CA1214385A

CA1214385A - Procede de refrigeration, pour la recuperation ou le fractionnement d'un melange compose principalement de butane et propane, contenu dans un gaz brut, par utilisation d'un cycle mecanique exterieur

Info

Publication number: CA1214385A
Application number: CA000374691A
Authority: CA
Inventors: Jean-Louis Baggio; Patrice Saintherant
Original assignee: Compagnie Francaise des Petroles SA
Current assignee: Total Compagnie Francaise des Petroles SA
Priority date: 1980-04-04
Filing date: 1981-04-06
Publication date: 1986-11-25
Also published as: IT8120933A0; US4526596A; DE3113093A1; JPS57169580A; GB2073393B; FR2479846A1; NL8101671A; IT1144694B; GB2073393A; FR2479846B1

Abstract

Procédé de réfrigération pour une usine produisant ou utilisant un mélange composé principalement de butane et de propane et contenu dans un gaz brut. Le procédé se caractérise en ce que ce mélange constitue lui-même le fluide frigorigène d'un cycle mécanique extérieur: compresseur, condenseur, accumulateur et échangeur. L'invention s'applique à la récupération et au fractionnement d'un tel mélange.

Description

~2~3f~i La présente invention concerne un procédé de re-frigeration pour la recuperation et/ou le fractionnement d'un melange compose principalement de butane et de propane, désigné généralement sous le nom de NGL (<~Natural Gas Liquid~), contenu dans un gaz brut tel qu'un gaz associé à du pétrole, un gaz naturel ou un gaz à condensat, procédé faisant usage d'un cycle mecanique extérieur parcouru par un fluide frigo-rigene.
Le mélange NGL est susceptible de contenir, outre du butane et du propane~ également des composants plus légers comme l'éthane et des composants plus lourds comme le pentane et même l'hexane. Le fractionnement du mélange NGL fournit des gaz de petrole connus sous le nom de LPG (~Liquefied Petroleum Gases~), tels que le propane commercial et le butane commercial.
Si l'on a déjà propose, pour le refxoidissement d'un gaz naturel en vue de la liquéfaction de ce gaz naturel, d'injecter dans un cycle mecanique de refroidissement un mé-lange de gaz s'evaporant du récipient de xéception du liquide obtenu, on a jusqu'ici utilisé pour la récupération et pour le fractionnement d'un mélange NGL contenu dans un gaz brut, avec cycle de réfrigération mécanique extérieur, un fluide frigorigène pur tel que, par exemple, le Fréon - 12, l'ammoniac ou le propane. De tels cycles, décrits par exemple dans l'édition 1972 de la publicaiton NGPSA (~Natural Gas Processors Suppliers Association~) section 5, figures 5-14 et 5-15 et dans ~World Oil~ de Septembre 1961, pages 83 à 96, ont l'in-convénient de limiter les possibilites de recuperation ou de fractionnement des gaz à traiter, du fait de la nature même du fluide frigorigène utilise, le propane par exemple ne permettant pas de descendre au dessous de - 35~C. Ces : cycles manquent donc de souplesse et s'adaptent difficile-ment dès que les conditions réelles du gaz à traiter tendent à s'écarter des conditions de base.
h

- 2 ~ 3~S
On peut certes améliorer la quantite de mélange NGL produite en installant un second cycle de réfrigération parcouru par un fluide frigorigene plus volatil que le pre-mier et permettant d'abaisser encore la température du gaz à traiter. Mais il en résulte une multiplication couteuse des équipements installés.
De plus, dans le cas ou l'usine de récupération et/ou de fractionnement du mélange NGL est située en région désertique ou eloignee de tout marché de fourniture de fluide frigorigène pur, il peut en résulter des problèmes dlapprovisionnement en réfrigérant, et par la une réduction, voire meme un arrêt de laproduction de l'usine.
Une methode pouvant eventuellement remplacer l'utilisation d'un cycle de refrigeration mecanique exterieur, consiste a installer une turbine de detente sur le gaz dont on veut extraire le melange NGL ou les LPG. Mais cette me-thode n'est industriellement praticable que si la pression du gaz a traiter est suffisamment elevee et que si la qua-lite du gaz à traiter ne varie pas ou varie peu pendant toute la duree de l'exploitation de l'usine. Si ce n'est pas le cas, on est conduit àAajouter un cycle de refrigeration me-canique exterieur.
L'invention se rapporte à une refrigeration à
cycle mecanique extérieur parcouru par un fluide frigorigene, pour récuperer et/ou fractionner un mélange NGL contenu dans un gaz brut, et elle se propose de donner a ce cycle une grande souplesse d'utilisation, tant par la gamme des tempé-ratures atteintes que par l'indépendance de son fonctionnement relativement à des sources d'approvisionnement extérieures.
Selon la présente invention, il est prevu un procede de refrigération, pour la recuperation ou le frac-tionnement d'un mélange composé principalement de butane et de propane et contenu dans un gaz brut~ procédé faisant usage d'un circuit mecanique ferme exterieur parcouru par un fluide 1;;~1La~38~
- 2a -frigorigène, caractérise en ce que le fluide frigorigene introduit dans ledit circuit ferme est constitue par ledit melange.
Le melange NGL produit a partir d'un gaz brut contient, ainsi qu'on l'a dit precédemment, de l'ethane, du propane, du butane et quelques hydro-carbures un peu plus lourds tels que du pentane et même de l'hexane. Cette teneur en ethane assure au mélange NGL une temperature de bulle à pression atmospherique, généralement inférieure à
celles des fluides frigorigènes ordinairement utilises tpro-pane pur par exemple). Cela a pour principal avantage de permettre un abaissement plus important de la température des gaz à traiter.
De plus, le cycle de refrigeration mecanique parcouru par un tel fluide ne requiert pas d'appoint exte-rieur à l'usine de production de NGL et/ou LPG pour compen-ser les pertes pendant la marche normale de l'usine. ~i, comme c'est le cas general, l'usine est equipee d'un stockage de melange NGL, on dispose alors immediatement d'un fluide frigorigene adequat pour faire redemarrer l'usine après un arr8t normal ou accidentel. Seul, le premier demarrage d'une usine de production de NGL necessite un approvisionne-ment exterieur soit en melange NGL de qualite voisine de celle du melange NGL à produire soit en propane auquel on ajoute du gaz-brut à condition qu'il soit traite pour en supprimer

