CA3119860A1 - Procede de traitement d'un flux de gaz d'alimentation et installation associee - Google Patents
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Abstract
Ce procédé comporte un refroidissement et une liquéfaction d'un flux de gaz d'alimentation (64), la séparation d'un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation et la récupération d'un flux de gaz traité (18) et d'un flux de liquides du gaz naturel (20). Le procédé comporte la compression du flux de gaz traité (18) pour former un flux de gaz traité comprimé, et le fractionnement du flux de liquides du gaz naturel (20) en une pluralité de coupes d'hydrocarbures (28, 30, 32, 33); Le procédé comporte le prélèvement, dans le flux de gaz traité comprimé (24), d'un courant de recyclage (36) et la réintroduction sans refroidissement du courant de recyclage (36) dans le flux de gaz d'alimentation (14), dans le flux de gaz d'alimentation refroidi, ou dans un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, en amont d'un organe de détente (50).
Description
Procédé de traitement d'un flux de gaz d'alimentation et installation associée La présente invention concerne un procédé de traitement d'un flux de gaz naturel comportant les étapes suivantes :
- fourniture d'un flux de gaz d'alimentation et convoyage du flux de gaz d'alimentation dans une unité d'extraction des liquides du gaz naturel ;
- dans l'unité d'extraction, refroidissement et avantageusement liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation, détente, dans un organe de détente, et séparation, dans une colonne de séparation, d'au moins un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi et récupération après séparation, d'un flux de gaz traité et d'un flux de liquides du gaz naturel ;
- compression du flux de gaz traité dans au moins un compresseur d'une unité
de compression pour former un flux de gaz traité comprimé ; et, - fractionnement, dans une unité de fractionnement, du flux de liquides du gaz naturel en une pluralité de coupes d'hydrocarbures.
Un tel procédé est destiné à l'extraction des liquides du gaz naturel dans un flux de gaz d'alimentation, puis au fractionnement sélectif au sein des liquides du gaz naturel de composants liquides légers, par exemple l'éthane, le propane, par rapport à
des composants liquides plus lourds, en particulier le butane, le pentane ou des hydrocarbures plus lourds.
Ce procédé est destiné à permettre à des unités dimensionnées pour une extraction d'un gaz d'alimentation pauvre en liquides du gaz naturel, de traiter simplement des compositions de gaz d'alimentation plus riches en liquides du gaz naturel en minimisant le surdimensionnement des unités de récupération et de fractionnement des liquides de gaz naturel et la consommation énergétique associée.
D'une manière générale, les unités de récupération de liquides de gaz naturel sont conçues et dimensionnées pour produire une quantité déterminée de ces liquides, en particulier des composants liquides légers contenus dans les liquides du gaz naturel, notamment l'éthane et le propane.
La quantité déterminée est définie pour répondre aux besoins de l'installation, par exemple en termes de réfrigérants nécessaires pour un train de liquéfaction ou est définie par l'alimentation d'un complexe produisant des oléfines en aval.
Lors de la conception, il est tenu compte dans une certaine mesure de la variabilité
de composition du gaz naturel d'alimentation. Généralement, l'unité est conçue et dimensionnée en se basant sur le gaz le plus pauvre pouvant y être traité, en tenant compte d'un taux d'extraction élevé des liquides du gaz naturel.
- fourniture d'un flux de gaz d'alimentation et convoyage du flux de gaz d'alimentation dans une unité d'extraction des liquides du gaz naturel ;
- dans l'unité d'extraction, refroidissement et avantageusement liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation, détente, dans un organe de détente, et séparation, dans une colonne de séparation, d'au moins un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi et récupération après séparation, d'un flux de gaz traité et d'un flux de liquides du gaz naturel ;
- compression du flux de gaz traité dans au moins un compresseur d'une unité
de compression pour former un flux de gaz traité comprimé ; et, - fractionnement, dans une unité de fractionnement, du flux de liquides du gaz naturel en une pluralité de coupes d'hydrocarbures.
Un tel procédé est destiné à l'extraction des liquides du gaz naturel dans un flux de gaz d'alimentation, puis au fractionnement sélectif au sein des liquides du gaz naturel de composants liquides légers, par exemple l'éthane, le propane, par rapport à
des composants liquides plus lourds, en particulier le butane, le pentane ou des hydrocarbures plus lourds.
Ce procédé est destiné à permettre à des unités dimensionnées pour une extraction d'un gaz d'alimentation pauvre en liquides du gaz naturel, de traiter simplement des compositions de gaz d'alimentation plus riches en liquides du gaz naturel en minimisant le surdimensionnement des unités de récupération et de fractionnement des liquides de gaz naturel et la consommation énergétique associée.
D'une manière générale, les unités de récupération de liquides de gaz naturel sont conçues et dimensionnées pour produire une quantité déterminée de ces liquides, en particulier des composants liquides légers contenus dans les liquides du gaz naturel, notamment l'éthane et le propane.
La quantité déterminée est définie pour répondre aux besoins de l'installation, par exemple en termes de réfrigérants nécessaires pour un train de liquéfaction ou est définie par l'alimentation d'un complexe produisant des oléfines en aval.
Lors de la conception, il est tenu compte dans une certaine mesure de la variabilité
de composition du gaz naturel d'alimentation. Généralement, l'unité est conçue et dimensionnée en se basant sur le gaz le plus pauvre pouvant y être traité, en tenant compte d'un taux d'extraction élevé des liquides du gaz naturel.
2 Ceci ne donne pas entière satisfaction, notamment pour accepter des compositions de gaz d'alimentation plus riches en liquides du gaz naturel. En effet, pour ces compositions de gaz d'alimentation plus riches, une extraction importante de composés lourds de liquides du gaz naturel est subie, afin d'atteindre le taux d'extraction requis pour les composés les plus légers. L'extraction de ces composés lourds de liquides du gaz naturel n'est pas forcément souhaitée. Cela implique deux conséquences non satisfaisantes.
D'une part, le taux d'extraction important de liquides de gaz naturel pour une composition d'entrée riche doit être pris en compte pour dimensionner les équipements de récupération et de fractionnement des liquides du gaz naturel.
Ceci n'est pas satisfaisant, car la taille de l'unité de fractionnement comme celle de la boîte froide augmente notablement, ce qui augmente les coûts d'investissement et les coûts d'opération, notamment lorsque le gaz naturel de départ est pauvre en liquides du gaz naturel.
D'autre part, lorsque certains de ces liquides de gaz naturel ne sont pas désirés, il est nécessaire de prévoir une unité de réinjection des liquides du gaz naturel, comme décrit dans US9423175. La réinjection engendre des coûts d'investissement et des coûts d'exploitation supplémentaires.
Un but de l'invention est donc d'obtenir un procédé de traitement d'un gaz d'alimentation qui permette l'extraction des liquides du gaz naturel contenus dans le gaz d'alimentation à des teneurs très variables et qui favorise l'extraction des composés légers du gaz naturel par rapport aux composés plus lourds qui peuvent ne pas être désirés, tout en présentant des coûts d'investissement et d'exploitation faibles.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé
par les étapes suivantes :
- prélèvement, dans le flux de gaz traité comprimé, d'un courant de recyclage ; et, - réintroduction sans refroidissement du courant de recyclage dans le flux de gaz d'alimentation en amont de l'unité d'extraction, dans le flux de gaz d'alimentation refroidi, ou dans un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, en amont de l'organe de détente.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniquement possibles :
- réglage du débit du courant de recyclage réintroduit en fonction de la teneur en liquides du gaz naturel dans le flux de gaz d'alimentation ;
D'une part, le taux d'extraction important de liquides de gaz naturel pour une composition d'entrée riche doit être pris en compte pour dimensionner les équipements de récupération et de fractionnement des liquides du gaz naturel.
Ceci n'est pas satisfaisant, car la taille de l'unité de fractionnement comme celle de la boîte froide augmente notablement, ce qui augmente les coûts d'investissement et les coûts d'opération, notamment lorsque le gaz naturel de départ est pauvre en liquides du gaz naturel.
D'autre part, lorsque certains de ces liquides de gaz naturel ne sont pas désirés, il est nécessaire de prévoir une unité de réinjection des liquides du gaz naturel, comme décrit dans US9423175. La réinjection engendre des coûts d'investissement et des coûts d'exploitation supplémentaires.
Un but de l'invention est donc d'obtenir un procédé de traitement d'un gaz d'alimentation qui permette l'extraction des liquides du gaz naturel contenus dans le gaz d'alimentation à des teneurs très variables et qui favorise l'extraction des composés légers du gaz naturel par rapport aux composés plus lourds qui peuvent ne pas être désirés, tout en présentant des coûts d'investissement et d'exploitation faibles.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé
par les étapes suivantes :
- prélèvement, dans le flux de gaz traité comprimé, d'un courant de recyclage ; et, - réintroduction sans refroidissement du courant de recyclage dans le flux de gaz d'alimentation en amont de l'unité d'extraction, dans le flux de gaz d'alimentation refroidi, ou dans un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, en amont de l'organe de détente.
