EP1363867A1 - Procede de recuperation d'ethane, mettant en oeuvre un cycle de refrigeration utilisant un melange d'au moins deux fluides refrigerants, gaz obtenus par ce procede, et installation de mise en oeuvre - Google Patents

Procede de recuperation d'ethane, mettant en oeuvre un cycle de refrigeration utilisant un melange d'au moins deux fluides refrigerants, gaz obtenus par ce procede, et installation de mise en oeuvre

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EP1363867A1
EP1363867A1 EP02701402A EP02701402A EP1363867A1 EP 1363867 A1 EP1363867 A1 EP 1363867A1 EP 02701402 A EP02701402 A EP 02701402A EP 02701402 A EP02701402 A EP 02701402A EP 1363867 A1 EP1363867 A1 EP 1363867A1
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EP
European Patent Office
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fraction
exchanger
refrigerant
cooled
cooling
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP02701402A
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German (de)
English (en)
Inventor
Henri Paradowski
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Technip Energies France SAS
Original Assignee
Technip France SAS
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Publication date
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    • F25J2270/66—Closed external refrigeration cycle with multi component refrigerant [MCR], e.g. mixture of hydrocarbons
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    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/902—Details about the refrigeration cycle used, e.g. composition of refrigerant, arrangement of compressors or cascade, make up sources, use of reflux exchangers etc.

Definitions

  • the present invention relates, in general and according to a first of its aspects, the gas industry, and in particular a process for recovering ethane contained in a pressurized gas comprising methane and C 2 and higher hydrocarbons, putting implementing a multi-component refrigeration cycle.
  • multicomponent refrigeration cycle it should be understood that it is a refrigeration cycle using a refrigerant mixture composed of at least two refrigerants.
  • the invention relates, according to its first aspect, to a process for recovering ethane contained in a pressurized gas comprising methane and C 2 and higher hydrocarbons, implementing a refrigerant cycle in which a first refrigerant fluid relatively less volatile is compressed, cooled and expanded to then serve to cool said pressurized gas to be separated or first separation products to a first relatively high temperature, and in which a second relatively more volatile refrigerant is compressed, cooled and expanded to then serve for cooling at least second separation products of said gas under pressure to a second relatively low temperature.
  • Refrigeration methods of this type are well known to those skilled in the art and have been used for many years. These refrigeration methods have drawbacks in operating costs due to energy costs linked to the low thermodynamic efficiency of these refrigeration cycles. These known methods also have drawbacks in operating costs generated by maintenance difficulties or by the frequency of interventions, for example on compression installations, pumps, or even on measurement and control devices.
  • a first object of the present invention is to propose a method, moreover in accordance with the generic definition given by the preamble above, which is essentially characterized in that the first and second refrigerants are used in mixture when compressed and cooled, in that this mixture is then subjected to separation into a first fraction essentially containing the first relatively less volatile fluid, and into a second fraction essentially containing the second relatively more volatile fluid, in that the first refrigerant is used in the form of the first fraction for cooling, at the first relatively high temperature, and in that the second refrigerant is used in the form of the second fraction for cooling at the second temperature relatively low.
  • thermodynamics and also with regard to maintenance, by reducing the number of devices in the installation due to the combination of two refrigeration circuits in one.
  • maintenance operations are simplified, the duration of the determination of the causes of failure of the installation is reduced, and consequently, a possible stoppage of production will be shorter than when using installations using a process. according to the prior art.
  • the first fraction can be cooled in a first exchanger, expanded to give a first expanded fraction, then reheated in the first exchanger, to then be introduced at a low pressure stage of a compressor.
  • the second fraction can be cooled in the first exchanger then in a second exchanger, expanded then reheated in the second exchanger, and mixed with the first expanded fraction.
  • a third fraction can be taken from the first fraction after it has cooled in the first heat exchanger, and the third fraction can be expanded and reheated in the first exchanger to provide a relaxed fourth fraction and which can be introduced to a medium pressure stage of the compressor.
  • a fifth gaseous fraction can be taken from fluids being compressed in the compressor (Kl) at an average pressure slightly higher than that of the fourth fraction expanded and reheated, then be cooled. and relaxed at the same pressure as said fourth fraction to be then mixed with the latter.
  • the first and second refrigerants can be used in admixture with a third refrigerant.
  • the refrigerants can be methane, ethylene and propane.
  • the invention relates to a gas enriched in methane and a product enriched in ethane obtained by the present process as well as a product enriched in C 2 and higher hydrocarbons, obtained by the present process.
  • the invention relates to an installation for recovering ethane contained in a pressurized gas comprising methane and C 2 and higher hydrocarbons, implementing, in particular, a multi-component refrigeration cycle , this installation using a refrigerant cycle and comprising means for compressing, cooling and expanding a first relatively less volatile refrigerant, means for cooling, by means of the first refrigerant, said pressurized gas to be separated or first separation products to a first relatively high temperature, and means for compressing, cooling and expanding a second relatively more volatile refrigerant, means for cooling, by means of the second refrigerant, at least second separation products of said gas under pressure to a second temperature relatively low, characterized in that the first and cond refrigerants are used in mixture when compressed and cooled, and in that this installation includes means for submitting this mixing with a separation into a first fraction essentially containing the first relatively less volatile fluid, and into a second fraction essentially containing the second relatively more volatile fluid, the first refriger
  • FIG. 1 represents a functional block diagram of an installation in accordance with an embodiment of the prior art
  • FIG. 2 represents a functional block diagram of an installation in accordance with a preferred embodiment of the invention.
  • the installation shown is intended to treat a dry feed gas, in particular to isolate a fraction composed mainly of methane essentially free of C 2 and higher hydrocarbons on the one hand, and a fraction composed mainly of ethane and other C 2 and higher hydrocarbons essentially free of methane, on the other hand.
  • This installation has three independent circuits.
  • a first circuit corresponds to the path taken by a gas to be purified
  • a second circuit corresponds to the cooling cycle of a refrigeration unit whose refrigerant is ethylene
  • a third circuit corresponds to the cooling cycle of a refrigeration unit refrigeration whose refrigerant is propane.
  • a feed gas 1, available at 15 ° C and 18 bar, with a flow rate of 3903 kmol / h is cooled in an El exchanger to provide a cooled gas 302 at minus 17.52 ° C and 17.8 bar.
  • the latter is further cooled in a second exchanger E2, to provide a cooled fluid 303 at minus 30.00 ° C and 17.6 bar, partially condensed.
  • Stream 1 is composed of 0.1% carbon dioxide, 24.3% methane, 74.4% ethane and 1.2% propane.
  • the fluid 303 is then introduced into a balloon VI where it undergoes a separation of its liquid and gaseous constituents:
  • the gas phase, flow 304, available with a flow rate of 2219 kmol / h is cooled to minus 60 ° C and partially condensed in a exchanger E3, for supply a fluid 305 at 17.4 bar.
  • This fluid 305 feeds a distillation column T1 in its upper part.
