CA2823900C - Procede de production d'une coupe riche en hydrocarbures c3+ et d'un courant riche en methane et ethane - Google Patents

Procede de production d'une coupe riche en hydrocarbures c3+ et d'un courant riche en methane et ethane Download PDF

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Abstract

Ce procédé comporte la séparation d'un courant d'alimentation (16) en une première fraction (60) et en une deuxième fraction (62) et l'introduction d'au moins une partie de la deuxième fraction (62) dans une deuxième turbine de détente dynamique (46) pour former une deuxième fraction détendue (80). Il comporte le refroidissement de la deuxième fraction détendue (80) par échange thermique avec au moins une partie du premier flux de tête (84) issu d'une première colonne (28) et la formation d'un deuxième courant d'alimentation (82) de la première colonne (28) à partir de la deuxième fraction détendue refroidie.

Description

PROCÉDÉ DE PRODUCTION D'UNE COUPE RICHE EN HYDROCARBURES
C3+ ET D'UN COURANT RICHE EN MÉTHANE ET ÉTHANE
La présente invention concerne un procédé de production d'une coupe riche en hydrocarbures en C3+ et d'un courant riche en méthane et éthane, à partir d'un courant d'alimentation contenant des hydrocarbures, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- refroidissement et condensation partielle d'une première fraction du courant d'alimentation dans un premier échangeur thermique ;
- introduction de la première fraction refroidie dans un premier ballon séparateur pour former un premier courant de tête gazeux et un premier courant de pied liquide ;
- introduction d'au moins une partie du premier courant de tête dans une première turbine de détente dynamique ;
- formation d'un premier courant d'alimentation d'une première colonne à
partir de la première fraction détendue issue de la première turbine de détente dynamique et introduction du premier courant d'alimentation dans la partie inférieure d'une première colonne pour récupérer un premier flux de tête et un premier flux de pied ;
- réchauffage d'au moins une partie du premier flux de tête dans un deuxième échangeur thermique, puis dans le premier échangeur thermique, et compression d'au moins une partie du flux de tête réchauffé dans un premier compresseur attelé
à la première turbine, puis dans un deuxième compresseur pour former le courant riche en méthane et éthane ;
- introduction du premier flux de pied dans une deuxième colonne de fractionnement pour récupérer un deuxième flux de tête et un deuxième flux de pied ;
- formation de la coupe riche en hydrocarbures en C3+ à partir du deuxième flux de pied ;
- refroidissement et condensation au moins partielle du deuxième flux de tête, avantageusement dans le premier échangeur thermique, et introduction du deuxième flux de tête partiellement condensé dans un ballon séparateur de tête pour former un deuxième courant de tête gazeux et un deuxième courant de pied liquide ;
- introduction du deuxième courant de pied liquide en reflux dans la deuxième colonne de fractionnement ;
- refroidissement et condensation au moins partielle du deuxième courant de tête gazeux, avantageusement dans le deuxième échangeur thermique ;
- détente du deuxième courant de tête partiellement condensé et introduction dans la première colonne ;
2 - introduction d'au moins une partie du premier courant de pied dans la première colonne et/ou dans la deuxième colonne de fractionnement.
Un tel procédé est destiné à extraire une coupe en C3+, comprenant notamment du propylène, du propane et des hydrocarbures plus lourds, à partir notamment d'un courant d'alimentation de gaz naturel, de gaz de raffinerie, ou de gaz synthétique obtenus à partir d'autres sources hydrocarbonées telles que le charbon, l'huile brute, ou le naphta.
Le gaz naturel contient généralement une majorité de méthane et d'éthane constituant au moins 50 (3/0 du gaz. Il contient également en quantité plus négligeable des hydrocarbures plus lourds, tels que le propane ou le butane. Dans certains cas, il contient également de l'hélium, de l'hydrogène, de l'azote et du dioxyde de carbone.
Le procédé selon l'invention est avantageusement destiné à la récupération de propane et d'hydrocarbures plus lourds à partir de gaz naturel.
Ces hydrocarbures lourds, et notamment le butane et le propane, peuvent être commercialisés et présentent donc une valeur économique. A cet égard, la demande en liquides de gaz naturel en tant que charge pour l'industrie pétrochimique augmente continûment et devrait continuer à augmenter dans les prochaines années.
Par ailleurs, pour des raisons de procédé, il est nécessaire de séparer les hydrocarbures lourds, afin d'éviter qu'ils ne condensent au cours du transport et/ou de la manipulation des gaz. Ceci permet d'éviter des incidents tels que l'arrivée de bouchons liquides dans les installations de transport ou de traitement conçues pour des effluents gazeux.
Pour récupérer les liquides du gaz naturel, il est connu d'utiliser un procédé

d'absorption à l'huile qui permet une récupération d'environ 75 (3/0 des butanes et de 85 (3/0 à 90 (3/0 des pentanes et des hydrocarbures plus lourds.
Ce procédé est amélioré par l'utilisation d'huile réfrigérée. Dans ce cas, le taux d'extraction de propane peut être supérieur à 90 A.
Pour atteindre des taux de récupération plus élevés, un procédé d'expansion cryogénique doit être utilisé.
De manière classique dans ce type de procédé, la charge gazeuse est refroidie, et est partiellement condensée dans un échangeur de chaleur gaz/gaz.
La charge est ensuite séparée dans un ballon séparateur. Puis, la partie liquide est traitée dans une colonne de fractionnement classique et l'effluent vapeur du séparateur alimente une turbine d'expansion thermique ou une vanne, pour être envoyé, après détente, dans la colonne de fractionnement.
Dans le procédé cryogénique, la température est descendue aux alentours de - 90 C. Pour refroidir le gaz à de telles températures, il est connu d'utiliser des réfrigérants
3 externes, une turbine de détente dynamique ou la combinaison des deux. Un tel procédé
présente l'avantage d'être facile à démarrer et offre une flexibilité
opératoire satisfaisante.
Un procédé du type précité est décrit par exemple dans US 4 690 702. Un tel procédé est particulièrement efficace pour offrir une bonne récupération des hydrocarbures en C3+. Il est néanmoins toujours souhaité d'améliorer le rendement énergétique du procédé.
Un but de l'invention est d'obtenir un procédé de production d'une coupe riche en hydrocarbures en C3+ à partir d'un courant d'alimentation, de manière extrêmement économique, peu encombrante, et plus efficace que dans les procédés connus.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé
en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :
- séparation du courant d'alimentation en la première fraction du courant d'alimentation et en une deuxième fraction du courant d'alimentation ;
- introduction d'au moins une partie de la deuxième fraction du courant d'alimentation dans une deuxième turbine de détente dynamique pour former une deuxième fraction détendue ;
- refroidissement d'au moins une partie de la deuxième fraction détendue par échange thermique avec au moins une partie du premier flux de tête issu de la première colonne ;
- formation d'un deuxième courant d'alimentation de la première colonne à
partir de la deuxième fraction détendue refroidie ; et - introduction du deuxième courant d'alimentation dans la première colonne.
Le procédé selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- la deuxième fraction détendue issue de la deuxième turbine de détente dynamique est mise en relation d'échange thermique avec au moins une partie du deuxième courant de tête avantageusement dans le deuxième échangeur thermique ;
- au moins une partie de la première fraction détendue issue de la première turbine est refroidie par échange thermique avec au moins une partie du premier flux de tête, avantageusement dans le deuxième échangeur thermique, avant introduction dans la première colonne ;
- la deuxième fraction du courant d'alimentation est refroidie et est partiellement condensée avantageusement dans le premier échangeur thermique, la deuxième fraction refroidie et partiellement condensée étant introduite dans un deuxième ballon séparateur,
4 le troisième courant de tête issu du deuxième ballon séparateur étant introduit au moins partiellement dans la deuxième turbine de détente dynamique ;
- le troisième courant de pied issu du deuxième ballon séparateur est détendu, et est réchauffé, avantageusement dans le premier échangeur thermique, puis est introduit dans la première colonne et/ou dans la deuxième colonne de fractionnement ;
- une fraction issue du premier courant de pied récupéré à partir du premier ballon séparateur est introduite dans un courant liquide formé à partir de la deuxième fraction du courant d'alimentation ;
- le procédé comprend les étapes suivantes :
= détente, réchauffement, et vaporisation partielle du premier courant de pied issu du premier ballon séparateur ;
= introduction du premier courant de pied dans un ballon séparateur aval pour former un quatrième courant de pied et un quatrième courant de tête, le quatrième courant de tête étant refroidi, avantageusement dans le deuxième échangeur thermique, puis étant introduit dans la première colonne pour former un deuxième courant auxiliaire d'alimentation ;
- le procédé comporte les étapes suivantes :
= introduction de la deuxième fraction détendue issue de la deuxième turbine de détente dynamique dans un ballon auxiliaire aval pour former un cinquième courant de tête gazeux et un cinquième courant de pied liquide ;
= refroidissement du cinquième courant de tête gazeux et introduction dans la première colonne ;
= introduction du cinquième courant de pied liquide dans la première colonne et/ou dans la deuxième colonne ;
- le premier courant de pied issu du premier ballon séparateur est réchauffé
dans le premier échangeur thermique, avant d'être introduit dans la deuxième colonne de fractionnement ;
- le procédé comprend les étapes suivantes :
= séparation du premier courant de tête en une première fraction d'alimentation de turbine, convoyée jusqu'à la première turbine de détente dynamique, et en une fraction d'alimentation de colonne qui est introduite dans le deuxième échangeur thermique pour former un courant d'alimentation auxiliaire de colonne ;
= introduction du courant d'alimentation auxiliaire de colonne dans la première colonne ;
- le procédé comporte les étapes suivantes :