Le procédé selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniquement possibles :
- réglage du débit du courant de recyclage réintroduit en fonction de la teneur en liquides du gaz naturel dans le flux de gaz d'alimentation ;
3 - le débit molaire du courant de recyclage réintroduit est supérieur à 10% du débit molaire du flux de gaz d'alimentation avant la réintroduction du courant de recyclage, le débit molaire du courant de recyclage réintroduit étant avantageusement compris entre 30% et 400% du débit molaire du flux de gaz d'alimentation avant la réintroduction du courant de recyclage ;
- la teneur en hydrocarbures en 02+ du flux de gaz d'alimentation après réintroduction du courant de recyclage est inférieure d'au moins 20% à la teneur en hydrocarbures en 02+ du flux de gaz d'alimentation avant la réintroduction du courant de recyclage ;
- le débit molaire du flux de liquides du gaz naturel introduit dans l'unité
de fractionnement est inférieur à 20% du débit molaire du flux de gaz d'alimentation, après réintroduction du courant de recyclage ;
- le courant de recyclage est introduit sans refroidissement dans le flux de gaz d'alimentation en amont de l'unité d'extraction ;
- le refroidissement et avantageusement la liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation comporte l'introduction du flux de gaz d'alimentation dans un échangeur thermique amont, le refroidissement et avantageusement la liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation dans l'échangeur thermique amont, le courant de recyclage étant avantageusement réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation en amont de l'échangeur thermique amont ;
- le passage du flux de gaz traité dans l'échangeur thermique amont, avant compression dans le compresseur ;
- le refroidissement du flux de gaz d'alimentation produit la liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation, le flux de gaz d'alimentation refroidi et au moins partiellement liquéfié obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation, avantageusement complété par le courant de recyclage, étant introduit dans un ballon séparateur pour produire un flux de tête gazeux et un flux de pied liquide, au moins une fraction issue du flux de tête gazeux et au moins une fraction issue du flux de pied liquide étant introduites après détente dans la colonne de séparation, la colonne de séparation produisant en tête, le flux de gaz traité et en pied, le flux de liquides du gaz naturel ;
- il comporte la détente d'au moins une fraction du flux de tête gazeux dans l'organe de détente, l'organe de détente étant une turbine de détente dynamique pour former une fraction détendue dynamiquement, puis l'introduction de la fraction détendue dynamiquement dans la colonne de séparation ;
- le fractionnement comporte la séparation du flux de liquides de gaz naturel dans au moins une colonne de distillation en au moins une coupe légère et une coupe lourde,
- la teneur en hydrocarbures en 02+ du flux de gaz d'alimentation après réintroduction du courant de recyclage est inférieure d'au moins 20% à la teneur en hydrocarbures en 02+ du flux de gaz d'alimentation avant la réintroduction du courant de recyclage ;
- le débit molaire du flux de liquides du gaz naturel introduit dans l'unité
de fractionnement est inférieur à 20% du débit molaire du flux de gaz d'alimentation, après réintroduction du courant de recyclage ;
- le courant de recyclage est introduit sans refroidissement dans le flux de gaz d'alimentation en amont de l'unité d'extraction ;
- le refroidissement et avantageusement la liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation comporte l'introduction du flux de gaz d'alimentation dans un échangeur thermique amont, le refroidissement et avantageusement la liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation dans l'échangeur thermique amont, le courant de recyclage étant avantageusement réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation en amont de l'échangeur thermique amont ;
- le passage du flux de gaz traité dans l'échangeur thermique amont, avant compression dans le compresseur ;
- le refroidissement du flux de gaz d'alimentation produit la liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation, le flux de gaz d'alimentation refroidi et au moins partiellement liquéfié obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation, avantageusement complété par le courant de recyclage, étant introduit dans un ballon séparateur pour produire un flux de tête gazeux et un flux de pied liquide, au moins une fraction issue du flux de tête gazeux et au moins une fraction issue du flux de pied liquide étant introduites après détente dans la colonne de séparation, la colonne de séparation produisant en tête, le flux de gaz traité et en pied, le flux de liquides du gaz naturel ;
- il comporte la détente d'au moins une fraction du flux de tête gazeux dans l'organe de détente, l'organe de détente étant une turbine de détente dynamique pour former une fraction détendue dynamiquement, puis l'introduction de la fraction détendue dynamiquement dans la colonne de séparation ;
- le fractionnement comporte la séparation du flux de liquides de gaz naturel dans au moins une colonne de distillation en au moins une coupe légère et une coupe lourde,
4 avantageusement en une coupe riche en hydrocarbures en 02, en une coupe riche en hydrocarbures en 03, en une coupe riche en hydrocarbures en 04 et en une coupe riche en hydrocarbures 05+;
- le courant de recyclage est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation avant séparation du flux de gaz d'alimentation ;
- le courant de recyclage est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation en amont de l'unité d'extraction et en aval d'une étape de purification et de séchage ;
- le courant de recyclage est réintroduit sous forme exclusivement gazeuse dans le flux de gaz d'alimentation ;
- l'organe de détente est une turbine de détente dynamique ou une vanne de détente statique ;
- le flux de gaz traité comprimé résiduel après prélèvement du courant de recyclage est convoyé vers un réseau de distribution ou/et vers un train de liquéfaction.
L'invention a également pour objet une installation de traitement d'un gaz d'alimentation comportant :
- une unité d'extraction de liquides du gaz naturel, - un ensemble de fourniture d'un flux de gaz d'alimentation et de convoyage du flux de gaz d'alimentation dans l'unité d'extraction des liquides du gaz naturel ;
l'unité d'extraction comprenant :
* un ensemble de refroidissement et avantageusement de liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation propre à produire un flux d'alimentation refroidi ;
* un organe de détente et un ensemble de séparation d'au moins un flux obtenu à
partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, comportant une colonne de séparation, l'ensemble de séparation étant propre à produire un flux de gaz traité et un flux de liquides du gaz naturel ;
- une unité de compression comprenant au moins un compresseur du flux de gaz traité propre à former un flux de gaz traité comprimé ;
- une unité de fractionnement du flux de liquides du gaz naturel en une pluralité de coupes d'hydrocarbures;
caractérisé par:
- un ensemble de prélèvement, dans le flux de gaz traité comprimé, d'un courant de recyclage;
- un ensemble de réintroduction sans refroidissement du courant de recyclage dans le flux de gaz d'alimentation en amont de l'unité d'extraction, dans le flux de gaz d'alimentation refroidi ou dans un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, en amont de l'organe de détente.
L'installation selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniquement possibles :
- l'ensemble de réintroduction est propre à introduire sans refroidissement le
- le courant de recyclage est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation avant séparation du flux de gaz d'alimentation ;
- le courant de recyclage est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation en amont de l'unité d'extraction et en aval d'une étape de purification et de séchage ;
- le courant de recyclage est réintroduit sous forme exclusivement gazeuse dans le flux de gaz d'alimentation ;
- l'organe de détente est une turbine de détente dynamique ou une vanne de détente statique ;
- le flux de gaz traité comprimé résiduel après prélèvement du courant de recyclage est convoyé vers un réseau de distribution ou/et vers un train de liquéfaction.
L'invention a également pour objet une installation de traitement d'un gaz d'alimentation comportant :
- une unité d'extraction de liquides du gaz naturel, - un ensemble de fourniture d'un flux de gaz d'alimentation et de convoyage du flux de gaz d'alimentation dans l'unité d'extraction des liquides du gaz naturel ;
l'unité d'extraction comprenant :
* un ensemble de refroidissement et avantageusement de liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation propre à produire un flux d'alimentation refroidi ;
* un organe de détente et un ensemble de séparation d'au moins un flux obtenu à
partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, comportant une colonne de séparation, l'ensemble de séparation étant propre à produire un flux de gaz traité et un flux de liquides du gaz naturel ;
- une unité de compression comprenant au moins un compresseur du flux de gaz traité propre à former un flux de gaz traité comprimé ;
- une unité de fractionnement du flux de liquides du gaz naturel en une pluralité de coupes d'hydrocarbures;
caractérisé par:
- un ensemble de prélèvement, dans le flux de gaz traité comprimé, d'un courant de recyclage;
- un ensemble de réintroduction sans refroidissement du courant de recyclage dans le flux de gaz d'alimentation en amont de l'unité d'extraction, dans le flux de gaz d'alimentation refroidi ou dans un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, en amont de l'organe de détente.