  • the liquid phase, flow 306, available with a flow rate of 1684 kmol / h is pumped by a PI pump, circulates in a pipe comprising a controlled valve 321, the opening of which depends on a liquid level controller present in the flask VI , to provide a flow 307 at minus 29.8 ° C and 19.6 bar. The latter is then introduced into a middle part of the distillation column T1.
  • the Tl column produces at the top a vapor 308 at minus 65.79 ° C and 17.2 bar, available at a flow rate of 1358 kmol / h, which is cooled in an exchanger E4, to provide a partially condensed fluid 309 at minus 90 ° C and 17.0 bar.
  • the latter is then separated in a V2 flask into a gaseous fraction 310 at a rate of 971 kmol / h which is composed of 0.1% carbon dioxide, 94.9% methane and 5.0% ethane, and in a liquid fraction 311 at a rate of 387 kmol / h which is composed of 0.4% carbon dioxide, 47.6% methane and 52.0% ethane, which is pumped by a P2 pump to a pipe 312.
  • This pipe 312 comprises a controlled opening valve 322, the opening of which depends on the flow rate in this same pipe.
  • the liquid fraction transported in line 312 is then introduced to the last stage of column Tl.
  • the distillation column T1 has in its lower part several plates which are connected two by two by heating circuits, two of which are shown. These are circuits 315, 316 and 318, 319. Each of these heating circuits constitutes a lateral reboiler for circuit 315, 316, and a column bottom reboiler for circuit 318, 319.
  • the fluid circulating in line 315, at a flow rate of 3000 kmol / h and at a temperature of minus 20.26 ° C is heated in one heat exchanger El, by heat exchange with the feed gas 1 to provide a fluid heated 316 to minus 16.61 ° C which is then introduced on a plate lower than the plate where the fluid 315 is drawn off.
  • 315, 316 is carried out using a controlled opening valve 323, positioned on a bypass pipes of the circuit 315, 316 which does not pass into the exchanger El.
  • the opening of this valve 323 is controlled by a temperature controller connected to line 302.
  • 316 is heated in an E5 heat exchanger, by heat exchange with a refrigerant fluid consisting of propane, to provide a heated fluid 319 at minus 14.87 ° C.
  • a refrigerant fluid consisting of propane
  • the latter is introduced on a plate lower than the plate where the fluid 318 is drawn off.
  • the regulation of the temperature of circulation of fluid in this circuit 318, 319 is carried out using a controlled opening valve 324, positioned on a branch line for the coolant transported in lines 220, 221, which does not pass through the exchanger E5.
  • the opening of this valve 324 is controlled by a temperature controller connected to line 319.
  • the residual liquid obtained at the bottom of the column Tl which is enriched in C 2 and higher hydrocarbons, is drawn off at a temperature of minus 14.87 ° C and a pressure of 17.4 bar at the rate of 2932 kmol / h by a line 314.
  • This comprises a valve 325 whose opening is controlled by a liquid level controller at the bottom of the column Tl.
  • the vaporization of the ethylene contained in the exchanger E4 makes it possible to cool the flow 8 coming from the head of the column Tl.
  • the ethylene vapor thus obtained, flow 107 at minus 93 ° C and 1.83 bar, is directed to the low pressure stage of the compressor K1, passing through the suction balloon V3.
  • the vaporization of the ethylene contained in the exchanger E3 makes it possible to cool the stream 4 coming from the tank VI.
  • the ethylene vapor thus obtained, flow 103 at minus 62.83 ° C and 6.79 bar, is directed to the medium pressure stage of the compressor Kl, passing through the suction balloon V4.
  • the compressed ethylene obtained at the outlet of Kl provides a fluid 112 at 17.75 ° C and 20.6 bar with a flow rate of 2570 kmol / h, which is cooled and condensed by successive passage through the exchanger E8 to give a fraction 118 at minus 7 ° C and 20.1 bar, then the exchanger E9 to give a fraction 119 at minus 30 ° C and 19.6 bar, then supplying the V5 flask with liquid ethylene.
  • a flow of 4340 kmol / h of pressurized liquid propane 220 is withdrawn from a storage tank V6 at 42 °. C and 18 bar.
  • This flow 220 is cooled in the exchanger E5 by heat exchange with the liquid circulating in the pipes 18, 19 to provide a cooled fluid 221 at 33.64 ° C and 17.5 bar.
  • a pipe comprising a valve 24 makes it possible to regulate the exchanges of energy within E5.
  • the 4340 kmol / h of the cooled fluid 221 are then separated into two flows:
  • the opening of the valve 226 is controlled by a liquid level controller contained in the exchanger E8.
  • the flow 201 supplies the exchanger E8 with propane refrigeration.
  • a second stream 222 of 310 kmol / h which is cooled in the exchanger E7 to give the stream 223 at minus 25 ° C.
  • Flow 223 is expanded by passing through a valve
  • the propane flow 201 which is introduced into the exchanger E8 is partially vaporized to give a vapor phase 203 at a rate of 1387 kmol / h and a liquid phase 204 at a rate of 2643 kmol / h.
  • This flow 204 is divided into two flows:
  • the streams 225 and 224 are combined prior to their introduction into the exchanger E2 to give a stream 209.
  • the vaporization of the propane in the exchanger E2 makes it possible to cool and partially condense the stream 2.
  • the steam propane thus obtained, stream 210 at minus 33 ° C. and 1.48 bar is mixed with a gaseous stream 207 originating from the exchanger E9 to give a flow 211 which is first sent to a suction tank V7, then is directed to the low pressure stage of a compressor K2.
  • the vaporization of the propane in the exchanger E9 makes it possible to cool and partially condense the flow 118.
  • the steam propane thus obtained, flow 207 at less than 33 ° C. and 1.48 bar is mixed with the gas flow 210 from the exchanger E9 to give the flow 211 which is sent first to the suction tank V7, then is directed to the low pressure stage of the compressor K2.
  • the vaporization of the propane in the exchanger E8 makes it possible to cool and partially condense the stream 112.
  • the steam propane thus obtained, stream 203 at minus 10 ° C. and 3.46 bar is first sent to the suction flask V8, then is directed to the medium pressure stage of compressor K2.
  • the compressor K2 supplies a flow 217 of compressed propane gas hot at 78.02 ° C and 18.6 bar, at a flow rate of 4340 kmol / h.
  • This flow 217 is cooled in a first ElO exchanger to provide a cooled flow 218 at 52.36 ° C and 18.3 bar, then in a second Eli exchanger to provide a liquid flow 219 at 42 ° C and 18.0 bar. The latter is then stored in the balloon V6.
  • the installation shown is intended to treat a dry feed gas, in particular to isolate a fraction thereof composed mainly of methane essentially free of C 2 and higher hydrocarbons on the one hand, and a fraction composed mainly of ethane and other C 2 and higher hydrocarbons essentially free of methane, on the other hand.
  • This installation has two independent circuits.
  • a first circuit corresponds to the path taken by a gas to be purified
  • a second circuit corresponds to the cooling cycle of a refrigeration unit, the refrigerant of which is a mixture of at least three different products which can be in particular propane, ethylene, and methane.