3 ~ 3 SIS
l'humidit~ et les coml~osanLs corrosifs.
Il faut aussi noter la souplesse supplémentaire dans le fonction-nement d'une usine de production de mélange NCL, qui est procurée par l'utilisation d'un tel fluide frigorigène dans un cycle de réfrigération 5 mécanique extérieur : en effèt, le taux de récupération dans le gaz brut du mélange NGL produit par l'usine est directement lié à la tcmpérature obtenue à l'aide du cycle de réfrigération ; or, avec le procéde selon l'invention, cette temperature est caracteristique de la qualité du melange NGL produit et, par la même, de la récupération.
Le procéde selon l'invention permet d'ameliorer les performances d'une usine existante de recupération de mélange NGL, dont on désire au~menter la production en recuperant du melange NGL supplementaire encore contenu dans le gaz deja traite sortant de l'usine. Le cycle de refrigération mecanique extérieur existant ne permettant pas une telle 15 augmentation de production par suite de la limitation en basse tempera-ture du fluide frigorigène pur qui parcourt ce cycle existant, on est amené à installer un second cycle mecanique qui utilise un fluide frigo-rigène pur plus volatil que celui déjà en service. Sauf dans des cas exceptionnels où il sera possi~le de faire parcourir le cycle existant 20 par le mélange NGL produit, l'invention n'evitera pas l'installation de ce second cycle, mais elle apportera des avantages importants à celui-ci en le faisant parcourir par le mélange NGL produit par l'usine au lieu que ce soit par un Eluide frigorigène pur. D'une part, le fluide frigori-gène du second cycle est ainsi immédiatement disponible sur place sans 25 qu'il soit nécessaire de s'approvisionner à l'extérieur en un fluide fri-gorigène pur tel que de l'éthane par exemple. D'autre part, le fluide utilisé pour la condensation du mélange NGL dans le second cycle mécani-que sera le même que celui utilisé pour la condensation du fluide frigo-rigène pur du cycle existant, c'est-a-dire de l'air ou de l'eau. Il n'y 30 a donc plus l'interdépendance qui existe entre les deux cycles d'une cascade du type propane-éthane par exemple, où l'éthane doit être conden-sé avec du propane. Il en résulte une réduction des coûts d'installation, des charges financières ainsi que de l'importance des matériels à instal-ler. Si l'on prévoit des branchements adéquats sur les échangeurs de 35 chaleur du gaz à traiter, les deux cycles de'réfrigération peuvent, de plus, servir de secours l'un par rapport à l'autre.
L'invention s'applique egalement à une production de gaz naturel liquéfié (GNL) avec mise en oeuvre de plusieurs cycles de réfrigeration mécaniques extérieurs (cycle propane, cycle éthane ou éthylène, cycle " ~2~38 .~