L'installation selon l'invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniquement possibles :
- l'ensemble de réintroduction est propre à introduire sans refroidissement le
5 courant de recyclage dans le flux de gaz d'alimentation en amont de l'unité d'extraction :
- l'ensemble de refroidissement comporte un échangeur thermique amont, pour refroidir et avantageusement liquéfier au moins partiellement le flux de gaz d'alimentation, l'ensemble de réintroduction introduisant avantageusement le courant de recyclage dans le flux de gaz d'alimentation en amont de l'échangeur thermique amont et, - l'ensemble de refroidissement est propre à produire un flux de gaz d'alimentation au moins partiellement liquéfié à partir du flux de gaz d'alimentation avantageusement complété par le courant de recyclage, l'ensemble de séparation comportant :
- un ballon séparateur recevant le flux de gaz d'alimentation refroidi et au moins partiellement liquéfié obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation complété
par le courant de recyclage pour produire un flux de tête gazeux et un flux de pied liquide, - un ensemble de détente du flux de tête gazeux et du flux de pied liquide comprenant l'organe de détente;
- la colonne de séparation raccordée à l'ensemble de détente produisant en tête, le flux de gaz traité et en pied, le flux de liquides du gaz naturel ;
- elle comporte des équipements de convoyage du flux de gaz traité comprimé
résiduel après prélèvement du courant de recyclage vers un réseau de distribution ou/et vers un train de liquéfaction.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'une installation destinée à la mise en oeuvre d'un premier procédé selon l'invention, lors de l'utilisation avec un flux de gaz d'alimentation riche en liquides du gaz naturel ;
- la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 de l'installation lors de l'utilisation avec un flux de gaz d'alimentation pauvre en liquides du gaz naturel ;
- la figure 3 est un exemple d'unité de récupération des liquides du gaz naturel pouvant être prévue dans l'installation de la figure 1.
Dans tout ce qui suit, une même référence désigne un courant circulant dans une conduite et la conduite qui transporte ce courant. Par ailleurs, sauf indication contraire, les pourcentages sont des pourcentages molaires et les pressions s'entendent en bars relatifs.
- l'ensemble de refroidissement comporte un échangeur thermique amont, pour refroidir et avantageusement liquéfier au moins partiellement le flux de gaz d'alimentation, l'ensemble de réintroduction introduisant avantageusement le courant de recyclage dans le flux de gaz d'alimentation en amont de l'échangeur thermique amont et, - l'ensemble de refroidissement est propre à produire un flux de gaz d'alimentation au moins partiellement liquéfié à partir du flux de gaz d'alimentation avantageusement complété par le courant de recyclage, l'ensemble de séparation comportant :
- un ballon séparateur recevant le flux de gaz d'alimentation refroidi et au moins partiellement liquéfié obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation complété
par le courant de recyclage pour produire un flux de tête gazeux et un flux de pied liquide, - un ensemble de détente du flux de tête gazeux et du flux de pied liquide comprenant l'organe de détente;
- la colonne de séparation raccordée à l'ensemble de détente produisant en tête, le flux de gaz traité et en pied, le flux de liquides du gaz naturel ;
- elle comporte des équipements de convoyage du flux de gaz traité comprimé
résiduel après prélèvement du courant de recyclage vers un réseau de distribution ou/et vers un train de liquéfaction.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'une installation destinée à la mise en oeuvre d'un premier procédé selon l'invention, lors de l'utilisation avec un flux de gaz d'alimentation riche en liquides du gaz naturel ;
- la figure 2 est une vue analogue à la figure 1 de l'installation lors de l'utilisation avec un flux de gaz d'alimentation pauvre en liquides du gaz naturel ;
- la figure 3 est un exemple d'unité de récupération des liquides du gaz naturel pouvant être prévue dans l'installation de la figure 1.
Dans tout ce qui suit, une même référence désigne un courant circulant dans une conduite et la conduite qui transporte ce courant. Par ailleurs, sauf indication contraire, les pourcentages sont des pourcentages molaires et les pressions s'entendent en bars relatifs.
6 Une première installation 10 de traitement d'un gaz d'alimentation, destinée à
la mise en oeuvre d'un premier procédé selon l'invention, est illustrée sur la figure 1.
L'installation 10 comporte un ensemble 12 de fourniture et de convoyage d'un flux de gaz d'alimentation 14, et une unité 16 d'extraction des liquides du gaz naturel, propre à
produire, à partir du flux de gaz d'alimentation 14, un flux 18 de gaz traité, et un flux 20 de liquides du gaz naturel.
L'installation 10 comporte en outre une unité de compression 22, propre à
former un flux 24 de gaz traité comprimé à partir du flux de gaz traité 18, et une unité de fractionnement 26 propre à former des coupes d'hydrocarbures 28, 30, 32, 33 à
partir du flux de liquides du gaz naturel 20.
Selon l'invention, l'installation 10 comporte en outre un ensemble 34 de prélèvement, dans le flux de gaz traité comprimé 24, d'un courant de recyclage 36, et un ensemble 38 de réintroduction du courant de recyclage 36 dans le flux d'alimentation 14, en amont de l'unité d'extraction des liquides du gaz naturel 16.
L'ensemble 12 de fourniture et de convoyage comporte au moins une source de gaz d'alimentation 14, et au moins une conduite de convoyage du gaz d'alimentation 14 vers l'unité d'extraction 16.
Un exemple non limitatif d'unité d'extraction 16 est une unité de type Gas Subcooled Process ou GSP , tel qu'illustrée sur la figure 3.
Elle comporte dans ce cas un échangeur thermique amont 40 destiné à refroidir et avantageusement à liquéfier au moins partiellement le flux de gaz d'alimentation 14 ayant reçu le courant de recyclage 36, un ballon séparateur 42 propre à produire un flux de tête gazeux 44 et un flux de pied 46 liquide.
L'unité d'extraction 16 comporte en outre une colonne de séparation 48, munie d'un rebouilleur de fond et d'un échangeur thermique de tête 51, un organe de détente ici formé par une turbine de détente dynamique 50 propre à détendre au moins une partie du flux de tête gazeux 44, avant son introduction dans la colonne de séparation 48, avantageusement une première vanne de détente statique 51A propre à détendre au moins une autre partie du flux de tête gazeux 44 et une vanne de détente statique 52, pour détendre au moins une partie du flux de pied liquide 46, avant son introduction dans la colonne de séparation 48.
L'unité de compression 22 comporte un compresseur 53 accouplé à la turbine de détente dynamique 50 et au moins un compresseur 54, avantageusement associé à
un refroidisseur 56. Elle comporte avantageusement, entre le compresseur 53 et le compresseur 54, un séparateur de liquide 58.
la mise en oeuvre d'un premier procédé selon l'invention, est illustrée sur la figure 1.
L'installation 10 comporte un ensemble 12 de fourniture et de convoyage d'un flux de gaz d'alimentation 14, et une unité 16 d'extraction des liquides du gaz naturel, propre à
produire, à partir du flux de gaz d'alimentation 14, un flux 18 de gaz traité, et un flux 20 de liquides du gaz naturel.
L'installation 10 comporte en outre une unité de compression 22, propre à
former un flux 24 de gaz traité comprimé à partir du flux de gaz traité 18, et une unité de fractionnement 26 propre à former des coupes d'hydrocarbures 28, 30, 32, 33 à
partir du flux de liquides du gaz naturel 20.
Selon l'invention, l'installation 10 comporte en outre un ensemble 34 de prélèvement, dans le flux de gaz traité comprimé 24, d'un courant de recyclage 36, et un ensemble 38 de réintroduction du courant de recyclage 36 dans le flux d'alimentation 14, en amont de l'unité d'extraction des liquides du gaz naturel 16.
L'ensemble 12 de fourniture et de convoyage comporte au moins une source de gaz d'alimentation 14, et au moins une conduite de convoyage du gaz d'alimentation 14 vers l'unité d'extraction 16.
Un exemple non limitatif d'unité d'extraction 16 est une unité de type Gas Subcooled Process ou GSP , tel qu'illustrée sur la figure 3.
Elle comporte dans ce cas un échangeur thermique amont 40 destiné à refroidir et avantageusement à liquéfier au moins partiellement le flux de gaz d'alimentation 14 ayant reçu le courant de recyclage 36, un ballon séparateur 42 propre à produire un flux de tête gazeux 44 et un flux de pied 46 liquide.
L'unité d'extraction 16 comporte en outre une colonne de séparation 48, munie d'un rebouilleur de fond et d'un échangeur thermique de tête 51, un organe de détente ici formé par une turbine de détente dynamique 50 propre à détendre au moins une partie du flux de tête gazeux 44, avant son introduction dans la colonne de séparation 48, avantageusement une première vanne de détente statique 51A propre à détendre au moins une autre partie du flux de tête gazeux 44 et une vanne de détente statique 52, pour détendre au moins une partie du flux de pied liquide 46, avant son introduction dans la colonne de séparation 48.