  • a feed gas 1, available at 15 ° C and 18 bar, with a flow rate of 3903 kmol / h is cooled to minus 60 ° C and 17.7 bar in an El exchanger, which is here a plate heat exchanger, to supply a cooled gas 303.
  • El exchanger which is here a plate heat exchanger
  • the latter feeds a distillation column Tl in its upper part.
  • Stream 1 is composed of 0.1% carbon dioxide, 24.3% methane, 74.4% ethane and 1.2% propane.
  • the Tl column produces at the head a vapor 308, at minus 66.21 ° C and 17.0 bar, at a flow rate of 1342 kmol / h, which is cooled in a exchanger E2, to supply a partially condensed fluid 309.
  • the streams 308 and 309 are composed of 0.16% of carbon dioxide, 81.8% of methane and 18.0% of ethane.
  • the flow 309 is then separated in a balloon V2 into a gaseous fraction 310, and into a liquid fraction 311.
  • This liquid fraction 311 is transported by gravity in a pipe which includes a controlled opening valve 322 whose opening depends on the level of liquid in the flask VI.
  • the liquid fraction 311 is then introduced to the last stage of the column T1.
  • the gaseous fraction 310 from balloon V2 is composed of 0.1% carbon dioxide, 94.9% methane and 5.0% ethane. This enters an E2 heat exchanger at minus 90 ° C to provide a fraction heated 326 to minus 70 ° C., then passes successively through the heat exchanger El and through a controlled valve 317, the opening of which depends on the pressure in line 326. At the outlet of valve 317, the product is collected in a line distribution system 320 at 39 ° C and leaves the installation.
  • the distillation column T1 has in its lower part several plates which are connected two by two by heating circuits, two of which are shown. These are circuits 315, 316 and 318, 319. Each of these heating circuits constitutes a lateral reboiler for circuit 315, 316, and a column bottom reboiler for circuit 318, 319.
  • the fluid circulating in line 315 at a flow rate of 1000 kmol / h and a temperature of minus 40.7 ° C is heated in one heat exchanger El to provide a heated fluid 316 to minus 19.14 ° C. This is then introduced onto a plate lower than the plate where the fluid 315 is drawn off.
  • the regulation of the temperature of circulation of fluid in this circuit 315, 316 is carried out using a valve with controlled opening. 323, positioned on a bypass pipes of circuit 15, 16 which does not pass through the exchanger El.
  • the opening of this valve 323 is controlled by a temperature controller connected to the pipe 316 downstream of the mixing zone of the fluids circulating in line 316 and the bypass line comprising valve 323.
  • the fluid circulating in line 318 at a flow rate of 3790 kmol / h and a temperature of minus 17.36 ° C is heated in the heat exchanger El to provide a heated fluid 319 at minus 14.94 ° vs.
  • the latter is then introduced onto a plate lower than the plate where the fluid 318 is drawn off.
  • the regulation of the temperature of circulation of fluid in this circuit 318, 319 is carried out using a controlled opening valve 324 , positioned on a bypass pipes of circuit 315, 316 which does not pass through the exchanger El.
  • the opening of this valve 324 is controlled by a temperature controller connected to the pipe 316 downstream of the mixing zone of the fluids circulating in the pipe 319 and the bypass line comprising the valve 324.
  • the residual liquid obtained at the bottom of the column Tl which is enriched with C 2 and higher hydrocarbons, is withdrawn by a pipe 314 which includes a valve 325 whose opening is controlled by a liquid level controller at the bottom column Tl.
  • This liquid available at minus 14.94 ° C and 17.4 bar, is composed of 0.1% carbon dioxide, 1% methane, 97.4% ethane and 1.5% propane.
  • a refrigerant mixture 13 composed of 5% methane 12, 25% ethylene 3, and 70% propane 2, at a temperature of 42 ° C and a pressure of 27.79 bar, and whose flow rate is 3970 kmol / h, is separated in a V2 flask into a first fraction 4 containing essentially the first less volatile fluid 2 and in a second fraction 5 essentially containing the second more volatile fluid 3 and the third more volatile fluid 12.
  • the stream 14 is then cooled in an exchanger E2 to give a stream 15 available at minus 90 ° C and 27.1 bar.
  • This flow 15 is expanded in a valve 16 to provide a flow 17 at a pressure of 2.3 bar and at a temperature of minus 96 ° C.
  • the opening of valve 16 is regulated by a temperature controller in line 310.
  • the flow 17 is heated in the exchanger E2 and is partially vaporized in order to meet the refrigeration needs of the exchanger E2, to supply the flow 18 at a temperature of minus 67.9 ° C and a pressure of 2.2 bar at the outlet of the exchanger.
  • Flow 4 which constitutes the liquid phase of the separating flask V2, is composed of 2.2% methane, 18.3% ethylene and 79.5% propane, the flow rate of which is 2501 kmol / h, is cooled in one heat exchanger El to give a flow 19 available at minus 60 ° C.
  • the stream 19 is then separated into two streams:
  • a flow 8 the flow rate of which is 1000 kmol / h, is expanded to 8.1 bar by passing through a valve 20, to give a flow 21.
  • the latter is vaporized and reheated in the exchanger El to give a flow 9 at a temperature of 38.5 ° C and a pressure of 7.8 bar.
  • the latter available at a temperature of minus 64, 93 ° C and a pressure of 2.2 bar, composed of 6.0% methane, 27.2% ethylene and 66.8% propane, is vaporized and heated in the El exchanger to provide a flow 7 available at 38.5 ° C and 1.9 bar.
  • the flow 7 is directed to the low pressure stage of a compressor K1, passing through a suction balloon V3.
  • the flow 9 flows through a suction balloon V4, then is mixed with the flow 25 to provide a flow 10 at a flow rate of 3970 kmol / h, at 41.01 ° C and 7.7 bar. This latter flow 10 is introduced at a medium pressure stage of the compressor K1.
  • the method according to the invention allows a power gain of 9.4%
  • the surface area of the cooling water exchangers of the process according to the invention is 29% less than that of the conventional process.
  • the water consumption is 5.4% lower for the process of the invention.
  • the process according to the invention uses a larger total exchange area of 21% compared to the known process. However, the cost of these exchangers is lower.
  • the method of the invention comprises only 11 pieces of equipment instead of 24 for the known method.
  • the new process has 8 control chains instead of 13 for the conventional process.
  • the invention therefore presents an advantage for limiting energy expenditure during the production of purified gases. This object is achieved while allowing a high selectivity of separation of methane and other constituents during the implementation of the process.
  • results obtained by the invention provide significant advantages constituted by a substantial simplification and economy in the production and technology of the equipment and methods of their implementation as well as in the quality of the products obtained by these methods.