methane, dans le cas d'un systeme dit en cascade classique).
On pourra par exemple remplacer le cycle propane ou llensemble du cycle propane et du cycle ethane ou ethylène par un cycle NGL selon l'invention.
Selon la presente invention, il est egalement prevu une installation de recuperation d'un melange compose princi-palement de butane et de propane et contenu dans un gaz brut, comprenant: des moyens pour refroidir le gaz brut, un absor-beur à l'huile vers lequel ledit gaz brut refroidi est conduit, une sortie pour le gaz non absorbe, une sortie pour le melange huile-gaz absorbe, un regenérateur d'huile dans lequel ledit melange huile-gaz absorbe passe apres detente, un moyen qui reçoit l'huile regeneree sor-tant dudit regererateur pour la reintroduire dans ]edit absorbeur a l'huile, un echangeur de chaleur qui resoit un melange sortant de la tête dudit regenerateur d'huile, melange qui pass~ ensuite dans un ballon de reflux d'ou ledit melange sort pour entrer a l'aval d'un compresseur faisant partie d'un circuit mecanique exte-rieur ferme, une partie de ce melange servant à compenser les pertes dudit circuit mecanique exterieur.
De nombreuses particularites de l'invention, relatives notamment à des apports, des sous-refroidissements et des prelèvements effectues dans le cycle NGL pour en augmen-ter la souplesse d'utilisation ressortiront de la description d'exemples de realisation qui vont etre donnes en se referant aux dessins schematiques ci-joints dans lesquels:
La Fig. l est un schema d'un circuit de refrigera-tion conforme a l'invention ou le melange NGL produit par l'usine et compensant les pertes du cycle de refrigeration arrive sous forme gazeuse, et la Fig. 2 est un schema analogue, dans le cas de condensation totale du melange NGL du cycle dans le condenseur de celui-ci, Les Fig. 3 et 4 representent des diagrammes pression/temperature du cycle de refrigeration mecanique, 3~3~
- 4a -correspondant respectivement au cas où la condensat~on du NGL dans le condenseur est partielle et au cas ou elle est totale, La Fig. 5 représente un diagramme pression/tempera-ture pour un melange NGL particulier parcourant le cycle de laFig. 2, La Fig. 6 est un schema d'un circuit de réfrigera-tion conforme a l'invention ou le melange NGL produit par l'usine et compensant les pertes du cycle de refrigeration arrive sous forme liquide, La Fig. 7 represente un diagramme pression/tempéra-ture pour un melange NGL particulier disponible sous forme liquide, La Fig. 8 est un schema d'application de l'invention a une usine de recuperation d'un melange NGL a partir d'un gaz brut.
Sur la Fig. 1, les besoins en refrigeration d'une usine non representee de recuperation de melange NGL dans un gaz brut et/ou de fractionnement de ce melange pour produire des gaz liquifies LPG ont ete figures par un faisceau de tubes 1 parcourus par un fluide a refrigerer entrant en 2 sortant en 3. En realite, il peut s'agir, suivant les besoins, de plusieurs faisceaux ou passages parcourus par des fluides dis-tincts tels que des fluides a traiter-ou-des-fluides auxi- - -liaires d'absorption, par exemple. Ce faisceau 1 constitue unelement d'un echangeur de chaleur 4 du type a contact indirect par surface par exemple du type T.E.M.A., du type bobine ou du type a plaques. L'enceinte interne a l'enveloppe 5 de cet echangeur est parcourue par un fluide frigorigene qui est du melange NGL produit par l'usine, donc disponible dans celle-ci, et qui se ~apo-_ =
3~i 5rise dans cette enceinte.
C~ n~ NCI. sorL ~1~ 6 ~ r ~1~ c~ r 4 ~t ilr~iv~ r unc canalisacion 7 dans un compr~sseur 8 à deux étages : un étage amont 9 et un etage aval 10, d'ou il sort par une canalisation 1I pour se 5 condenser partiellement ou totalement dans un condenseur 12 à contact indirect par surface, refroidi par un courant d'air ou d'eau 13. Une canalisation ]4 relie la sortie du condenseur ]2 à l'entree du ballon accumulateur 15 d'où une sortie de liquide 16 revient à l'échangeur de chaleur 4 pour s'y vaporiser. Le conduit d'entrée du mélange NGL dans 10 l'échangeur de chaleur 4 est figuré en 17. On voit que la sortie 16 n'est pas reliee à cette entree directement, mais seulement par l'intermédiaire d'un faisceau de tubes ou passage 18 et d'une vanne de contrôle calorifu-gee 19 où il se detend. Ce faisceau de tubes 18 permet de sous-refroidir le melange NGL avant qu'il entre en 17 dans l'enceinte interne à l'enve-15 loppe 4 pour y jouer le rôle de refri8erant en s'y vaporisant.
Si le fluide frigorigène sortant en 6 de l'échangeur de chaleur 4n'est pas entièrement vaporisé, il peut, avant d'e~tre envoyé à l'entrée de l'étage 9 du compresseur 8, assurer en se vaporisant une partie de la réfrigération qui peut être prévue entre les étages 9 et 10 du compres-20 seur 8 et/ou de la désurchauffe finale du fluide sortant du compresseur8. Cette refrigeration entre etages et cette desurchauffefinale n'ont pas ete representées sur la Fig. 1.
Sur la Fig. 2, elles sont effectuées uniquemen~ par des aero-ré-frigérants 20 et 2] recevant un courant d'air 13, mais elles pourraient 25 aussi bien être assurées en partie par le fluide sortant en 6 de l'échan-geur 4 et en partie par une circulation d'air ou d'eau. La Fig. 6 mon~re en 38 une refrigeration entre etages effectuee par le fluide NGL du cycle. La réfrigération entre étages ne devra pas engendrer une conden-sation partielle du mélange NGL à la pression où il se trouve. Le mélange 30 NGL sera donc refroidi à une température supérieure de quelques degrés centigrades à sa température de rosée hydrocarbure à la pression de ~ sortie de l'etage amont.
L'etage 10 du compresseur 8 comprime le mélange NGL à une pression comprise entre 13 et 27 bars absolus.
Dans l'exemple de la Fig. ], le mélange NGL produit par l'usine est disponible sous forme vapeur, provenant par exemple d'un traitement d'un gaz brut par absorption à l'huile. Il est donc in~roduit dans le cycle de réfrigération, composé du compresseur 8, du condenseur 12, de 8~i l'accumulateur IS et de l'echangeur 4, en amont du condenseur 12 et, comme sa pression est inférieure à la pression de refoulement du compres-seur 8, il entre par le conduit d'entrée 22 dans l'étage aval 10 du compresseur 8, le premier étage 9 de celui-ci amenant le mélange NGL du 5 cycle provenant de la canalisation 7 a une pression sensiblement égale à
celle de l'apport de mélange NGL par la conduite 22. Si la pression de condensation de mélange NGL qui est compatible avec le fluide de conden-sation (air ou eau) utilisé dans le condenseur 12 n'est pas supérieure à
la pression du mélange NGL disponible dans le conduit d'entrée 22, le 10 compresseur 8 est parcouru uniquement par le mélange NGL provenant de la canalisation 7 et il peut se reduire à un seul étage, le conduit d'entrée 22 débouchant entre le compresseur 8 et le condenseur 12.
Le conduit d'entrée 22 permet de compenser les pertes de mélange NGL qui se produisent dans le cycle de ~luide frigorigène 8, 12, 15, 4.
15 Cn peut aussi prévoir d'utiliser une partie de ce cycle pour faire subir au mélange NGL produit par l'usine, la condensation préalable necessaire a son stockage et/ou a son fractionnement. On installe alors sur la sor-tie de liquide 16 une dérivation 23 allant vers des dispositifs de sto-ckage non réfrigéré et/ou des installations de fractionnement, disposi-20 ti~s et installations non représentés. On véhicule ainsi, dans la portionde cycle 10, 12 et 15, a la fois un mélange NGL frigorigene parcourant le reste du cycle et un mélange NGL constituant la production de l'usine, retiré en 23 a des fins de stockage et/ou de fractionnement.
La condensation du mélange NGL est partielle ou totale selon la 25 pression de l'accumulateur 15 (ou la pression de refoule~ent du com-presseur 8), compte tenu du fait que l'on ne peut agir sur la température de condensation dans le condenseur 12. Augmenter la pression de refoule-ment du compresseur 8 revient a diminuer la quantité de vapeur de l'accu-mulateur 15 P condenseur et a sous refroidir dans l'échangeur 4, donc 30 diminuer le débit de fluide frigorigene du cycle ; d'un ~utre coté, cela tend a augmenter le rapport de compression du compresseur d'ou sa puis-sance, Cette pression est donc a optimiser en fonction de la qualité du NGL souhaité et des moyens de réfrigération ambiant (air ou eau) dont l'usine dispose. Si la condensation est totale, le cycle de réfrigération 35 est simplifié et peut être limité aux éléments décrits précédemment, comme le représente la Fig. 2.
Dans le cas ou le ballon accumulateur 15 accueille un mélange NGL
partiellement condensé~ il est avantageux de prévoir une purge 25 des 3~
composants vo~atils contenus dans le mélan~e NG]. ~ evite ainsi de concc11~rcr Ic circuiL (IC rC~r;~Crat;On el1 Colnl)os;u~Ls ]cg~rs eL on d-b;1r-rasse le mé1ange NGL sortant en 23 d'une bonne part des composants vola-tils qu'il contenait, ce qui soulage les éventuelles installations de fractionnemen~ auxquelles est reliée la dérivation 23. Le dispositif permet aussi d'alourdir la qualité du fluide frigorigène et par la de modifier la qualité et la quantité de mélange NGL produit par l'usine (réduction de sa teneur en éthane par exemple). La purge 25 peut aller vers l'entrée de l'usine ou vers une colonne de fractionnement telle qu'un déméthaniseur ou un déethaniseur par exemple. On a prévu une sortie de composants volatils qui biiurque sur cette purge 25 et sur une conduite 26 rejoignant le conduit d'entrée 17 dans l'échangeur 4 apres parcours d1un faisceau de tubes ou passage 27, ménagé dans l'échangeur