= prélèvement, dans le premier flux de tête d'une fraction secondaire de recompression en amont du premier compresseur ;
= passage de la fraction secondaire de recompression dans un troisième compresseur accouplé à la deuxième turbine de détente dynamique ;
5 =
introduction de la fraction secondaire de recompression comprimée issue du troisième compresseur dans le premier flux de tête réchauffé en aval du premier compresseur ;
- le deuxième compresseur comprend un premier étage de compression, au moins un deuxième étage de compression et un réfrigérant interposé entre le premier étage de compression et le deuxième étage de compression, le procédé comprenant une étape de passage du premier flux de tête de colonne comprimé issu du premier compresseur successivement dans le premier étage de compression, dans le réfrigérant, puis dans le deuxième étage de compression ;
- le procédé comprend les étapes suivantes :
= introduction d'au moins une partie de la deuxième fraction détendue issue de la deuxième turbine de détente dynamique dans une colonne auxiliaire ;
= récupération d'un troisième flux de pied issu de la colonne auxiliaire, = formation du deuxième courant d'alimentation de colonne à partir du troisième flux de pied de la colonne auxiliaire ;
- le procédé comprend les étapes suivantes :
= séparation du courant d'alimentation en la première fraction du courant d'alimentation, en la deuxième fraction du courant d'alimentation et une troisième fraction du courant d'alimentation ;
= refroidissement de la troisième fraction du courant d'alimentation par échange thermique avec au moins une partie du premier flux de tête issu de la première colonne, avantageusement dans un échangeur thermique amont distinct du deuxième échangeur thermique, et = mélange de la troisième fraction du courant d'alimentation refroidie dans la première fraction du courant d'alimentation refroidie, avant passage dans le premier ballon séparateur ;
- le procédé les étapes suivantes :
= passage du premier flux de tête dans le premier échangeur thermique ;
= prélèvement d'un courant de détente auxiliaire dans le premier flux de tête, après son passage dans le premier échangeur thermique ;
= détente dynamique du courant de détente auxiliaire dans une turbine auxiliaire de détente dynamique ;
6 = introduction du courant détendu issu de la turbine auxiliaire de détente dynamique dans le premier flux de tête, avant son passage dans le premier échangeur thermique ;
- le procédé comprend les étapes suivantes :
= prélèvement d'un courant de recirculation dans le premier flux de tête ou dans un courant formé à partir du premier flux de tête ;
= détente et introduction du courant de recirculation détendu dans un courant circulant en amont de la première turbine de détente dynamique, avantageusement dans la première fraction du premier courant d'alimentation refroidi ou dans la première fraction d'alimentation de turbine ;
- le procédé comporte le pompage du premier flux de pied et le réchauffage du premier flux de pied dans le premier échangeur thermique avant son introduction dans la deuxième colonne de fractionnement.
L'invention a également pour objet une installation de production d'une coupe riche en hydrocarbures en C3+ et d'un courant riche en méthane, à partir d'un courant d'alimentation contenant des hydrocarbures, l'installation comprenant :
- un premier échangeur thermique pour refroidir et condenser partiellement une première fraction du courant d'alimentation ;
- un premier ballon séparateur et des moyens d'introduction de la première fraction refroidie dans le premier ballon séparateur pour former un premier courant de tête gazeux et un premier courant de pied liquide ;
- une première turbine de détente dynamique et des moyens d'introduction d'au moins une partie du premier courant de tête dans la première turbine de détente dynamique ;
- une première colonne ;
- des moyens de formation d'un premier courant d'alimentation de la première colonne à partir de la première fraction détendue issue de la première turbine de détente dynamique et des moyens d'introduction du premier courant d'alimentation dans la partie inférieure de la première colonne pour récupérer un premier flux de tête et un premier flux de pied ;
- un deuxième échangeur thermique pour réchauffer au moins une partie du premier flux de tête ; et - un premier compresseur attelé à la première turbine de détente dynamique et un deuxième compresseur pour comprimer le flux de tête réchauffé afin de former le courant riche en méthane ;
7 - une deuxième colonne de fractionnement et des moyens d'introduction d'au moins une partie du premier flux de pied dans la deuxième colonne de fractionnement pour récupérer un deuxième flux de tête et un deuxième flux de pied ;
- des moyens de formation de la coupe riche en hydrocarbures en C3+ à
partir du deuxième flux de pied ;
- des moyens de refroidissement et de condensation au moins partielle du deuxième flux de tête, comprenant avantageusement le premier échangeur thermique ;
- un ballon séparateur de tête et des moyens d'introduction du deuxième flux de tête partiellement condensé dans le ballon séparateur de tête pour former un deuxième courant de tête gazeux et un deuxième courant de pied liquide ;
- des moyens d'introduction du deuxième courant de pied liquide en reflux dans la deuxième colonne de fractionnement ;
- des moyens de refroidissement et de condensation partielle du deuxième courant de tête, avantageusement dans le deuxième échangeur ;
- des moyens de détente du deuxième courant de tête partiellement condensé et des moyens d'introduction en reflux dans la première colonne ;
- des moyens d'introduction d'au moins une partie du premier courant de pied dans la première colonne et/ou dans la deuxième colonne de fractionnement ;
caractérisé en ce que l'installation comporte :
- des moyens de séparation du courant d'alimentation en une première fraction du courant d'alimentation et en une deuxième fraction du courant d'alimentation ;
- une deuxième turbine de détente dynamique et des moyens d'introduction d'au moins une partie de la deuxième fraction du courant d'alimentation dans la deuxième turbine de détente dynamique pour former une deuxième fraction détendue ;
- des moyens de refroidissement d'au moins une partie de la deuxième fraction détendue par échange thermique avec au moins une partie du premier flux de tête issu de la première colonne ;
- des moyens de formation d'un deuxième courant d'alimentation de la première colonne à partir de la deuxième fraction détendue refroidie ; et - des moyens d'introduction du deuxième courant d'alimentation dans la première colonne.
L'installation selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toute(s) la(les) combinaison(s) techniquement possible(s) :
- une colonne auxiliaire ;
8 - des moyens d'introduction d'au moins une partie de la deuxième fraction détendue issue de la deuxième turbine de détente dynamique dans la colonne auxiliaire, pour récupérer un troisième flux de pied issu de la colonne auxiliaire ;
- des moyens de formation du deuxième courant d'alimentation de la première colonne à partir du troisième flux de pied issu de la colonne auxiliaire.
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 :
- la figure 1 est un schéma synoptique fonctionnel d'une première installation destinée à la mise en oeuvre d'un premier procédé selon l'invention ;
- la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 d'une deuxième installation destinée à la mise en oeuvre d'un deuxième procédé selon l'invention ;
- la figure 3 est une vue analogue à la figure 1 d'une troisième installation destinée à la mise en oeuvre d'un troisième procédé selon l'invention ;
- la figure 4 est une vue analogue à la figure 1 d'une quatrième installation destinée à la mise en oeuvre d'un quatrième procédé selon l'invention ;
- la figure 5 est une vue analogue à la figure 1 d'une cinquième installation destinée à la mise en oeuvre d'un cinquième procédé selon l'invention ;
- la figure 6 est une vue analogue à la figure 1 d'une sixième installation destinée à
la mise en oeuvre d'un sixième procédé selon l'invention.
- la figure 7 est une vue analogue à la figure 1 d'une septième installation destinée à la mise en oeuvre d'un septième procédé selon l'invention.
Dans tout ce qui suit, on désignera par les mêmes références un courant circulant dans une conduite et la conduite qui le transporte.
En outre, sauf indication contraire, les pourcentages cités sont des pourcentages molaires, les pressions sont données en bars absolus.
Dans les exemples simulés numériquement, le rendement de chaque compresseur est choisi comme étant de 82% polytropique et le rendement de chaque turbine est de 85% adiabatique.
De même, les colonnes de distillation décrites utilisent des plateaux mais peuvent également utiliser du garnissage vrac ou structuré. Une combinaison de plateaux et de garnissage est également possible.
Les turbines additionnelles qui sont décrites entraînent des compresseurs mais peuvent également entraîner des générateurs électriques à fréquence variable dont l'électricité produite peut être utilisée dans le réseau par l'intermédiaire d'un convertisseur de fréquence.
9 Les courants dont la température est supérieure à l'ambiante sont décrits comme étant refroidis par des aéro-réfrigérants. En variante, il est possible d'utiliser des échangeurs à eau, par exemple à eau douce ou à eau de mer.
Une première installation 10 selon l'invention est représentée sur la figure 1. Cette installation est destinée à la production d'un courant 12 riche en méthane et en éthane, et d'une coupe 14 riche en hydrocarbures en C3+ à partir d'un courant d'alimentation 16 gazeux.
Le procédé et l'installation 10 s'appliquent avantageusement à la construction d'une nouvelle unité de récupération d'hydrocarbures en C3+.
L'installation 10 comprend, d'amont en aval, un premier échangeur thermique 20, un premier ballon séparateur 22, un deuxième échangeur thermique 24 et une première turbine de détente dynamique 26.
L'installation 10 comporte en outre une première colonne 28, un premier compresseur 30 attelé à la première turbine de détente dynamique 26, un premier réfrigérant à air 32, un deuxième compresseur 34 et un deuxième réfrigérant à
air 36.
L'installation 10 comporte de plus une première pompe 38 située en aval de la première colonne 28 et une deuxième colonne de fractionnement 40 munie d'un rebouilleur 42 et d'un ballon séparateur de tête 44.
Selon l'invention, l'installation 10 comporte en outre une deuxième turbine 46 de détente dynamique, distincte de la première turbine de détente dynamique 26, et un troisième compresseur 48 attelé à la deuxième turbine de détente dynamique 46.
Un premier procédé de production selon l'invention, mis en oeuvre dans l'installation 10, va maintenant être décrit.
Le courant d'alimentation gazeux 16 est un courant de gaz naturel, un courant de gaz de raffinerie, ou un courant de gaz synthétique obtenu à partir d'une source hydrocarbonée telle que du charbon, de l'huile brute, du naphta.
Dans l'exemple représenté sur les figures, le courant 16 est un courant de gaz naturel déshydraté. Il contient avantageusement moins de 1 ppm d'eau.
Le courant d'alimentation 16 présente généralement entre 2 (3/0 et 15 (3/0 en moles d'hydrocarbures en C3+ à extraire et entre 75 (3/0 et 95 (3/0 en moles de méthane et d'éthane.
Dans un exemple particulier, le courant d'alimentation 16 est formé d'un gaz naturel déshydraté qui comporte en mole 1,80 (3/0 d'azote, 89,61 (3/0 de méthane, 4,38 (3/0 d'éthane, 2,52 (3/0 de propane, 0,35 (3/0 d'isobutane, 0,75 (3/0 de n-butane, 0,12 (3/0 d'isopentane, 0,12% de n-pentane, 0,15% de n-hexane, 0,15% de n-heptane, et 0,01 (3/0 de dioxyde de carbone.