L'unité de compression 22 comporte un compresseur 53 accouplé à la turbine de détente dynamique 50 et au moins un compresseur 54, avantageusement associé à
un refroidisseur 56. Elle comporte avantageusement, entre le compresseur 53 et le compresseur 54, un séparateur de liquide 58.
7 L'unité de fractionnement 26 comporte au moins une colonne de distillation 60, avantageusement munie d'un reflux.
L'ensemble de prélèvement 34 comporte par exemple un piquage réalisé dans la conduite convoyant le flux de gaz traité comprimé 24 en aval du refroidisseur 56 et une conduite de recirculation du courant de recyclage 36, munie d'une vanne de régulation de débit 62.
L'ensemble de réintroduction 38 comporte avantageusement un piquage réalisé
dans la conduite convoyant le flux de gaz d'alimentation 14.
La mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention dans l'installation 10 va maintenant être décrite.
Initialement, un flux de gaz d'alimentation 14 est fourni. Le gaz d'alimentation contient des hydrocarbures et est par exemple formé de gaz naturel.
Il comporte avantageusement entre 75 % molaire et 99 % molaire de méthane.
Lorsque le gaz d'alimentation est riche en liquides du gaz naturel, il comporte avantageusement entre 3 % molaire et 10 % molaire d'hydrocarbures en 02, entre 1%
molaire et 8 % molaire d'hydrocarbures en 03, et entre 0,1 % molaire et 8 %
molaire d'hydrocarbures en 04+.Au contraire, lorsque le gaz d'alimentation est pauvre en liquides du gaz naturel, la composition en 02+ est significativement réduite, avantageusement entre 10 % et 80 % pour chacun des composés hydrocarbures en 02, 03 et 04+ par rapport à la teneur molaire de la composition riche indiquée ci-dessus.
Par hydrocarbures en On , on entend des composés hydrocarbures constitués de carbone et d'hydrogène et comportant un nombre d'atomes de carbone égal à
n. Par exemple, le terme hydrocarbures en 02 comprend l'éthane, l'éthylène et l'acétylène.
Par hydrocarbures en Cn+ , on entend des composés hydrocarbures constitués de carbone et d'hydrogène et comportant un nombre d'atomes de carbone supérieur ou égal à n.
La pression du flux de gaz d'alimentation 14 est généralement supérieure à 40 bars et est notamment comprise entre 50 bars et 75 bars.
Le flux de gaz d'alimentation 14 est avantageusement purifié pour éliminer les impuretés, notamment les composés soufrés tels que les mercaptans et est séché
pour éliminer l'eau. La teneur molaire en CO2 est abaissée de façon à éviter la cristallisation du dioxyde de carbone, cette teneur étant généralement inférieure à 1 % mol.
La teneur massique en composés soufrés est également abaissée de préférence en dessous de 10 ppm pour le sulfure d'hydrogène et généralement en dessous de 30 ppm pour les composés soufrés de type mercaptan. Enfin, la teneur molaire en eau est abaissée pour éviter la formation d'hydrate ou de glace, généralement inférieure à 10 ppm.
L'ensemble de prélèvement 34 comporte par exemple un piquage réalisé dans la conduite convoyant le flux de gaz traité comprimé 24 en aval du refroidisseur 56 et une conduite de recirculation du courant de recyclage 36, munie d'une vanne de régulation de débit 62.
L'ensemble de réintroduction 38 comporte avantageusement un piquage réalisé
dans la conduite convoyant le flux de gaz d'alimentation 14.
La mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention dans l'installation 10 va maintenant être décrite.
Initialement, un flux de gaz d'alimentation 14 est fourni. Le gaz d'alimentation contient des hydrocarbures et est par exemple formé de gaz naturel.
Il comporte avantageusement entre 75 % molaire et 99 % molaire de méthane.
Lorsque le gaz d'alimentation est riche en liquides du gaz naturel, il comporte avantageusement entre 3 % molaire et 10 % molaire d'hydrocarbures en 02, entre 1%
molaire et 8 % molaire d'hydrocarbures en 03, et entre 0,1 % molaire et 8 %
molaire d'hydrocarbures en 04+.Au contraire, lorsque le gaz d'alimentation est pauvre en liquides du gaz naturel, la composition en 02+ est significativement réduite, avantageusement entre 10 % et 80 % pour chacun des composés hydrocarbures en 02, 03 et 04+ par rapport à la teneur molaire de la composition riche indiquée ci-dessus.
Par hydrocarbures en On , on entend des composés hydrocarbures constitués de carbone et d'hydrogène et comportant un nombre d'atomes de carbone égal à
n. Par exemple, le terme hydrocarbures en 02 comprend l'éthane, l'éthylène et l'acétylène.
Par hydrocarbures en Cn+ , on entend des composés hydrocarbures constitués de carbone et d'hydrogène et comportant un nombre d'atomes de carbone supérieur ou égal à n.
La pression du flux de gaz d'alimentation 14 est généralement supérieure à 40 bars et est notamment comprise entre 50 bars et 75 bars.
Le flux de gaz d'alimentation 14 est avantageusement purifié pour éliminer les impuretés, notamment les composés soufrés tels que les mercaptans et est séché
pour éliminer l'eau. La teneur molaire en CO2 est abaissée de façon à éviter la cristallisation du dioxyde de carbone, cette teneur étant généralement inférieure à 1 % mol.
La teneur massique en composés soufrés est également abaissée de préférence en dessous de 10 ppm pour le sulfure d'hydrogène et généralement en dessous de 30 ppm pour les composés soufrés de type mercaptan. Enfin, la teneur molaire en eau est abaissée pour éviter la formation d'hydrate ou de glace, généralement inférieure à 10 ppm.
8 Le flux de gaz d'alimentation 14 est alors complété par le courant de recirculation 36, comme on le décrira plus bas, pour former un flux de gaz d'alimentation complété 64.
Le flux 64 est alors convoyé jusqu'à l'unité d'extraction 16 des liquides du gaz naturel.
Dans cette unité, il est refroidi et avantageusement au moins partiellement liquéfié, détendu et séparé pour produire un flux de gaz traité 18 et un flux de liquides du gaz naturel 20.
Le flux de liquides du gaz naturel 20 est introduit dans l'unité de fractionnement 26 pour être séparé en plusieurs coupes d'hydrocarbures 28, 30, 32, 33.
Dans l'exemple représenté sur la figure 2, dans l'unité de fractionnement 26 produit au moins une coupe 28 d'hydrocarbures en 02, contenant plus de 90 %
molaire d'hydrocarbures en 02, une coupe 30 d'hydrocarbures en 03, contenant plus de 90%
molaire d'hydrocarbures en 03, une coupe 32 d'hydrocarbures en 04 contenant plus de 90% molaire d'hydrocarbures en 04 et une coupe 33 d'hydrocarbures en 05+.
Le flux de gaz traité 18 comporte généralement moins de 30 % molaire des hydrocarbures en 02+ contenus dans le flux de gaz d'alimentation complété 64.
Il présente une teneur molaire en hydrocarbures en 02+ généralement inférieure à
5 %.
Il comporte généralement plus de 90 % molaire du méthane contenu dans le flux de gaz d'alimentation complété 64.
Le flux de gaz traité 18 est alors introduit dans l'unité de compression 22 pour produire un flux de gaz comprimé 24.
La pression du flux de gaz comprimé 24 est supérieure à la pression du flux de gaz d'alimentation 14. Elle est notamment comprise entre 50 bars et 100 bars Selon l'invention, lorsque le gaz d'alimentation est riche en liquides du gaz naturel, un courant de recyclage 36 est prélevé dans le flux de gaz comprimé 24 en aval de l'unité
de compression 22.
Le courant de recyclage 36 présente ici sensiblement la même composition que le flux de gaz traité 18 et que le flux de gaz comprimé 24.
Le courant de recyclage 36 présente ainsi une teneur en hydrocarbures en 02+
inférieure à 5 % molaire.
Le courant de recyclage 36 est prélevé sans détente dans le flux de gaz comprimé
24.
Le courant de recyclage 36 est ensuite passé à travers la vanne de régulation de débit 62 pour ajuster son débit. Il est ensuite réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation 14, en amont de l'unité d'extraction 16.
Le flux 64 est alors convoyé jusqu'à l'unité d'extraction 16 des liquides du gaz naturel.
Dans cette unité, il est refroidi et avantageusement au moins partiellement liquéfié, détendu et séparé pour produire un flux de gaz traité 18 et un flux de liquides du gaz naturel 20.
