fumées dans l’échangeur par échange de chaleur avec le fluide réfrigérant et obtention du flux de sortie,- in the last stage of said plurality, admission of the inlet flow and the oxidizer flow into the catalytic burner and production of the smoke flow, - in each of the stages of said plurality, cooling of the flue gas flow in the exchanger by heat exchange with the refrigerant fluid and obtaining the outlet flow,
- production du flux d’eau à partir du flux de sortie d’au moins l’un des étages de ladite pluralité. - production of the water flow from the outlet flow of at least one of the stages of said plurality.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example and made with reference to the appended drawings, in which:
- la figure 1 est une vue schématique d’une plateforme navale selon l’invention,- Figure 1 is a schematic view of a naval platform according to the invention,
- la figure 2 est une vue schématique d’une installation selon l’invention, incluse dans la plateforme navale représentée sur la figure 1 , et - Figure 2 is a schematic view of an installation according to the invention, included in the naval platform shown in Figure 1, and
- la figure 3 est une vue schématique d’une installation selon l’invention, constituant une variante de l’installation représentée sur les figures 1 et 2. - Figure 3 is a schematic view of an installation according to the invention, constituting a variant of the installation shown in Figures 1 and 2.
En référence à la figure 1 , on décrit une plateforme navale 10 selon l’invention.With reference to Figure 1, a naval platform 10 according to the invention is described.
La plateforme navale 10 est préférentiellement un engin sous-marin. The naval platform 10 is preferably an underwater vehicle.
En variante, la plateforme navale 10 est un bâtiment de surface. Alternatively, the naval platform 10 is a surface vessel.
En utilisation, la plateforme navale 10 est environnée d’eau de mer 12. In use, the naval platform 10 is surrounded by sea water 12.
La plateforme navale 10 comprend une installation 14 selon l’invention. The naval platform 10 comprises an installation 14 according to the invention.
Selon une variante non représentée, la plateforme navale 10 comprend plusieurs installations analogues à l’installation 14. According to a variant not shown, the naval platform 10 comprises several installations similar to the installation 14.
L’installation 14 est adaptée pour traiter un flux gazeux à traiter 16, comprenant au moins 75% d’hydrogène en volume, et pour produire au moins un flux d’eau 18. The installation 14 is adapted to treat a gas flow to be treated 16, comprising at least 75% hydrogen by volume, and to produce at least one water flow 18.
Dans l’exemple, l’installation 14 est également adaptée pour admettre un fluide réfrigérant 20, constituée avantageusement d’un prélèvement de l’eau de mer 12, et pour rejeter un effluent 22 constitué par le fluide réfrigérant 20 après son utilisation dans l’installation. In the example, the installation 14 is also adapted to admit a refrigerating fluid 20, advantageously consisting of a sample of sea water 12, and to reject an effluent 22 consisting of the refrigerating fluid 20 after its use in the 'facility.
Comme visible sur la figure 2, le flux gazeux à traiter 16 provient d’une source 24, par exemple : As visible in Figure 2, the gas flow to be treated 16 comes from a source 24, for example:
- une pile à combustible appartenant avantageusement au système de propulsion (non-représenté) de la plateforme navale 10, ou - a fuel cell advantageously belonging to the propulsion system (not shown) of the naval platform 10, or
- un stockage de carburant hydrogéné, destiné avantageusement à l’alimentation du système de propulsion, et susceptible de produire un dégagement d’hydrogène. - a storage of hydrogenated fuel, advantageously intended for supplying the propulsion system, and likely to produce a release of hydrogen.
L’installation 14 comprend une pluralité d’étages 26, 28, 30 successifs adaptés pour brûler l’hydrogène du flux gazeux à traiter 16. L’installation 14 comprend avantageusement un système de régulation 32, et une source 34 d’un flux de gaz 36 comprenant au moins 98% d’azote en volume. L’installation 14 comprend avantageusement un séparateur 38 adapté pour évacuer le flux d’eau 18, et comprend une boucle de recyclage 40. En variante (non représentée), l’installation 14 comprend par exemple plusieurs séparateurs adaptés pour évacuer plusieurs flux d’eau issus de la combustion dans plusieurs des étages 26, 28, 30, voire dans tous les étages. The installation 14 comprises a plurality of successive stages 26, 28, 30 adapted to burn the hydrogen from the gas flow to be treated 16. The installation 14 advantageously comprises a regulation system 32, and a source 34 of a gas flow. gas 36 comprising at least 98% nitrogen by volume. The installation 14 advantageously comprises a separator 38 adapted to evacuate the water flow 18, and includes a recycling loop 40. As a variant (not shown), the installation 14 comprises for example several separators adapted to evacuate several streams of water resulting from the combustion in several of the stages 26, 28, 30, or even in all the stages.
Selon d’autres variantes encore (non représentée), l’installation 14 comprend un séparateur adapté pour évacuer un flux d’eau issu de la combustion dans l’un des étages 26, 28 (c’est-à-dire pas dans le dernier étage 30). According to still other variants (not shown), the installation 14 comprises a separator adapted to evacuate a flow of water resulting from the combustion in one of the stages 26, 28 (that is to say not in the top floor 30).
L’installation 14 comprend avantageusement un système de canalisations 41 pour admettre le fluide réfrigérant 20 et rejeter l’effluent 22. The installation 14 advantageously comprises a system of pipes 41 to admit the refrigerant fluid 20 and reject the effluent 22.
Comme on le verra, les étages 26, 28, 30 sont adaptés pour réaliser une combustion étagée de l’hydrogène, et sont successifs du point de vue des fumées. L’étage 26 est donc un premier étage. L’étage 28 est un deuxième étage. L’étage 30 est un troisième et dernier étage dans l’exemple représenté sur la figure 3. As will be seen, stages 26, 28, 30 are adapted to carry out staged combustion of hydrogen, and are successive from the point of view of the fumes. Floor 26 is therefore a first floor. Floor 28 is a second floor. Stage 30 is a third and final stage in the example shown in Figure 3.