Le courant d'alimentation 16 présente une pression supérieure à 35 bars, notamment supérieure à 50 bars et une température voisine de la température ambiante, et notamment comprise entre 30 C et 50 C, par exemple sensiblement égale à 40 C.
En référence à la Figure 1, le courant d'alimentation 16 est tout d'abord divisé en 5 une première fraction 60 du courant d'alimentation et en une deuxième fraction 62 du courant d'alimentation.
Le rapport du débit molaire de la première fraction 60 à la deuxième fraction 62 est par exemple supérieur à 2 et est notamment compris entre 2 et 15.
Dans l'exemple représenté, la première fraction 60 est tout d'abord introduite dans
10 le premier échangeur thermique 20 où elle est refroidie et partiellement condensée pour former une première fraction 64 de courant d'alimentation refroidie.
La température de la première fraction 64 de courant d'alimentation refroidie est inférieure à -10 C et notamment égale à - 45,1 C. La première fraction 64 est alors introduite dans le premier ballon séparateur 22. La teneur en liquide de la première fraction d'alimentation 64 est avantageusement inférieure à 50 (3/0 molaire.
Un premier courant de tête gazeux 66 et un premier courant de pied liquide 68 sont extraits du premier ballon séparateur 22.
Dans cet exemple, la totalité du premier courant de tête gazeux 66 forme une fraction d'alimentation de turbine 70 qui est introduite dans la première turbine de détente dynamique 26.
La fraction d'alimentation de turbine 70 est détendue dans la première turbine jusqu'à une pression sensiblement égale à la pression d'opération de la colonne 28. Cette pression est inférieure à 40 bars et notamment comprise entre 10 bars et 30 bars, en étant avantageusement égale à environ 24 bars.
La température de la première fraction détendue 72 issue de la première turbine de détente dynamique 26 est inférieure à - 30 C et est notamment égale à -77,9 C.
Dans cet exemple, la totalité de la première fraction détendue 72 forme un premier courant d'alimentation 74 de la colonne 28 qui est introduit directement à un niveau Ni inférieur de la première colonne de fractionnement 28, sans passage par un échangeur thermique.
La partie inférieure de la colonne 28 est située à une hauteur inférieure à 40 (3/0 de la hauteur de la colonne 28.
Ainsi, le niveau Ni est par exemple situé au treizième étage en partant du haut de la colonne 28.
Le premier courant de pied 68 est détendu dans une première vanne de détente statique 76 pour former un courant de pied détendu 78.
11 Le courant de pied détendu 78 présente une pression sensiblement égale à la pression d'opération de la colonne 28 et une température inférieure à - 20 C
et notamment sensiblement égale à - 59,8 C.
Le premier courant de pied détendu 78 est introduit dans la colonne 28 à un niveau N2 situé sous le niveau Ni, au pied de la colonne 28.
Dans cet exemple, la totalité de la deuxième fraction 62 du courant d'alimentation est introduite dans la deuxième turbine de détente dynamique 46.
La deuxième fraction 62 du courant d'alimentation est introduite dans la turbine 46, sans passer par le premier échangeur thermique 20 dans cet exemple. La deuxième fraction 62 atteint ainsi la deuxième turbine 46 sans être mise en relation d'échange thermique avec un autre courant circulant dans l'installation.
La deuxième fraction 62 du courant d'alimentation est alors détendue dans la deuxième turbine de détente 46 jusqu'à une pression sensiblement égale à la pression de la colonne 28 ou légèrement supérieure à la pression de la colonne 28, c'est-à-dire supérieure au maximum d'environ 2 bars par rapport à la pression de la colonne 28.
La deuxième fraction détendue 80 issue de la deuxième turbine de détente dynamique 46 est alors convoyée en totalité jusqu'au deuxième échangeur thermique 24 pour y être refroidie et former un deuxième courant d'alimentation 82 de la première colonne 28.
La température du deuxième courant d'alimentation 82 récupéré à la sortie du deuxième échangeur thermique 24 est inférieure à - 40 C et est notamment sensiblement égale à - 83,1 C.
Le deuxième courant d'alimentation 82 est introduit dans la première colonne de fractionnement 28 à un niveau N3 situé dans la partie inférieure de la colonne 28, au-dessus du niveau Ni. Ce niveau N3 est par exemple situé au douzième étage en partant du haut de la colonne 28.
Dans cet exemple, la détente de la première fraction d'alimentation 70 dans la première turbine de détente dynamique 26 permet de récupérer 9605 kW
d'énergie, et la détente de la deuxième fraction 62 permet de récupérer 1904 kW d'énergie.
Un premier flux de tête 84 est récupéré en tête de la première colonne de fractionnement 28.
Ce premier flux de tête 84 est successivement réchauffé dans le deuxième échangeur thermique 24, puis dans le premier échangeur thermique 20 pour former un premier flux de tête réchauffé 86.
La température du premier flux de tête réchauffé 86 à la sortie du premier échangeur 20 est supérieure à 10 C et est notamment sensiblement égale à 38 C.
12 Une fraction secondaire de recompression 88 est prélevée dans le premier flux de tête réchauffé 86, à la sortie du premier échangeur 20.
Le rapport du débit molaire de la fraction secondaire de recompression 88 prélevée par rapport au flux de tête réchauffé 86 issu de l'échangeur 20 est inférieur à
20% et est notamment compris entre 5% et 20%.
Le reste du flux de tête réchauffé 86 est ensuite introduit dans le premier compresseur 30 pour être comprimé à une pression supérieure à 20 bars et notamment sensiblement égale à 30,2 bars.
La fraction secondaire de recompression 88 est quant à elle recomprimée dans le troisième compresseur 48 attelé à la deuxième turbine de détente dynamique 46, jusqu'à
une pression sensiblement égale à la pression de compression du reste du premier flux de tête réchauffé 86 issu de du premier compresseur 30.
La fraction secondaire de recompression 88 comprimée est alors réintroduite dans le flux de tête réchauffé issu du premier compresseur 30 pour former le flux de tête réchauffé comprimé 90.
Puis, le flux de tête réchauffé comprimé 90 est introduit dans le premier réfrigérant 32, pour être refroidi sensiblement à température ambiante, avant d'être introduit dans le deuxième compresseur 34.
La première fraction comprimée 90 est ainsi comprimée jusqu'à une pression supérieure à 40 bars et notamment sensiblement égale à 51 bars.
La fraction comprimée issue du deuxième compresseur 34 est ensuite introduite dans le deuxième réfrigérant 36 pour être refroidie jusqu'à une température sensiblement égale à la température ambiante, par exemple égale à 40 C et former ainsi le courant 12 riche en méthane et éthane extrait du procédé.
La teneur molaire en méthane et en éthane du courant 12 est supérieure à 98%
molaire.
Le courant 12 contient en outre plus de 99% molaire du méthane contenu dans le courant d'alimentation et moins de 5% des hydrocarbures en C3+ contenus dans le courant d'alimentation 16.
Le premier flux de pied 92 issu de la colonne 28 est riche en hydrocarbures en C3+. Il comprend ainsi plus de 40% en moles de C3+
Le premier flux de pied 92 présente une température inférieure à -30 C et notamment sensiblement égale à - 70 C.
Le premier flux de pied 92 est introduit dans la première pompe 38 pour être comprimé à une pression supérieure à 20 bars qui correspond sensiblement à la pression d'opération de la deuxième colonne 40.
13 Cette pression est par exemple sensiblement égale à 29 bars. Plus généralement, cette pression est supérieure d'au moins 2 bars à la pression de la colonne 28 et est par exemple comprise entre 10 bars et 35 bars.
Le premier flux de pied comprimé 94 est ensuite introduit dans le premier échangeur thermique 20, avantageusement sans passer par le deuxième échangeur thermique 24 pour être réchauffé à une température supérieure à 0 C et notamment égale à 11,6 C.
Le premier flux de pied 96 réchauffé issu du premier échangeur thermique 20 est alors introduit dans la colonne de fractionnement 40, à un niveau El correspondant par exemple au seizième étage en partant du haut de la colonne 40.
La colonne de fractionnement 40 produit un deuxième flux de tête 98 et un deuxième flux de pied 100.
Le deuxième flux de pied 100 est récupéré à une température supérieure à 50 C
et notamment égale à 99 C. Il contient plus de 90 (3/0 en moles, avantageusement 98 (3/0 en moles du propane contenu dans courant d'alimentation 16. Ce flux 100 comporte en outre plus de 50 (3/0 molaire de propane.
Dans l'exemple représenté, le flux 100 forme la coupe 14 riche en hydrocarbures en C3+. Il contient 1,18% d'éthane, 59,05% de propane, 8,28% d'i-butane, 17,75% de n-butane, 2,84 (3/0 de n-pentane, 2,84 (3/0 d'i-pentane, 3,55 (3/0 de n-hexane, 4,50 (3/0 de n-heptane.
Le deuxième flux de tête 98 est gazeux. Il est récupéré à une température inférieure à 0 C et notamment sensiblement égale à -12,9 C.
Le deuxième flux de tête 98 est ensuite introduit dans le premier échangeur thermique 20 pour y être refroidi et partiellement condensé et former un deuxième flux de tête 102 refroidi.
Le deuxième flux de tête refroidi 102 présente une température inférieure à -et une teneur en liquide supérieure à 10% molaire.
Le deuxième flux de tête refroidi 102 est ensuite introduit dans le ballon séparateur de tête 44 pour y être séparé en un deuxième courant de pied 104 et en un deuxième courant de tête 106.
Le deuxième courant de pied 104 est liquide. Il est pompé en reflux dans la deuxième colonne 40 pour y être introduit à un niveau de tête situé par exemple au premier étage par rapport à la tête de la colonne 40.
Le deuxième courant de tête 106 est introduit dans le deuxième échangeur thermique 24 pour y être refroidi jusqu'à une température inférieure à -40 C
et former un deuxième courant de tête refroidi 108.
14 Le courant 108 est ensuite détendu dans une deuxième vanne de détente statique 110 pour former un courant de reflux détendu 112 introduit dans la première colonne 28 à
une pression sensiblement égale à la pression d'opération de la colonne 28, à
un niveau N4 situé au voisinage de la tête de cette colonne 28, au dessus du niveau N3.
Des exemples de température, de pression et de débit molaire des différents courants sont donnés dans le tableau 1 ci-dessous.
Température Pression Débit Courant ( C) (bara) (kmol/h) 12 40,0 51,00 47888 14 99,3 28,75 2112 16 40,0 51,00 50000 60 40,0 51,00 45000 62 40,0 51,00 5000 64 -45,1 50,50 45000 66 -45,1 50,50 42158 72 -77,9 23,90 42158 78 - 59,8 23,90 2842 80 - 1,9 24,40 5000 82 - 83,1 23,90 5000 84 - 85,1 23,70 47888 86 38,0 23,00 47888 88 38,0 23,00 7922 90 62,2 30,24 47888 96 11,6 28,75 4955 98 -12,9 28,25 5019 102 -33,1 27,75 5019 104 -33,1 27,75 2176 112 -86,9 23,90 2843 Le Tableau 2 ci-après illustre la puissance consommée par le compresseur 34 en fonction du débit de la deuxième fraction 62 envoyée vers la deuxième turbine 46. La récupération de C3+ est supérieure à 99,0 (3/0 molaire.