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Abstract

Procédé de récupération d'éthane, mettant en oeuvre un cycle de réfrigération utilisant un mélange d'au moins deux fluides réfrigérants, gaz obtenus par ce procédé, et installation de mise en oeuvre. L'invention concerne un procédé et une installation de réfrigération de mélanges gazeux, visant la séparation cryogénique des constituants d'un gaz sous pression (1). Le procédé comprend un cycle réfrigérant dans lequel un fluide (13), est séparé dans un ballon séparateur (B2) en une fraction moins volatile (4), utile pour la production de froid à une première température relativement haute dans un échangeur (E1), et en une seconde fraction plus volatile (5), utile pour la production de froid à une deuxième température relativement basse dans un échangeur (E2). Les fractions (4, 5) réchauffées et détendues sont rassemblées puis comprimées dans un compresseur (K1). Une fraction (26) issue du compresseur (K1) est refroidie pour fournir la fraction (13).

Description

"Procédé de récupération d'éthane, mettant en œuvre un cycle de réfrigération utilisant un mélange d'au moins deux fluides réfrigérants, gaz obtenus par ce procédé, et installation de mise en oeuvre".
La présente invention concerne, de façon générale et selon un premier de ses aspects, l'industrie gazière, et en particulier un procédé de récupération d'éthane contenu dans un gaz sous pression comprenant du méthane et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, mettant en œuvre un cycle de réfrigération à composants multiples.
Par « cycle de réfrigération à composants multiples », il faut comprendre qu'il s'agit d'un cycle de réfrigération utilisant un mélange réfrigérant composé d'au moins deux fluides réfrigérants.
Plus précisément, l'invention concerne, selon son premier aspect, un procédé de récupération d'éthane contenu dans un gaz sous pression comprenant du méthane et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, mettant en œuvre un cycle réfrigérant dans lequel un premier fluide réfrigérant relativement moins volatil est comprimé, refroidi et détendu pour ensuite servir au refroidissement dudit gaz sous pression à séparer ou de premiers produits de séparation à une première température relativement haute, et dans lequel un second fluide réfrigérant relativement plus volatil est comprimé, refroidi et détendu pour ensuite servir au refroidissement au moins de seconds produits de séparation dudit gaz sous pression à une seconde température relativement basse.
Des procédés de réfrigération de ce type sont bien connus de l'homme de l'art et utilisés depuis de nombreuses années . Ces procédés de réfrigération présentent des inconvénients de coûts d'exploitation en raison de dépenses énergétiques liées au faible rendement thermodynamique de ces cycles de réfrigération. Ces procédés connus présentent également des inconvénients de coûts d'exploitation générés par des difficultés de maintenance ou par la fréquence des interventions, par exemple sur des installations de compression, des pompes, ou encore sur des appareils de mesure et de contrôle.
Ces inconvénients entraînent eux-mêmes des coûts excessifs qui freinent la vitesse d'amortissement de l'investissement financier dans de telles installations en raison des arrêts de la production.
Dans ce contexte, un premier but de la présente invention est de proposer un procédé, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, qui est essentiellement caractérisé en ce que les premier et second fluides réfrigérants sont utilisés en mélange lorsqu'ils sont comprimés et refroidis, en ce que ce mélange est ensuite soumis à une séparation en une première fraction contenant essentiellement le premier fluide relativement moins volatil, et en une seconde fraction contenant essentiellement le second fluide relativement plus volatil, en ce que le premier fluide réfrigérant est utilisé sous la forme de la première fraction pour réaliser le refroidissement, à la première température relativement haute, et en ce que le deuxième fluide réfrigérant est utilisé sous la forme de la deuxième fraction pour réaliser le refroidissement à la deuxième température relativement basse.
Ce procédé permet de limiter les coûts d'exploitation de l'installation, notamment vis à vis des dépenses énergétiques, par un meilleur rendement thermodynamique, et aussi en ce qui concerne la maintenance, par la réduction du nombre d'appareils de l'installation du fait de la combinaison de deux circuits de réfrigération en un seul. Ainsi, les opérations de maintenance sont simplifiées, la durée de la détermination des causes de défaillance de l'installation est réduite, et par conséquent, un arrêt éventuel de la production sera moins long que lors de l'utilisation d'installations utilisant un procédé selon l'art antérieur.
Selon un premier aspect du procédé de l'invention, la première fraction peut être refroidie dans un premier échangeur, détendue pour donner une première fraction détendue, puis réchauffée dans le premier échangeur, pour être ensuite introduite à un étage à basse pression d'un compresseur.
Selon le premier aspect du procédé de l'invention, la seconde fraction peut être refroidie dans le premier échangeur puis dans un second échangeur, détendue puis réchauffée dans le second échangeur, et mélangée à la première fraction détendue.
Selon le premier aspect du procédé de l'invention, une troisième fraction peut être prélevée de la première fraction après son refroidissement dans le premier échangeur thermique, et la troisième fraction peut être détendue et réchauffée dans le premier échangeur pour fournir une quatrième fraction détendue et réchauffée qui peut être introduite à un étage à moyenne pression du compresseur.
Selon le premier aspect du procédé de l'invention, une cinquième fraction gazeuse peut être prélevée sur des fluides en cours de compression dans le compresseur (Kl) à une pression moyenne légèrement supérieure à celle de la quatrième fraction détendue et réchauffée, puis être refroidie et détendue à la même pression que ladite quatrième fraction pour être ensuite mélangée avec cette dernière .
Selon un second aspect du procédé de l'invention, les premier et second fluides réfrigérants peuvent être utilisés en mélange avec un troisième fluide réfrigérant.
Selon le second aspect du procédé de l'invention, les fluides réfrigérants peuvent être le méthane, l'éthylène et le propane.
Selon un troisième de ses aspects, l'invention concerne un gaz enrichi en méthane et un produit enrichi en éthane obtenus par le présent procédé ainsi qu'un produit enrichi en hydrocarbures en C2 et supérieurs, obtenu par le présent procédé.
Selon un quatrième de ses aspects, l'invention concerne une installation de récupération d'éthane contenu dans un gaz sous pression comprenant du méthane et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, mettant en œuvre, en particulier, un cycle de réfrigération à composants multiples, cette installation utilisant un cycle réfrigérant et comprenant des moyens pour comprimer, refroidir et détendre un premier fluide réfrigérant relativement moins volatil, des moyens pour refroidir, au moyen du premier fluide réfrigérant, ledit gaz sous pression à séparer ou des premiers produits de séparation à une première température relativement haute, et des moyens pour comprimer, refroidir et détendre un second fluide réfrigérant relativement plus volatil, des moyens pour refroidir, au moyen du second fluide réfrigérant, au moins des seconds produits de séparation dudit gaz sous pression à une seconde température relativement basse, caractérisée en ce que les premier et second fluides réfrigérants sont utilisés en mélange lorsqu'ils sont comprimés et refroidis, et en ce que cette installation comprend des moyens pour soumettre ce mélange à une séparation en une première fraction contenant essentiellement le premier fluide relativement moins volatil, et en une seconde fraction contenant essentiellement le second fluide relativement plus volatil, le premier fluide réfrigérant étant utilisé sous la forme de la première fraction pour réaliser le refroidissement, à la première température relativement haute, et le deuxième fluide réfrigérant étant utilisé sous la forme de la deuxième fraction pour réaliser le refroidissement à la deuxième température relativement basse .