Chacun des étages 26, 28, 30 comprend une source 38, 40, 42 d’un flux de comburant 44, 46, 48 gazeux comprenant entre 21 % et 100% d’oxygène en volume. Chacun des étages 26, 28, 30 comprend un brûleur catalytique 50, 52, 54 adapté pour admettre un flux d’entrée 56, 58, 60 comprenant de l’hydrogène, pour admettre le flux de comburant 44, 46, 48, et pour produire un flux de fumées 62, 64, 66. Chacun des étages comprend aussi un échangeur 68, 70, 72 pour refroidir le flux de fumées 62, 64, 66 par échange de chaleur avec le fluide réfrigérant 20 et obtenir un flux de sortie 74, 76, 78. Each of the stages 26, 28, 30 comprises a source 38, 40, 42 of a gaseous oxidant flow 44, 46, 48 comprising between 21% and 100% oxygen by volume. Each of the stages 26, 28, 30 comprises a catalytic burner 50, 52, 54 adapted to admit an inlet flow 56, 58, 60 comprising hydrogen, to admit the oxidant flow 44, 46, 48, and to produce a flow of smoke 62, 64, 66. Each of the stages also includes an exchanger 68, 70, 72 to cool the flow of smoke 62, 64, 66 by heat exchange with the refrigerant fluid 20 and obtain an outlet flow 74 , 76, 78.
Le flux d’entrée 56 du premier étage 26 est constitué dans l’exemple par le flux gazeux à traiter 16. The inlet flow 56 of the first stage 26 is constituted in the example by the gas flow to be treated 16.
Les flux d’entrée 58, 60 des autres étages 28, 30 sont par exemple constitués respectivement par les flux de sortie 74, 76 des étages précédents 26, 28. The input flows 58, 60 of the other stages 28, 30 are for example constituted respectively by the output flows 74, 76 of the previous stages 26, 28.
Selon un mode de réalisation particulier, non représenté, les sources 38, 40, 42 sont une seule et même source. According to a particular embodiment, not shown, the sources 38, 40, 42 are one and the same source.
Selon un mode de réalisation particulier, un circuit de réfrigérant peut être dédié à chaque étage et non commun à toute l’installation. According to a particular embodiment, a refrigerant circuit can be dedicated to each stage and not common to the entire installation.
Selon un mode de réalisation particulier, le circuit de réfrigérant peut alimenter l’étage 68, puis l’étage 70 et l’étage 72 dans cet ordre. According to a particular embodiment, the refrigerant circuit can supply stage 68, then stage 70 and stage 72 in that order.
Les brûleurs catalytiques 50, 52, 54 sont par exemple constitués de tubes contenant des catalyseurs supportés ou massiques, contenant des éléments connus pour leur capacité à réaliser la réaction d’oxydation de l’hydrogène. De manière avantageuse, ces éléments peuvent être des métaux de la famille des platinoïdes supportés et des terres rares. The catalytic burners 50, 52, 54 are for example made up of tubes containing supported or mass catalysts, containing elements known for their capacity to carry out the hydrogen oxidation reaction. Advantageously, these elements can be metals from the supported platinum family and rare earths.
Selon un mode de réalisation particulier, le catalyseur constitué des mêmes éléments est enduit directement sur les canaux des échangeurs 68, 70, 72. Dans ce cas, les brûleurs catalytiques 50, 52, 54 et les échangeurs 68, 70, 72 forment respectivement un seul équipement. According to a particular embodiment, the catalyst consisting of the same elements is coated directly on the channels of the exchangers 68, 70, 72. In this case, the catalytic burners 50, 52, 54 and the exchangers 68, 70, 72 respectively form a single piece of equipment.
L’installation 14 est configurée pour que, dans tous les étages sauf le dernier étage 30, c’est-à-dire dans les étages 26 et 28, les brûleurs catalytiques 50, 52 brûlent seulement une fraction de l’hydrogène présent dans les flux d’entrée 56, 58, les flux de sortie 62, 64 comprenant encore de l’hydrogène. Dit autrement, les brûleurs catalytiques 50, 52 c’est-à- dire tous sauf le dernier sont destinés à réaliser une combustion partielle de l’hydrogène présent dans les flux d’entrée 56, 58. Ceci est obtenu par le fait que la quantité d’oxygène apportée par les flux de comburant 44, 46 est volontairement insuffisante pour que tout l’hydrogène présent dans les flux d’entrée 56, 58 soit brûlé. The installation 14 is configured so that, in all stages except the last stage 30, that is to say in stages 26 and 28, the catalytic burners 50, 52 burn only a fraction of the hydrogen present in the inlet streams 56, 58, the outlet streams 62, 64 still comprising hydrogen. In other words, the catalytic burners 50, 52, that is to say all except the last one, are intended to achieve partial combustion of the hydrogen present in the inlet flows 56, 58. This is obtained by the fact that the quantity of oxygen provided by the oxidant flows 44, 46 is deliberately insufficient for all the hydrogen present in the inlet flows 56, 58 to be burned.
Dans l’exemple, le brûleur catalytique 50 du premier étage 26 est en outre adapté pour admettre le flux de gaz 36 riche en azote pour diluer le flux de fumées 62, et/ou un flux gazeux 57 en provenance du séparateur 38. In the example, the catalytic burner 50 of the first stage 26 is further adapted to admit the gas flow 36 rich in nitrogen to dilute the smoke flow 62, and/or a gas flow 57 coming from the separator 38.
Avantageusement, dans le brûleur catalytique 54 du dernier étage 30, la combustion de l’hydrogène présent dans le flux d’entrée 60 est complète, la quantité d’oxygène présente dans le flux de comburant 48 étant suffisante pour cela, et avantageusement juste suffisante pour cela. Dit autrement, l’oxygène se trouve par exemple dans la proportion stoechiométrique dans le flux de comburant 48. Advantageously, in the catalytic burner 54 of the last stage 30, the combustion of the hydrogen present in the inlet flow 60 is complete, the quantity of oxygen present in the oxidant flow 48 being sufficient for this, and advantageously just sufficient for that. In other words, oxygen is found for example in the stoichiometric proportion in the oxidizer flow 48.
Le système de régulation 32 est avantageusement configuré pour réguler, dans chacun des étages 26, 28, 30, le débit du flux de comburant 44, 46, 48 de manière à ce que la température du flux de fumées 62, 64, 66 soit inférieure à une température maximale comprise entre 800°C et 900°C. The regulation system 32 is advantageously configured to regulate, in each of the stages 26, 28, 30, the flow rate of the oxidant flow 44, 46, 48 so that the temperature of the smoke flow 62, 64, 66 is lower at a maximum temperature between 800°C and 900°C.
