EP3559574A1 - Dispositif et procédé de liquéfaction d'un gaz naturel et navire comportant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif et procédé de liquéfaction d'un gaz naturel et navire comportant un tel dispositif

Info

Publication number
EP3559574A1
EP3559574A1 EP17832255.8A EP17832255A EP3559574A1 EP 3559574 A1 EP3559574 A1 EP 3559574A1 EP 17832255 A EP17832255 A EP 17832255A EP 3559574 A1 EP3559574 A1 EP 3559574A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
natural gas
exchange
compound
mixture
cooling
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17832255.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Hicham GUEDACHA
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Engie SA
Original Assignee
Engie SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Engie SA filed Critical Engie SA
Publication of EP3559574A1 publication Critical patent/EP3559574A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0055—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream originating from an incorporated cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0057—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream after expansion of the liquid refrigerant stream with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/007—Primary atmospheric gases, mixtures thereof
    • F25J1/0072—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F25J1/0215—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F25J1/0215—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle
    • F25J1/0216—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle using a C3 pre-cooling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0217—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as at least a three level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F25J1/0218—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as at least a three level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one or more SCR cycles, e.g. with a C3 pre-cooling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0275—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the liquefaction unit, e.g. portable or transportable devices
    • F25J1/0277—Offshore use, e.g. during shipping
    • F25J1/0278—Unit being stationary, e.g. on floating barge or fixed platform
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0281—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc. characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F25J1/0283—Gas turbine as the prime mechanical driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/029—Mechanically coupling of different refrigerant compressors in a cascade refrigeration system to a common driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0292—Refrigerant compression by cold or cryogenic suction of the refrigerant gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/04—Mixing or blending of fluids with the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/64—Separating heavy hydrocarbons, e.g. NGL, LPG, C4+ hydrocarbons or heavy condensates in general
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/60—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being hydrocarbons or a mixture of hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/14—External refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration

Definitions

  • the present invention relates to a device for liquefying a natural gas, a liquefaction process of a natural gas and a vessel comprising such a device. It applies, in particular, to the liquefaction at sea or on land of natural gas.
  • the liquefaction of the gas allows the transport of natural gas at a lower volume compared to the transport of the non-liquefied natural gas.
  • a mixture of refrigerants is compressed and then fractionated into a heavy fraction and a light fraction
  • the heavy fraction being used in a first plate heat exchanger between this heavy fraction and the natural gas to cool it,
  • the light fraction being used in a second plate heat exchanger between this light fraction and the natural gas cooled in order to liquefy this natural gas and
  • plate exchangers are very sensitive to the distribution of fluids, which poses a problem of marinization for marine applications,
  • the refrigerant mixture contains a large number of components, especially heavy compounds, these compounds crystallize in the heat exchangers at particular pressure and temperature conditions whose advent is not easily predictable and
  • the process has a limited flexibility, particularly in terms of operating flow rate and a production capacity by limited compression means.
  • the cooling mixture is a mixture of nitrogen and hydrocarbons (methane, ethane, ibutane, nbutane, ipentane and npentane).
  • the partial vaporization of this low-pressure mixture makes it possible to cool, liquefy the natural gas and cool the LNG produced: the low-pressure vaporization of the heavy fraction of the refrigerant mixture (gas at the top of the fractionation column) makes it possible to supply the frigories necessary for cooling at least the natural gas and
  • the refrigerant mixture is completely vaporized.
  • the refrigerant mixture contains too much constituent (hydrocarbons), complicating the logistics and the operational aspect.
  • the storage facilities increase the weight of the installations, critical in installations at sea,
  • the CM process relies on the use of a single compression line using centrifugal compressors.
  • a centrifugal compressor serves to compress a gas and consequently to raise its pressure.
  • Centrifugal compressors are equipped with wheels rotating around a shaft driven by a turbine or an electric motor. These rotating wheels make it possible to transform the kinetic energy contained in the gas into potential energy in order to raise its pressure.
  • the set of wheels is contained in a body called "casing" (or “envelope” in French).
  • An envelope can contain a number of wheels between eight and ten at the most, and the higher the number, the more likely the compressor is to have stability problems. Compression is the heart of a liquefaction process. Indeed, each point of efficiency in addition to the compressor increases the production of liquefied natural gas.
  • the financial value of a compressor is directly related to the number of envelopes. In fact, the higher the number of envelopes, the higher the investment to be made, but the greater the operational flexibility. Inversely, the decrease in the number of casings leads to a loss of operative flexibility sometimes accompanied by a loss of efficiency.
  • the challenge of the present invention is therefore to provide a better compromise between efficiency and investment in order to maintain satisfactory performance over as wide a range of operation as possible.
  • the compression trains of the process Ci 1 comprise a low and medium pressure section and a high pressure compression section.
  • the compression stages are grouped into one, two or three envelopes.
  • the low and medium pressure section makes it possible to compress the low-pressure refrigerant mixture at the outlet of the cryogenic exchange line.
  • the high pressure section compresses the light fraction of the refrigerant mixture that will provide the necessary frigories for the liquefaction and subcooling of the liquefied natural gas.
  • the actuation, by the same shaft, low and high pressure sections in the compression train, causes a single rotation speed between the turbines of these sections.
  • This rotation speed can be differentiated by the use of multiplication mechanisms between the speed of rotation of the turbines with respect to the single shaft.
  • the rotational speeds are necessarily proportional or identical, if necessary, which renders the compression train non-flexible when the flow rates entering each section are not identical or proportional. This can cause mechanical stability problems.
  • the present invention aims to remedy all or part of these disadvantages.
  • the present invention provides a device for liquefying a natural gas, comprising:
  • the overall operating flexibility of the device is improved.
  • the injection of the evaporation gas makes it possible, at a lower natural gas flow, to minimize the loss of product and to maximize the efficiency of the process.
  • the device that is the subject of the present invention comprises:
  • the device which is the subject of the present invention comprises, between an outlet for the second compound of the cooling means of the second compound and the third exchange body, a cooling circuit of the second compound by the heavy fraction of the first mixture. inside the first exchange body.
  • the second chemical compound is a pure body that includes propane and / or ammonia.
  • the cooling means of the second compound is a heat exchanger between the second compound and water.
  • the first refrigerant mixture comprises nitrogen and methane and at least one of:
  • heavy compounds are used in the first refrigerant mixture, these compounds having the advantage of ensuring the vaporization of the first mixture before entering the first compressor.
  • the first exchange body and / or the second exchange body is a wound heat exchanger.
  • the present invention relates to a vessel, which comprises a device for liquefying a natural gas object of the present invention.
  • the present invention relates to a method of liquefying a natural gas, which comprises:
  • a step of collecting evaporation gas produced during the expansion step a step of injecting the evaporation gas at the inlet of the second exchange step, upstream of a step of entering the natural gas in the first exchange stage (515), a third heat exchange stage between the natural gas and a second refrigerant chemical compound,
  • FIG. 1 represents, schematically, a first particular embodiment of the device that is the subject of the present invention
  • FIG. 2 represents, schematically, a particular embodiment of the ship which is the subject of the present invention
  • FIG. 3 represents, schematically and in the form of a logic diagram, a first particular sequence of steps of the method that is the subject of the present invention
  • FIG. 4 schematically represents a second particular embodiment of the device that is the subject of the present invention
  • FIG. 5 represents, schematically and in the form of a logic diagram, a second particular sequence of steps of the method that is the subject of the present invention
  • FIG. 6 schematically represents a third particular embodiment of the device that is the subject of the present invention
  • FIG. 7 represents, schematically, a particular embodiment of the compressors of the device which is the subject of the present invention.
  • FIG. 8 represents, schematically and in the form of a logic diagram, a third particular sequence of steps of the method which is the subject of the present invention.
  • FIG. 1 which is not to scale, shows a schematic view of an embodiment of the device 100 which is the subject of the present invention.
  • This device 100 for the liquefaction of a natural gas comprises:
  • a second heat exchange body 120 between the light fraction of the first mixture and the natural gas cooled in the first exchange body to liquefy the natural gas
  • a means, 140 or 145, for compressing the second vaporized compound for compressing the second vaporized compound.
  • the compressor 105 is, for example, a centrifugal compressor provided with a wheel rotating around a shaft driven by a turbine or an electric motor. This rotating wheel makes it possible to transform the kinetic energy contained in the gas into potential energy in order to raise the pressure of said gas. In order to increase the compression achieved, the number of wheels is increased in order to reach a determined discharge pressure.
  • the inlet pressure of the compressor 105 is, for example, of the order of at least 2 bars absolute.
  • the compression ratio achieved in the compressor 105 is, for example, between 2 and 6.
  • This compressor 105 is, for example, configured to compress a first refrigerant mixture which comprises nitrogen and methane and at least one of:
  • the composition of the first compound is adjusted according to the composition of the natural gas to be liquefied in the device. This adjustment is made as a function of the vapor function curve, that is to say the equilibrium pressure temperature, of the composition of the natural gas along the exchange line formed of the first body 1 12 and the second 120 exchange body.
  • propane is aimed at balancing the volatility differences between the heavy compounds and the light compounds of the first mixture.
  • This compressor 105 includes an inlet (not referenced) for vaporized refrigerant mixture and an outlet (not referenced) for compressed refrigerant mixture.
  • the compressed refrigerant mixture is preferably cooled in a fifth heat exchanger 106.
  • This heat exchanger 106 is, for example, a tubular exchanger in which the cold source is air or water.
  • the colder the temperature of the source the greater the efficiency of the process.
  • the maximum cooling temperature corresponds to the temperature of the air or water plus fifteen degrees Celsius.
  • the cooling mixture preferably cooled in the fifth exchanger 106, is supplied by means of fractionation.
  • This fraction means 110 is, for example, a fractionation column.
  • the flow entering the fractionation column is two-phase, a portion being gaseous and a portion being liquid.