4, ou les composants volatils du mélange NGL se condensent et se sous-refroidissent, et d'une vanne de contrôle calorifugée 28 où ils sedétendent.
La température finale des flux sortant en 29 et 30 respectivement des faisceaux 18 et 27 est sensiblement la même et elle est adaptée pour que, apres détente dans les vannes 19 et 28 et mélange des flux sortant de celles-ci, se trouve reconstitué dans le conduit d'entrée 17 un.
mélange NGL voisin de son point de bulle a la pression régnant dans le conduit d'entrée 17. La température du flux du conduit d'entrée 17 devra être inférieure d'au moins 4~ C a celles des flux aux sorties 29 et 30.
Il est clair que la pression du mélange NGL du cycle dans le conduit d'entrée 17 est adaptée aux besoins en frigories de l'usine schématisés par le faisceau de tubes 1, le mélange NGL du cycle, pratiquement condcnsé dans le conduit 17, se vaporisant dans l'échange1lr de chaleur 4 pour assurer a la fois les besoins en réfrigération de l'usine (1) et les besoins en réfrigération du mélange NGL dans les faisceaux 18 et 27.
Les températures du ou des flux a la sortie 3 sont au moins égales aux températures des flux aux sorties 29 et 30.
~ Il est possible de soutirer du mélange NGL produit a basse tempé-rature sur les sorties 29 et 30, au moyen de dérivations 31 et 32 abou-tissant dans un conduit de sortie 33 qui est relié par exemple a un stockage de mélange NGL réfrigéré, non représenté. La température des flux circulant dans les sorties 29 et 30 est telle que le mélange NGL
produit circulant dans le conduit de sortie 33 et devant etre détendu dans le stockage se retrouvera a son point de bulle a la pression de , . , , .. .. . . .. . . .. . , . . ... _ . . .
313~i stockage, pression voisine de la pression rcgnant dans le conduit cl'en-tree 17 On a déjà dit que les pertes de mélange NGL se produisant dans le cycle de réfrigération 8, 12, 15, 4, pertes qui sont au maximum de