Préférentiellement, l’installation 14 est configurée pour que, dans chaque étage, le comburant soit complètement consommé. Preferably, the installation 14 is configured so that, in each stage, the oxidant is completely consumed.
Le système de régulation 32 est en outre avantageusement configuré pour réguler, dans chacun des étages 26, 28, 30, le débit du fluide réfrigérant 20 de manière à ce que la température du flux de sortie 74, 76, 78 soit supérieure à une température minimale comprise entre 100°C et 150°C. The regulation system 32 is further advantageously configured to regulate, in each of the stages 26, 28, 30, the flow rate of the refrigerant fluid 20 so that the temperature of the outlet flow 74, 76, 78 is greater than a temperature minimum between 100°C and 150°C.
Le système de régulation 32 est par exemple configuré également pour réguler, dans le dernier étage, c’est-à-dire l’étage 30, le débit du flux de comburant 48 de manière à ce que le flux de fumée 66 comprenne moins de 1 ,0% d’hydrogène en volume, et avantageusement moins de 0,1% d’hydrogène en volume, et de manière encore plus avantageuse moins de 1 ppm d’hydrogène en volume. The regulation system 32 is for example also configured to regulate, in the last stage, that is to say the stage 30, the flow rate of the oxidant flow 48 so that the smoke flow 66 comprises less than 1.0% hydrogen by volume, and advantageously less than 0.1% hydrogen by volume, and even more advantageously less than 1 ppm of hydrogen by volume.
Le séparateur 38 est adapté pour admettre le flux de sortie 78 du dernier étage 30 et pour produire le flux d’eau 18 et un flux gazeux 80 comprenant au moins 90% d’azote en volume. Le séparateur 38 est par exemple du type purgeur à flotteur. En variante, le séparateur 38 est par exemple un ballon séparateur équipé de mesures de niveau pilotant des vannes de purges. The separator 38 is adapted to admit the outlet flow 78 of the last stage 30 and to produce the water flow 18 and a gas flow 80 comprising at least 90% nitrogen by volume. The separator 38 is for example of the float trap type. Alternatively, the separator 38 is for example a separator tank equipped with level measurements controlling purge valves.
Avantageusement, le flux gazeux 80 comprend au moins 99% d’azote et d’eau en volume, la combustion réalisée dans le brûleur catalytique 54 étant complète ou quasi complète. Advantageously, the gas flow 80 comprises at least 99% nitrogen and water by volume, the combustion carried out in the catalytic burner 54 being complete or almost complete.
La boucle de recyclage 40 comprend par exemple un recirculateur 82 adapté pour recirculer le flux gazeux 80, et un réchauffeur 84, avantageusement électrique pour chauffer le flux gazeux 80 et préchauffer l’installation 14 lors de la phase de démarrage. The recycling loop 40 comprises for example a recirculator 82 adapted to recirculate the gas flow 80, and a heater 84, advantageously electric for heating the gas flow 80 and preheating the installation 14 during the start-up phase.
Le flux gazeux 80 est par exemple admis dans le brûleur catalytique 50 via la boucle de recyclage 40 sous la forme du flux gazeux 57, avec ou sans apport du flux de gaz 36. The gas flow 80 is for example admitted into the catalytic burner 50 via the recycling loop 40 in the form of the gas flow 57, with or without the addition of the gas flow 36.
Avantageusement, l’installation 14 comprend un système de purge (non représenté), par exemple situé sur le flux gazeux 80, et adapté pour réaliser une purge dans le bord, notamment en cas de surpression. Ce système de purge est par exemple piloté par le système de régulation 32 et une mesure de pression dans l’installation 14. Advantageously, the installation 14 comprises a purge system (not shown), for example located on the gas flow 80, and adapted to carry out a purge in the edge, particularly in the event of overpressure. This purge system is for example controlled by the regulation system 32 and a pressure measurement in the installation 14.
Le système de canalisations 41 est par exemple adapté pour admettre le fluide réfrigérant 20 et le faire passer successivement dans les échangeurs 72, 70, 68 des étages 30, 28, 26 selon une succession inverse par rapport à la succession définie par les flux de fumées 62, 64, 66. The pipe system 41 is for example adapted to admit the refrigerant fluid 20 and pass it successively through the exchangers 72, 70, 68 of the stages 30, 28, 26 in an inverse succession with respect to the succession defined by the smoke flows 62, 64, 66.
Le fonctionnement de l’installation 14 va maintenant être décrit, ce qui illustre également un procédé selon l’invention. The operation of the installation 14 will now be described, which also illustrates a method according to the invention.
L’hydrogène contenu dans le flux gazeux à traiter 16 est brûlé progressivement dans les étages 26, 28, 30. The hydrogen contained in the gas flow to be treated 16 is burned progressively in stages 26, 28, 30.
Dans chacun des étages, sauf le dernier étage 30, c’est-à-dire dans chacun des étages 26, 28, le flux d’entrée 56, 58 et le flux de comburant 44, 46 sont admis dans les brûleurs catalytiques 50, 52 qui produisent les flux de fumées 62, 64. Les brûleurs catalytiques 50, 52 brûlent seulement une fraction de l’hydrogène présent dans les flux d’entrée 56,58, si bien que les flux de sortie 74, 76 comprennent encore de l’hydrogène. In each of the stages, except the last stage 30, that is to say in each of the stages 26, 28, the inlet flow 56, 58 and the oxidant flow 44, 46 are admitted into the catalytic burners 50, 52 which produce the smoke flows 62, 64. The catalytic burners 50, 52 burn only a fraction of the hydrogen present in the inlet flows 56,58, so that the outlet flows 74, 76 still include some 'hydrogen.
Dans le dernier étage 30, le flux d’entrée 60 et le flux de comburant 48 sont admis dans le brûleur catalytique 50 qui produit le flux de fumées 66 avantageusement dépourvu d’hydrogène. In the last stage 30, the inlet flow 60 and the oxidant flow 48 are admitted into the catalytic burner 50 which produces the smoke flow 66 advantageously devoid of hydrogen.