Pression Pression Débit vers Puissance Puissance Puissance colonne colonne turbine turbine turbine compresseur (bara) (bara) (kmol/h) (kW) (kW) (kW) 28.3 24.2 0 10224 0 24476 28.2 24.2 1000 10040 372 24256 28.2 24.1 2000 9899 746 24102 28.0 24.0 3000 9777 1125 24020 27.9 23.9 4000 9691 1511 23999 27.8 23.7 5000 9601 1904 23983 27.5 23.4 6000 9600 2320 24170 La consommation énergétique du premier procédé selon l'invention, constituée par l'énergie d'entraînement du deuxième compresseur 34 peut être considérablement diminuée jusqu'à 23983 kW, contre 24476 kW avec un procédé de l'état de la technique selon le brevet US 4 690 702, dans lequel le même débit de charge à traiter est utilisé et 5 la même récupération en C3+ est atteinte.
Par rapport à l'état de la technique selon US 4 690 702, le procédé selon l'invention permet donc d'obtenir une réduction significative de la puissance consommée, tout en conservant une forte sélectivité pour la récupération de la coupe C3+.
Par ailleurs, le procédé selon l'invention permet de se rapprocher des rendements 10 obtenus avec un procédé optimisé de l'état de la technique dans lequel les liquides du ballon 22 sont envoyés vers la colonne 40 après réchauffage dans le premier échangeur 20, pour lequel la consommation énergétique est de 22440 kW.
Dans une variante du schéma de la Figure 1, dans laquelle les liquides du ballon 22 sont envoyés vers la deuxième colonne 40, après réchauffage dans le premier
15 échangeur thermique 20, le gain par rapport au procédé optimisé de l'état de la technique est aussi de l'ordre de 2%.
Dans une autre variante, représentée en pointillés sur la figure 1, le premier courant de tête 66 issu du premier ballon séparateur 22 est séparé en la première fraction 70 d'alimentation de turbine et en une deuxième fraction 120 d'alimentation de colonne.
Le rapport du débit molaire de la deuxième fraction d'alimentation de colonne à la première fraction d'alimentation de turbine 70 est inférieur à 50% et est notamment compris entre 10% et 40%.
La deuxième fraction d'alimentation de colonne 120 est ensuite introduite dans le deuxième échangeur thermique 24 pour être refroidie jusqu'à une température inférieure -40 C, puis est détendue à une pression sensiblement égale à la pression de la colonne 28 par passage à travers une troisième vanne de détente statique 122.
Le courant d'alimentation auxiliaire 124 ainsi formé est introduit dans la colonne 28 à un niveau N5 situé entre le niveau N4 et le niveau N3.
16 Cette disposition peut s'appliquer à tous les autres modes de réalisation décrits ci-après.
Une deuxième installation 130 selon l'invention est représentée sur la figure 2.
Cette deuxième installation 130 est destinée à la mise en oeuvre d'un deuxième procédé selon l'invention.
A la différence du premier procédé selon l'invention, au moins une partie 132 de la première fraction 72 détendue issue de la première turbine 26 est dérivée à
travers une vanne de contrôle de débit 134, pour être refroidie dans le deuxième échangeur thermique 24 et former un courant d'alimentation additionnel 138 de la colonne 28. Une deuxième partie de la première fraction 72 forme le deuxième courant d'alimentation 74 décrit précédemment.
La température du courant d'alimentation additionnel 138 est inférieure à -40 C et est notamment égale à - 82,5 C. Le courant d'alimentation additionnel 138 est introduit dans la colonne 28 à un niveau N6 situé au-dessus du niveau N3 et en dessous du niveau N4.
Le rapport du débit molaire du courant d'alimentation additionnel 138 au débit molaire de la première fraction détendue 72 est inférieur à 70% et est notamment compris entre 1% et 50%.
Le deuxième procédé selon l'invention est par ailleurs analogue au premier procédé selon l'invention.
Le deuxième procédé selon l'invention permet de diminuer encore la puissance de recompression de l'ordre de 1,7 (3/0 par rapport au procédé décrit dans US 4 690 702, et de se rapprocher encore des rendements énergétiques obtenus dans le procédé
optimisé
de l'état de la technique décrit plus haut.
Une troisième installation 140 selon l'invention est représentée sur la figure 3. A la différence de la première installation 10 selon l'invention, la troisième installation selon l'invention 140 comporte un deuxième ballon séparateur 142 disposé en amont de la deuxième turbine de détente dynamique 46.
A la différence du premier procédé selon l'invention, la deuxième fraction du courant d'alimentation 62 est introduite dans le premier échangeur thermique 20 pour y être refroidie et partiellement condensée.
La deuxième fraction d'alimentation refroidie condensée 144 présente une température inférieure à 10 C et une fraction liquide supérieure à 1 % en mole. La température de la deuxième fraction 144 est supérieure, par exemple au moins supérieure, à la température de la première fraction du courant d'alimentation refroidie 64 entrant dans le premier ballon séparateur 22.
17 Cette fraction 144 est introduite dans le deuxième ballon séparateur 142 pour y être séparée en un troisième courant de tête 146 et en un troisième courant de pied 148.
Le troisième courant de tête 146 constitue la partie de la deuxième fraction du courant d'alimentation 62 introduite dans la deuxième turbine de détente dynamique 46 pour former la deuxième fraction détendue 80.
Le troisième courant de pied 148 est introduit dans une quatrième vanne de détente statique 150 pour y être détendu jusqu'à une pression proche de la pression de fonctionnement de la deuxième colonne 40 et former un troisième courant de pied détendu 152.
Le troisième courant de pied détendu 152 est ensuite envoyé dans le premier échangeur thermique 20 pour y être réchauffé jusqu'à une température supérieure à 0 C
et former un troisième courant de pied 154 réchauffé.
Le troisième courant de pied réchauffé 154 est ensuite introduit dans la deuxième colonne 40 à un niveau moyen E2 situé au-dessous du niveau El, par exemple sensiblement au niveau 18 depuis la tête de la colonne 40.
La mise en oeuvre du troisième procédé selon l'invention est par ailleurs analogue à celle du premier procédé.
Le Tableau 3 illustre la diminution de puissance du compresseur 34 en fonction du débit de courant d'alimentation envoyé vers la deuxième turbine 142.
Pression Pression Débit vers Puissance Puissance Puissance colonne colonne turbine turbine turbine compresseur (bara) (bara) (kmol/h) (kW) (kW) (kW) 28.3 24.2 0 10224 0 24472 29.0 25.1 10000 7923 2676 22204 29.3 25.5 15000 6861 3927 21208 29.5 25.8 20000 5839 5187 20615 31.0 25.4 25000 4785 6562 20688 31.5 25.4 26000 4541 6587 20870 31.9 23.3 27000 4311 6878 21057 La puissance consommée diminue ainsi de 15,8% par rapport au procédé décrit dans US 4 690 702 et de 8,1% par rapport au procédé optimisé de l'état de la technique décrit plus haut.
Dans une variante du troisième procédé, la deuxième fraction du courant d'alimentation 62 est convoyée directement vers le deuxième ballon séparateur 142, sans passer par le premier échangeur thermique 20, et sans être placé en relation d'échange
18 thermique avec un autre courant circulant dans l'installation. La mise en oeuvre de cette variante est par ailleurs analogue à celle décrite pour le troisième procédé.
Dans une variante du troisième procédé, le troisième courant de pied détendu peut être envoyé au moins partiellement vers la première colonne 28.
Une quatrième installation selon l'invention 160 est représentée sur la figure 4.
Cette installation 160 est destinée à la mise en oeuvre d'un quatrième procédé
selon l'invention.
A la différence du troisième procédé selon l'invention, au moins une partie du premier courant de pied 68 issu du premier ballon séparateur 22 est introduite dans un courant liquide formé à partir de la deuxième fraction du courant d'alimentation 62, en amont de la deuxième turbine de détente dynamique 46.
Ainsi, le premier courant de pied 68 est divisé en une première partie 162 destinée à être détendue dans la première vanne 76 statique pour former le premier courant de pied détendu 78.
Une deuxième partie 164 du premier courant 68 est par ailleurs introduite dans une cinquième vanne de détente dynamique 166 pour y être détendue à une pression sensiblement égale à la pression de la deuxième colonne 40.
La deuxième partie détendue 168 est ensuite introduite dans le troisième courant de pied détendu 152 en amont du passage du courant 152 dans le premier échangeur 20.
Le quatrième procédé selon l'invention est par ailleurs mis en oeuvre de manière analogue au troisième procédé selon l'invention.
Une cinquième installation 170 selon l'invention est représentée sur la figure 5.
Cette cinquième installation 170 est destinée à la mise en oeuvre d'un cinquième procédé
selon l'invention.
A la différence de la première installation 10, la cinquième installation 170 comprend un ballon aval 172 disposé en aval du premier ballon séparateur 22.
Comme illustré par la figure 5, le cinquième procédé selon l'invention diffère du premier procédé selon l'invention en ce que le premier courant de pied détendu 78 issu de la vanne 76 est introduit dans le premier échangeur thermique 20 pour y être réchauffé
et partiellement vaporisé jusqu'à une température inférieure à 30 C et avantageusement égale à -22 C.
Puis, le premier courant de pied refroidi 78 issu du premier échangeur 20 est introduit dans le ballon séparateur aval 172 pour y être séparé en un quatrième courant de tête 176 gazeux et en un quatrième courant de pied 178 liquide.
19 Le quatrième courant de pied 178 forme un premier courant auxiliaire d'alimentation de colonne qui est introduit dans une partie inférieure de la colonne 28, par exemple au niveau N2.
Le quatrième courant gazeux 176 est passé dans le deuxième échangeur thermique 24 pour y être refroidi et condensé et former un deuxième courant auxiliaire d'alimentation de colonne 179. Le courant 179 est introduit dans la colonne 28 à un niveau N7 situé au-dessus du niveau N3 et en dessous du niveau N4.
Le fonctionnement du cinquième procédé selon l'invention est par ailleurs analogue à celui du premier procédé selon l'invention.
En variante, les liquides issus du ballon 172 sont envoyés vers la première colonne 28 éventuellement après passage dans le deuxième échangeur 24, ou encore dans la deuxième colonne 40, éventuellement après passage dans le deuxième échangeur 24.
Une sixième installation 370 selon l'invention est illustrée par la Figure 6.
Cette sixième installation 370 est destinée à la mise en oeuvre d'un sixième procédé
selon l'invention.
La sixième installation 370 est analogue à la quatrième installation 160.
Cependant, à la différence du quatrième procédé selon l'invention, le sixième procédé selon l'invention comprend le prélèvement d'un courant de recirculation 372 dans la première fraction de tête comprimée 374 issue du deuxième réfrigérant 36, en aval du deuxième compresseur 34.
Le rapport du débit molaire du courant de recirculation 372 au débit molaire de la première fraction de tête comprimée 374 est inférieur à 1%.
Le courant de recirculation 372 est ensuite refroidi dans le premier échangeur thermique 20 jusqu'à une température inférieure à 40 C, notamment égale à 25 C.
Le courant de recirculation 372 est ensuite introduit dans un courant formé à
partir de la première fraction du courant d'alimentation 60, en amont de la première turbine de détente dynamique.
Dans cet exemple, le courant de recirculation 372 est introduit dans le premier courant de tête 66 issu du premier ballon séparateur 22 à travers une vanne 376. Dans une variante (non représentée), le courant de recirculation 372 est introduit dans la première fraction du courant d'alimentation refroidie 64, en amont du premier ballon séparateur 22.
Une septième installation selon l'invention 180 est représentée sur la figure 7.
Cette septième installation 180 est destinée à la mise en oeuvre d'un septième procédé
selon l'invention.