  • the gaseous fraction flows in the column to come out at the head and the liquid fraction in the foot.
  • This means 10 fractionation comprises:
  • the light fraction leaving the fractionation means 1 enters the first exchange body 115 and is cooled by the heavy fraction passing through the first exchange body 1.
  • This light fraction can also, depending on the operating conditions, act as a cold source in the heat exchange occurring with the natural gas entering through the inlet 1 16 of the first exchange body 1 15.
  • the fractionating means 110 additionally comprises an inlet for refluxing a part of the light fraction, this portion of light fraction is collected, for example, in a reflux flask 11.
  • the fractionation means 10 then preferably comprises packings, making it possible to improve the transfer of material between the gaseous flow and the liquid fraction from the reflux flask 11, which absorbs the heavier compounds of the gas fraction allowing to obtain a flow rich in nitrogen and methane at the head.
  • the means 10 fractionation is preferably provided with a mesh to limit the entrainment of droplets in the gas fraction.
  • This reflux flask 11 1 is connected to the light fraction outlet of the fractionation means 1, with or without intermediate exchange in the first body 1 15, and operates in a similar way by separating the light fraction of heavy fraction residues transported from unexpectedly by the light fraction out of the fractionation means 1 10.
  • the balloon 1 1 1 is preferably provided with a mesh to limit the entrainment of droplets in the gaseous fraction.
  • the light fraction leaving the fractionation means 1, or the reflux flask 1 1 1 when such a flask 11 1 is present, is preferentially compressed by a second compressor 112.
  • This second compressor 1 12 is, for example, a centrifugal compressor.
  • This centrifugal compressor is preferably actuated by the turbine implemented at the compressor 105 when the compressor 105 is a centrifugal compressor.
  • the pressure at the outlet of the second compressor January 12 is, for example, of the order of 40 bars absolute and the compression ratio is preferably between 2 and 4.
  • the light fraction, with or without compression in the second compressor 1 12, is preferably cooled in a sixth heat exchanger 113.
  • This heat exchanger 1 13 is, for example, a tubular exchanger in which the cold source is air or water.
  • the colder the temperature of the source the greater the cooling efficiency.
  • the maximum cooling temperature corresponds to the temperature of the air or water plus fifteen degrees Celsius. The resulting flow brings the cold or the frigories necessary for the cooling of the natural gas.
  • the first heat exchanger 1 is, for example, a wound heat exchanger in which the light fraction acts as a cold source and the natural gas as a hot source.
  • the first exchanger 1 15 and the second exchanger 120 are formed of a single wound exchanger.
  • the natural gas enters the first exchanger 115 through the inlet 116.
  • the light fraction vaporized during the exchange with the natural gas in the first exchange body 115 is preferably redirected to a balloon 114 configured to separate the light fraction into two parts, one being heavier than the other.
  • the device 100 preferably comprises a valve 136 upstream of the tank 1 14. This valve creates, for example, an expansion of the gas portion of the first mixture of the order of 20 to 25 bar.
  • the two parts of the light fraction are transmitted to the second exchange body 120, the light fraction acting as a cold source in the heat exchange made with the natural gas previously cooled in the first exchange body 1.
  • the heavy part of the light fraction is, after passing through the second exchange body 120, relaxed in an expansion turbine 1 18 (called “expander” in English), then transmitted to the compressor 105 via the return line 125.
  • This expansion turbine 118 is put in place of a valve 123 or in parallel with this valve 123.
  • the heavy part of the light fraction, compressed is reinjected into the second body 120 exchange.
  • the light portion of the light fraction is transmitted to the compressor 105 via the return line 125.
  • the light part of the light fraction leaves the second body
  • valve 122 is expanded in a valve 122, and is re-injected into the second body 120 exchange before being redirected to the compressor 105.
  • the valve 122 creates a trigger to reach a pressure of about 4 to 5 bar depending on the pressure drop of the downstream circuit, for example.
  • the heavy fraction of the refrigerant mixture leaving the fractionation means is passed to the first exchange body 115 and acts as a heat sink in the exchange occurring with the natural gas.
  • the device 100 comprises an expansion turbine 127 in parallel with the valve 122.
  • the device 100 comprises the expansion turbine 127 and does not comprise a valve 122.
  • the heavy fraction leaves the first exchange body 1 and is reinjected into this first exchange body 115, after having been expanded in a pressure regulator 1 19, before being redirected towards the compressor 105.
  • the expander 1 19 creates a trigger to reach a pressure of about 4 to 5 bars depending on the pressure drop in the first body 115 exchange, for example.
  • the return line 125 comprises, between the first exchange body 1 and the compressor 105, a balloon 126.
  • This balloon 126 ensures that at the inlet of the first compressor 105, the first refrigerant mixture is exclusively in gaseous form.
  • the ball 126 is preferably provided with a mesh to limit the entrainment of droplets in the gaseous fraction.
  • the device 100 comprises a pipe connecting a portion of the balloon 126, intended to receive the liquid portion of the first mixture, by means of 10 fractionation.
  • this pipe is provided with a pump.
  • this pump is activated according to a liquid level captured by a sensor in the portion of the balloon 126 intended to receive the liquid portion of the first mixture.
  • natural gas is liquefied through two successive stages of cooling.
  • the first step takes place in the first exchange body 1 and the second step takes place in the second exchange body 120.
  • the natural gas flows, in the first body 115 and in the second body 120, preferably against the current of the first refrigerant mixture.
  • the cooled natural gas preferably leaves the first body 115 at a temperature of about -30 ° C.
  • This cooled natural gas is then preferably directed to a fractionation section (not shown) to separate any condensates from the gaseous fraction.
  • the gaseous fraction is transmitted to the second body 120 to be liquefied.
  • the present invention proposes the addition of a third cooling step positioned either upstream or downstream of the first two steps.
  • a third exchange body 130 is positioned upstream of the inlet 1 16 of the natural gas in the first exchange body 1.
  • This third exchange body 130 is, for example, a tubular exchanger using, as a cold source, a second refrigerant compound, and hot source natural gas entering the device 100 to be liquefied.
  • the second chemical compound is, for example a pure body composed of nitrogen, propane and / or ammonia or a mixture of nitrogen and propane.
  • a third exchange body 135 is positioned downstream of the outlet 121 of liquefied natural gas from the second exchange body 120.
  • This third exchange body 135 is, for example, a tubular exchanger using, as a cold source, a second refrigerant compound, and hot source liquefied natural gas exiting in the device 100 to be stored or consumed.
  • the natural gas thus liquefied can be expanded at atmospheric pressure by an expansion valve (not shown) before storage.
  • the evaporation gas, called “BOG” (for "Boil-off gas”) in English, collected in the liquefied natural gas storage can be reinjected into the device 100 at the gaseous fraction leaving the fractionation section between the first body 115 and the second body 120 exchange.
  • BOG evaporation gas
  • the second refrigerant compound is here, for example, liquid nitrogen. Downstream of this third body, 130 or 135, the device 100 comprises a means, 140 or 145, for compressing the second compound.
  • This compressor, 140 or 145 is for example a centrifugal compressor.
  • the device 100 comprises both the upstream cooling step and the downstream cooling step.
  • the third exchange body 130 is called the exchange body positioned upstream of the first exchange body 1 and the fourth exchange body 135 the exchange body positioned downstream of the second body 120. 'exchange.
  • the second refrigerant mixture is called the refrigerant mixture used in the third body 130 and the third mixture refrigerates the refrigerant mixture used in the fourth exchange body.
  • the device 100 comprises:
  • the cooling means 150 is, for example, a heat exchanger between the second vaporized compound during heat exchange with the natural gas in the third exchange body 130 and air or water.
  • the device 100 comprises, between an outlet 131 for the second compound of the means 150 for cooling the second compound and the third 130 for the exchange body, a circuit 170 for cooling the second composed of the heavy fraction of the first mixture inside the first exchange body 115.
  • This cooling circuit 170 is produced, for example, by the inlet of the second cooled compound in the first exchange body 1, the second cooled compound acting as a hot source with respect to the heavy fraction and to the possible light fraction of the first refrigerant mixture passing through this first body 115 exchange.
  • This second vaporized compound can simultaneously act as a cold source with respect to the natural gas entering the first body 1 15 through the inlet 1 16 for natural gas.
  • the second vaporized compound leaves the first body 1 15, is expanded in a regulator 124 and is reinjected into the first body 115 or the second body 120.
  • the second compound is expanded, for example, to a pressure of between 3 and 4 bars depending on the pressure drop in the upstream pipes.
  • This cooling circuit 170 is intended to facilitate the cooling occurring in the cooling means 150.
  • a portion of the cooling circuit 170 is configured to cool the second compound by heat exchange with the light fraction of the first mixture in the second 120 exchange body.
  • the second compound cooled by heat exchange in the first exchange body 1
  • the second vaporized compound then acts as a hot source with respect to the light fraction of the first refrigerant mixture passing through this second exchange body 120.
  • This second vaporized compound can simultaneously act as a cold source with respect to the natural gas entered in the second exchange body 120.
  • the device 100 comprises:
  • the cooling means 160 is, for example, a heat exchanger between the third compressed mixture and air or water.
  • natural gas Prior to the third body 130 exchange, natural gas can undergo a pretreatment.
  • the compressors and compression means, 105, 1 12 and 140, implemented in this embodiment can be replaced by the compressors, 605, 610 and 620, described with reference to Figure 6 and whose functions are similar.
  • FIG. 2 which is not to scale, a schematic view of an embodiment of the ship 200 which is the subject of the present invention is observed.
  • This ship 200 comprises:
  • FIG. 3 diagrammatically and in the form of a logic diagram shows a particular sequence of steps of the method 300 which is the subject of the present invention.