Dans chacun des étages 26, 28, 30, le flux de fumées 62, 64, 66 est refroidi dans l’échangeur 68, 70, 72 par échange de chaleur avec le fluide réfrigérant 20 pour obtenir les flux de sortie 74, 76, 78. In each of the stages 26, 28, 30, the smoke flow 62, 64, 66 is cooled in the exchanger 68, 70, 72 by heat exchange with the refrigerant fluid 20 to obtain the outlet flows 74, 76, 78 .
Dans l’exemple, le flux d’entrée 56 du premier étage 26 est le flux gazeux à traiter 16. Le flux de sortie 74 du premier étage 26 devient le flux d’entrée 58 du deuxième étage 28. Le flux de sortie 76 du deuxième étage 28 devient le flux d’entrée 60 du troisième et dernier étage 30. In the example, the inlet flow 56 of the first stage 26 is the gas flow to be treated 16. The outlet flow 74 of the first stage 26 becomes the inlet flow 58 of the second stage 28. The output flow 76 of the second stage 28 becomes the input flow 60 of the third and last stage 30.
Le flux d’eau 18 est produit à partir du flux de sortie 78 du dernier étage 30, dans l’exemple par le séparateur 38. The water flow 18 is produced from the outlet flow 78 of the last stage 30, in the example by the separator 38.
Avantageusement, le système de régulation 32 régule l’installation 14 pour que la température des flux de fumées 62, 64, 66 n’excède pas la température maximale comprise entre 800°C et 900°C, et avantageusement pour que la teneur en oxygène en tout point de la boucle soit conformes aux valeurs assurant la sécurité de l’installation. Pour ce faire, le système de régulation 32 ajuste le débit des flux de comburant 44, 46, 48, et le débit du flux gazeux 80. Advantageously, the regulation system 32 regulates the installation 14 so that the temperature of the smoke flows 62, 64, 66 does not exceed the maximum temperature between 800°C and 900°C, and advantageously so that the oxygen content at any point in the loop complies with the values ensuring the safety of the installation. To do this, the regulation system 32 adjusts the flow rate of the oxidant flows 44, 46, 48, and the flow rate of the gas flow 80.
Pour chacun des brûleurs catalytiques 50, 52, 54, la température des fumées et/ou la teneur en oxygène en aval de ceux-ci peut être abaissée en réduisant le débit du flux de comburant 44, 46, 48, respectivement, ou en augmentant le débit du flux gazeux 80, c’est- à-dire en augmentant la dilution des flux de fumées 62, 64, 66. For each of the catalytic burners 50, 52, 54, the temperature of the fumes and/or the oxygen content downstream thereof can be lowered by reducing the flow rate of the oxidant flow 44, 46, 48, respectively, or by increasing the flow rate of the gas flow 80, that is to say by increasing the dilution of the smoke flows 62, 64, 66.
Le système de régulation 32 régule avantageusement la température des flux de sortie 74, 76, 78 à des températures supérieures à la température minimale comprise entre 100°C et 150°C. Pour augmenter cette température, le système de régulation 32 réduit le débit du fluide réfrigérant 20 dans les canalisations. Inversement, pour diminuer cette température, le système de régulation 32 augmente le débit de fluide réfrigérant 20 dans les canalisations. The regulation system 32 advantageously regulates the temperature of the outlet streams 74, 76, 78 at temperatures higher than the minimum temperature between 100°C and 150°C. To increase this temperature, the regulation system 32 reduces the flow of the refrigerant fluid 20 in the pipes. Conversely, to reduce this temperature, the regulation system 32 increases the flow of refrigerant fluid 20 in the pipes.
Eventuellement, selon une variante non représentée, un échangeur supplémentaire est intercalé entre l’échangeur 72 et le séparateur 38 pour refroidir du flux de sortie 78. Optionally, according to a variant not shown, an additional exchanger is inserted between the exchanger 72 and the separator 38 to cool the outlet flow 78.
Selon une autre variante encore, on fait passer dans l’échangeur 72, non seulement le fluide réfrigérant 20, mais un autre fluide réfrigérant (non représenté), de façon à augmenter la capacité de réfrigération dans le dernier étage 30. According to yet another variant, not only the refrigerant fluid 20 is passed through the exchanger 72, but another refrigerant fluid (not shown), so as to increase the refrigeration capacity in the last stage 30.
Selon une autre variante encore, déjà décrite plus haut, on rend les échangeurs 68, 70, 72 indépendants les uns des autres, de façon à pouvoir admettre des flux de réfrigérant différents dans chacun de ces échangeurs, et à régler la capacité de réfrigération de chacun des étages, notamment en adaptant le débit de réfrigérant passant dans chacun des échangeurs. According to yet another variant, already described above, the exchangers 68, 70, 72 are made independent of each other, so as to be able to admit different refrigerant flows in each of these exchangers, and to adjust the refrigeration capacity of each of the stages, in particular by adapting the flow of refrigerant passing through each of the exchangers.
Le compresseur 82 fait circuler le flux gazeux 80 dans la boucle de recyclage 40. La source 34 permet de réaliser un appoint en gaz inerte via le flux de gaz 36 admis dans le brûleur catalytique 50. The compressor 82 circulates the gas flow 80 in the recycling loop 40. The source 34 makes it possible to make a supplement of inert gas via the gas flow 36 admitted into the catalytic burner 50.
Avantageusement, au démarrage de l’installation 14, celle-ci est mise sous azote non pressurisé grâce au flux de gaz 36 et à la boucle de recirculation 40. Le réchauffeur 84 réchauffe le flux gazeux 80 afin d’amener les brûleurs catalytiques 50, 52, 54 à une température d’amorçage de la combustion catalytique de l’hydrogène. Advantageously, when the installation 14 is started, it is placed under non-pressurized nitrogen thanks to the gas flow 36 and the recirculation loop 40. The heater 84 heats the gas flow 80 in order to bring the catalytic burners 50, 52, 54 to a starting temperature of the catalytic combustion of the hydrogen.