La septième installation 180 est destinée avantageusement à une augmentation de capacité d'une installation du type décrit dans US 4,690,702.
L'installation existante comprend par exemple le premier échangeur thermique
20, le premier ballon séparateur 22, la première turbine de détente dynamique 26, la première colonne 28 et la deuxième colonne de fractionnement 40 munie de son ballon séparateur de tête 44 et du rebouilleur 42.
L'installation existante comprend en outre le deuxième compresseur 34 et le premier compresseur 30 attelé à la turbine 26.
Comme dans l'installation 10 représentée sur la figure 1, la septième installation selon l'invention comprend une deuxième turbine de détente dynamique 46 et un troisième compresseur 48 attelé à la deuxième turbine de détente dynamique 46.
A la différence de la première installation 10 selon l'invention, la septième installation 180 comprend en outre un échangeur thermique amont 182, un échangeur thermique aval 184, une colonne auxiliaire 186 et un compresseur auxiliaire 188.
15 La colonne auxiliaire 186 est munie d'une pompe auxiliaire de fond 190.
Le septième procédé selon l'invention diffère du premier procédé selon l'invention, en ce que le courant d'alimentation 16 est en outre séparé en une troisième fraction 192 de courant d'alimentation qui est introduite dans l'échangeur thermique amont 182, en plus de la première fraction 60 et de la deuxième fraction 62.
20 La troisième fraction refroidie 193 issue de l'échangeur amont 182 est réintroduite dans la première fraction refroidie 64 issue du premier échangeur thermique 20 en amont du premier ballon 22.
Le rapport du débit molaire de la troisième fraction 192 au débit molaire du courant d'alimentation 16 est supérieur à 5 (3/0 et est par exemple inférieur à 30%.
A la différence du premier procédé selon l'invention, la deuxième fraction détendue 80 issue de la deuxième turbine de détente 46 est introduite dans l'échangeur thermique aval 184 pour y être refroidie et former un premier courant auxiliaire 194 d'alimentation de la colonne auxiliaire 186. Le premier courant auxiliaire 194 est introduit dans la colonne auxiliaire 186 sensiblement dans sa partie médiane, à un niveau d'introduction P1.
La température du premier courant 194 est par exemple inférieure à -40 C et est notamment comprise entre -40 C et -100 C.
Le deuxième courant de tête 106 issu du ballon séparateur de tête 44 est séparé
en une première partie 195 et en une deuxième partie 196.
La première partie 195 est convoyée vers le deuxième échangeur thermique 24 pour former le courant refroidi 108, puis le courant de reflux détendu 112, après détente dans la vanne 110.
21 La deuxième partie 196 est convoyée jusqu'à l'échangeur thermique aval 184 pour y être refroidie et partiellement condensée. La deuxième partie 198 refroidie et partiellement condensée est ensuite détendue dans une septième vanne de détente statique 200 pour former un deuxième courant auxiliaire 202 d'alimentation de la colonne auxiliaire 186.
La température du deuxième courant auxiliaire 202 est inférieure à -40 C. Le deuxième courant auxiliaire 202 est introduit à un niveau de tête P2 de la colonne 186, situé au-dessus du niveau P1.
A la différence du premier procédé selon l'invention, et comme dans la variante représentée en pointillés sur la Figure 1, le premier courant de tête 66 est séparé en une fraction d'alimentation de turbine 70 et en une deuxième fraction d'alimentation de colonne 120.
La deuxième fraction d'alimentation de colonne 120 est détendue dans la troisième vanne de détente statique 122 pour former un troisième courant auxiliaire 204 d'alimentation de la colonne auxiliaire 186 qui est introduit au pied de la colonne 186 à un niveau d'introduction P3 situé au dessous du niveau P1.
La colonne auxiliaire 186 produit un troisième flux de tête gazeux 206 et un troisième flux de pied liquide 208.
Le troisième flux de pied 208 est pompé par la pompe auxiliaire 190 pour former le deuxième courant d'alimentation de colonne 82.
Le courant 82 est mélangé au premier courant de pied détendu 78 provenant du premier ballon séparateur 22 après détente dans la première vanne 76. Ainsi, le nombre de points d'introduction dans la colonne 28 reste identique.
De la sorte, le deuxième courant d'alimentation de colonne 82 est formé à
partir de la deuxième fraction détendue 80 issue de la deuxième turbine de détente dynamique 46, après passage de cette fraction 80 dans la colonne auxiliaire 186.
A la différence du premier procédé selon l'invention, le premier flux de tête 84 issu de la première colonne 28 est séparé en une première partie 210 et en une deuxième partie 212.
La première partie 210 du premier flux de tête 84 reçoit le troisième flux de tête 206 récupéré en tête de la colonne auxiliaire 186, avant d'être introduite dans le deuxième échangeur thermique 24, puis dans le premier échangeur thermique 20 pour y être réchauffée et former le flux de tête réchauffé 86.
La deuxième partie 212 est introduite dans l'échangeur thermique aval 184 pour y être réchauffée.
22 La deuxième partie réchauffée 214 est ensuite séparée en un premier courant de retour 216 et en un premier courant de compression 218. Le premier courant de retour 216 est réintroduit dans la première partie 210 du flux de tête 84 partiellement réchauffée, entre le deuxième échangeur thermique 24 et le premier échangeur thermique 20.
Le premier courant de recompression 218 est introduit dans l'échangeur amont 182 pour y être réchauffé à contre-courant de la troisième fraction du courant d'alimentation 192 jusqu'à une température supérieure à 0 C.
Le courant de recompression réchauffé 220 récupéré à la sortie de l'échangeur thermique amont 182 est ensuite séparé en un deuxième courant de retour 222 et en un deuxième courant de recompression 224.
Le deuxième courant de retour 222 est réintroduit dans le flux de tête réchauffé 86 issu du premier échangeur thermique 20, en amont du premier compresseur 30.
Le deuxième courant de recompression 224 est introduit successivement dans le troisième compresseur 48, dans un premier réfrigérant additionnel 226, dans le compresseur auxiliaire 188, puis dans un deuxième réfrigérant additionnel 228.
Il est ensuite réintroduit en aval du deuxième compresseur 34, notamment en étant mélangé au flux de tête comprimé issu du deuxième réfrigérant 36, pour former le courant riche en méthane et éthane 12.
La septième installation 180 selon l'invention permet donc d'augmenter significativement le débit du courant d'alimentation 16, en conservant une excellente sélectivité pour la séparation des hydrocarbures en C3+, sans avoir à modifier les équipements existants dans l'installation, et notamment les colonnes 28 et 40, la turbine 26, et les compresseurs 30 et 34.
Dans une variante des procédés décrits précédemment, le premier courant de pied détendu 78 est introduit après réchauffage dans la deuxième colonne de fractionnement 40 et non dans la première colonne 28.
Dans une autre variante, le deuxième échangeur thermique 24 peut être divisé
en plusieurs échangeurs, chacun étant alimenté par une partie du premier flux de tête 84 et par au moins un des autres courant circulant dans l'échangeur 24.
De même, le premier échangeur thermique 20 peut être aussi divisé en plusieurs échangeurs.
Dans une autre variante, un courant de détente auxiliaire est prélevé dans le premier flux de tête 86, après son passage dans le premier échangeur thermique 20.
Le courant de détente auxiliaire est détendu dans une turbine auxiliaire de détente dynamique distincte de la première turbine 26 et de la deuxième turbine 46.
23 Puis, le courant détendu issu de la turbine auxiliaire de détente dynamique est réintroduit dans le premier flux de tête, avant son passage dans le premier échangeur thermique 20, par exemple en aval du deuxième échangeur thermique 24.
Dans une autre variante, un cycle d'appoint au propane est utilisé pour refroidir certains courants, par exemple les courants circulant dans le premier échangeur ou dans le deuxième échangeur.