Le flux de liquides du gaz naturel 20 est introduit dans l'unité de fractionnement 26 pour être séparé en plusieurs coupes d'hydrocarbures 28, 30, 32, 33.
Dans l'exemple représenté sur la figure 2, dans l'unité de fractionnement 26 produit au moins une coupe 28 d'hydrocarbures en 02, contenant plus de 90 %
molaire d'hydrocarbures en 02, une coupe 30 d'hydrocarbures en 03, contenant plus de 90%
molaire d'hydrocarbures en 03, une coupe 32 d'hydrocarbures en 04 contenant plus de 90% molaire d'hydrocarbures en 04 et une coupe 33 d'hydrocarbures en 05+.
Le flux de gaz traité 18 comporte généralement moins de 30 % molaire des hydrocarbures en 02+ contenus dans le flux de gaz d'alimentation complété 64.
Il présente une teneur molaire en hydrocarbures en 02+ généralement inférieure à
5 %.
Il comporte généralement plus de 90 % molaire du méthane contenu dans le flux de gaz d'alimentation complété 64.
Le flux de gaz traité 18 est alors introduit dans l'unité de compression 22 pour produire un flux de gaz comprimé 24.
La pression du flux de gaz comprimé 24 est supérieure à la pression du flux de gaz d'alimentation 14. Elle est notamment comprise entre 50 bars et 100 bars Selon l'invention, lorsque le gaz d'alimentation est riche en liquides du gaz naturel, un courant de recyclage 36 est prélevé dans le flux de gaz comprimé 24 en aval de l'unité
de compression 22.
Le courant de recyclage 36 présente ici sensiblement la même composition que le flux de gaz traité 18 et que le flux de gaz comprimé 24.
Le courant de recyclage 36 présente ainsi une teneur en hydrocarbures en 02+
inférieure à 5 % molaire.
Le courant de recyclage 36 est prélevé sans détente dans le flux de gaz comprimé
24.
Le courant de recyclage 36 est ensuite passé à travers la vanne de régulation de débit 62 pour ajuster son débit. Il est ensuite réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation 14, en amont de l'unité d'extraction 16.
9 Le débit du courant de recyclage 36 réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation est réglé en fonction de la teneur en liquides du gaz naturel dans le flux de gaz d'alimentation 14 par l'intermédiaire de la vanne de régulation 62.
Le débit molaire du courant de recyclage 36 est inférieur à 90 % du débit molaire du flux de gaz traité comprimé 24, avant le prélèvement du courant de recyclage 36 et est notamment compris entre 25 % et 80 % du débit molaire du flux de gaz traité
comprimé
24, avant le prélèvement du courant de recyclage 36.
Avantageusement, le débit du courant de recyclage 36 réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation 14 est supérieur à 10% molaire du débit du flux de gaz d'alimentation 14 avant la réintroduction du courant de recyclage 36, et est notamment compris entre 30% molaire et 400 % molaire du débit du flux de gaz d'alimentation 14 avant la réintroduction du courant de recyclage 36.
Le courant de recyclage 36 est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation 14, sans refroidissement entre son point de prélèvement dans le flux de gaz comprimé 24 et son point de réintroduction dans le flux de gaz d'alimentation 14.
La teneur en hydrocarbures en 02+ du flux de gaz d'alimentation 64 après la réintroduction du courant de recyclage 36 est inférieure d'au moins 25 % à la teneur en hydrocarbures en 02+ du flux de gaz d'alimentation 14 avant la réintroduction du courant de recyclage 36.
Le flux de gaz d'alimentation 64 complété par le courant de recyclage 36 est alors introduit dans l'unité d'extraction 16, comme décrit précédemment.
Dans l'exemple particulier représenté sur la figure 3, le courant de recyclage est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation 14, en amont de l'échangeur thermique amont 40, pour constituer le flux de gaz alimentation 64 complété.
Le flux de gaz alimentation complété 64 est introduit dans l'échangeur thermique amont 40 pour y être refroidi et avantageusement au moins partiellement liquéfié pour former un flux de gaz d'alimentation 66 refroidi.
Avantageusement, la température du flux 66 est inférieure à -10 C et est notamment comprise entre -20 C et -50 C.
La teneur molaire en liquide dans le flux 66 est généralement comprise entre 0%
et 10%.
Le flux 66 est ensuite introduit dans le ballon séparateur 42 pour y être séparé en le flux de tête gazeux 44 et le flux de pied liquide 46.
Une première fraction 67A du flux de tête 44 est introduite dans la turbine de détente dynamique 50 pour y être détendue dynamiquement et former une première fraction de flux de tête détendue 68A.
La pression de la première fraction 68A est par exemple inférieure à 50 bars et est notamment comprise entre 20 bars et 40 bars.
La première fraction détendue 68A est ensuite introduite dans la colonne de séparation 48, ici à un premier niveau intermédiaire Ni.
5 Avantageusement, une deuxième fraction 67B du flux de tête 44 est introduite successivement dans l'échangeur thermique de tête 51 pour y être refroidie, puis dans la vanne de détente statique 51A pour y être détendue et former une deuxième fraction de flux de tête détendu 68B.
La pression de la deuxième fraction 68B est par exemple inférieure à 50 bars et
Le débit molaire du courant de recyclage 36 est inférieur à 90 % du débit molaire du flux de gaz traité comprimé 24, avant le prélèvement du courant de recyclage 36 et est notamment compris entre 25 % et 80 % du débit molaire du flux de gaz traité
comprimé
24, avant le prélèvement du courant de recyclage 36.
Avantageusement, le débit du courant de recyclage 36 réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation 14 est supérieur à 10% molaire du débit du flux de gaz d'alimentation 14 avant la réintroduction du courant de recyclage 36, et est notamment compris entre 30% molaire et 400 % molaire du débit du flux de gaz d'alimentation 14 avant la réintroduction du courant de recyclage 36.
Le courant de recyclage 36 est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation 14, sans refroidissement entre son point de prélèvement dans le flux de gaz comprimé 24 et son point de réintroduction dans le flux de gaz d'alimentation 14.
La teneur en hydrocarbures en 02+ du flux de gaz d'alimentation 64 après la réintroduction du courant de recyclage 36 est inférieure d'au moins 25 % à la teneur en hydrocarbures en 02+ du flux de gaz d'alimentation 14 avant la réintroduction du courant de recyclage 36.
Le flux de gaz d'alimentation 64 complété par le courant de recyclage 36 est alors introduit dans l'unité d'extraction 16, comme décrit précédemment.
Dans l'exemple particulier représenté sur la figure 3, le courant de recyclage est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation 14, en amont de l'échangeur thermique amont 40, pour constituer le flux de gaz alimentation 64 complété.
Le flux de gaz alimentation complété 64 est introduit dans l'échangeur thermique amont 40 pour y être refroidi et avantageusement au moins partiellement liquéfié pour former un flux de gaz d'alimentation 66 refroidi.
Avantageusement, la température du flux 66 est inférieure à -10 C et est notamment comprise entre -20 C et -50 C.
La teneur molaire en liquide dans le flux 66 est généralement comprise entre 0%
et 10%.
Le flux 66 est ensuite introduit dans le ballon séparateur 42 pour y être séparé en le flux de tête gazeux 44 et le flux de pied liquide 46.
Une première fraction 67A du flux de tête 44 est introduite dans la turbine de détente dynamique 50 pour y être détendue dynamiquement et former une première fraction de flux de tête détendue 68A.
La pression de la première fraction 68A est par exemple inférieure à 50 bars et est notamment comprise entre 20 bars et 40 bars.
La première fraction détendue 68A est ensuite introduite dans la colonne de séparation 48, ici à un premier niveau intermédiaire Ni.
5 Avantageusement, une deuxième fraction 67B du flux de tête 44 est introduite successivement dans l'échangeur thermique de tête 51 pour y être refroidie, puis dans la vanne de détente statique 51A pour y être détendue et former une deuxième fraction de flux de tête détendu 68B.
La pression de la deuxième fraction 68B est par exemple inférieure à 50 bars et
10 est notamment comprise entre 20 bars et 40 bars.
La deuxième fraction détendue 68B est ensuite introduite dans la colonne de séparation 48, ici à un niveau de tête NT situé au-dessus du premier niveau intermédiaire Ni.
Le flux de pied liquide 46 est détendu dans la vanne de détente statique 52 pour former un flux de pied détendu 70.
La pression du flux de pied détendu 70 est par exemple inférieure à 50 bars et est notamment comprise entre 20 bars et 40 bars.
Le flux de pied détendu 70 est introduit dans la colonne de séparation 48 à un deuxième niveau intermédiaire N2 situé au-dessous du premier niveau intermédiaire Ni et au-dessus du rebouilleur de fond.