L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description qui va suivre en se référant aux dessins schématiques annexés, donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif et dans lesquels:
La figure 1 représente un schéma synoptique fonctionnel d'une installation conforme à un mode de réalisation de l'art antérieur;
La figure 2 représente un schéma synoptique fonctionnel d'une installation conforme à un mode de réalisation préféré de l'invention.
Sur ces deux figures, on peut notamment lire les symboles « FC » qui signifie « contrôleur de débit », « GT » qui signifie « turbine à gaz », « LC » qui signifie « contrôleur de niveau de liquide », « PC » qui signifie « contrôleur de pression », « SC » qui signifie « contrôleur de vitesse » et « TC » qui signifie « contrôleur de température » . Par souci de clarté et de concision, les conduites utilisées dans les installations des figures 1 et 2 seront reprises par les mêmes signes de référence que les fractions gazeuses qui y circulent.
En se rapportant à la figure 1, l'installation représentée est destinée à traiter un gaz de charge sec, en particulier pour en isoler une fraction composée principalement de méthane essentiellement exempte d'hydrocarbures en C2 et supérieurs d'une part, et une fraction composée principalement d'éthane et d'autres hydrocarbures en C2 et supérieurs essentiellement exempte de méthane, d'autre part.
Cette installation présente trois circuits indépendants. Un premier circuit correspond au trajet effectué par un gaz à purifier, un second circuit correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est l'éthylène, et un troisième circuit correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est le propane.
Plus précisément, dans le premier circuit, un gaz de charge 1, disponible à 15°C et 18 bar, avec un débit de 3903 kmol/h est refroidi dans un échangeur El pour fournir un gaz refroidi 302 à moins 17,52°C et 17,8 bar. Ce dernier est encore refroidi dans un second échangeur E2 , pour fournir un fluide refroidi 303 à moins 30,00°C et 17,6 bar, partiellement condensé. Le flux 1 est composé de 0,1 % de dioxyde de carbone, 24,3 % de méthane, 74,4 % d'éthane et 1,2 % de propane.
Le fluide 303 est alors introduit dans un ballon VI où il subit une séparation de ses constituants liquide et gazeux : La phase gazeuse, flux 304, disponible avec un débit de 2219 kmol/h est refroidie à moins 60°C et partiellement condensée dans un échangeur E3 , pour fournir un fluide 305 à 17,4 bar. Ce fluide 305 alimente une colonne de distillation Tl dans sa partie supérieure.
La phase liquide, flux 306, disponible avec un débit de 1684 kmol/h est pompée par une pompe PI, circule dans une conduite comportant une vanne commandée 321 dont l'ouverture dépend d'un contrôleur de niveau de liquide présent dans le ballon VI, pour fournir un flux 307 à moins 29,8°C et 19,6 bar. Ce dernier est alors introduit dans une partie médiane de la colonne de distillation Tl .
La colonne Tl produit en tête une vapeur 308 à moins 65,79°C et 17,2 bar, disponible à un débit de 1358 kmol/h, qui est refroidie dans un échangeur E4 , pour fournir un fluide partiellement condensé 309 à moins 90°C et 17,0 bar. Ce dernier est ensuite séparé dans un ballon V2 en une fraction gazeuse 310 à raison de 971 kmol/h qui est composée de 0,1 % de dioxyde de carbone, 94,9 % de méthane et de 5,0 % d'éthane, et en une fraction liquide 311 à raison de 387 kmol/h qui est composée de 0,4 % de dioxyde de carbone, 47,6 % de méthane et de 52,0 % d'éthane, qui est pompée par une pompe P2 vers une conduite 312. Cette conduite 312 comporte une vanne à ouverture commandée 322 dont l'ouverture dépend du débit dans cette même conduite. La fraction liquide transportée dans la conduite 312 est ensuite introduite au dernier étage de la colonne Tl .
La fraction gazeuse 310 issue du ballon V2 à une température de moins 90,0°C, circule dans un échangeur thermique E6 pour fournir une fraction réchauffée 313 a moins 35,0°C, cette fraction 313 circule ensuite dans un échangeur thermique E7 pour fournir une fraction réchauffée 326, pour ensuite passer dans une vanne à ouverture commandée 317, dont l'ouverture dépend de la pression dans la conduite 326. En sortie de vanne 317, le produit est collecté dans une conduite de distribution 320 à 20,0°C et quitte l'installation. La colonne de distillation Tl comporte dans sa partie basse plusieurs plateaux qui sont reliés deux à deux par des circuits de réchauffage dont deux sont représentés. Ce sont les circuits 315, 316 et 318, 319. Chacun de ces circuits de réchauffage constitue un rebouilleur latéral pour le circuit 315, 316, et un rebouilleur de fond de colonne pour le circuit 318, 319.
Le fluide en circulation dans la conduite 315, à un débit de 3000 kmol/h et à une température de moins 20,26°C est réchauffé dans 1 ' échangeur thermique El, par échange de chaleur avec le gaz de charge 1 pour fournir un fluide réchauffé 316 à moins 16,61°C qui est ensuite introduit sur un plateau inférieur au plateau où s'effectue le soutirage du fluide 315. La régulation de la température de circulation de fluide dans ce circuit
315, 316 est effectuée à l'aide d'une vanne à ouverture commandée 323, positionnée sur une canalisations de dérivation du circuit 315, 316 qui ne passe pas dans 1 ' échangeur El. L'ouverture de cette vanne 323 est commandée par un contrôleur de température connecté sur la conduite 302.
De façon analogue, le fluide en circulation dans la conduite 318 à un débit de 3341 kmol/h et à une température de moins 16,15°C, qui est située sur un étage inférieur à l'étage d'introduction du fluide réchauffé
316, est réchauffé dans un échangeur thermique E5, par échange de chaleur avec un fluide réfrigérant constitué de propane, pour fournir un fluide réchauffé 319 à moins 14,87°C. Ce dernier est introduit sur un plateau inférieur au plateau où s'effectue le soutirage du fluide 318. La régulation de la température de circulation de fluide dans ce circuit 318, 319 est effectuée à l'aide d'une vanne à ouverture commandée 324, positionnée sur une canalisation de dérivation du fluide réfrigérant transporté dans des conduites 220, 221, qui ne passe pas dans l' échangeur E5. L'ouverture de cette vanne 324 est commandée par un contrôleur de température connecté sur la conduite 319.
Enfin, le liquide résiduel obtenu en fond de la colonne Tl, qui est enrichi en hydrocarbures en C2 et supérieurs, est soutiré à une température de moins 14,87°C et une pression de 17,4 bar à raison de 2932 kmol/h par une conduite 314. Celle-ci comporte une vanne 325 dont l'ouverture est commandée par un contrôleur de niveau de liquide en fond de colonne Tl.
Dans le second circuit, qui correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est l'éthylène, un flux d'éthylène liquide 100 d'un débit de 2570 kmol/h à une température de moins 30°C et une pression de 19,58 bar, est soutiré d'un ballon de stockage V5. Ce flux 100 est divisé en :
(a) un premier flux 117 d'un débit de 1993 kmol/h qui est détendu à 6,79 bar et refroidi à moins 63 °C par passage dans une vanne 120 pour fournir un flux 101 qui est mélangé à un flux 104 pour donner un flux 102 qui alimente l' échangeur E3 en éthylène de réfrigération. L'ouverture de la vanne 120 est commandée par un contrôleur de niveau de liquide dans 1 ' échangeur E3.