Claims (30)

REVENDICATIONS
1.- Procédé de production d'une coupe (14) riche en hydrocarbures en C3+ et d'un courant (12) riche en méthane et éthane, à partir d'un courant d'alimentation (16) contenant des hydrocarbures, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- refroidissement et condensation partielle d'une première fraction (60) du courant d'alimentation dans un premier échangeur thermique (20) ;
- introduction de la première fraction refroidie (64) dans un premier ballon séparateur (22) pour former un premier courant de tête gazeux (66) et un premier courant de pied liquide (68) ;
- introduction d'au moins une partie du premier courant de tête (66) dans une première turbine (26) de détente dynamique ;
- formation d'un premier courant d'alimentation (74) d'une première colonne à
partir de la première fraction détendue (72) issue de la première turbine de détente dynamique (26) et introduction du premier courant d'alimentation (74) dans la partie inférieure d'une première colonne (28) pour récupérer un premier flux de tête (84) et un premier flux de pied (92) ;
- réchauffage d'au moins une partie du premier flux de tête (84) dans un deuxième échangeur thermique (24), puis dans le premier échangeur thermique (20), et compression d'au moins une partie du flux de tête réchauffé (86) dans un premier compresseur (30) attelé
à la première turbine (26), puis dans un deuxième compresseur (34) pour former le courant riche en méthane et éthane (12) ;
- introduction du premier flux de pied (20) dans une deuxième colonne de fractionnement (40) pour récupérer un deuxième flux de tête (98) et un deuxième flux de pied (100) ;
- formation de la coupe riche en hydrocarbures en C3+ à partir du deuxième flux de pied (100) ;
- refroidissement et condensation au moins partielle du deuxième flux de tête (98), et introduction du deuxième flux de tête partiellement condensé (102) dans un ballon séparateur de tête (44) pour former un deuxième courant de tête gazeux (106) et un deuxième courant de pied liquide (104) ;
- introduction du deuxième courant de pied liquide (104) en reflux dans la deuxième colonne de fractionnement (40) ;
- refroidissement et condensation au moins partielle du deuxième courant de tête gazeux (106);
- détente du deuxième courant de tête partiellement condensé (108) et introduction dans la première colonne (28) ;