5 l'ordre de 0,01 % du débit de mélange NGL circulant dans le cycle en marche normale, pouvaient être compensées par un appoint en fluide fri-gorigène introduit dans le conduit d'entrée 22. Il est également possi-ble d'introduire dans le ballon accumulateur 15, par un conduit d'entrée 34, du mélange NGL produit sous-pression et preleve sur un stockage sous 10 pression non refrigeré, s'il existe un tel stockage. De même, un conduit d'entrée 35 relié à la canalisation 16 de sortie de l'accumulateur per-met d'introduire un appoint de mélange NGL prélevé sur un stockage à
basse pression refrigere, s'il existe un tel stockage.
En cas de redémarrage de l'usine apres arrêt normal ou accidentel, 15 un mélange NGL produit et stocké précédemment permet le remplissage du cycle de réfrigération par les conduits 34 et/ou 35 selon les caracté-rist;ques des stockages de l'usine.
Cn peut, en outre, modifier la qualite du mélange NGL parcourant le cycle en introduisant des composants légers par un conduit 36 20 d'entrée dans le ballon accumulateur 15. Ces composants légers sont notamment disponibles lorsque l'usine comporte, comme c'est le cas d'une usine de récupération de mélange NGL par absorption a l'huile réfrigérée, des unités générant des composants légers a partir du gaz brut. En mo-difiant la qualité du mélange NGL parcourant le cycle, on fait évoluer 25 le cycle frigorigène et on fait, ainsi, varier les qualité et quantité
de mélange NGL produit. Cette possibilité d'introduction de composants légers est particulierement importante dans le cas de condensation totale du mélange NGL dans le ballon accumulateur 15. Il est clair que, dans le cas d'une condensation partielle du mélange NGL du cycle dans 30 l'accumulateur ]S, cette possibilité s'ajoute à celle de variation de la qualité du fluide frigorigene par action sur la purge 25.
Compte tenu des variations possibles de qualité et de pression du fluide frigorigene sortant en 6 de l'échangeur 4, le compresseur 8 est muni de dispositifs permettant d'accepter ces variations (aubages fixes 35 d'aspiration orientables, systèmes de recyclages, ou tout système de conception classique).
Cn a représenté sur la Fig. 1 un certain nombre de vannes, mais on comprendra que la détermination des divers parametres, et notamment ~L;2~3~
des temperaLures e~ des pressions du cycle frigorigene, necessite tout un systLme de régulation. Ce systellle n'a pas e~L représellté ici car il est de conception classique et ne fait pas partie de l'invention propre-ment dite.
Sur les Fi~. 3 et 4, on a tracé le diagramme du cycle de réfrigé-ration mécanique en portant les pressions P en ordonnée et les tempéra-tures t~ en abscisse, On a, en outre, fait apparaître, sur le diagramme de la Fig, 3 qui correspond au cas d'une condensation partielle en 12, la courbe de rosée hydrocarbure 1I R du mélange circulant dans la cana-lisation 11 à la sortie du compresseur ; la courbe de bulle 16 B et la courbe de rosée en hydrocarbure 26 R du mélange sortant par la canalisa-tion 26, de l'accumulateur 15 ; la courbe de bulle 16 B du melange sor-tant en 16 de l'accumulateur 15. Entre les courbes de bulle et de rosee d'un meme melange, celui-ci se trouve sous un état diphasique : liquide et vapeur. Sur la ~ig. 4, qui correspond au cas d'une condensation totale en 12, cas du cycle de la Fig. 2, on a fait apparaître sur le diagramme les seules courbes de bulle 1I B et de rosee en hydrocarbures Il R du melange circulant dans la canalisation 11.
On peut facilement suivre le cycle de refrigération mecanique sur ces diagrammes, où l'on a indique la reference de l'appareil où se produit une transformation e~ la reference des points atteints : en partant de la sortie 6,compressions 9 et 10 avec refroidissement inter-mediaire 20 pour atteindre la canalisation 11 ; condensation partielle ou totale 12, pour at~eindre la canalisation 14 ; sous refroidissement 18 ou 18 et 27 pour atteindre la sortie 29 du faisceau 18 ou les sorties 29 et 30 des faisceaux 18 et 27 ; detente 19 ou 19 et 28 pour atteindre le conduit d'entree 17 ; vaporisation 4 pour revenir à la sortie 6. On voit que le flux dans la canalisation 14 se trouve en zone diphasique sur la Fig. 3 alors que sur la Fig. 4 il correspond à une condensation complète.
La qualite d'un melange ~GL produit par recuperation à partir d'un gaz brut refroidi à - 38~C par un fluide frigorigène de meme qualite que celle du melange NGL produit, dans un procede base sur l'absorption par une huile stabilisee, pourra être par exemple la suivante :
ethane 5,27 % mole propane 81,22 % mole butanes 11,00 % mole pentanes 2,51 % mole ~Z~'~38S
1() L.~ . 5 rf~ nl~r~ s~ llt ,.
~L oll y ~ 5 v.ll~l)ls ~]( t et ~e press;on cn l~ars ahso]us.
Un procédé tel ~ue la simp]e réfrigération mécanique d'un gaz peut conduire a l'obtention d'un mélange NGL sous lorme ]iquide, disponib]e a la sortie d'un separateur froid par exemp]e. Ia qualité d'un NGL obte-nu à partir d'un tel procédé comprend un éventai] de composants plus grand (concentration plus é]evée en éthane) que ce]ui obtenu par un procédé du type à absorption à l'huile.