(b) un second flux 114 d'un débit de 577 kmol/h qui est détendu à 18,58 bar et refroidi à moins 80°C dans
1 ' échangeur E6 pour donner un flux réchauffé 115.
Les 577 kmol/h du flux 115 sont divisées en :
(a) 417 kmol/h qui constituent un premier flux 116 qui est détendu à 1,83 bar et refroidi à moins 93°C par passage dans une vanne 121 pour fournir un flux 106 qui alimente l' échangeur E4 en éthylène de réfrigération. L'ouverture de la vanne 121 est commandée par un contrôleur de niveau de liquide contenu dans l' échangeur E4. De plus, ce contrôleur de niveau de liquide est asservi par un autre contrôleur de niveau de liquide contenu dans le ballon séparateur V2. (b) 160 kmol/h qui constituent un second flux qui circule dans une conduite 105 munie d'une vanne 122, dont l'ouverture dépend du débit dans la conduite 105, pour donner un flux 104 à moins 79,62°C et 6,79 bar. Ce flux 104 est mélangé au flux 101 pour donner un flux 102, préalablement à son introduction dans l' échangeur E3.
La vaporisation de l' éthylène contenu dans l' échangeur E4 permet de refroidir le flux 8 provenant de la tête de la colonne Tl . L' éthylène vapeur ainsi obtenu, flux 107 à moins 93°C et 1,83 bar, est dirigé vers l'étage basse pression du compresseur Kl, en passant par le ballon d'aspiration V3.
La vaporisation de l' éthylène contenu dans 1 ' échangeur E3 permet de refroidir le flux 4 provenant du ballon VI. L' éthylène vapeur ainsi obtenu, flux 103 à moins 62,83°C et 6,79 bar, est dirigé vers l'étage moyenne pression du compresseur Kl, en passant par le ballon d'aspiration V4.
L' éthylène comprimé obtenu en sortie de Kl fournit un fluide 112 à 17,75°C et 20,6 bar avec un débit de 2570 kmol/h, qui est refroidi et condensé par passage successif dans l' échangeur E8 pour donner une fraction 118 à moins 7°C et 20,1 bar, puis l' échangeur E9 pour donner une fraction 119 à moins 30°C et 19,6 bar, pour ensuite alimenter le ballon V5 en éthylène liquide.
Dans le troisième circuit, qui correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est le propane, un flux de 4340 kmol/h de propane liquide sous pression 220 est soutiré d'un ballon de stockage V6 à 42°C et 18 bar. Ce flux 220 est refroidi dans 1 ' échangeur E5 par échange de chaleur avec le liquide circulant dans les conduites 18, 19 pour fournir un fluide refroidi 221 à 33,64°C et 17,5 bar. En parallèle du circuit de refroidissement passant par 1' échangeur E5, une conduite comportant une vanne 24 permet de réguler les échanges d'énergie au sein de E5.
Les 4340 kmol/h du fluide refroidi 221 sont ensuite séparées en deux flux :
- un premier flux 200 de 4030 kmol/h qui est détendu par passage dans une vanne 226 pour fournir un flux 201 à 3,46 bar et moins 10°C. L'ouverture de la vanne 226 est contrôlée par un contrôleur de niveau de liquide contenu dans l' échangeur E8. Le flux 201 alimente 1 ' échangeur E8 en propane de réfrigération. un deuxième flux 222 de 310 kmol/h qui est refroidi dans l' échangeur E7 pour donner le flux 223 à moins 25°C. Le flux 223 est détendu par passage dans une vanne
229 dont l'ouverture est contrôlée par le débit dans la conduite, pour donner un flux détendu 224 à 1,48 bar.
Le flux de propane 201 qui est introduit dans l' échangeur E8 est partiellement vaporisé pour donner une phase vapeur 203 à raison de 1387 kmol/h et une phase liquide 204 à raison de 2643 kmol/h. Ce flux 204 est partagé en deux flux :
- 1700 kmol/h qui constituent un flux 205 qui est détendu par passage dans une vanne 227 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide contenu dans 1 ' échangeur E9, pour fournir un flux 206 à 1,48 bar et moins 33 °C qui alimente 1 ' échangeur E9 en propane de réfrigération,
- 943 kmol/h qui constituent un flux 208 qui est détendu par passage dans une vanne 228 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide contenu dans l' échangeur E2, pour fournir un flux 225 à 1,48 bar et moins 33 °C à qui alimente l' échangeur E2 en propane de réfrigération.
Les flux 225 et 224 sont réunis préalablement à leur introduction dans l' échangeur E2 pour donner un flux 209. La vaporisation du propane dans l' échangeur E2 permet de refroidir et de condenser partiellement le flux 2. le propane vapeur ainsi obtenu, flux 210 à moins 33°C et 1,48 bar, est mélangé à un flux gazeux 207 issu de l' échangeur E9 pour donner un flux 211 qui est envoyé d'abord dans un ballon d'aspiration V7 , puis est dirigé vers l'étage basse pression d'un compresseur K2.
La vaporisation du propane dans l' échangeur E9 permet de refroidir et de condenser partiellement le flux 118. le propane vapeur ainsi obtenu, flux 207 à moins 33°C et 1,48 bar, est mélangé au flux gazeux 210 issu de l' échangeur E9 pour donner le flux 211 qui est envoyé d'abord dans le ballon d'aspiration V7 , puis est dirigé vers l'étage basse pression du compresseur K2. La vaporisation du propane dans l' échangeur E8 permet de refroidir et de condenser partiellement le flux 112. le propane vapeur ainsi obtenu, flux 203 à moins 10°C et 3,46 bar, est d'abord envoyé dans le ballon d'aspiration V8, puis est dirigé vers l'étage moyenne pression du compresseur K2.
Le compresseur K2 fournit un flux 217 de propane comprimé gazeux chaud à 78,02°C et 18,6 bar, à un débit de 4340 kmol/h. Ce flux 217 est refroidi dans un premier échangeur ElO pour fournir un flux refroidi 218 à 52,36°C et 18,3 bar, puis dans un second échangeur Eli pour fournir un flux liquide 219 à 42 °C et 18,0 bar. Ce dernier est alors stocké dans le ballon V6.
En se rapportant maintenant à la figure 2, l'installation représentée est destinée à traiter un gaz de charge sec, en particulier pour en isoler une fraction composée principalement de méthane essentiellement exempte d'hydrocarbures en C2 et supérieurs d'une part, et une fraction composée principalement d'éthane et d'autres hydrocarbures en C2 et supérieurs essentiellement exempte de méthane, d'autre part. Cette installation présente deux circuits indépendants. Un premier circuit correspond au trajet effectué par un gaz à purifier, un second circuit correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est un mélange d'au moins trois produits différents qui peuvent être notamment le propane, l' éthylène, et le méthane.