La colonne de séparation 48 produit en pied, le flux de liquides du gaz naturel 20 destiné à alimenter l'unité de fractionnement 26.
La colonne de séparation 48 produit par ailleurs en tête, un flux 72 de tête de colonne. Le flux de tête 72 est introduit successivement dans l'échangeur thermique de tête 51, puis dans l'échangeur thermique aval 40 pour y être réchauffé et former le flux de gaz traité 18.
La température du flux de gaz traité 18 est par exemple supérieure à 10 C à la sortie de l'échangeur thermique amont 40.
Le flux de gaz traité 18 est ensuite comprimé dans le compresseur 53. Il est alors passé dans le séparateur 58 pour éliminer les liquides qu'il contient éventuellement, puis est comprimé dans le compresseur 54, avant d'être refroidi dans le refroidisseur à air 56, pour former le flux de gaz comprimé 24.
Dans l'unité de fractionnement 26, le flux de pied détendu 70 est introduit dans au moins une colonne de distillation 60, de préférence dans un groupe de colonnes successives, pour produire chacune des coupes 28, 30, 32, 33.
La deuxième fraction détendue 68B est ensuite introduite dans la colonne de séparation 48, ici à un niveau de tête NT situé au-dessus du premier niveau intermédiaire Ni.
Le flux de pied liquide 46 est détendu dans la vanne de détente statique 52 pour former un flux de pied détendu 70.
La pression du flux de pied détendu 70 est par exemple inférieure à 50 bars et est notamment comprise entre 20 bars et 40 bars.
Le flux de pied détendu 70 est introduit dans la colonne de séparation 48 à un deuxième niveau intermédiaire N2 situé au-dessous du premier niveau intermédiaire Ni et au-dessus du rebouilleur de fond.
La colonne de séparation 48 produit en pied, le flux de liquides du gaz naturel 20 destiné à alimenter l'unité de fractionnement 26.
La colonne de séparation 48 produit par ailleurs en tête, un flux 72 de tête de colonne. Le flux de tête 72 est introduit successivement dans l'échangeur thermique de tête 51, puis dans l'échangeur thermique aval 40 pour y être réchauffé et former le flux de gaz traité 18.
La température du flux de gaz traité 18 est par exemple supérieure à 10 C à la sortie de l'échangeur thermique amont 40.
Le flux de gaz traité 18 est ensuite comprimé dans le compresseur 53. Il est alors passé dans le séparateur 58 pour éliminer les liquides qu'il contient éventuellement, puis est comprimé dans le compresseur 54, avant d'être refroidi dans le refroidisseur à air 56, pour former le flux de gaz comprimé 24.
Dans l'unité de fractionnement 26, le flux de pied détendu 70 est introduit dans au moins une colonne de distillation 60, de préférence dans un groupe de colonnes successives, pour produire chacune des coupes 28, 30, 32, 33.
11 Comme indiqué plus haut, le courant de recyclage 36 est prélevé dans le flux de gaz comprimé 24, en aval du compresseur 54 et du refroidisseur 56. Le flux de gaz comprimé résiduel 24A est ensuite convoyé vers un réseau de distribution ou/et vers un train de liquéfaction.
Dans l'exemple illustré sur la figure 2, pour un gaz d'alimentation pauvre en liquides du gaz naturel, la vanne de régulation 62 est fermée et le débit du courant de recyclage 36 est nul.
Les tableaux suivants illustrent des exemples de mise en oeuvre du procédé
selon l'invention pour un gaz d'alimentation pauvre en liquides du gaz naturel et pour un gaz d'alimentation riche en liquides du gaz naturel. Le tableau illustre, à titre comparatif un procédé de l'état de la technique mis en oeuvre avec un gaz d'alimentation riche en liquides du gaz naturel.
Dans l'exemple illustré sur la figure 2, pour un gaz d'alimentation pauvre en liquides du gaz naturel, la vanne de régulation 62 est fermée et le débit du courant de recyclage 36 est nul.
Les tableaux suivants illustrent des exemples de mise en oeuvre du procédé
selon l'invention pour un gaz d'alimentation pauvre en liquides du gaz naturel et pour un gaz d'alimentation riche en liquides du gaz naturel. Le tableau illustre, à titre comparatif un procédé de l'état de la technique mis en oeuvre avec un gaz d'alimentation riche en liquides du gaz naturel.
12 Procédé Courant Débit Dont C2 Dont C3 Dont C4 Remarques (t/h) (t/h) (t/h) (t/h) Selon 14 740 20,1 (1.5 7,8 (0,4 3,9 Masse l'invention mol%) mol%) (0.16mor/o) molaire :
avec gaz 16,63 d'alimentation 20 30,9 Non Non -pauvre en déterminé déterminé
LNG (selon 24 709,1 3 (0,23 0,2 (0,01 0 Masse figure 2) mol%) mol%) molaire :
16,24 24A Idem Idem 24 Idem 24 Idem 24 28 17,1 99,5 mol Non -% déterminé
30 7,6 Non 99,5 mol% -déterminé
32 3,9 Non Non 97,5% -déterminé déterminé
33 2,3 Non Non Non Masse déterminé déterminé déterminé molaire :
78,2 36 0 - - Pas de recyclage 64 Idem Idem 14 Idem 14 Idem 14
avec gaz 16,63 d'alimentation 20 30,9 Non Non -pauvre en déterminé déterminé
LNG (selon 24 709,1 3 (0,23 0,2 (0,01 0 Masse figure 2) mol%) mol%) molaire :
16,24 24A Idem Idem 24 Idem 24 Idem 24 28 17,1 99,5 mol Non -% déterminé
30 7,6 Non 99,5 mol% -déterminé
32 3,9 Non Non 97,5% -déterminé déterminé
33 2,3 Non Non Non Masse déterminé déterminé déterminé molaire :
78,2 36 0 - - Pas de recyclage 64 Idem Idem 14 Idem 14 Idem 14
13 Procédé Courant Débit Dont C2 Dont C3 Dont C4 Remarques (t/h) (t/h) (t/h) (t/h) Selon 14 200 18,5 (5,5 9,9 (2,0 3,9 (0,6 Masse l'invention mol%) mol%) mol%) molaire :
avec gaz 17,85 d'alimentation 20 33,4 Non Non -riche en LNG déterminé déterminé
(selon figure 24 640,7 Non Non -1) déterminé déterminé
24A 166,6 1.5 (0,48 0,1 (0,01 Masse mol%) mol%) molaire :
16,16 28 17,1 99,5 mol Non -% déterminé
30 9,7 Non 99,5 mol% -déterminé
32 3,9 Non Non 97,5 mol% -déterminé déterminé
33 2,6 Non Non Non Masse déterminé déterminé déterminé molaire :
79,15 36 474,1 Non Non -déterminé déterminé
64 674,1 22,8 (1,87 10,0 (0,56 Masse mol%) mol%) molaire :
16,62
avec gaz 17,85 d'alimentation 20 33,4 Non Non -riche en LNG déterminé déterminé
(selon figure 24 640,7 Non Non -1) déterminé déterminé
24A 166,6 1.5 (0,48 0,1 (0,01 Masse mol%) mol%) molaire :
16,16 28 17,1 99,5 mol Non -% déterminé
30 9,7 Non 99,5 mol% -déterminé
32 3,9 Non Non 97,5 mol% -déterminé déterminé
33 2,6 Non Non Non Masse déterminé déterminé déterminé molaire :
79,15 36 474,1 Non Non -déterminé déterminé
64 674,1 22,8 (1,87 10,0 (0,56 Masse mol%) mol%) molaire :
16,62
14 Procédé Courant Débit Dont C2 Dont C3 Dont C4 Remarques (t/h) (t/h) (t/h) (t/h) Etat de la 14 740 68,5 (5,5 36,6 (2,0 Masse technique mol%) mol%) molaire :
avec gaz 17,85 d'alimentation 20 76,0 Non Non -riche en LNG déterminé déterminé
(figure 1 sans 24 663 4,3 mol% 0,1 mol% Masse courant de molaire :
dérivation 36) 16,72 28 17,2 99,5 mol Non -% déterminé
30 34,3 Non 99,5 mol% -déterminé
32 14,2 Non Non 97,5 mol% -déterminé déterminé
33 9,7 Non Non Non Masse déterminé déterminé déterminé molaire :
79,15 Comme le montrent ces tableaux, le passage d'un gaz d'alimentation pauvre en liquides du gaz naturel à un gaz d'alimentation riche en liquides du gaz naturel dans le procédé de l'état de la technique conduit à augmenter très significativement le débit du flux de liquides du gaz naturel 20 extraits de l'unité d'extraction 16, nécessitant un dimensionnement particulièrement important de l'unité de fractionnement 26 pour accommoder le flux 20 et une réinjection éventuelle d'une partie de ce flux dans le gaz traité qui concernent les composés de liquide gaz naturel qui ne sont pas désirés.