La Fig. 6 illustre un exemple de cycle dans lequel l'alimentation du cycle en mélange NGL produit ou disponible dans l'usine est effectuée sous forme de liquide. ~e mélange NGL introduit n'a donc pas à être d'abord condensé ; il peut notamment être inLroduit directement dans le conduit d'entrée 17 de ]'échangeur 4 par une canalisation 37 et il sert simplement d'appoint pour compenser les pertes du fluide frigorigène dans le cycle ou d'approvisionnement lors du redemarrage de l'usine apr~s un arret normal ou ac(:identcl.
Le melange NGL introdllit par la cana]isat;on 37 est pris par exemple sur l'effluent li~uide d'un séparateur froid de l'usine, qui est un appareillage recueillant le mélange NGI. récupéré sur le gaz brut de l'usine, ou de tout autre séparateur situé en aval de celui désigné
ci-dessus, mais, en tout cas, avant une éventuelle stabilisation ou dééthanisation du mélange NGL (qui aurait pour objet d'etêter le mélan-ge NGL, c'est-à-dire d'en séparer les composants légers qu'il conte-25 nait).
On a conservé sur la Fig. 6 les mêmes références que précédemmentpour désigner des organes analogues à ceux des Fig. 1 et 2.
On a supposé dans l'exemple représenté que le mélange NGL du cycle n'est pas complètement vaporisé lorsqu'il sort en 6 de l'échangeur ~ et 30 on a prévu d'en vaporiser le reliquat liquide en le faisant passer dans un appareil 38 de réfrigération du flux de fluide frigorigène s'écoulant entre les étages 9 et ]O du compresseur 8.
La qualité d'un mélange NGL produit par simple réfrigération d'un gaz brut à - 28~ C au moyen d'un cycle mécanique extérieur parcouru par~5 le mélange NGL peut être la suivante :
méthane 6,3 % mole éthane 13,6] % mole 3~5 I l l)ropane 29,27 % mo]e buLanes 29,7~ % mole pentanes 13"39 % mole hexanes 6,15 % mo]e coml~o~s,l~ s iller~ e .s I ,00 % mo] e On a reprcsente sur la Fig, 7 le diagralllme des phases d~ln tel produit, B étant la courbe de bu]]e et ~ cel]e de rosée hydrocarbure, ]es températures t~ etant exprimi~es en degrcs celsius ct ]es prcssions en bars absolus. L'allure dc la courbe de l)U]]C B mon~re (lue le mc1ange NGI
]O const;tue un excel]ent fluide frigorig(ne. 0~ peut par exemp]e re]cver - 35~ C sous 7 bars absolus et 45~ C sous 26 bars absolus, ce qui pennet de définir les pressions de fonctionnement d'un cycle éventuel de réfri-gération, La Fig, 8 représente un schéma simplifié d'application de l'inven-15 tion à une usine de récupération d'un mélange NGL à partir d'un gaz brutarrivant par une conduite 39.
Cn retrouve sur cette figure la plupart des éléments du schéma de la Fig. 2, avec les mêmes références, mais le fa;sceau de tubes 1, qui ne constituait qu'une illustration très schématique, a été remplacé par 20 deux faisceaux de tubes 40 et 41.
Ie gaz brut arrivant par la conduite 39 est tout d'abord refroidi dans le faisceau de tubes 40 avant d'entrer par la conduite 42 dans un absorbeur à huile 43. Le gaz non absorbé sort en 44 tandis que le mélan-ge hui]e-gaz absorbé sort en 45, pour passer, aprcs détente dans une 25 vanne 46, dans un régénérateur d'huile 47, d'où l'huile régénérée sortant en 48 passe dans le faisceau de tubes 4] avant d'être reintroduite en 49 dans l'absorbeur a huile 43, par l'intermédiaire d'une pompe 50. Le mélange sortant en 51 de la tête de colonne d~ régénérateur 47 passe dans un echangeur de chaleur 52 qui peut être un aérorefrigerant ou un refri-30 gerant à eau, puis dans un ballon de reflux 53 d'où un mélange NGL sorten 54 pour entrer dans l'étage aval lO du compresseur 8. ~ne très faible partie de ce mélange NGL sert à compenser les pertes du cycle mécanique 8, 12, 15, 4, tandis que la presque totalité de ce mélange, disponible en 23, constitue la production de l'usine et va à des installations de 35 stockage non représentees.
Bien entendu, on pourrait aussi prevoir une production et un stockage de melange NGL réfrigeré, les diverses d;spositions décrites précédemment pouvant être reprises en totalité ou en partie, et une 3~
I ~.
sortie'telle qne 33 pouv;3nt notaT~ment etre prLvue.
La (lisposition consistnnt en cc ~ne le melallge NGI, recllpere en 5 parcourt ensuite une portion (10, 12, 15 Oll 10, 12, 15, 18, 27 par exemple) du cycle mécanique extérieur, dont l'ensemble est utilisé 3 des 5 réfrigérations nécessaires à cette récupération, pour rendre ce mélange NGL récupéré disponible sous une forme convenable (23 ou 33 par exemple), notam~ent à des fins de stockage ou de fractionnement, constitue une particularité importante de l'invention.
Tous les exemples de réalisation de l'invention qui ont été donnés 10 ne le sont évidemment pas à titre limitatif, de multiples variantes per-mettant d'adapter au mieux le cycle de réfrigération aux diverses parti-cularités des cas d'application.