Plus précisément, dans le premier circuit, un gaz de charge 1, disponible à 15°C et 18 bar, avec un débit de 3903 kmol/h est refroidi à moins 60°C et 17,7 bar dans un échangeur El, qui est ici un échangeur à plaques, pour fournir un gaz refroidi 303. Ce dernier alimente une colonne de distillation Tl dans sa partie supérieure. Le flux 1 est composé de 0,1 % de dioxyde de carbone, 24,3 % de méthane, 74,4 % d'éthane et 1,2 % de propane.
De la même façon que dans le procédé décrit en figure 1, la colonne Tl produit en tête une vapeur 308, à moins 66,21°C et 17,0 bar, à un débit de 1342 kmol/h, qui est refroidie dans un échangeur E2 , pour fournir un fluide partiellement condensé 309. Les flux 308 et 309 sont composés de 0,16 % de dioxyde de carbone, 81,8 % de méthane et de 18,0 % d'éthane. Le flux 309 est ensuite séparé dans un ballon V2 en une fraction gazeuse 310, et en une fraction liquide 311. Cette fraction liquide 311, est transportée par gravité dans une conduite qui comporte une vanne à ouverture commandée 322 dont l'ouverture dépend du niveau de liquide dans le ballon VI.
La fraction liquide 311 est alors introduite au dernier étage de la colonne Tl .
La fraction gazeuse 310 issue du ballon V2 est composée de 0,1 % de dioxyde de carbone, 94,9 % de méthane et de 5,0 % d'éthane. Celle-ci entre dans un échangeur thermique E2 à moins 90°C pour fournir une fraction réchauffée 326 à moins 70°C, puis passe successivement dans 1 ' échangeur El et dans une vanne à commandée 317 dont l'ouverture dépend de la pression dans la conduite 326. En sortie de vanne 317, le produit est collecté dans une conduite de distribution 320 à 39°C et quitte l'installation.
La colonne de distillation Tl comporte dans sa partie basse plusieurs plateaux qui sont reliés deux à deux par des circuits de réchauffage dont deux sont représentés. Ce sont les circuits 315, 316 et 318, 319. Chacun de ces circuits de réchauffage constitue un rebouilleur latéral pour le circuit 315, 316, et un rebouilleur de fond de colonne pour le circuit 318, 319.
Le fluide en circulation dans la conduite 315 à un débit de 1000 kmol/h et une température de moins 40,7°C est réchauffé dans 1 ' échangeur thermique El pour fournir un fluide réchauffé 316 à moins 19,14°C. Celui-ci est ensuite introduit sur un plateau inférieur au plateau où s'effectue le soutirage du fluide 315. La régulation de la température de circulation de fluide dans ce circuit 315, 316 est effectuée à l'aide d'une vanne à ouverture commandée 323, positionnée sur une canalisations de dérivation du circuit 15, 16 qui ne passe pas dans l' échangeur El. L'ouverture de cette vanne 323 est commandée par un contrôleur de température connecté sur la conduite 316 en aval de la zone de mélangeage des fluides circulant dans la conduite 316 et la conduite de dérivation comportant la vanne 323.
De façon analogue, Le fluide en circulation dans la conduite 318 à un débit de 3790 kmol/h et une température de moins 17,36°C est réchauffé dans l' échangeur thermique El pour fournir un fluide réchauffé 319 à moins 14,94°C. Ce dernier est ensuite introduit sur un plateau inférieur au plateau où s'effectue le soutirage du fluide 318. La régulation de la température de circulation de fluide dans ce circuit 318, 319 est effectuée à l'aide d'une vanne à ouverture commandée 324, positionnée sur une canalisations de dérivation du circuit 315, 316 qui ne passe pas dans 1 ' échangeur El. L'ouverture de cette vanne 324 est commandée par un contrôleur de température connecté sur la conduite 316 en aval de la zone de mélangeage des fluides circulant dans la conduite 319 et la conduite de dérivation comportant la vanne 324.
Enfin, le liquide résiduel obtenu en fond de la colonne Tl , qui est enrichi en hydrocarbures en C2 et supérieurs, est soutiré par une conduite 314 qui comporte une vanne 325 dont l'ouverture est commandée par un contrôleur de niveau de liquide en fond de colonne Tl . Ce liquide, disponible à moins 14,94°C et 17,4 bar est composé de 0,1 % de dioxyde de carbone, 1 % de méthane, 97,4 % d'éthane et de 1,5 % de propane.
Dans le second circuit, qui correspond au cycle de refroidissement d'une unité de réfrigération dont le fluide réfrigérant est un mélange d'au moins trois produits, un mélange réfrigérant 13 composé de 5 % de méthane 12, 25 % d' éthylène 3, et 70 % de propane 2, à une température de 42°C et à une pression de 27,79 bar, et dont le débit est de 3970 kmol/h, est séparé dans un ballon V2 en une première fraction 4 contenant essentiellement le premier fluide moins volatil 2 et en une seconde fraction 5 contenant essentiellement le second fluide plus volatil 3 et le troisième fluide plus volatil 12.
Le flux 5, qui constitue la phase vapeur du ballon séparateur V2 , qui est composé de 9,8 % de méthane, 36,3
% d' éthylène et de 53,9 % de propane, et dont le débit est de 1469 kmol/h, est refroidi et condensé dans 1 ' échangeur El pour donner un flux 14 disponible à moins 60°C.
Le flux 14 est ensuite refroidi dans un échangeur E2 pour donner un flux 15 disponible à moins 90°C et 27,1 bar. Ce flux 15 est détendu dans une vanne 16 pour fournir un flux 17 à une pression de 2,3 bar et à une température de moins 96 °C. L'ouverture de la vanne 16 est régulée par un contrôleur de température dans la conduite 310.
Le flux 17 est réchauffé dans 1 ' échangeur E2 et se vaporise partiellement afin d'assurer les besoins en réfrigération de l' échangeur E2 , pour fournir le flux 18 à une température de moins 67,9°C et une pression de 2,2 bar en sortie d' échangeur.
Le flux 4, qui constitue la phase liquide du ballon séparateur V2 , est composé de 2,2 % de méthane, 18,3 % d' éthylène et de 79,5 % de propane, dont le débit est de 2501 kmol/h, est refroidi dans 1 ' échangeur El pour donner un flux 19 disponible à moins 60°C.
Le flux 19 est ensuite séparé en deux flux :
- Un flux 8, dont le débit est de 1000 kmol/h, est détendu à 8,1 bar par passage dans une vanne 20, pour donner un flux 21. Ce dernier est vaporisé et réchauffé dans 1 ' échangeur El pour donner un flux 9 à une température de 38,5°C et une pression de 7,8 bar.
- Un flux 22, dont le débit est de 1501 kmol/h, est détendu à 2,2 bar dans une vanne 23, puis est mélangé au flux 18 pour donner le flux 6. Ce dernier, disponible à une température de moins 64,93°C et une pression de 2,2 bar, composé de 6,0 % de méthane, 27,2 % d' éthylène et 66,8 % de propane, est vaporisé et réchauffé dans l' échangeur El pour fournir un flux 7 disponible à 38,5°C et 1, 9 bar.