  • This method 300 for liquefying a natural gas comprising:
  • a step 305 for compressing a first vaporized refrigerant chemical mixture a step 310 for fractionating the compressed mixture into a heavy fraction and a light fraction
  • a first heat exchange step 315 between the heavy fraction of the first mixture and the natural gas for cooling at least the natural gas
  • a second heat exchange step 320 between the light fraction of the first mixture and the natural gas cooled during the first exchange step to liquefy the natural gas
  • a step 335 of compressing the second vaporized compound is a step 335 of compressing the second vaporized compound.
  • This method 300 is realized, for example, by the implementation of the device 100 as described with reference to FIG. 1. As can be understood, all the variants, all the examples and all the embodiments of the device 100 are also transposable as steps in the process 300.
  • FIG. 4 which is not to scale, shows a schematic view of an embodiment of the device 400 which is the subject of the present invention.
  • This device 400 of liquefaction of a natural gas comprises:
  • a second heat exchange body 120 between the light fraction of the first mixture and the natural gas cooled in the first exchange body to liquefy the natural gas
  • conduit 415 for injecting the evaporation gas at the inlet of the second exchange body.
  • the various means relating to the first refrigerant mixture are identical to the means described with reference to FIGS. 1 or 6, including the embodiments and the particular variants described with reference to FIGS. 1 and 6. These means are: the compressor 105,
  • valve 136 the valve 136.
  • natural gas is liquefied through two successive stages of cooling.
  • the first step takes place in the first exchange body 1 and the second step takes place in the second exchange body 120.
  • the device 400 preferably comprises a fractionation section configured to remove condensates from the gas stream.
  • the liquefied natural gas leaving the second body 120 through the outlet 121 passes through a regulator 405 configured to relax the liquefied natural gas at atmospheric pressure.
  • the regulator 405 is, for example, a valve implementing the Joule-Tomshon effect.
  • This relaxation causes the appearance of evaporation gas, or BOG.
  • the BOG thus generated is collected in a collector 410 and injected, via a pipe 415, into the inlet of the second exchange body 120. This injection can take place upstream, in or downstream of the fractionation section if such a section is present.
  • the collector 410 is, for example, a gas / liquid separation flask equipped with a mesh to limit the entrainment of droplets in the gas fraction.
  • the pipe 415 is provided with a compressor 416 compressing the gaseous fraction leaving the collector 410.
  • a third exchange body 420 is positioned upstream of the inlet 1 16 of the natural gas in the first exchange body 1.
  • This third exchange body 420 is, for example, a tubular exchanger using, as a cold source, a second refrigerant compound, and hot source natural gas entering the device 400 to be liquefied.
  • the device 400 then comprises a compressor 425 of the second vaporized compound downstream of the third exchange body 420.
  • This compressor 425 is, for example, a centrifugal compressor.
  • the second chemical compound is, for example a pure body composed of nitrogen, propane and / or ammonia or a mixture of nitrogen and propane.
  • the device 400 includes:
  • a transfer line 435 for transferring the second cooled compound to the third exchange body 420.
  • the cooling means 430 is, for example, a heat exchanger between the second compressed compound and water or brine.
  • the device 400 comprises, between an outlet 421 for the second compound of the means 430 for cooling the second compound and the third 420 exchange body, a cooling circuit 440 for the second composed of the heavy fraction of the first mixture inside the first exchange body 115.
  • This cooling circuit 440 is produced, for example, by the inlet of the second cooled compound in the first exchange body 1, the second cooled compound acting as a hot source with respect to the heavy fraction and to the possible light fraction of the first refrigerant mixture passing through this first body 115 exchange.
  • This second cooled compound can simultaneously act as a cold source with respect to the natural gas entering the first body 1 15 through the inlet 1 16 for natural gas.
  • the second vaporized compound leaves the first body 1 15, is expanded in an expander 424 and is reinjected into the first body 115 or the second body 120.
  • the second compound is expanded, for example, at a pressure of 3 to 4 bars at the outlet of the expander 424.
  • This cooling circuit 440 is intended to facilitate the cooling occurring in the cooling means 430.
  • This circuit 440 may also include a second part, in the second body 120 exchange, as described with reference to Figure 1.
  • the first refrigerant mixture comprises nitrogen and methane and at least one of:
  • FIG. 5 diagrammatically shows a particular embodiment of the method which is the subject of the present invention.
  • This method 500 of liquefaction of a natural gas comprises:
  • a step 505 for compressing a first vaporized refrigerant chemical mixture a step 510 for fractionating the compressed mixture into a heavy fraction and a light fraction
  • a second heat exchange step 520 between the light fraction of the first mixture and the natural gas cooled during the first exchange step to liquefy the natural gas
  • a third heat exchange step 550 between the natural gas and a second refrigerant chemical compound upstream of a step 545 for entering the natural gas in the first exchange step 515, a third heat exchange step 550 between the natural gas and a second refrigerant chemical compound,
  • a step 565 for transferring the second cooled compound to the third exchange body a step 565 for transferring the second cooled compound to the third exchange body.
  • FIGS. 6 and 7 show diagrammatically a particular embodiment of the device 600 which is the subject of the present invention.
  • This device 600 of liquefaction of a natural gas comprises:
  • a second heat exchange body 120 between the compressed light fraction of the first mixture and the natural gas cooled in the first exchange body to liquefy the natural gas
  • a transfer line 435 for transferring the second cooled compound to the third exchange body 420.
  • envelope a casing that includes at least one compressor. Each compressor has one or more wheels.
  • the third compressor 620 corresponds to the third compressor 140 as described with reference to FIG. However, this third compressor 620 is actuated by the implementation of a single turbine common with the turbine operating the first compressor 605.
  • the first compressor corresponds to the first compressor 105 as described with reference to FIG.
  • the fourth compressor 615 is configured to raise the pressure of the light portion of the light fraction of the first cooling mixture.
  • This fourth compressor shares a single turbine common with the second compressor 610, this second compressor 610 corresponding to the second compressor 1 12 as described with reference to FIG.
  • the device 600 which is the subject of the present invention comprises:
  • a fourth compressor 615 centrifuge the light fraction of the first mixture, the second and fourth centrifugal compressor being actuated by a single turbine 640 common and
  • the device 600 which is the subject of the present invention comprises:
  • the fourth compressor 615 compressing the separated gas fraction
  • the separator 650 is, for example, similar to the reflux flask 14 as described with reference to FIG. 1.
  • the expander 625 is, for example, similar to the expansion turbine 1 18 as described with reference to FIG. .
  • the second chemical compound comprises nitrogen, propane and / or ammonia.
  • the first refrigerant mixture comprises nitrogen and methane and at least one of:
  • the device 600 comprises:
  • conduit 415 for injecting the evaporation gas at the inlet of the second exchange body.
  • the device 600 comprises, between an outlet 421 for the second compound of the cooling means 430 and the third exchange body 420, a circuit 440 for cooling the second compound by the heavy fraction of the first mixture inside the first exchange body.
  • the first exchange body 1 and / or the second exchange body 120 is a wound heat exchanger.
  • the means 430 for cooling the second compound is a heat exchanger between the second compound and water.
  • FIG. 8 diagrammatically shows a particular embodiment of the method 700 that is the subject of the present invention.
  • This method 700 of liquefaction of a natural gas comprises:
  • a step 755 for transferring the second cooled compound to the third exchange step is a step 755 for transferring the second cooled compound to the third exchange step.
  • This method 700 is realized, for example, by the implementation of the device 600 as described with reference to FIGS. 6 and 7. As can be understood, all the variants, all the examples and all the embodiments of the device 600 are also transposable as steps in the method 700.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Le dispositif (400) de liquéfaction d'un gaz naturel, comporte : un compresseur (105) d'un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé, un moyen (110) de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère, - un premier corps (115) d'échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel, un deuxième corps (120) d'échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi dans le premier corps d'échange pour liquéfier le gaz naturel, - une conduite (125) de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d'échange de chaleur vers le compresseur, - un détendeur (405) du gaz naturel liquéfié, un collecteur (410) de gaz d'évaporation produit lors de la détente du gaz dans le détendeur, - une conduite (415) d'injection du gaz d'évaporation en entrée du deuxième corps d'échange, en amont d'une entrée (116) du gaz naturel dans le premier corps (115) d'échange, un troisième corps (420) d'échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant, - un moyen (425) de compression du deuxième composé vaporisé, un moyen (430) de refroidissement du deuxième composé comprimé et une conduite (435) de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps d'échange.

Description

DISPOSITI F ET PROCÉDÉ DE LIQUÉFACTION D'U N GAZ NATUREL ET NAVIRE COMPORTANT UN TEL DISPOSITI F
DOMAINE TECH NIQUE DE L'I NVENTION
La présente invention vise un dispositif de liquéfaction d'un gaz naturel, un procédé de liquéfaction d'un gaz naturel et un navire comportant un tel dispositif. Elle s'applique, notamment, à la liquéfaction en mer ou sur terre de gaz naturel.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
La liquéfaction du gaz permet le transport de gaz naturel à volume moindre par rapport au transport du gaz naturel non liquéfié.
Lors des dernières décennies, les technologies de liquéfaction ont visé les grandes capacités de gaz pour des raisons d'économie d'échelle.
La mise en œuvre des technologies ainsi utilisées requiert de très grands investissements et présente des coûts de transports très importants (infrastructures de liquéfaction marines et de réception). Ainsi, d'une part, la tendance des capacités de liquéfaction a été d'accroître le volume de gaz naturel transporté afin d'obtenir des économies d'échelle et afin de rendre l'économie de ces projets plus attractive. D'autre part, les investissements réalisés pour mettre en œuvre ces technologies ont visé ce dimensionnement et la construction de procédés de liquéfaction devant être les plus efficaces possibles afin de minimiser les coûts d'opération par la suite.