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Procédé de réfrigération, pour la récupération ou le fractionnement d'un mélange composé principalement de butane et de propane et contenu dans un gaz brut, procédé
faisant usage d'un circuit mécanique fermé extérieur parcouru par un fluide frigorigène, caractérisé en ce que le fluide frigorigène introduit dans ledit circuit fermé est constitué
par ledit mélange.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le fluide frigorigène utilisé circule dans ledit circuit fermé
sans se mélanger audit mélange qu'on récupère ou fractionne.

3. Procédé de réfrigération selon la revendication 2, dans lequel le circuit mécanique fermé comprend au moins le parcours successif d'un compresseur, d'un condenseur, d'un accumulateur à sortie de liquide et d'un échangeur de chaleur, un apport dudit mélange sous forme gazeuse étant effectué à
titre de fluide frigorigène en amont du condenseur.

4. Procédé de réfrigération selon la revendication 3, dans lequel le compresseur comprend un étage amont et un étage aval, caractérisé en ce que l'apport dudit mélange est effectué dans l'étage aval du compresseur.

5. Procédé de réfrigération selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce qu'un prélèvement est effectué sur la sortie de liquide de l'accumulateur.

6. Procédé de réfrigération selon la revendication 2, dans lequel le circuit mécanique fermé comprend au moins le parcours successif d'un compresseur, d'un condenseur, d'un accumulateur à sortie de liquide et d'un échangeur de chaleur, un apport dudit mélange, sous forme liquide,étant effectué à titre de fluide frigorigène à l'entrée dans l'échangeur de chaleur.

7. Procédé de réfrigération selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'avant d'entrer dans l'échangeur de chaleur pour y jouer le rôle de réfrigérant, ledit mélange se sous-refroidit dans un passage ménagé dans l'échangeur de chaleur.

8. Procédé de réfrigération selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'après ledit passage et avant de jouer le rôle de réfrigérant ledit mélange se détend dans une vanne de contrôle.