Le flux 7 est dirigé vers l'étage basse pression d'un compresseur Kl, en passant par un ballon d'aspiration V3. Un flux 11, issu du compresseur Kl à un débit de 2970 kmol/h qui correspond à la totalité du flux 7 entrant à l'étage basse pression du compresseur, est introduit dans un échangeur à eau Eli à une pression de 8,0 bar et une température de 113,75°C pour produire un flux refroidi 25 à 42,0°C et 7,7 bar.
Le flux 9 circule au travers d'un ballon d'aspiration V4 , puis est mélangé au flux 25 pour fournir un flux 10 à un débit de 3970 kmol/h, à 41,01°C et 7,7 bar. Ce dernier flux 10 est introduit à un étage moyenne pression du compresseur Kl.
Un flux 26 issu d'un étage à haute pression du compresseur Kl à un débit de 3970 kmol/h, 111,66°C et 28,39 bar, est refroidi dans un échangeur à eau ElO pour donner un flux 27 à 54,36°C. Ce flux 27 est enfin refroidi à 42,0°C dans un échangeur à eau E12 pour donner le flux 13.
Les performances des deux procédés sont maintenant données par le moyen de tableaux comparatifs.
Comparaison des puissances des compresseurs (k ) :
(Les puissances sont basées sur des rendements polytropiques de 82 %)
Le procédé selon l'invention permet un gain de puissance de 9,4 %
Comparaison des echangeurs à eau de réfrigération:
La surface des echangeurs à eau de réfrigération du procédé selon l'invention est inférieure de 29 % à celle du procédé conventionnel. La consommation d'eau est plus faible de 5,4 % pour le procédé de l'invention.
Comparaison des echangeurs cryogéniques:
Le procédé conforme à l'invention utilise une surface totale d'échange plus importante de 21 % par rapport au procédé connu. Cependant, le coût de ces echangeurs est plus faible.
Comparaison du nombre d'équipements:
Le procédé de l'invention ne comporte que 11 équipements au lieu de 24 pour le procédé connu.
Comparaison du nombre de chaînes de contrôle:
Le nouveau procédé possède 8 chaînes de contrôle au lieu de 13 pour le procédé conventionnel.
L'invention présente donc un intérêt pour la limitation des dépenses énergétiques lors de la production de gaz purifiés. Ce but est atteint tout en permettant une grande sélectivité de séparation du méthane et des autres constituants lors de la mise en œuvre du procédé.
Ainsi, les résultats obtenus par l'invention procurent des avantages importants constitués par une simplification et une économie substantielles dans la réalisation et la technologie des équipements et des méthodes de leur mise en œuvre ainsi que dans la qualité des produits obtenus par ces méthodes.

Claims

REVENDI CAT I ONS
1. Procédé de récupération d'éthane contenu dans un gaz sous pression (1) contenant du méthane et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, mettant en œuvre un cycle réfrigérant dans lequel un premier fluide réfrigérant (2) relativement moins volatil est comprimé, refroidi et détendu pour ensuite servir au refroidissement dudit gaz sous pression (1) à séparer ou de premiers produits de séparation à une première température relativement haute, et dans lequel un second fluide réfrigérant (3) relativement plus volatil est comprimé, refroidi et détendu pour ensuite servir au refroidissement au moins de seconds produits de séparation dudit gaz sous pression (1) à une seconde température relativement basse, caractérisé en ce que les premier et second fluides réfrigérants (2, 3) sont utilisés en mélange lorsqu'ils sont comprimés et refroidis, en ce que ce mélange est ensuite soumis à une séparation en une première fraction (4) contenant essentiellement le premier fluide relativement moins volatil (2) , et en une seconde fraction (5) contenant essentiellement le second fluide relativement plus volatil (3) , en ce que le premier fluide réfrigérant est utilisé sous la forme de la première fraction pour réaliser le refroidissement, à la première température relativement haute, et en ce que le deuxième fluide réfrigérant est utilisé sous la forme de la deuxième fraction pour réaliser le refroidissement à la deuxième température relativement basse.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première fraction (4) est refroidie dans un premier échangeur (El) , détendue pour donner une première fraction détendue (6) , puis réchauffée dans ledit premier échangeur, pour être ensuite introduite à un étage à basse pression (7) d'un compresseur (Kl).
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la seconde fraction (5) est refroidie dans le premier échangeur (El) puis dans un second échangeur (E2) , détendue puis réchauffée dans ledit second échangeur, et mélangée à la première fraction détendue (6) .
4. Procédé selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé en ce qu'une troisième fraction (8) est prélevée de la première fraction (4) après son refroidissement dans le premier échangeur thermique (El) , et en ce que ladite troisième fraction (8) est détendue et réchauffée dans ledit premier échangeur (El) pour fournir une quatrième fraction détendue et réchauffée (9) qui est introduite à un étage à moyenne pression (10) du compresseur (Kl) .
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une cinquième fraction gazeuse (11) est prélevée sur des fluides en cours de compression dans le compresseur (Kl) à une pression moyenne légèrement supérieure à celle de la quatrième fraction détendue et réchauffée (9) , et est refroidie et détendue à la même pression que ladite quatrième fraction (9) , puis est mélangée avec cette dernière.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits premier et second fluides réfrigérants (2, 3) sont utilisés en mélange avec un troisième fluide réfrigérant
(12) .
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fluides réfrigérants sont le méthane, 1' éthylène et le propane.
8. Gaz enrichi en méthane obtenu par le procédé selon l'une des revendications précédentes.
9. Produit enrichi en éthane obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 7.
10. Produit enrichi en hydrocarbures en C2 et supérieurs obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 7.
11. Installation de récupération d'éthane contenu dans un gaz sous pression (1) contenant du méthane et des hydrocarbures en C2 et supérieurs, cette installation comprenant des moyens pour comprimer, refroidir et détendre un premier fluide réfrigérant (2) relativement moins volatil, des moyens pour refroidir, au moyen du premier fluide réfrigérant, ledit gaz sous pression (1) à séparer ou des premiers produits de séparation à une première température relativement haute, et des moyens pour comprimer, refroidir et détendre un second fluide réfrigérant (3) relativement plus volatil, des moyens pour refroidir, au moyen du second fluide réfrigérant
(3) , au moins des seconds produits de séparation dudit gaz sous pression (1) à une seconde température relativement basse, caractérisée en ce que les premier et second fluides réfrigérants (2, 3) sont utilisés en mélange lorsqu'ils sont comprimés et refroidis, et en ce que cette installation comprend des moyens pour soumettre ce mélange à une séparation en une première fraction (4) contenant essentiellement le premier fluide relativement moins volatil (2) , et en une seconde fraction (5) contenant essentiellement le second fluide relativement plus volatil (3) , le premier fluide réfrigérant étant utilisé sous la forme de la première fraction pour réaliser le refroidissement, à la première température relativement haute, et le deuxième fluide réfrigérant étant utilisé sous la forme de la deuxième fraction pour réaliser le refroidissement à la deuxième température relativement basse.
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