- introduction d'au moins une partie du premier courant de pied (68) dans la première colonne (28) et/ou dans la deuxième colonne de fractionnement (40) ;
caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes suivantes :
- séparation du courant d'alimentation (16) en la première fraction du courant d'alimentation (60) et en une deuxième fraction du courant d'alimentation (62) ;
- introduction d'au moins une partie de la deuxième fraction du courant d'alimentation (62) dans une deuxième turbine de détente dynamique (46) sans passer par le premier échangeur thermique (20) pour former une deuxième fraction détendue (80) ;
- refroidissement d'au moins une partie de la deuxième fraction détendue (80) par échange thermique avec au moins une partie du premier flux de tête (84) issu de la première colonne (28) ;
- formation d'un deuxième courant d'alimentation (82) de la première colonne (28) à
partir de la deuxième fraction détendue refroidie ; et - introduction du deuxième courant d'alimentation (82) dans la première colonne (28).
2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième fraction détendue (80) issue de la deuxième turbine de détente dynamique (46) est mise en relation d'échange thermique avec au moins une partie du deuxième courant de tête (106).
3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'au moins une partie de la première fraction détendue (72) issue de la première turbine (26) est refroidie par échange thermique avec au moins une partie du premier flux de tête (84), avant introduction dans la première colonne (28).
4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la deuxième fraction du courant d'alimentation (62) est refroidie et est partiellement condensée, la deuxième fraction refroidie et partiellement condensée (144) étant introduite dans un deuxième ballon séparateur (142), le troisième courant de tête (146) issu du deuxième ballon séparateur (142) étant introduit au moins partiellement dans la deuxième turbine de détente dynamique (46).
5.- Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le troisième courant de pied (148) issu du deuxième ballon séparateur (142) est détendu, et est réchauffé, , puis est introduit dans la première colonne (28) et/ou dans la deuxième colonne de fractionnement (40).
6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une fraction (164) issue du premier courant de pied (68) récupéré à partir du premier ballon séparateur (22) est introduite dans un courant liquide (152) formé à
partir de la deuxième fraction du courant d'alimentation (62).
7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- détente, réchauffement, et vaporisation partielle du premier courant de pied (68) issu du premier ballon séparateur (22) ;
- introduction du premier courant de pied (78) dans un ballon séparateur aval (172) pour former un quatrième courant de pied (178) et un quatrième courant de tête (176), le quatrième courant de tête (176) étant refroidi, puis étant introduit dans la première colonne (28) pour former un deuxième courant auxiliaire d'alimentation (179).
8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- introduction de la deuxième fraction détendue (80) issue de la deuxième turbine de détente dynamique (46) dans un ballon auxiliaire aval pour former un cinquième courant de tête gazeux et un cinquième courant de pied liquide ;
- refroidissement du cinquième courant de tête gazeux et introduction dans la première colonne (28) ;
- introduction du cinquième courant de pied liquide dans la première colonne (28) et/ou dans la deuxième colonne (40).
9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le premier courant de pied (68) issu du premier ballon séparateur (22) est réchauffé dans le premier échangeur thermique (20), avant d'être introduit dans la deuxième colonne de fractionnement (40).
10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- séparation du premier courant de tête (66) en une première fraction d'alimentation de turbine (70), convoyée jusqu'à la première turbine de détente dynamique (26), et en une fraction d'alimentation de colonne (120) qui est introduite dans le deuxième échangeur thermique (24) pour former un courant d'alimentation auxiliaire de colonne (124) ;
- introduction du courant d'alimentation auxiliaire de colonne (124) dans la première colonne (28).
11.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes :
- prélèvement, dans le premier flux de tête (84) d'une fraction secondaire de recompression (88) en amont du premier compresseur (30) ;
- passage de la fraction secondaire de recompression (88) dans un troisième compresseur (48) accouplé à la deuxième turbine de détente dynamique (46) ;
- introduction de la fraction secondaire de recompression comprimée issue du troisième compresseur (48) dans le premier flux de tête réchauffé en aval du premier compresseur (30).
12.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le deuxième compresseur (34) comprend un premier étage de compression, au moins un deuxième étage de compression et un réfrigérant interposé entre le premier étage de compression et le deuxième étage de compression, le procédé comprenant une étape de passage du premier flux de tête de colonne comprimé (90) issu du premier compresseur (30) successivement dans le premier étage de compression, dans le réfrigérant, puis dans le deuxième étage de compression.
13.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- introduction d'au moins une partie de la deuxième fraction détendue (80) issue de la deuxième turbine de détente dynamique (46) dans une colonne auxiliaire (186) ;
- récupération d'un troisième flux de pied (208) issu de la colonne auxiliaire, - formation du deuxième courant d'alimentation de colonne (82) à partir du troisième flux de pied (208) de la colonne auxiliaire (186).
14.- Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- séparation du courant d'alimentation (16) en la première fraction du courant d'alimentation (60), en la deuxième fraction du courant d'alimentation (62) et une troisième fraction du courant d'alimentation (192) ;
- refroidissement de la troisième fraction du courant d'alimentation (192) par échange thermique avec au moins une partie du premier flux de tête (84) issu de la première colonne (28), et - mélange de la troisième fraction du courant d'alimentation refroidie dans la première fraction du courant d'alimentation refroidie (64), avant passage dans le premier ballon séparateur (22).
15.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- passage du premier flux de tête (84) dans le premier échangeur thermique (20) ;
- prélèvement d'un courant de détente auxiliaire dans le premier flux de tête, après son passage dans le premier échangeur thermique (20) ;
- détente dynamique du courant de détente auxiliaire dans une turbine auxiliaire de détente dynamique ;
- introduction du courant détendu issu de la turbine auxiliaire de détente dynamique dans le premier flux de tête (84), avant son passage dans le premier échangeur thermique (20).
16.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- prélèvement d'un courant de recirculation (372) dans le premier flux de tête (84, 86, 90) ou dans un courant formé à partir du premier flux de tête ;
- détente et introduction du courant de recirculation détendu dans un courant circulant en amont de la première turbine de détente dynamique.