9. Procédé de réfrigération selon la revendication 3 ou 6, caractérisé en ce que ledit mélange venant de l'échan-geur passe, avant d'entrer dans le compresseur, dans un appareil agissant en désurchauffeur pour ledit mélange sortant d'au moins une partie du compresseur.

10. Procédé de réfrigération selon la revendica-tion 3 ou 6, caractérisé en ce qu'une entrée dudit mélange sous forme liquide est prévue dans le circuit fermé sur la sortie de liquide de l'accumulateur.

11. Procédé de réfrigération selon la revendica-tion 3 ou 6, caractérisé en ce qu'une entrée dudit mélange est prévue dans l'accumulateur.

12. Procédé de réfrigération selon la revendica-tion 3 ou 6, caractérisé en ce qu'une entrée de composants légers est prévue dans l'accumulateur.

13. Procédé de réfrigération selon la revendica-tion 3 ou 6, caractérisé en ce qu'une purge des composants volatils est prévue sur l'accumulateur.

14. Procédé de réfrigération selon la revendica-tion 3, caractérisé en ce qu'une sortie de composants volatils prévue sur l'accumulateur, est reliée à un passage ménagé
dans l'échangeur de chaleur et servant à condenser et sous-refroidir lesdits composants volatils avant de les envoyer comme réfrigérants dans l'échangeur.

15. Procédé de réfrigération selon la revendica-tion 14, caractérisé en ce qu'après avoir parcouru le passage servant à les condenser et les sous-refroidir et avant de jouer le rôle de réfrigérants dans l'échangeur, lesdits com-posants volatils se détendent dans une vanne de contrôle.

16. Procédé de réfrigération selon la revendication 8 ou 15, caractérisé en ce que les flux d'écoulement dudit mélange et desdits composants volatils sont mélangés après leur détente et avant leur entrée comme réfrigérants dans l'échangeur.

17. Procédé de réfrigération selon la revendica-tion 7 ou 14, caractérisé en ce qu'une portion dudit mélange et desdits composants volatils est prélevée, après le sous-refroidissement dans l'échangeur de chaleur, à des fins de stockage réfrigéré.

18. Procédé de réfrigération, pour la récupération ou le fractionnement d'un mélange composé principalement de butane et de propane et contenu dans un gaz brut, dans lequel un fluide impliqué dans le procédé est refroidi par passage dans un échangeur de chaleur en contact thermique avec un fluide frigorigène parcourant un circuit fermé qui comprend au moins cet échangeur de chaleur, un compresseur et un con-denseur, caractérisé en ce que ledit fluide frigorigène intro-duit dans ledit circuit fermé est constitué par ledit mélange.

19. Procédé de réfrigération selon la revendica-tion 18, dans lequel ledit circuit fermé comprend au moins la succession dudit compresseur, dudit condenseur, d'un accu-mulateur à sortie de liquide et dudit échangeur de chaleur, caractérisé en ce qu'une entrée dudit mélange dans ledit cir-cuit fermé est effectuée sous forme gazeuse en amont dudit condenseur et en ce qu'un prélèvement dudit fluide frigorigène hors dudit circuit fermé est effectué à la sortie de liquide dudit accumulateur.

20. Procédé de réfrigération selon la revendica-tion 19, dans lequel le compresseur comprend un étage amont et un étage aval, caractérisé en ce que ladite entrée dudit mélange dans ledit circuit fermé est effectuée dans l'étage aval du compresseur.

21. Procédé de réfrigération selon la revendica-tion 19, caractérisé en ce qu'une sortie de composants volatils prévue sur ledit accumulateur est reliée à un pas-sage ménagé dans ledit échangeur de chaleur afin de condenser et refroidir ces composants volatils, après quoi, une portion de ces composants volatils ainsi condensés est introduite dans ledit échangeur comme fluide frigorigène en même temps que le fluide frigorigène provenant de la sortie de liquide dudit accumulateur, tandis qu'une autre portion de ces compo-sants volatils ainsi condensés est prélevée hors dudit circuit fermé.

22. Installation de récupération d'un mélange composé principalement de butane et de propane et contenu dans un gaz brut, comprenant:
- des moyens pour refroidir le gaz brut, - un absorbeur à l'huile vers lequel ledit gaz brut refroidi est conduit, - une sortie pour le gaz non absorbé, - une sortie pour le mélange huile-gaz absorbé, - un régénérateur d'huile dans lequel ledit mélange huile-gaz absorbé passe après détente, - un moyen qui reçoit l'huile régénérée sortant dudit régénérateur pour la réintroduire dans ledit absorbeur à l'huile, - un échangeur de chaleur qui reçoit un mélange sortant de la tête dudit régénérateur d'huile, mélange qui passe ensuite dans un ballon de reflux d'où ledit mélange sort pour entrer à l'aval d'un compresseur faisant partie d'un circuit mécanique extérieur fermé, une partie de ce mélange servant à compenser les pertes dudit circuit mécani-que extérieur.