En fonctionnement normal, l’oxygène est introduit en sous-stœchiométrie dans tous les étages sauf le dernier étage 30. Dans ces étages, la réaction d’oxydation se produit, conduisant à la transformation d’une partie de l’hydrogène présent dans les flux d’entrée 56, 58 en vapeur d’eau et conduit à un dégagement de chaleur. L’oxygène est avantageusement totalement consommé par ces réactions. Le débit d’oxygène apporté via les flux de comburant 44, 46 est par exemple contrôlé à partir de la température des flux de fumées 62, 64 ou par le débit d’hydrogène en entrée de chacun des étages, calculé à partir des mesures des débits du flux de gaz 36 et du flux gazeux 80 et de la teneur en hydrogène en entrée de chacun des étages. En sortie de chacun des étages, la teneur en oxygène est préférentiellement mesurée et cette mesure est utilisée par le système de régulation 32 pour ajuster la quantité de comburant envoyée dans chacun des étages. In normal operation, oxygen is introduced sub-stoichiometrically into all stages except the last stage 30. In these stages, the oxidation reaction occurs, leading to the transformation of part of the hydrogen present in the input flow 56, 58 in water vapor and leads to a release of heat. The oxygen is advantageously completely consumed by these reactions. The flow of oxygen supplied via the oxidant flows 44, 46 is for example controlled from the temperature of the smoke flows 62, 64 or by the flow of hydrogen at the inlet of each of the stages, calculated from the measurements of the flow rates of the gas flow 36 and the gas flow 80 and the hydrogen content at the inlet of each of the stages. At the outlet of each of the stages, the oxygen content is preferably measured and this measurement is used by the regulation system 32 to adjust the quantity of oxidizer sent to each of the stages.
La température des flux de fumées 62, 64, 66 étant maintenue inférieure à la température maximale, ceci évite une dégradation des catalyseurs présents dans les brûleurs catalytiques 50, 52, 54. The temperature of the smoke streams 62, 64, 66 being kept lower than the maximum temperature, this avoids degradation of the catalysts present in the catalytic burners 50, 52, 54.
En sortie de chacun des étages 26, 28, 30, les échangeurs 68, 70, 72 alimentés par le fluide réfrigérant 20 permettent d’abaisser la température des flux de sortie 74, 76, 78 à une température supérieure à la température minimale, ce qui évite la condensation d’eau dans ces flux. At the outlet of each of the stages 26, 28, 30, the exchangers 68, 70, 72 supplied by the refrigerant fluid 20 make it possible to lower the temperature of the outlet flows 74, 76, 78 to a temperature higher than the minimum temperature, this which prevents water condensation in these flows.
En variante, en sortie de l’échangeur 72, un échangeur supplémentaire (non représenté) permet de refroidir davantage le flux 78. Le système de régulation 32 ajuste le débit de réfrigérant de cet échangeur supplémentaire afin de permettre au séparateur 38 de produire le flux d’eau 18. Alternatively, at the outlet of the exchanger 72, an additional exchanger (not shown) makes it possible to further cool the flow 78. The regulation system 32 adjusts the refrigerant flow rate of this additional exchanger in order to allow the separator 38 to produce the flow of water 18.
Dans l’exemple, les opérations de combustion catalytique et de refroidissement sont répétées trois fois. À la sortie du dernier étage, c’est-à-dire l’étage 30 dans l’exemple, il n’y a avantageusement plus d’hydrogène ni d’oxygène dans le flux de fumées 66. L’eau produite par les combustions successives est complètement ou partiellement séparée des gaz dans le séparateur 38. Le flux gazeux 80, est avantageusement constitué d’azote et d’eau, et circule via la boucle de recirculation 40 afin de diluer les réactifs dans chacun des brûleurs catalytiques 50, 52, 54. In the example, the catalytic combustion and cooling operations are repeated three times. At the exit of the last stage, that is to say stage 30 in the example, there is advantageously no more hydrogen nor oxygen in the smoke flow 66. The water produced by the successive combustions is completely or partially separated from the gases in the separator 38. The gas flow 80 is advantageously made up of nitrogen and water, and circulates via the recirculation loop 40 in order to dilute the reagents in each of the catalytic burners 50, 52, 54.
Avantageusement, l’installation 14, hormis le compresseur 82 et le réchauffeur 84, peut être fabriquée en une seule pièce par fabrication additive. Advantageously, the installation 14, apart from the compressor 82 and the heater 84, can be manufactured in a single part by additive manufacturing.
Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, l’installation 14 permet d’éliminer l’hydrogène du flux gazeux à traiter 16 de manière fiable, discrète et sûre, avec un encombrement réduit. Le défaut d’oxygène, notamment dans les étages 26 et 28 permet d’éviter l’explosion du mélange en assurant une teneur en hydrogène supérieure à la limite supérieure d’explosivité. Thanks to the characteristics described above, the installation 14 makes it possible to eliminate hydrogen from the gas flow to be treated 16 in a reliable, discreet and safe manner, with a reduced footprint. The lack of oxygen, particularly in stages 26 and 28, allows to prevent the mixture from exploding by ensuring a hydrogen content higher than the upper explosive limit.
La température de réaction des gaz, c’est-à-dire notamment la température des flux de fumées 62, 64, 66 est limitée en étageant la réaction afin de minimiser la quantité d’énergie libérée dans chacun des étages. Cet étagement est réalisé en introduisant le comburant en tant que réactif limitant à chaque étage. The reaction temperature of the gases, that is to say in particular the temperature of the smoke flows 62, 64, 66, is limited by staging the reaction in order to minimize the quantity of energy released in each of the stages. This staging is carried out by introducing the oxidizer as a limiting reagent at each stage.
Avantageusement, le mélange réactif vu par les brûleurs catalytiques 50, 52, 54 est dilué grâce à la boucle de recirculation 40. Advantageously, the reactive mixture seen by the catalytic burners 50, 52, 54 is diluted using the recirculation loop 40.
La température de réaction est également limitée par la réfrigération opérée en sortie des brûleurs catalytiques 50, 52, 54. The reaction temperature is also limited by the refrigeration carried out at the outlet of the catalytic burners 50, 52, 54.