Aujourd'hui, le nombre de projets à grande échelle a fortement diminué et on observe un regain d'intérêt pour la production à petite capacité de gaz naturel liquéfié à partir de gaz naturel ou de biogaz.
En effet, la valorisation des petites sources de gaz, les gaz fatals et le biogaz sont de nouvelles opportunités promues notamment par une prise de conscience environnementale des populations et gouvernements ou une volonté d'atteindre un consommateur isolé dans des zones sans infrastructure gazière de transport et/ou distribution. Ces opportunités sont néanmoins trop petites pour justifier l'emploi des technologies destinées à la production à grandes échelle (la transposition des technologies traditionnelles n'est pas pertinente, car trop complexe et ne permettent pas de justifier de la viabilité économique de ces nouveaux projets), d'où la nécessité de proposer de nouvelles technologies qui puissent répondre aux deux principaux enjeux concernant la liquéfaction à petite échelle :
- la réduction des coûts d'investissements autant que possibles en gardant une efficacité aussi élevée que possibles afin de minimiser les coûts opérationnels et
- l'augmentation de l'efficacité du procédé pour minimiser la perte de produit : les volumes de gaz à valoriser sont faibles, ce qui rend chaque molécule importante. Aujourd'hui, les ressources de gaz en mer (« offshore, en anglais) ou proche des côtes (« near-shore » en anglais) sont en plein essor conduisant à utiliser des solutions technologiques adaptées aux environnements marins dîtes « FLNG » pour « Floating Liquefied Natural Gas », traduit par Gaz Naturel Liquéfié Flottant).
On connaît, notamment, plusieurs types de cycles de liquéfaction :
- les cycles en cascade,
les cycles à réfrigérants mixes et
- les cycles à détente.
Les systèmes de liquéfaction sont basés sur ces cycles ou sur une combinaison de ces cycles. C'est notamment le cas du processus à cascade intégrale incorporée (abréviée « Cil » et traduit en anglais par « Intégral Incorporated Cascade »).
Dans le système Cil :
un mélange de réfrigérants est comprimé puis fractionné en une fraction lourde et une fraction légère,
- la fraction lourde étant mise en œuvre dans un premier échangeur de chaleur à plaques entre cette fraction lourde et le gaz naturel pour le refroidir,
la fraction légère est comprimée,
la fraction légère étant mise en oeuvre dans un deuxième échangeur de chaleur à plaques entre cette fraction légère et le gaz naturel refroidi afin de liquéfier ce gaz naturel et
les deux fractions du mélange réchauffées sont ensuite collectées et fournies de nouveau comprimées.
Ce système présente plusieurs inconvénients :
- les échangeurs à plaques sont très sensibles à la distribution des fluides ce qui pose un problème de marinisation pour les applications marines,
le mélange réfrigérant contient un nombre important de composants, notamment des composés lourds, ces composés cristallisant dans les échangeurs de chaleur à des conditions de pression et de température particulières dont l'avènement n'est pas aisément prévisible et
- le procédé présente une flexibilité restreinte, notamment en termes de débit d'opération et une capacité de production par moyen de compression limitée.
Dans le procédé Cil, le mélange réfrigérant est un mélange d'azote et d'hydrocarbures (méthane, éthane, ibutane, nbutane, ipentane et npentane). La vaporisation partielle de ce mélange à basse pression permet de refroidir, liquéfier le gaz naturel et sous refroidir le GNL produit : la vaporisation à basse pression de la fraction lourde du mélange réfrigérant (gaz en tête de colonne de fractionnement) permet d'apporter les frigories nécessaires pour refroidir au moins le gaz naturel et
la fraction légère permettra de liquéfier le gaz naturel et sous refroidir le GNL
En sortie de la ligne d'échange le mélange réfrigérant est totalement vaporisé.
Pour le système Cil, les inconvénients principaux sont que :
- le procédé Cil a été développé pour la production de GNL à grande capacité sur terre,
le procédé est peu flexible : chute significative d'efficacité pour toute déviation face au point de fonctionnement / de conception,
le mélange réfrigérant contient trop de constituant (hydrocarbures), complexifiant la logistique et l'aspect opérationnel.
les stockages accroissent le poids des installations, critique en installations en mer,
- le procédé présente des difficultés d'approvisionnement en éthane, ce qui pose des problématiques accrues en installations en mer,
- le procédé présente des risques d'altération des équipements (échangeurs) du au risque de cristallisation du pentane (iC5 et nC5) contenue dans le mélange réfrigérant,
l'efficacité du procédé est limitée par les dimensions de l'échangeur et les contraintes liées à la fabrication et
le procédé présente des problèmes d'installation en mer des équipements (chute significative des performances de l'échangeur à plaques en cas de mauvaise distribution).
Le procédé CM repose sur l'utilisation d'une unique ligne de compression utilisant des compresseurs centrifuges.
Un compresseur centrifuge sert à un comprimer un gaz et en conséquence à élever sa pression. Les compresseurs centrifuges sont équipés de roues en rotation autour d'un arbre entraîné par une turbine ou un moteur électrique. Ces roues en rotation permettent de transformer l'énergie cinétique contenue dans le gaz en énergie potentielle afin d'élever sa pression.
L'élévation de pression possible pouvant être réalisée par une roue étant limitée, il est nécessaire d'en multiplier le nombre pour atteindre la pression de refoulement souhaitée.
L'ensemble des roues est contenu dans un corps appelé « casing » (ou « enveloppe » en français). Une enveloppe peut contenir un nombre de roues compris entre huit et dix au maximum et, plus ce nombre est élevé, plus le compresseur est susceptible de présenter des problèmes de stabilité. La compression est le cœur d'un procédé de liquéfaction. En effet, chaque point d'efficacité en plus gagné au niveau du compresseur permet d'accroître la production de gaz naturel liquéfié.
De plus, le train de compression et le composant le plus capitalistique dans une unité de liquéfaction.
L'accroissement de l'efficacité d'un compresseur centrifuge se traduit par une augmentation de l'investissement. Inversement, diminuer l'investissement conduit à des solutions moins efficaces et/ou dramatiquement moins flexible.
La valeur financière d'un compresseur est directement liée au nombre d'enveloppes. En effet, plus le nombre d'enveloppes est élevé, plus l'investissement à réaliser est élevé mais plus la flexibilité opératoire est élevée. Inversement, la diminution du nombre de casings entraîne une perte de flexibilité opératoire parfois accompagné d'une perte en efficacité.
L'enjeu de la présente invention consiste donc à fournir un meilleur compromis entre efficacité et investissement afin de garder des performances satisfaisantes sur une plage d'opération aussi large que possible.
Les trains de compression du procédé Ci l comportent une section basse et moyenne pression et d'une section de compression haute pression. Les étages de compression sont regroupés en une, deux ou trois enveloppes.
La section basse et moyenne pression permet de comprimer le mélange réfrigérant à basse pression en sortie de la ligne d'échange cryogénique.
La section haute pression permet de comprimer la fraction légère du mélange réfrigérant qui permettra d'apporter les frigories nécessaires pour la liquéfaction et le sous refroidissement du gaz naturel liquéfié.
L'actionnement, par un même arbre, des sections basses et haute pression dans le train de compression, entraîne une vitesse de rotation unique entre les turbines de ces sections. Cette vitesse de rotation peut être différentiée par l'utilisation de mécanismes de multiplication entre la vitesse de rotation des turbines par rapport à l'arbre unique. Toutefois, avec ou sans mécanisme de multiplication, les vitesses de rotation sont nécessairement proportionnelles ou identiques le cas échéant, ce qui rend le train de compression non flexible lorsque les débits entrant dans chaque section ne sont pas identiques ou proportionnels. Ceci peut poser des problèmes de stabilité mécanique.
On observe, de plus, une chute d'efficacité importante sur la section haute pression, d'autant plus marqué lorsque l'on souhaite inclure les deux sections dans une même enveloppe.
Enfin, cette configuration est peu flexible, ce qui restreint le champ des opportunités pouvant être adressés : on observe une chute d'efficacité qui peut être importante si on dévie du point de fonctionnement pour lequel l'équipement a été dimensionné (gaz naturel, et conditions précises de production) et des problèmes de stabilité mécaniques peuvent survenir conduisant à une maintenance plus fréquente.
Les systèmes Cil actuels présentent comme inconvénients de présenter :
- une variation de débit entre la section basse pression et haute pression du train de compression qui conduit à un déséquilibre entre ces deux sections, ce qui peut conduire à des problèmes d'instabilités mécaniques lors des phases d'arrêt et de démarrage,
une chute importante d'efficacité est observée entre la section basse pression et haute pression et
une flexibilité restreinte du train de compression en termes de plage de débit et composition.
OBJET DE L'INVENTION
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.
À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de liquéfaction d'un gaz naturel, comportant :
un compresseur d'un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,
un moyen de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
un premier corps d'échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,
un deuxième corps d'échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi dans le premier corps d'échange pour liquéfier le gaz naturel, - une conduite de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d'échange de chaleur vers le compresseur,
un détendeur du gaz naturel liquéfié,
un collecteur de gaz d'évaporation produit lors de la détente du gaz dans le détendeur,
- une conduite d'injection du gaz d'évaporation en entrée du deuxième corps d'échange,
en amont d'une entrée du gaz naturel dans le premier corps d'échange, un troisième corps d'échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant,
- un moyen de compression du deuxième composé vaporisé,
un moyen de refroidissement du deuxième composé comprimé et une conduite de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps d'échange.
Grâce à ces dispositions, la flexibilité opératoire globale du dispositif est améliorée. En effet l'injection du gaz d'évaporation permet, à un débit de gaz naturel moindre, de minimiser la perte de produit et de maximiser l'efficacité du procédé.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte :
- en amont d'une entrée du gaz naturel dans le premier corps d'échange, un troisième corps d'échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant,
- un moyen de compression du deuxième composé vaporisé,
- un moyen de refroidissement du deuxième composé comprimé,
- une conduite de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps d'échange.