Au contraire, l'utilisation d'un courant de recyclage 36 formé à partir du flux de gaz traité comprimé 24 obtenu à la sortie de l'unité de compression 22 appauvrit le flux de gaz d'alimentation 14 en hydrocarbures en C2+ et limite le poids moléculaire du flux de gaz d'alimentation complété 64. Ceci produit dans l'unité d'extraction 16 un flux de liquides du gaz naturel 20 de débit notablement réduit (33,4 t/h pour le procédé selon l'invention contre 76 t/h pour le procédé de l'état de la technique).
Le recyclage maintient sensiblement constante la composition du flux de gaz d'alimentation complété 64 introduit dans l'unité d'extraction 16, en garantissant une 5 intégration thermique correcte, tout en limitant la quantité de liquides du gaz naturels et de composants lourds entrant dans l'unité. Le recyclage augmente notamment le ratio 02 /
03+ dans le flux de gaz d'alimentation complété 64, pour extraire la quantité
requise de coupe 02, tout en minimisant l'extraction de la coupe 03+ (produits potentiellement indésirables), en minimisant ainsi la taille de l'unité d'extraction 16.
10 L'impact de la composition du gaz d'alimentation plus riche sur le dimensionnement des équipements est ainsi limité.
De cette manière, une capacité de production de liquides du gaz naturels similaire est obtenue avec une composition de gaz d'alimentation plus riche, sans engendrer (ou en minimisant) de coûts d'investissement ou de coûts d'opération supplémentaires.
avec gaz 17,85 d'alimentation 20 76,0 Non Non -riche en LNG déterminé déterminé
(figure 1 sans 24 663 4,3 mol% 0,1 mol% Masse courant de molaire :
dérivation 36) 16,72 28 17,2 99,5 mol Non -% déterminé
30 34,3 Non 99,5 mol% -déterminé
32 14,2 Non Non 97,5 mol% -déterminé déterminé
33 9,7 Non Non Non Masse déterminé déterminé déterminé molaire :
79,15 Comme le montrent ces tableaux, le passage d'un gaz d'alimentation pauvre en liquides du gaz naturel à un gaz d'alimentation riche en liquides du gaz naturel dans le procédé de l'état de la technique conduit à augmenter très significativement le débit du flux de liquides du gaz naturel 20 extraits de l'unité d'extraction 16, nécessitant un dimensionnement particulièrement important de l'unité de fractionnement 26 pour accommoder le flux 20 et une réinjection éventuelle d'une partie de ce flux dans le gaz traité qui concernent les composés de liquide gaz naturel qui ne sont pas désirés.
Au contraire, l'utilisation d'un courant de recyclage 36 formé à partir du flux de gaz traité comprimé 24 obtenu à la sortie de l'unité de compression 22 appauvrit le flux de gaz d'alimentation 14 en hydrocarbures en C2+ et limite le poids moléculaire du flux de gaz d'alimentation complété 64. Ceci produit dans l'unité d'extraction 16 un flux de liquides du gaz naturel 20 de débit notablement réduit (33,4 t/h pour le procédé selon l'invention contre 76 t/h pour le procédé de l'état de la technique).
Le recyclage maintient sensiblement constante la composition du flux de gaz d'alimentation complété 64 introduit dans l'unité d'extraction 16, en garantissant une 5 intégration thermique correcte, tout en limitant la quantité de liquides du gaz naturels et de composants lourds entrant dans l'unité. Le recyclage augmente notamment le ratio 02 /
03+ dans le flux de gaz d'alimentation complété 64, pour extraire la quantité
requise de coupe 02, tout en minimisant l'extraction de la coupe 03+ (produits potentiellement indésirables), en minimisant ainsi la taille de l'unité d'extraction 16.
10 L'impact de la composition du gaz d'alimentation plus riche sur le dimensionnement des équipements est ainsi limité.
De cette manière, une capacité de production de liquides du gaz naturels similaire est obtenue avec une composition de gaz d'alimentation plus riche, sans engendrer (ou en minimisant) de coûts d'investissement ou de coûts d'opération supplémentaires.
15 Ainsi, le procédé selon l'invention est opérable pour une large gamme de compositions de gaz d'alimentation, sans pour autant augmenter significativement les coûts engendrés.
Dans une variante (représentée en pointillés sur les figures), le compresseur comporte plusieurs étages, le courant de recyclage 36 étant prélevé à un étage intermédiaire du compresseur 54 et non en aval du compresseur 54.
Dans une variante (représentée en pointillés), le courant de recyclage 36 est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation refroidi 66, au sein de l'unité
d'extraction 16, en aval de l'échangeur thermique 40 et en amont du ballon séparateur 42.
Alternativement, le courant de recyclage 36 est réintroduit dans un flux obtenu à
partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, en aval du ballon séparateur 42, et en amont de la colonne de séparation 48. Le courant de recyclage est par exemple réintroduit dans le flux de tête gazeux 44, en amont de la turbine de détente dynamique 50, de préférence en amont de la séparation entre la première fraction 67A du flux de tête 44 et la deuxième fraction 67B du flux de tête 44.
Dans tous les cas précités, le courant de recyclage 36 est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation refroidi 66 ou dans un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi 66 sans refroidissement entre son point de prélèvement dans le flux de gaz comprimé 24 et son point de réintroduction.
En variante, la turbine de détente dynamique 50 est remplacée par une vanne de détente statique.
Dans une variante (représentée en pointillés sur les figures), le compresseur comporte plusieurs étages, le courant de recyclage 36 étant prélevé à un étage intermédiaire du compresseur 54 et non en aval du compresseur 54.
Dans une variante (représentée en pointillés), le courant de recyclage 36 est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation refroidi 66, au sein de l'unité
d'extraction 16, en aval de l'échangeur thermique 40 et en amont du ballon séparateur 42.
Alternativement, le courant de recyclage 36 est réintroduit dans un flux obtenu à
partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, en aval du ballon séparateur 42, et en amont de la colonne de séparation 48. Le courant de recyclage est par exemple réintroduit dans le flux de tête gazeux 44, en amont de la turbine de détente dynamique 50, de préférence en amont de la séparation entre la première fraction 67A du flux de tête 44 et la deuxième fraction 67B du flux de tête 44.
Dans tous les cas précités, le courant de recyclage 36 est réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation refroidi 66 ou dans un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi 66 sans refroidissement entre son point de prélèvement dans le flux de gaz comprimé 24 et son point de réintroduction.
En variante, la turbine de détente dynamique 50 est remplacée par une vanne de détente statique.
Claims (15)
1.- Procédé de traitement d'un gaz d'alimentation comportant les étapes suivantes :
- fourniture d'un flux de gaz d'alimentation (14, 64) et convoyage du flux de gaz d'alimentation (14, 64) dans une unité d'extraction (16) des liquides du gaz naturel ;
- dans l'unité d'extraction (16), refroidissement et avantageusement liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation (64), détente, dans un organe de détente (50), et séparation, dans une colonne de séparation (48), d'au moins un flux obtenu à
partir du flux de gaz d'alimentation refroidi et récupération après séparation, d'un flux de gaz traité (18) et d'un flux de liquides du gaz naturel (20) ;
- compression du flux de gaz traité (18) dans au moins un compresseur (54) d'une unité de compression (22) pour former un flux de gaz traité comprimé ;
- fractionnement, dans une unité de fractionnement (26), du flux de liquides du gaz naturel (20) en une pluralité de coupes d'hydrocarbures (28, 30, 32, 33) ;
caractérisé par les étapes suivantes :
- prélèvement, dans le flux de gaz traité comprimé (24), d'un courant de recyclage (36) ;
- réintroduction sans refroidissement du courant de recyclage (36) dans le flux de gaz d'alimentation (14) en amont de l'unité d'extraction, dans le flux de gaz d'alimentation refroidi, ou dans un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, en amont de l'organe de détente (50).
- fourniture d'un flux de gaz d'alimentation (14, 64) et convoyage du flux de gaz d'alimentation (14, 64) dans une unité d'extraction (16) des liquides du gaz naturel ;
- dans l'unité d'extraction (16), refroidissement et avantageusement liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation (64), détente, dans un organe de détente (50), et séparation, dans une colonne de séparation (48), d'au moins un flux obtenu à
partir du flux de gaz d'alimentation refroidi et récupération après séparation, d'un flux de gaz traité (18) et d'un flux de liquides du gaz naturel (20) ;
- compression du flux de gaz traité (18) dans au moins un compresseur (54) d'une unité de compression (22) pour former un flux de gaz traité comprimé ;
- fractionnement, dans une unité de fractionnement (26), du flux de liquides du gaz naturel (20) en une pluralité de coupes d'hydrocarbures (28, 30, 32, 33) ;
caractérisé par les étapes suivantes :
- prélèvement, dans le flux de gaz traité comprimé (24), d'un courant de recyclage (36) ;
- réintroduction sans refroidissement du courant de recyclage (36) dans le flux de gaz d'alimentation (14) en amont de l'unité d'extraction, dans le flux de gaz d'alimentation refroidi, ou dans un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, en amont de l'organe de détente (50).