Après le dernier étage 30, l’hydrogène et l’oxygène éventuellement recirculant dans le boucle de recirculation 40 et ne sont présents que sous forme de traces, en quantités inférieures à 1 ppm en volume respectivement. Un système de mesure de ces constituants dans la boucle de recirculation permet avantageusement de contrôler leurs teneurs pour assurer la sécurité de l’installation. After the last stage 30, the hydrogen and oxygen possibly recirculating in the recirculation loop 40 and are only present in trace form, in quantities less than 1 ppm by volume respectively. A system for measuring these constituents in the recirculation loop advantageously makes it possible to control their contents to ensure the safety of the installation.
En référence à la figure 3, on décrit une installation 114 constituant une variante de l’installation 14 représentée sur les figures 1 et 2. L’installation 114 est analogue à l’installation 14. Les éléments similaires portent les mêmes références numériques et ne seront pas décrits à nouveau. Seules les différences seront décrites en détail ci-après. With reference to Figure 3, an installation 114 is described constituting a variant of the installation 14 shown in Figures 1 and 2. The installation 114 is similar to the installation 14. Similar elements bear the same numerical references and do not will not be described again. Only the differences will be described in detail below.
L’installation 114 ne comprend pas l’étage 30 de l’installation 14, mais uniquement les étages 26 et 28. Facility 114 does not include floor 30 of Facility 14, but only floors 26 and 28.
L’étage 28 est donc le dernier étage de l’installation 114. Le flux de sortie 76 est admis dans le séparateur 38. Stage 28 is therefore the last stage of installation 114. The outlet flow 76 is admitted into the separator 38.
L’étage 28 de l’installation 114 possède toutes les propriétés de l’étage 30 de l’installation 14. En particulier, le brûleur catalytique 52 réalise une combustion avantageusement complète de l’hydrogène encore présent dans le flux d’entrée 58. Stage 28 of installation 114 has all the properties of stage 30 of installation 14. In particular, the catalytic burner 52 achieves advantageously complete combustion of the hydrogen still present in the inlet flow 58.
Les échangeurs 68, 70 sont indépendants l’un de l’autre. L’échangeur 68 reçoit un fluide réfrigérant 22A, par exemple de l’eau de mer, et rejette un effluent 22. L’échangeur 70 reçoit le fluide réfrigérant 20, par exemple de l’eau de mer, et rejette un effluent 22A. The exchangers 68, 70 are independent of each other. The exchanger 68 receives a refrigerant fluid 22A, for example seawater, and rejects an effluent 22. The exchanger 70 receives the refrigerant fluid 20, for example seawater, and rejects an effluent 22A.
Les échangeurs 68, 70 peuvent donc être réglés indépendamment l’un de l’autre de façon à adapter la capacité de réfrigération de chacun des étages, qui ne sont pas liés par un même débit de réfrigérant. The exchangers 68, 70 can therefore be adjusted independently of each other so as to adapt the refrigeration capacity of each of the stages, which are not linked by the same refrigerant flow rate.
L’installation 114 fonctionne de manière analogue à l’installation 14 et présente sensiblement les mêmes avantages. Installation 114 operates in a similar manner to installation 14 and has substantially the same advantages.
Exemple : L’exemple suivant concerne la variante décrite ci-dessus, à deux étages 26, 28. Le flux gazeux à traiter 16 est de l’hydrogène pur et possède un débit de 0,6470 kg/h. Example : The following example concerns the variant described above, with two stages 26, 28. The gas flow to be treated 16 is pure hydrogen and has a flow rate of 0.6470 kg/h.
Les flux de comburant 46, 48 sont constitués d’oxygène pur et ont respectivement pour débit 2,600 kg/h et 2,535 kg/h. The oxidant flows 46, 48 consist of pure oxygen and have a flow rate of 2.600 kg/h and 2.535 kg/h respectively.
En amont du brûleur catalytique 50 du premier étage 26, le mélange du flux gazeux à traiter 16, du flux de comburant 44 et du flux gazeux 80 recirculé est à une pression de 1 ,400 bar et une température de 43,4°C. Son débit est de 93,21 kg/h. Dans ce mélange, la fraction volumique d’hydrogène est de 0,08, celle d’oxygène de 0,02, celle d’azote de 0,88, et celle d’eau de 0,03. Upstream of the catalytic burner 50 of the first stage 26, the mixture of the gas flow to be treated 16, the oxidant flow 44 and the recirculated gas flow 80 is at a pressure of 1,400 bar and a temperature of 43.4°C. Its flow rate is 93.21 kg/h. In this mixture, the volume fraction of hydrogen is 0.08, that of oxygen 0.02, that of nitrogen 0.88, and that of water 0.03.
Le flux de fumées 62 possède une température de 402, 3°C. Sa fraction molaire d’hydrogène est de 0,04 et celle d’oxygène de 0,0000. The smoke flow 62 has a temperature of 402.3°C. Its mole fraction of hydrogen is 0.04 and that of oxygen is 0.0000.
Le flux de fumées 64 possède une température de 537, 5°C. Sa fraction molaire d’azote est de 0,86 et sa fraction molaire d’eau de 0, 14. Dans ce flux, la fraction molaire d’hydrogène et d’oxygène est de 0,0000. The smoke flow 64 has a temperature of 537.5°C. Its mole fraction of nitrogen is 0.86 and its mole fraction of water is 0.14. In this stream, the mole fraction of hydrogen and oxygen is 0.0000.
Le flux d’eau 18 a une température de 40,0°C et un débit de 5,782 kg/h. Sa fraction molaire en eau est de 1 ,0000. Water flow 18 has a temperature of 40.0°C and a flow rate of 5.782 kg/h. Its mole fraction in water is 1.0000.
Le flux gazeux 80, ou gaz recyclé 57, est à une pression de 1 ,4 bar, une température de 40,0°C et son débit est de 89,96 kg/h. Sa fraction molaire d’azote est de 0,95 et sa fraction molaire d’eau de 0,05. Sa fraction molaire d’hydrogène et d’oxygène est de 0,00. The gas flow 80, or recycled gas 57, is at a pressure of 1.4 bar, a temperature of 40.0° C. and its flow rate is 89.96 kg/h. Its mole fraction of nitrogen is 0.95 and its mole fraction of water is 0.05. Its mole fraction of hydrogen and oxygen is 0.00.
La consommation totale d’oxygène est de 5, 14 kg/h. The total oxygen consumption is 5.14 kg/h.