Ces modes de réalisation permettent de ne pas utiliser de composants lourds, de type pentane, C5, ou plus lourd , et de minimiser la quantité de composants lourds de type C4 dans le premier mélange.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte, entre une sortie pour deuxième composé du moyen de refroidissement du deuxième composé et le troisième corps d'échange, un circuit de refroidissement du deuxième composé par la fraction lourde du premier mélange à l'intérieur du premier corps d'échange.
Ces modes de réalisation permettent de refroidir le deuxième composé dans la cascade d'échangeurs formée du premier et du deuxième échangeur.
Dans des modes de réalisation, le deuxième composé chimique est un corps pur qui comporte du propane et/ou de l'ammoniac.
L'utilisation d'une telle composition pour former le deuxième composé permet de refroidir le gaz naturel avant que ce gaz naturel entre dans la ligne d'échange formée du premier et du deuxième corps d'échange. Ce pré-refroidissement permet de simplifier/limiter le nombre de constituants dans le premier mélange réfrigérant utilisé, ce qui permet également de réduire les dimensions des surfaces d'échanges entre le gaz naturel et le premier mélange réfrigérant.
Dans des modes de réalisation, le moyen de refroidissement du deuxième composé est un échangeur de chaleur entre le deuxième composé et de l'eau.
Dans des modes de réalisation , le premier mélange réfrigérant comporte de l'azote et du méthane et au moins un composé parmi :
- de l'éthylène,
de l'éthane,
du propane et/ou du butane.
L'utilisation d'un tel mélange permet de minimiser l'apport d'énergie au système pour liquéfier le gaz naturel.
En effet, dans le système Cil tel qu'actuellement mis en œuvre, des composés lourds sont utilisés dans le premier mélange réfrigérant, ces composés présentant l'avantage de garantir la vaporisation du premier mélange avant son entrée dans le premier compresseur.
Toutefois, ces composés lourds présentent l'inconvénient de cristalliser dans la partie la plus froide de l'échangeur en fonction de la teneur de ces composés et d'un éventuel dépassement temporaire des conditions opératoires prévues. À ce jour, il est connu aucune limite claire et universelle qui permette de déterminer quand la cristallisation se produit, ce qui conduit à une incertitude et à des risques de dommages. Toutefois, l'Homme du Métier, privilégiant actuellement l'état gazeux du premier mélange en entrée du premier compresseur use ce type de composés malgré cet inconvénient.
Dans des modes de réalisation, le premier corps d'échange et/ou le deuxième corps d'échange est un échangeur bobiné.
Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un navire, qui comporte un dispositif de liquéfaction d'un gaz naturel objet de la présente invention.
Les buts, avantages et caractéristiques particulières du navire objet de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.
Selon un troisième aspect, la présente invention vise un procédé de liquéfaction d'un gaz naturel, qui comporte :
une étape de compression d'un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé, une étape de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
une première étape d'échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,
une deuxième étape d'échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi au cours de la première étape d'échange pour liquéfier le gaz naturel,
une étape de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d'échange de chaleur vers l'étape de compression,
une étape de détente du gaz naturel liquéfié,
une étape de collecte de gaz d'évaporation produit au cours de l'étape de détente, - une étape d'injection du gaz d'évaporation en entrée de la deuxième étape d'échange, en amont d'une étape d'entrée du gaz naturel dans la première étape (515) d'échange, une troisième étape d'échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant,
- une étape de compression du deuxième composé vaporisé,
une étape de refroidissement du deuxième composé comprimé et
une étape de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps d'échange.
Les buts, avantages et caractéristiques particulières du procédé objet de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l'invention ressortiront de la description non limitative qui suit d'au moins un mode de réalisation particulier du dispositif, du navire et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
la figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
la figure 2 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier du navire objet de la présente invention,
la figure 3 représente, schématiquement et sous forme d'un logigramme, une première succession d'étapes particulière du procédé objet de la présente invention, la figure 4 représente, schématiquement, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
la figure 5 représente, schématiquement et sous forme d'un logigramme, une deuxième succession d'étapes particulière du procédé objet de la présente invention, la figure 6 représente, schématiquement, un troisième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
la figure 7 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier des compresseurs du dispositif objet de la présente invention et
la figure 8 représente, schématiquement et sous forme d'un logigramme, une troisième succession d'étapes particulière du procédé objet de la présente invention.
DESCRIPTION D'EXEMPLES DE RÉALISATION DE L'INVENTION
La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d'un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.
On note dès à présent que les figures ne sont pas à l'échelle. On observe, sur la figure 1 , qui n'est pas à l'échelle, une vue schématique d'un mode de réalisation du dispositif 100 objet de la présente invention. Ce dispositif 100 de liquéfaction d'un gaz naturel, comporte :
un compresseur 105 d'un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,
- un moyen 1 10 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
un premier corps 1 15 d'échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,
un deuxième corps 120 d'échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi dans le premier corps d'échange pour liquéfier le gaz naturel,
une conduite 125 de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d'échange de chaleur vers le compresseur 105,
- en amont d'une entrée 1 16 du gaz naturel dans le premier corps 1 15 d'échange ou en aval d'une sortie 121 de gaz naturel liquéfié du deuxième corps 120 d'échange, un troisième corps, 130 ou 135, d'échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant et
- un moyen, 140 ou 145, de compression du deuxième composé vaporisé.
Le compresseur 105 est, par exemple, un compresseur centrifuge muni d'une roue en rotation autour d'un arbre entraîné par une turbine ou par un moteur électrique. Cette roue en rotation permet de transformer l'énergie cinétique contenue dans le gaz en énergie potentielle afin d'élever la pression dudit gaz. Afin d'augmenter la compression réalisée, on augmente le nombre de roues afin d'atteindre une pression de refoulement déterminée.
La pression en entrée du compresseur 105 est, par exemple, de l'ordre de 2 bars absolus au minimum. Le taux de compression réalisé dans le compresseur 105 est, par exemple, compris entre 2 et 6.
Ce compresseur 105 est, par exemple, configuré pour comprimer un premier mélange réfrigérant qui comporte de l'azote et du méthane et au moins un composé parmi :
- de l'éthylène,
- de l'éthane,
- du propane et/ou
- du butane.
La composition du premier composé est ajustée en fonction de la composition du gaz naturel à liquéfier dans le dispositif. Cet ajustement est réalisé en fonction de la courbe de fonction de vapeur, c'est-à-dire l'équilibre pression température, de la composition du gaz naturel le long de la ligne d'échange formée du premier corps 1 12 et du deuxième corps 120 d'échange. L'utilisation de propane vise à équilibrer les écarts de volatilité entre les composés lourds et les composés légers du premier mélange.
Ce compresseur 105 comporte une entrée (non référencée) pour mélange réfrigérant vaporisé et une sortie (non référencée) pour mélange réfrigérant comprimé.
Le mélange réfrigérant comprimé est préférentiellement refroidi dans un cinquième échangeur 106 de chaleur. Cet échangeur 106 de chaleur est, par exemple, un échangeur tubulaire dans lequel la source froide est de l'air ou de l'eau. Plus la température de la source est froide, plus l'efficacité du procédé est accrue. Préférentiellement, la température de refroidissement maximum correspond à la température de l'air ou de l'eau majorée de quinze degrés Celsius.
Le mélange réfrigérant, préférentiellement refroidi dans le cinquième échangeur 106, est fourni au moyen 1 10 de fractionnement. Ce moyen 110 de fraction est, par exemple, une colonne de fractionnement.
Le flux entrant dans la colonne de fractionnement est diphasique, une partie étant gazeuse et une partie étant liquide. La fraction gazeuse s'écoule dans la colonne pour en sortir en tête et la fraction liquide en pied.
Ce moyen 1 10 de fractionnement comporte :
une entrée (non référencée) pour mélange réfrigérant comprimé,
une sortie (non référencée) pour une fraction légère du mélange réfrigérant positionnée dans une partie basse du moyen 110 de fractionnement et
une sortie (non référencée) pour une fraction lourde du mélange réfrigérant dans une partie haute, par rapport à la sortie pour fraction légère, du moyen 1 10 de fractionnement.
Préférentiellement, la fraction légère quittant le moyen de fractionnement 1 10 entre dans le premier corps 115 d'échange et est refroidit par la fraction lourde traversant le premier corps 1 15 d'échange. Cette fraction légère peut également, selon les conditions opératoires, agir comme source froide dans l'échange de chaleur se produisant avec le gaz naturel entrant par l'entrée 1 16 du premier corps 1 15 d'échange.
Dans des variantes préférentielles, le moyen 110 de fractionnement comporte, de plus, une entrée pour reflux d'une partie de la fraction légère, cette partie de fraction légère est récoltée, par exemple, dans un ballon 1 11 de reflux.
Le moyen 1 10 de fractionnement comporte alors préférentiellement des garnissages, permettant d'améliorer le transfert de matière entre le flux gazeux et la fraction liquide provenant du ballon 1 1 1 de reflux, qui absorbe les composés les plus lourds de la fraction gazeuse permettant d'obtenir un flux riche en azote et méthane en tête.
Le moyen 1 10 de fractionnement est préférentiellement muni d'un maillage pour limiter l'entraînement de gouttelettes dans la fraction gazeuse. Ce ballon 11 1 de reflux est relié à la sortie pour fraction légère du moyen 1 10 de fractionnement, avec ou sans échange intermédiaire dans le premier corps 1 15, et fonctionne de manière analogue en séparant la fraction légère de résidus de fraction lourde transportés de manière inattendue par la fraction légère hors du moyen 1 10 de fractionnement.
Le ballon 1 1 1 est préférentiellement muni d'un maillage pour limiter l'entraînement de gouttelettes dans la fraction gazeuse.