2.- Procédé selon la revendication 1, comprenant le réglage du débit du courant de recyclage (36) réintroduit en fonction de la teneur en liquides du gaz naturel dans le flux de gaz d'alimentation (14).
3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le débit molaire du courant de recyclage (36) réintroduit est supérieur à 10% du débit molaire du flux de gaz d'alimentation (14) avant la réintroduction du courant de recyclage (36), le débit molaire du courant de recyclage (36) réintroduit étant avantageusement compris entre 30% et 400% du débit molaire du flux de gaz d'alimentation (14) avant la réintroduction du courant de recyclage (36).
4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la teneur en hydrocarbures en C2+ du flux de gaz d'alimentation (64) après réintroduction du courant de recyclage (36) est inférieure d'au moins 20% à la teneur en hydrocarbures en C2+ du flux de gaz d'alimentation (14) avant la réintroduction du courant de recyclage (36).
5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le débit molaire du flux de liquides du gaz naturel (20) introduit dans l'unité de fractionnement (26) est inférieur à 20% du débit molaire du flux de gaz d'alimentation (64), après réintroduction du courant de recyclage (36).
6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le courant de recyclage (36) est introduit sans refroidissement dans le flux de gaz d'alimentation (14) en amont de l'unité d'extraction (16).
7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le refroidissement et avantageusement la liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation (64) comporte l'introduction du flux de gaz d'alimentation (64) dans un échangeur thermique amont (40), le refroidissement et avantageusement la liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation (64) dans l'échangeur thermique amont (40), le courant de recyclage (36) étant avantageusement réintroduit dans le flux de gaz d'alimentation (14) en amont de l'échangeur thermique amont (40).
8.- Procédé selon la revendication 7, comprenant le passage du flux de gaz traité
(18) dans l'échangeur thermique amont (40), avant compression dans le compresseur (54).
(18) dans l'échangeur thermique amont (40), avant compression dans le compresseur (54).
9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le refroidissement du flux de gaz d'alimentation (64) produit la liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation (64), le flux de gaz d'alimentation refroidi et au moins partiellement liquéfié (66) obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation (64), avantageusement complété par le courant de recyclage (36), étant introduit dans un ballon séparateur (42) pour produire un flux de tête gazeux (44) et un flux de pied liquide (46), au moins une fraction issue du flux de tête gazeux (44) et au moins une fraction issue du flux de pied liquide (46) étant introduites après détente dans la colonne de séparation (48), la colonne de séparation (48) produisant en tête, le flux de gaz traité (18) et en pied, le flux de liquides du gaz naturel (20).
10.- Procédé selon la revendication 9, comprenant la détente d'au moins une fraction (67A) du flux de tête gazeux (44) dans l'organe de détente, l'organe de détente étant une turbine de détente dynamique (50) pour former une fraction (68A) détendue dynamiquement (68), puis l'introduction de la fraction détendue dynamiquement (68A) dans la colonne de séparation (48).
11.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le fractionnement comporte la séparation du flux de liquides de gaz naturel (20) dans au moins une colonne de distillation (60) en au moins une coupe légère et une coupe lourde, avantageusement en une coupe (28) riche en hydrocarbures en 02, en une coupe (30) riche en hydrocarbures en 03, en une coupe (32) riche en hydrocarbures en 04 et en une coupe (33) riche en hydrocarbures 05+.
12.- Installation (10) de traitement d'un gaz d'alimentation comportant :
- une unité d'extraction (16) de liquides du gaz naturel, - un ensemble de fourniture d'un flux de gaz d'alimentation (14, 64) et de convoyage du flux de gaz d'alimentation (64) dans l'unité d'extraction (16) des liquides du gaz naturel ;
l'unité d'extraction (16) comprenant :
* un ensemble de refroidissement et avantageusement de liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation (64) propre à produire un flux d'alimentation refroidi ;
* un organe de détente (50) et un ensemble de séparation d'au moins un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, comportant une colonne de séparation (48), l'ensemble de séparation étant propre à produire un flux de gaz traité (18) et un flux de liquides du gaz naturel (20) ;
- une unité de compression (22) comprenant au moins un compresseur (54) du flux de gaz traité (18) propre à former un flux de gaz traité comprimé ;
- une unité de fractionnement (26) du flux de liquides du gaz naturel (20) en une pluralité de coupes d'hydrocarbures (28, 30, 32, 33) ;
caractérisé par :
- un ensemble (34) de prélèvement, dans le flux de gaz traité (18) comprimé, d'un courant de recyclage (36) ;
- un ensemble (38) de réintroduction sans refroidissement du courant de recyclage (36) dans le flux de gaz d'alimentation (14) en amont de l'unité d'extraction, dans le flux de gaz d'alimentation refroidi ou dans un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, en amont de l'organe de détente (50).
- une unité d'extraction (16) de liquides du gaz naturel, - un ensemble de fourniture d'un flux de gaz d'alimentation (14, 64) et de convoyage du flux de gaz d'alimentation (64) dans l'unité d'extraction (16) des liquides du gaz naturel ;
l'unité d'extraction (16) comprenant :
* un ensemble de refroidissement et avantageusement de liquéfaction au moins partielle du flux de gaz d'alimentation (64) propre à produire un flux d'alimentation refroidi ;
* un organe de détente (50) et un ensemble de séparation d'au moins un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, comportant une colonne de séparation (48), l'ensemble de séparation étant propre à produire un flux de gaz traité (18) et un flux de liquides du gaz naturel (20) ;
- une unité de compression (22) comprenant au moins un compresseur (54) du flux de gaz traité (18) propre à former un flux de gaz traité comprimé ;
- une unité de fractionnement (26) du flux de liquides du gaz naturel (20) en une pluralité de coupes d'hydrocarbures (28, 30, 32, 33) ;
caractérisé par :
- un ensemble (34) de prélèvement, dans le flux de gaz traité (18) comprimé, d'un courant de recyclage (36) ;
- un ensemble (38) de réintroduction sans refroidissement du courant de recyclage (36) dans le flux de gaz d'alimentation (14) en amont de l'unité d'extraction, dans le flux de gaz d'alimentation refroidi ou dans un flux obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation refroidi, en amont de l'organe de détente (50).
13.- Installation (10) selon la revendication 12, dans laquelle l'ensemble de réintroduction (38) est propre à introduire sans refroidissement le courant de recyclage (36) dans le flux de gaz d'alimentation (14) en amont de l'unité d'extraction (16).
14.- Installation (10) selon la revendication 13, dans laquelle l'ensemble de refroidissement comporte un échangeur thermique amont (40), pour refroidir et avantageusement liquéfier au moins partiellement le flux de gaz d'alimentation (64), l'ensemble de réintroduction (38) introduisant avantageusement le courant de recyclage (36) dans le flux de gaz d'alimentation (14) en amont de l'échangeur thermique amont (40).
15.- Installation (10) selon l'une quelconque des revendications 13 à 14, dans laquelle l'ensemble de refroidissement est propre à produire un flux de gaz d'alimentation au moins partiellement liquéfié (66) à partir du flux de gaz d'alimentation (64) avantageusement complété par le courant de recyclage (36), l'ensemble de séparation comportant :
- un ballon séparateur (42) recevant le flux de gaz d'alimentation refroidi et au moins partiellement liquéfié (66) obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation (64) complété par le courant de recyclage (36) pour produire un flux de tête gazeux (44) et un flux de pied liquide (46), - un ensemble de détente du flux de tête gazeux (44) et du flux de pied liquide (46) comprenant l'organe de détente (50) ;
- la colonne de séparation (48) raccordée à l'ensemble de détente produisant en tête, le flux de gaz traité (18) et en pied, le flux de liquides du gaz naturel (20).
- un ballon séparateur (42) recevant le flux de gaz d'alimentation refroidi et au moins partiellement liquéfié (66) obtenu à partir du flux de gaz d'alimentation (64) complété par le courant de recyclage (36) pour produire un flux de tête gazeux (44) et un flux de pied liquide (46), - un ensemble de détente du flux de tête gazeux (44) et du flux de pied liquide (46) comprenant l'organe de détente (50) ;
- la colonne de séparation (48) raccordée à l'ensemble de détente produisant en tête, le flux de gaz traité (18) et en pied, le flux de liquides du gaz naturel (20).
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