Claims

REVENDICATIONS
1. Installation (14 ; 1 14) adaptée pour traiter un flux gazeux à traiter (16) comprenant au moins 75% d’hydrogène en volume, l’installation (14 ; 114) comprenant une pluralité d’étages (26, 28, 30 ; 26, 28) successifs adaptés pour brûler de l’hydrogène du flux gazeux à traiter (16), chacun des étages (26, 28, 30 ; 26, 28) comprenant : 1. Installation (14; 1 14) adapted to treat a gas flow to be treated (16) comprising at least 75% hydrogen by volume, the installation (14; 114) comprising a plurality of stages (26, 28, 30; 26, 28) successive adapted to burn hydrogen from the gas flow to be treated (16), each of the stages (26, 28, 30; 26, 28) comprising:
- une source (38, 40, 42 ; 38, 40) d’un flux de comburant (44, 46, 48 ; 44, 46) gazeux comprenant au moins 21 % d’oxygène en volume, - a source (38, 40, 42; 38, 40) of a gaseous oxidant flow (44, 46, 48; 44, 46) comprising at least 21% oxygen by volume,
- un brûleur catalytique (50, 52, 54 ; 50, 52) adapté pour admettre un flux d’entrée (56, 58, 60 ; 56, 58) comprenant de l’hydrogène, pour admettre le flux de comburant (44, 46, 48 ; 44, 46), et pour produire un flux de fumées (62, 64, 66 ; 62, 64), et - a catalytic burner (50, 52, 54; 50, 52) adapted to admit an inlet flow (56, 58, 60; 56, 58) comprising hydrogen, to admit the oxidant flow (44, 46 , 48; 44, 46), and to produce a flow of smoke (62, 64, 66; 62, 64), and
- un échangeur (68, 70, 72 ; 68, 70) pour refroidir le flux de fumées (62, 64, 66 ; 62, 64) par échange de chaleur avec un fluide réfrigérant (20) et obtenir un flux de sortie (74, 76, 78 ; 74, 76), le flux d’entrée (56) d’un premier étage (26) de ladite pluralité comprenant le flux gazeux à traiter (16), le flux d’entrée (58, 60 ; 58) de chacun des autres étages (28 , 30 ; 28) de ladite pluralité comprenant respectivement le flux de sortie (74, 76; 74) d’un étage précédent de ladite pluralité, l’installation (14 ; 1 14) étant configurée pour que, dans les étages (26, 28, 30 ; 26, 28) de ladite pluralité sauf le dernier étage (30), le brûleur catalytique (56, 58 ; 56) brûle seulement une fraction de l’hydrogène présent dans le flux d’entrée (56, 58, 60 ; 56, 58), le flux de sortie (74, 76 ; 74) comprenant encore de l’hydrogène, l’installation (14 ; 114) étant en outre adaptée pour produire au moins un flux d’eau (18) à partir du flux de sortie (74, 76, 78 ; 74, 76) d’au moins l’un des étages (26, 28, 30 ; 26, 28) de ladite pluralité. - an exchanger (68, 70, 72; 68, 70) for cooling the flue gas flow (62, 64, 66; 62, 64) by heat exchange with a refrigerant fluid (20) and obtaining an outlet flow (74 , 76, 78; 74, 76), the inlet flow (56) of a first stage (26) of said plurality comprising the gas flow to be treated (16), the inlet flow (58, 60; 58 ) of each of the other stages (28, 30; 28) of said plurality respectively comprising the outlet flow (74, 76; 74) of a previous stage of said plurality, the installation (14; 1 14) being configured to that, in the stages (26, 28, 30; 26, 28) of said plurality except the last stage (30), the catalytic burner (56, 58; 56) burns only a fraction of the hydrogen present in the flow of the inlet (56, 58, 60; 56, 58), the outlet flow (74, 76; 74) still comprising hydrogen, the installation (14; 114) being further adapted to produce at least one flow of water (18) from the outlet flow (74, 76, 78; 74, 76) of at least one of the stages (26, 28, 30; 26, 28) of said plurality.
2. Installation (14 ; 114) selon la revendication 1 , dans laquelle ladite pluralité d’étages (26, 28, 30 ; 26, 28) est constituée de deux ou trois étages. 2. Installation (14; 114) according to claim 1, in which said plurality of stages (26, 28, 30; 26, 28) consists of two or three stages.
3. Installation (14 ; 1 14) selon la revendication 1 ou 2, comprenant un système de régulation (32) configuré pour réguler, dans chacun des étages (26, 28, 30 ; 26, 28) de ladite pluralité, un débit du flux de comburant (44, 46, 48 ; 44, 46) de manière à ce qu’une température du flux de fumées (62, 64, 66 ; 62, 64) soit inférieure à une température maximale comprise entre 800°C et 900°C. 3. Installation (14; 1 14) according to claim 1 or 2, comprising a regulation system (32) configured to regulate, in each of the stages (26, 28, 30; 26, 28) of said plurality, a flow rate of the oxidant flow (44, 46, 48; 44, 46) so that a temperature of the smoke flow (62, 64, 66; 62, 64) is lower than a maximum temperature of between 800°C and 900 °C.
4. Installation (14 ; 114) selon la revendication 3, dans laquelle le système de régulation (32) est en outre configuré pour réguler, dans chacun des étages (26, 28, 30 ; 26, 28) de ladite pluralité, un débit du fluide réfrigérant (20) de manière à ce qu’une température du flux de sortie (74, 76, 78 ; 74, 76) soit supérieure à une température minimale comprise entre 100°C et 150°C. 4. Installation (14; 114) according to claim 3, in which the regulation system (32) is further configured to regulate, in each of the stages (26, 28, 30; 26, 28) of said plurality, a flow rate of the refrigerant fluid (20) so that a temperature of the outlet flow (74, 76, 78; 74, 76) is greater than a minimum temperature of between 100°C and 150°C.
5. Installation (14 ; 114) selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle le système de régulation (32) est en outre configuré pour réguler, dans le dernier étage (30 ; 28) de ladite pluralité, un débit du flux de comburant (48 ; 46) de manière à ce que le flux de fumées (66 ; 64) du dernier étage (30 ; 28) de ladite pluralité comprenne moins de 1 ,0% d’hydrogène en volume. 5. Installation (14; 114) according to claim 3 or 4, in which the regulation system (32) is further configured to regulate, in the last stage (30; 28) of said plurality, a flow rate of the oxidant flow (48; 46) so that the flow of fumes (66; 64) from the last stage (30; 28) of said plurality includes less than 1.0% hydrogen by volume.