La fraction légère quittant le moyen 1 10 de fractionnement, ou le ballon 1 1 1 de reflux lorsqu'un tel ballon 11 1 est présent, est préférentiellement comprimée par un deuxième compresseur 1 12.
Ce deuxième compresseur 1 12 est, par exemple, un compresseur centrifuge. Ce compresseur centrifuge est préférentiellement actionné par la turbine mise en œuvre au niveau du compresseur 105 lorsque ce compresseur 105 est un compresseur centrifuge.
La pression en sortie du deuxième compresseur 1 12 est, par exemple, de l'ordre de 40 bars absolus et le taux de compression est préférentiellement compris entre 2 et 4.
La fraction légère, avec ou sans compression dans le deuxième compresseur 1 12, est préférentiellement refroidie dans un sixième échangeur 113 de chaleur.
Cet échangeur 1 13 de chaleur est, par exemple, un échangeur tubulaire dans lequel la source froide est de l'air ou de l'eau. Plus la température de la source est froide, plus l'efficacité du refroidissement est accrue. Préférentiellement, la température de refroidissement maximum correspond à la température de l'air ou de l'eau majorée de quinze degrés Celsius. Le flux résultant apporte le froid ou les frigories nécessaires au refroidissement du gaz naturel.
La fraction légère, comprimée ou pas dans le deuxième compresseur 112, refroidie ou pas dans le sixième échangeur 1 13, est transmise au premier échangeur 115 de chaleur.
Le premier échangeur 1 15 de chaleur est, par exemple, un échangeur bobiné dans lequel la fraction légère agit en tant que source froide et le gaz naturel en tant que source chaude. Préférentiellement, le premier échangeur 1 15 et le deuxième échangeur 120 sont formés d'un échangeur bobiné unique.
Le gaz naturel entre dans le premier échangeur 115 par l'entrée 116.
La fraction légère vaporisée au cours de l'échange avec le gaz naturel dans le premier corps 115 d'échange est préférentiellement redirigée vers un ballon 114 configuré pour séparer la fraction légère en deux parties, l'une étant plus lourde que l'autre.
Le dispositif 100 comporte, préférentiellement, une vanne 136 en amont du ballon 1 14. Cette vanne créée, par exemple, une détente de la partie gazeuse du premier mélange de l'ordre de 20 à 25 bars. Les deux parties de la fraction légère sont transmises au deuxième corps 120 d'échange, la fraction légère agissant comme source froide dans l'échange de chaleur réalisé avec le gaz naturel préalablement refroidi dans le premier corps 1 15 d'échange.
Lorsque le dispositif 100 met en œuvre un ballon 114, la partie lourde de la fraction légère est, après avoir traversé le deuxième corps 120 d'échange, détendue dans une turbine de détente 1 18 (dite « expander » en anglais), puis transmise vers le compresseur 105 via la conduite 125 de retour.
Cette turbine de détente 118 est mise à la place d'une vanne 123 ou en parallèle de cette vanne 123.
Dans des variantes, entre la turbine de détente 1 18 et le compresseur 105, la partie lourde de la fraction légère, comprimée, est réinjectée dans le deuxième corps 120 d'échange.
La partie légère de la fraction légère est transmise vers le compresseur 105 via la conduite 125 de retour.
Dans des variantes, la partie légère de la fraction légère, quitte le deuxième corps
120 d'échange, est détendue dans une vanne 122, et est réinjectée dans ce deuxième corps 120 d'échange avant d'être redirigée vers le compresseur 105.
La vanne 122 créé une détente pour atteindre une pression d'environ 4 à 5 bars en fonction de la perte de charge du circuit aval, par exemple.
La fraction lourde du mélange réfrigérant quittant le moyen 1 10 de fractionnement est transmise au premier corps 115 d'échange et agit en tant que source froide dans l'échange se produisant avec le gaz naturel.
Dans des variantes, le dispositif 100 comporte une turbine de détente 127 en parallèle de la vanne 122.
Préférentiellement, le dispositif 100 comporte la turbine de détente 127 et ne comporte pas de vanne 122.
Dans des variantes, la fraction lourde quitte le premier corps 1 15 d'échange et est réinjectée dans ce premier corps 115 d'échange, après avoir été détendue dans un détendeur 1 19, avant d'être redirigée vers le compresseur 105.
Le détendeur 1 19 crée une détente pour atteindre une pression d'environ 4 à 5 bars en fonction de la perte de charge dans le premier corps 115 d'échange, par exemple.
Dans des variantes, la conduite 125 de retour comporte, entre le premier corps 1 15 d'échange et le compresseur 105, un ballon 126.
Ce ballon 126 permet de garantir qu'en entrée du premier compresseur 105, le premier mélange réfrigérant est exclusivement sous forme gazeuse.
Le ballon 126 est préférentiellement muni d'un maillage pour limiter l'entraînement de gouttelettes dans la fraction gazeuse. Préférentiellement, le dispositif 100 comporte une conduite reliant une partie du ballon 126, destinée à recevoir la partie liquide du premier mélange, au moyen 1 10 de fractionnement. Préférentiellement, cette conduite est munie d'une pompe. Préférentiellement, cette pompe est activée en fonction d'un niveau de liquide capté, par un capteur, dans la partie du ballon 126 destinée à recevoir la partie liquide du premier mélange.
Ainsi, comme on le comprend, le gaz naturel est liquéfié grâce à deux étapes successives de refroidissement. La première étape a lieu dans le premier corps 1 15 d'échange et la deuxième étape a lieu dans le deuxième corps 120 d'échange.
Le gaz naturel circule, dans le premier corps 115 et dans le deuxième corps 120, préférentiellement à contre-courant du premier mélange réfrigérant.
Le gaz naturel refroidi quitte préférentiellement le premier corps 115 à une température d'environ -30°C. Ce gaz naturel refroidi est ensuite préférentiellement dirigé vers une section de fractionnement (non représentée) pour séparer les éventuels condensats de la fraction gazeuse. La fraction gazeuse est transmise au deuxième corps 120 pour être liquéfiée.
En plus de ces deux étapes, la présente invention propose l'ajout d'une troisième étape de refroidissement positionnée soit en amont, soit en aval des deux premières étapes.
Dans le premier cas, un troisième corps 130 d'échange est positionné en amont de l'entrée 1 16 du gaz naturel dans le premier corps 1 15 d'échange. Ce troisième corps 130 d'échange est, par exemple, un échangeur tubulaire utilisant, en tant que source froide, un deuxième composé réfrigérant, et en source chaude le gaz naturel entrant dans le dispositif 100 afin d'être liquéfié.
Le deuxième composé chimique est, par exemple un corps pur composé d'azote, de propane et/ou d'ammoniac ou un mélange d'azote et de propane.
Préférentiellement, lorsque de l'ammoniac est utilisé, cet ammoniac est utilisé seul. Dans le deuxième cas, un troisième corps 135 d'échange est positionné en aval de la sortie 121 de gaz naturel liquéfié du deuxième corps 120 d'échange. Ce troisième corps 135 d'échange est, par exemple, un échangeur tubulaire utilisant, en tant que source froide, un deuxième composé réfrigérant, et en source chaude le gaz naturel liquéfié sortant dans le dispositif 100 pour être stocké ou consommé. Le gaz naturel ainsi liquéfié peut-être détendu à pression atmosphérique par un détendeur (non représenté) avant le stockage. Le gaz d'évaporation, dit « BOG » (pour « Boil-off gas ») en anglais, collecté dans le stockage du gaz naturel liquéfié peut être réinjecté dans le dispositif 100 au niveau de la fraction gazeuse quittant la section de fractionnement entre le premier corps 115 et le deuxième corps 120 d'échange.
Le deuxième composé réfrigérant est ici, par exemple, de l'azote liquide. En aval de ce troisième corps, 130 ou 135, le dispositif 100 comporte un moyen, 140 ou 145, de compression du deuxième composé.
Ce compresseur, 140 ou 145, est par exemple un compresseur centrifuge.
Dans des modes de réalisation préférentiels, le dispositif 100 comporte à la fois l'étape de refroidissement amont et l'étape de refroidissement aval.
Dans ces modes de réalisation, on nomme troisième corps 130 d'échange le corps d'échange positionné en amont du premier corps 1 15 d'échange et quatrième corps 135 d'échange le corps d'échange positionné en aval du deuxième corps 120 d'échange. On nomme deuxième composé réfrigérant le mélange réfrigérant mis en œuvre dans le troisième corps 130 et troisième mélange réfrigérant le mélange réfrigérant mis en œuvre dans le quatrième corps d'échange.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte :
- un moyen 150 de refroidissement du deuxième composé comprimé dans le moyen 140 de compression et
- une conduite 155 de transfert du deuxième composé comprimé au troisième corps
130 d'échange.
Le moyen 150 de refroidissement est, par exemple, un échangeur de chaleur entre le deuxième composé vaporisé au cours de l'échange de chaleur avec le gaz naturel dans le troisième corps 130 d'échange et de l'air ou de l'eau.
Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 1 , le dispositif 100 comporte, entre une sortie 131 pour deuxième composé du moyen 150 de refroidissement du deuxième composé et le troisième 130 corps d'échange, un circuit 170 de refroidissement du deuxième composé par la fraction lourde du premier mélange à l'intérieur du premier corps 115 d'échange.
Ce circuit 170 de refroidissement est réalisé, par exemple, par l'entrée du deuxième composé refroidi dans le premier corps 1 15 d'échange, le deuxième composé refroidi agissant en tant que source chaude par rapport à la fraction lourde et à l'éventuelle fraction légère du premier mélange réfrigérant traversant ce premier corps 115 d'échange. Ce deuxième composé vaporisé peut simultanément agir comme source froide par rapport au gaz naturel entré dans le premier corps 1 15 par l'entrée 1 16 pour gaz naturel.