17.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'il comporte le pompage du premier flux de pied (92) et le réchauffage du premier flux de pied dans le premier échangeur thermique (20) avant son introduction dans la deuxième colonne de fractionnement (40).
18.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, dans lequel l'étape de refroidissement et condensation au moins partielle du deuxième flux de tête (98), est effectuée dans le premier échangeur thermique (20).
19.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, dans lequel l'étape de refroidissement et condensation au moins partielle du deuxième courant de tête gazeux (106) est effectuée dans le deuxième échangeur thermique (24).
20.- Procédé selon la revendication 2, dans lequel la deuxième fraction détendue (80) issue de la deuxième turbine de détente dynamique (46) est mise en relation d'échange thermique avec au moins une partie du deuxième courant de tête (106) dans le deuxième échangeur thermique (24).
21.- Procédé selon la revendication 3, dans lequel au moins une partie de la première fraction détendue (72) issue de la première turbine (26) est refroidie par échange thermique avec au moins une partie du premier flux de tête (84), dans le deuxième échangeur thermique (24), avant introduction dans la première colonne (28).
22.- Procédé selon la revendication 4, dans lequel la deuxième fraction du courant d'alimentation (62) est refroidie et est partiellement condensée dans le premier échangeur thermique (20).
23.- Procédé selon la revendication 5, dans lequel le troisième courant de pied (148) issu du deuxième ballon séparateur (142) est détendu, et est réchauffé, dans le premier échangeur thermique (20).
24 .- Procédé selon la revendication 7, dans lequel le quatrième courant de tête (176) est refroidi, dans le deuxième échangeur thermique (24).
25 .- Procédé selon la revendication 14, comprenant le refroidissement de la troisième fraction du courant d'alimentation (192) par échange thermique avec au moins une partie du premier flux de tête (84) issu de la première colonne (28) dans un échangeur thermique amont (182) distinct du deuxième échangeur thermique (24).
26.- Procédé selon la revendication 16, comprenant une étape de détente et introduction du courant de recirculation détendu dans un courant circulant en amont de la première turbine de détente dynamique, dans la première fraction du premier courant d'alimentation refroidi (64) ou dans la première fraction d'alimentation de turbine (70).
27.- Installation de production d'une coupe (14) riche en hydrocarbures en C3+
et d'un courant (12) riche en méthane, à partir d'un courant d'alimentation (16) contenant des hydrocarbures, l'installation comprenant :
- un premier échangeur thermique (20) pour refroidir et condenser partiellement une première fraction (60) du courant d'alimentation ;
- un premier ballon séparateur (22) et des moyens d'introduction de la première fraction refroidie (64) dans le premier ballon séparateur (22) pour former un premier courant de tête gazeux (66) et un premier courant de pied liquide (68) ;
- une première turbine de détente dynamique (26) et des moyens d'introduction d'au moins une partie du premier courant de tête (66) dans la première turbine de détente dynamique (26) ;

- une première colonne (28) ;
- des moyens de formation d'un premier courant d'alimentation (74) de la première colonne à partir de la première fraction détendue (72) issue de la première turbine de détente dynamique (26) et des moyens d'introduction du premier courant d'alimentation (74) dans la partie inférieure de la première colonne (28) pour récupérer un premier flux de tête (84) et un premier flux de pied (92) ;
- un deuxième échangeur thermique (24) pour réchauffer au moins une partie du premier flux de tête (84) ; et - un premier compresseur (30) attelé à la première turbine de détente dynamique (26) et un deuxième compresseur (34) pour comprimer le flux de tête réchauffé
(86) afin de former le courant riche en méthane (12) ;
- une deuxième colonne de fractionnement (40) et des moyens d'introduction d'au moins une partie du premier flux de pied dans la deuxième colonne de fractionnement (40) pour récupérer un deuxième flux de tête (98) et un deuxième flux de pied (100) ;
- des moyens de formation de la coupe riche en hydrocarbures en C3+ à partir du deuxième flux de pied (100) ;
- des moyens de refroidissement et de condensation au moins partielle du deuxième flux de tête (98) ;
- un ballon séparateur de tête (44) et des moyens d'introduction du deuxième flux de tête partiellement condensé (102) dans le ballon séparateur de tête (44) pour former un deuxième courant de tête gazeux (106) et un deuxième courant de pied liquide (104) ;
- des moyens d'introduction du deuxième courant de pied liquide (104) en reflux dans la deuxième colonne de fractionnement (40) ;
- des moyens de refroidissement et de condensation partielle du deuxième courant de tête (106);
- des moyens de détente du deuxième courant de tête partiellement condensé
(108) et des moyens d'introduction en reflux dans la première colonne (28) ;
- des moyens d'introduction d'au moins une partie du premier courant de pied (68) dans la première colonne (28) et/ou dans la deuxième colonne de fractionnement (40) ;
caractérisé en ce que l'installation comporte :
- des moyens de séparation du courant d'alimentation (16) en une première fraction du courant d'alimentation (60) et en une deuxième fraction du courant d'alimentation (62) ;
- une deuxième turbine de détente dynamique (46) et des moyens d'introduction d'au moins une partie de la deuxième fraction du courant d'alimentation (62) dans la deuxième turbine de détente dynamique (46) sans passer par le premier échangeur thermique (20) pour former une deuxième fraction détendue (80) ;

- des moyens de refroidissement d'au moins une partie de la deuxième fraction détendue (80) par échange thermique avec au moins une partie du premier flux de tête (84) issu de la première colonne (28) ;
- des moyens de formation d'un deuxième courant d'alimentation (82) de la première colonne (28) à partir de la deuxième fraction détendue refroidie ; et - des moyens d'introduction du deuxième courant d'alimentation (82) dans la première colonne (28).
28.- Installation selon la revendication 27, caractérisée en ce qu'elle comporte :
- une colonne auxiliaire (186) - des moyens d'introduction d'au moins une partie de la deuxième fraction détendue (80) issue de la deuxième turbine de détente dynamique (46) dans la colonne auxiliaire (186), pour récupérer un troisième flux de pied (208) issu de la colonne auxiliaire (186) ;
- des moyens de formation du deuxième courant d'alimentation de la première colonne (28) à partir du troisième flux de pied (208) issu de la colonne auxiliaire.
29.- Installation selon la revendication 27 ou 28, dans laquelle les moyens de refroidissement et de condensation au moins partielle du deuxième flux de tête (98), comprennent le premier échangeur thermique (20).
30.- Installation selon l'une quelconque des revendications 27 à 29, dans laquelle les moyens de refroidissement et de condensation partielle du deuxième courant de tête (106), sont dans le deuxième échangeur (24).
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