6. Installation (14 ; 114) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre : 6. Installation (14; 114) according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
- une source (34) d’un flux gaz (36) comprenant au moins 98% d’azote en volume, le brûleur catalytique (50) du premier étage (26) de ladite pluralité étant adapté pour admettre le flux de gaz (36) pour diluer le flux de fumées (62) dudit brûleur catalytique (50), et - a source (34) of a gas flow (36) comprising at least 98% nitrogen by volume, the catalytic burner (50) of the first stage (26) of said plurality being adapted to admit the gas flow (36 ) to dilute the flow of smoke (62) from said catalytic burner (50), and
- un séparateur (38) adapté pour admettre le flux de sortie (78 ; 76) du dernier étage (30 ; 28) de ladite pluralité, et pour produire le flux d’eau (18) et un flux gazeux (80) comprenant au moins 90% d’azote en volume, le brûleur catalytique (50) du premier étage (26) de ladite pluralité étant adapté pour admettre ledit flux gazeux (57). - a separator (38) adapted to admit the outlet flow (78; 76) of the last stage (30; 28) of said plurality, and to produce the water flow (18) and a gas flow (80) comprising at less 90% nitrogen by volume, the catalytic burner (50) of the first stage (26) of said plurality being adapted to admit said gas flow (57).
7. Installation (14 ; 1 14) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le fluide réfrigérant (20) comprend de l’eau de mer (12) ou de l’eau douce. 7. Installation (14; 1 14) according to any one of claims 1 to 6, in which the refrigerant fluid (20) comprises sea water (12) or fresh water.
8. Installation (14 ; 114) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant un système de canalisations (41 ) adapté pour admettre le fluide réfrigérant (20) et faire passer le fluide réfrigérant (20) successivement dans l’échangeur (68, 70, 72 ; 68, 70) de chacun des étages (26, 28, 30 ; 26, 28) de ladite pluralité selon une succession inverse par rapport à une succession définie par les flux de fumées (62, 64, 66 ; 62, 64). 8. Installation (14; 114) according to any one of claims 1 to 7, comprising a system of pipes (41) adapted to admit the refrigerant fluid (20) and pass the refrigerant fluid (20) successively into the exchanger (68, 70, 72; 68, 70) of each of the stages (26, 28, 30; 26, 28) of said plurality in an inverse succession with respect to a succession defined by the smoke flows (62, 64, 66 ; 62, 64).
9. Plateforme navale (10), notamment engin sous-marin, comprenant au moins une installation (14 ; 1 14) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8. 9. Naval platform (10), in particular underwater vehicle, comprising at least one installation (14; 1 14) according to any one of claims 1 to 8.
10. Procédé de traitement d’un flux gazeux à traiter (16) comprenant au moins 75% d’hydrogène en volume, le procédé mettant en œuvre une installation (14 ; 114) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8 et comprenant les étapes suivantes : 10. Method for treating a gas flow to be treated (16) comprising at least 75% hydrogen by volume, the method implementing an installation (14; 114) according to any one of claims 1 to 8 and comprising the following steps:
- combustion d’hydrogène du flux gazeux à traiter (16) dans les étages (26, 28, 30 ; 26, 28) de ladite pluralité, - hydrogen combustion of the gas flow to be treated (16) in the stages (26, 28, 30; 26, 28) of said plurality,
- dans chacun des étages (26, 28, 30 ; 26, 28) de ladite pluralité, sauf le dernier étage (30 ; 28) de ladite pluralité, admission du flux d’entrée (56, 58, 60 ; 56, 58) et du flux de comburant (44, 46, 48 ; 44, 46) dans le brûleur catalytique (50, 52, 54 ; 50, 52) et production du flux de fumées (62, 64, 66 ; 62, 64), le brûleur catalytique (50, 52, 54 ; 50, 52) brûlant seulement une fraction de l’hydrogène présent dans le flux d’entrée (56, 58, 60 ; 56, 58), le flux de sortie (74, 76, 78 ; 74, 76) comprenant encore de l’hydrogène, - in each of the stages (26, 28, 30; 26, 28) of said plurality, except the last stage (30; 28) of said plurality, admission of the input flow (56, 58, 60; 56, 58) and the oxidant flow (44, 46, 48; 44, 46) in the catalytic burner (50, 52, 54; 50, 52) and production of the smoke flow (62, 64, 66; 62, 64), the catalytic burner (50, 52, 54; 50, 52) burning only a fraction of the hydrogen present in the inlet flow (56, 58, 60; 56, 58), the outlet flow (74, 76, 78 ; 74, 76) still comprising hydrogen,
- dans le dernier étage (30 ; 28) de ladite pluralité, admission du flux d’entrée (60 ; 58) et du flux de comburant (48 ; 46) dans le brûleur catalytique (54 ; 52) et production du flux de fumées (62 ; 64), - in the last stage (30; 28) of said plurality, admission of the inlet flow (60; 58) and the oxidant flow (48; 46) into the catalytic burner (54; 52) and production of the smoke flow (62; 64),
- dans chacun des étages (26, 28, 30 ; 26, 28) de ladite pluralité, refroidissement du flux de fumées (62, 64, 66 ; 62, 64) dans l’échangeur (68, 70, 72 ; 68, 70) par échange de chaleur avec le fluide réfrigérant (20) et obtention du flux de sortie (74, 76, 78 ; 74, 76),- in each of the stages (26, 28, 30; 26, 28) of said plurality, cooling of the smoke flow (62, 64, 66; 62, 64) in the exchanger (68, 70, 72; 68, 70 ) by heat exchange with the refrigerant fluid (20) and obtaining the outlet flow (74, 76, 78; 74, 76),
- production du flux d’eau (18) à partir du flux de sortie (74, 76, 78 ; 74, 76) d’au moins l’un des étages de ladite pluralité. - production of the water flow (18) from the outlet flow (74, 76, 78; 74, 76) of at least one of the stages of said plurality.
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