Dans des variantes, le deuxième composé vaporisé quitte le premier corps 1 15, est détendu dans un détendeur 124 puis est réinjecté dans le premier corps 115 ou dans le deuxième corps 120.
Le deuxième composé est détendu, par exemple, à une pression comprise entre 3 et 4 bars en fonction de la perte de charge dans les conduites en amont.
Ce circuit 170 de refroidissement a pour objectif de faciliter le refroidissement se produisant dans le moyen 150 de refroidissement. Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 1 , une partie du circuit 170 de refroidissement est configurée pour refroidir le deuxième composé par échange de chaleur avec la fraction légère du premier mélange dans le deuxième 120 corps d'échange.
Dans ces modes de réalisation, le deuxième composé, refroidi par échange de chaleur dans le premier corps 1 15 d'échange est injecté dans le deuxième corps 120 d'échange. Le deuxième composé vaporisé agit alors en tant que source chaude par rapport à la fraction légère du premier mélange réfrigérant traversant ce deuxième corps 120 d'échange. Ce deuxième composé vaporisé peut simultanément agir comme source froide par rapport au gaz naturel entré dans le deuxième corps 120 d'échange.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte :
un moyen 160 de refroidissement de l'azote comprimé et
une conduite 165 de transport de l'azote refroidi au quatrième corps 135 d'échange. Le moyen 160 de refroidissement est, par exemple, un échangeur de chaleur entre le troisième mélange comprimé et de l'air ou de l'eau.
Préalablement au troisième corps 130 d'échange, le gaz naturel peut subir un prétraitement.
Les compresseurs et moyens de compression, 105, 1 12 et 140, mis en œuvre dans ce mode de réalisation peuvent être remplacés par les compresseurs, 605, 610 et 620, décrits en regard de la figure 6 et dont les fonctions sont analogues.
On observe, sur la figure 2, qui n'est pas à l'échelle, une vue schématique d'un mode de réalisation du navire 200 objet de la présente invention. Ce navire 200 comporte :
un dispositif 100 de liquéfaction d'un gaz naturel tel que décrit en regard de la figure 1 ,
- un dispositif 400 de liquéfaction d'un gaz naturel tel que décrit en regard de la figure 4 ou
un dispositif 600 de liquéfaction d'un gaz naturel tel que décrit en regard de la figure 6.
On observe, sur la figure 3, schématiquement et sous forme d'un logigramme, une succession d'étapes particulière du procédé 300 objet de la présente invention. Ce procédé 300 de liquéfaction d'un gaz naturel, comportant :
une étape 305 de compression d'un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé, une étape 310 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
- une première étape 315 d'échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel, une deuxième étape 320 d'échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi au cours de la première étape d'échange pour liquéfier le gaz naturel et
une étape 325 de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d'échange de chaleur vers l'étape de compression,
qui comporte :
- en amont d'une entrée du gaz naturel de la première étape d'échange ou en aval d'une sortie de gaz naturel liquéfié du deuxième corps d'échange, une troisième étape 330 d'échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant et
- une étape 335 de compression du deuxième composé vaporisé.
Ce procédé 300 est réalisé, par exemple, par la mise en œuvre du dispositif 100 tel que décrit en regard de la figure 1. Comme on le comprend, toutes les variantes, tous les exemples et tous les modes de réalisations du dispositif 100 sont également transposables en tant qu'étapes au sein du procédé 300.
On observe, sur la figure 4, qui n'est pas à l'échelle, une vue schématique d'un mode de réalisation du dispositif 400 objet de la présente invention. Ce dispositif 400 de liquéfaction d'un gaz naturel, comporte :
un compresseur 105 d'un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,
- un moyen 1 10 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
un premier corps 1 15 d'échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,
un deuxième corps 120 d'échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi dans le premier corps d'échange pour liquéfier le gaz naturel,
une conduite 125 de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d'échange de chaleur vers le compresseur,
un détendeur 405 du gaz naturel liquéfié,
- un collecteur 410 de gaz d'évaporation produit lors de la détente du gaz dans le détendeur 405 et
une conduite 415 d'injection du gaz d'évaporation en entrée du deuxième corps d'échange.
Dans cette figure 4, les différents moyens relatifs au premier mélange réfrigérant sont identiques aux moyens décrits en regard des figures 1 ou 6, y compris en ce qui concerne les modes de réalisation et les variantes particulières décrites en regard de ces figures 1 et 6. Ces moyens sont : le compresseur 105,
l'échangeur 106,
le moyen 110 de fractionnement,
le ballon de reflux 1 11 ,
- le compresseur 1 12,
l'échangeur 1 13,
- le ballon 1 14,
le premier corps 1 15 d'échange,
l'entrée 1 16 pour gaz naturel,
- la turbine de détente 1 18,
le détendeur 1 19,
le deuxième corps 120 d'échange,
la sortie 121 pour gaz naturel liquéfié du deuxième corps 120 d'échange,
- le détendeur 122,
- la turbine 126 de détente,
la conduite 125 de retour
- le ballon 126 et
la vanne 136.
Ainsi, comme on le comprend, le gaz naturel est liquéfié grâce à deux étapes successives de refroidissement. La première étape a lieu dans le premier corps 1 15 d'échange et la deuxième étape a lieu dans le deuxième corps 120 d'échange.
Entre ces deux étapes, c'est-à-dire entre une sortie (non référencée) pour gaz naturel refroidi du premier corps 1 15 et une entrée (non référencée) pour gaz naturel refroidi dans le deuxième corps 120, le dispositif 400 comporte préférentiellement une section de fractionnement configurée pour retirer des condensats du flux de gaz.
Le gaz naturel liquéfié quittant le deuxième corps 120 par la sortie 121 traverse un détendeur 405 configuré pour détendre le gaz naturel liquéfié à pression atmosphérique.
Le détendeur 405 est, par exemple, une vanne mettant en œuvre l'effet Joule- Tomshon.
Cette détente provoque l'apparition de gaz d'évaporation, ou BOG.
Le BOG ainsi généré est collecté dans un collecteur 410 et injecté, via une conduite 415, en entrée du deuxième corps 120 d'échange. Cette injection peut avoir lieu en amont, dans ou en aval de la section de fractionnement si une telle section est présente.
Le collecteur 410 est, par exemple, un ballon de séparation gaz/liquide muni d'un maillage pour limiter l'entraînement de gouttelettes dans la fraction gazeuse.
Préférentiellement, la conduite 415 est munie d'un compresseur 416 comprimant la fraction gazeuse quittant le collecteur 410. Dans des modes de réalisation, tel que celui illustré en figure 4, un troisième corps 420 d'échange est positionné en amont de l'entrée 1 16 du gaz naturel dans le premier corps 1 15 d'échange. Ce troisième corps 420 d'échange est, par exemple, un échangeur tubulaire utilisant, en tant que source froide, un deuxième composé réfrigérant, et en source chaude le gaz naturel entrant dans le dispositif 400 afin d'être liquéfié.
Le dispositif 400 comporte alors un compresseur 425 du deuxième composé vaporisé en aval du troisième corps 420 d'échange. Ce compresseur 425 est, par exemple, un compresseur centrifuge.
Le deuxième composé chimique est, par exemple un corps pur composé d'azote, de propane et/ou d'ammoniac ou un mélange d'azote et de propane.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 400 comporte :
- un moyen 430 de refroidissement du deuxième composé comprimé et
- une conduite 435 de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps 420 d'échange.
Le moyen 430 de refroidissement est, par exemple, un échangeur de chaleur entre le deuxième composé comprimé et de l'eau ou de l'eau glycolée.
Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 4, le dispositif 400 comporte, entre une sortie 421 pour deuxième composé du moyen 430 de refroidissement du deuxième composé et le troisième 420 corps d'échange, un circuit 440 de refroidissement du deuxième composé par la fraction lourde du premier mélange à l'intérieur du premier corps 115 d'échange.
Ce circuit 440 de refroidissement est réalisé, par exemple, par l'entrée du deuxième composé refroidi dans le premier corps 1 15 d'échange, le deuxième composé refroidi agissant en tant que source chaude par rapport à la fraction lourde et à l'éventuelle fraction légère du premier mélange réfrigérant traversant ce premier corps 115 d'échange. Ce deuxième composé refroidi peut simultanément agir comme source froide par rapport au gaz naturel entré dans le premier corps 1 15 par l'entrée 1 16 pour gaz naturel.
Dans des variantes, le deuxième composé vaporisé quitte le premier corps 1 15, est détendu dans un détendeur 424 puis est réinjecté dans le premier corps 115 ou dans le deuxième corps 120.
Le deuxième composé est détendu, par exemple, à une pression de 3 à 4 bars en sortie du détendeur 424.
Ce circuit 440 de refroidissement a pour objectif de faciliter le refroidissement se produisant dans le moyen 430 de refroidissement.
Ce circuit 440 peut également comporter une deuxième partie, dans le deuxième corps 120 d'échange, comme décrit en regard de la figure 1. Dans des modes de réalisation particuliers, le premier mélange réfrigérant comporte de l'azote et du méthane et au moins un composé parmi :
de l'éthylène,
- de l'éthane,
- du propane et/ou
du butane.
On observe, en figure 5, schématiquement, un mode de réalisation particulier du procédé 500 objet de la présente invention. Ce procédé 500 de liquéfaction d'un gaz naturel, comporte :
- une étape 505 de compression d'un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé, une étape 510 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
une première étape 515 d'échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,
- une deuxième étape 520 d'échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi au cours de la première étape d'échange pour liquéfier le gaz naturel,
une étape 525 de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d'échange de chaleur vers l'étape de compression,
- une étape 530 de détente du gaz naturel liquéfié,
- une étape 535 de collecte de gaz d'évaporation produit au cours de l'étape de détente,
une étape 540 d'injection du gaz d'évaporation en entrée de la deuxième étape d'échange,
- en amont d'une étape 545 d'entrée du gaz naturel dans la première étape 515 d'échange, une troisième étape 550 d'échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant,
- une étape 555 de compression du deuxième composé vaporisé,
une étape 560 de refroidissement du deuxième composé comprimé et
- une étape 565 de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps d'échange.
Ce procédé 500 est réalisé, par exemple, par la mise en œuvre du dispositif 400 tel que décrit en regard de la figure 4. Comme on le comprend, toutes les variantes, tous les exemples et tous les modes de réalisations du dispositif 400 sont également transposables en tant qu'étapes au sein du procédé 500. On observe, sur les figures 6 et 7, schématiquement, un mode de réalisation particulier du dispositif 600 objet de la présente invention. Ce dispositif 600 de liquéfaction d'un gaz naturel, comporte :
un premier compresseur 605 centrifuge d'un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,
un moyen 1 10 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
un deuxième compresseur 610 centrifuge de la fraction légère,
un premier corps 1 15 d'échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,
un deuxième corps 120 d'échange de chaleur entre la fraction légère comprimée du premier mélange et le gaz naturel refroidi dans le premier corps d'échange pour liquéfier le gaz naturel,
une conduite 125 de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d'échange de chaleur vers le premier compresseur,
- en amont d'une entrée 116 du gaz naturel dans le premier corps d'échange, un troisième corps 420 d'échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant,
- un troisième compresseur 620 centrifuge du deuxième composé vaporisé, le premier et troisième compresseur centrifuge étant actionné par une turbine 630 unique commune,
- une enveloppe 635 commune au premier compresseur et au troisième compresseur,
- un moyen 430 de refroidissement du deuxième composé comprimé et
- une conduite 435 de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps 420 d'échange.
On appelle « enveloppe », un carter qui comporte au moins un compresseur. Chaque compresseur comporte une ou plusieurs roues.
Dans cette figure 6 ; l'échangeur 106, le moyen 1 10 de fractionnement, le ballon de reflux 1 1 1 , l'échangeur 1 13, le premier corps 115 d'échange, l'entrée 1 16 pour gaz naturel, le détendeur 1 19, le deuxième corps 120 d'échange, la sortie 121 pour gaz naturel liquéfié du deuxième corps 120 d'échange, le détendeur 122, la turbine de détente 127, la conduite 125 de retour, le ballon 126, la vanne 136, le troisième corps 420 d'échange, la conduite de transfert 435, le quatrième corps 430 d'échange, la sortie 421 pour deuxième composé réfrigérant, le circuit 400 de refroidissement, le détendeur 424, le détendeur 405, le collecteur 410 et la conduite 415 d'injection, sont identiques aux moyens correspondants décrits en regard des figures 1 ou 4, y compris en ce qui concerne les modes de réalisation et les variantes particulières décrites en regard de ces figures 1 et 4. Le troisième compresseur 620 correspond au troisième compresseur 140 tel que décrit en regard de la figure 1 . Toutefois, ce troisième compresseur 620 est actionné par la mise en œuvre d'une turbine unique commune avec la turbine actionnant le premier compresseur 605. Le premier compresseur correspond au premier compresseur 105 tel que décrit en regard de la figure 1.
Le quatrième compresseur 615 est configuré pour élever la pression de la partie légère de la fraction légère du premier mélange refroidissant. Ce quatrième compresseur partage une turbine unique commune avec le deuxième compresseur 610, ce deuxième compresseur 610 correspondant au deuxième compresseur 1 12 tel que décrit en regard de la figure 1.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figures 6 et 7, le dispositif 600 objet de la présente invention comporte :
entre le deuxième compresseur 610 et le deuxième corps 120 d'échange, un quatrième compresseur 615 centrifuge de la fraction légère du premier mélange, le deuxième et quatrième compresseur centrifuge étant actionné par une turbine 640 unique commune et
une enveloppe 645 commune au deuxième compresseur et au quatrième compresseur.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le dispositif 600 objet de la présente invention comporte :
- un séparateur 650 d'une fraction gaz et d'une fraction liquide de la phase légère comprimée, le quatrième compresseur 615 comprimant la fraction gaz séparée,
- un détendeur 625 de la fraction liquide de la phase légère chauffée dans le deuxième corps d'échange,
- la turbine 640 du quatrième compresseur étant actionnée par l'énergie de détente.
Le séparateur 650 est, par exemple, similaire au ballon 1 14 de reflux tel que décrit en regard de la figure 1. Le détendeur 625 est, par exemple, similaire à la turbine de détente 1 18 telle que décrite en regard de la figure 1 .
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le deuxième composé chimique comporte de l'azote, du propane et/ou de l'ammoniac.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le premier mélange réfrigérant comporte de l'azote et du méthane et au moins un composé parmi :
de l'éthylène,
- de l'éthane,
du propane et/ou
du butane. Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le dispositif 600 comporte :
un détendeur 405 du gaz naturel liquéfié,
un collecteur 410 de gaz d'évaporation produit lors de la détente du gaz dans le détendeur et
une conduite 415 d'injection du gaz d'évaporation en entrée du deuxième corps d'échange.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le dispositif 600 comporte, entre une sortie 421 pour deuxième composé du moyen 430 de refroidissement et le troisième corps 420 d'échange, un circuit 440 de refroidissement du deuxième composé par la fraction lourde du premier mélange à l'intérieur du premier corps 1 15 d'échange.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le premier corps 1 15 d'échange et/ou le deuxième corps 120 d'échange est un échangeur bobiné.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le moyen 430 de refroidissement du deuxième composé est un échangeur de chaleur entre le deuxième composé et de l'eau.
On observe, sur la figure 8, schématiquement, un mode de réalisation particulier du procédé 700 objet de la présente invention. Ce procédé 700 de liquéfaction d'un gaz naturel comporte :
une première étape 705 de compression centrifuge d'un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,
une étape 710 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
une deuxième étape 715 de compression centrifuge de la fraction légère,
une première étape 720 d'échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,
une deuxième étape 725 d'échange de chaleur entre la fraction légère comprimée du premier mélange et le gaz naturel refroidi dans le premier corps d'échange pour liquéfier le gaz naturel,
une étape 730 de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé au cours des étapes d'échange de chaleur vers la première étape de compression,
- en amont d'une étape 735 d'entrée du gaz naturel dans la première étape d'échange, une troisième étape 740 d'échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant, - une troisième étape 745 de compression centrifuge du deuxième composé vaporisé, la première et troisième étape de compression centrifuge étant actionnées par une turbine unique commune,
- la première et troisième étape de compression étant réalisées dans une enveloppe commune,
- une étape 750 de refroidissement du deuxième composé comprimé au cours de la troisième étape d'échange et
- une étape 755 de transfert du deuxième composé refroidi à la troisième étape d'échange.
Ce procédé 700 est réalisé, par exemple, par la mise en œuvre du dispositif 600 tel que décrit en regard des figures 6 et 7. Comme on le comprend, toutes les variantes, tous les exemples et tous les modes de réalisations du dispositif 600 sont également transposables en tant qu'étapes au sein du procédé 700.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (400) de liquéfaction d'un gaz naturel, comportant :
un compresseur (105) d'un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé, un moyen (1 10) de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
- un premier corps (1 15) d'échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,
un deuxième corps (120) d'échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi dans le premier corps d'échange pour liquéfier le gaz naturel et
- une conduite (125) de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d'échange de chaleur vers le compresseur,
caractérisé en ce qu'il comporte :
- un détendeur (405) du gaz naturel liquéfié,
un collecteur (410) de gaz d'évaporation produit lors de la détente du gaz dans le détendeur,
une conduite (415) d'injection du gaz d'évaporation en entrée du deuxième corps d'échange,
- en amont d'une entrée (1 16) du gaz naturel dans le premier corps (1 15) d'échange, un troisième corps (420) d'échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant,
- un moyen (425) de compression du deuxième composé vaporisé,
- un moyen (430) de refroidissement du deuxième composé comprimé et
- une conduite (435) de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps d'échange.
2. Dispositif (400) selon la revendication 1 , qui comporte, entre une sortie (421 ) pour deuxième composé du moyen (425) de refroidissement du deuxième composé et le troisième corps (430) d'échange et le, un circuit (440) de refroidissement du deuxième composé par la fraction lourde du premier mélange à l'intérieur du premier corps (115) d'échange.
3. Dispositif (400) selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel le deuxième composé est un corps pur qui comporte du propane et/ou de l'ammoniac.
4. Dispositif (400) selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le moyen (430) de refroidissement du deuxième composé est un échangeur de chaleur entre le deuxième composé et de l'eau.
5. Dispositif (400) selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le premier mélange réfrigérant comporte de l'azote et du méthane et au moins un composé parmi :
de l'éthylène,
- de l'éthane,
- du propane et/ou
du butane.
6. Dispositif (400) selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le premier corps (115) d'échange et/ou le deuxième corps (120) d'échange est un échangeur bobiné.
7. Navire (200), caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (400) de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications 1 à 6.
8. Procédé (500) de liquéfaction d'un gaz naturel, comportant :
une étape (505) de compression d'un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé, une étape (510) de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
- une première étape (515) d'échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,
une deuxième étape (520) d'échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi au cours de la première étape d'échange pour liquéfier le gaz naturel et
- une étape (525) de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d'échange de chaleur vers l'étape de compression,
caractérisé en ce qu'il comporte :
- une étape (530) de détente du gaz naturel liquéfié,
- une étape (535) de collecte de gaz d'évaporation produit au cours de l'étape de détente,
- une étape (540) d'injection du gaz d'évaporation en entrée de la deuxième étape d'échange,
- en amont d'une étape (545) d'entrée du gaz naturel dans la première étape (515) d'échange, une troisième étape (550) d'échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant,
- une étape (555) de compression du deuxième composé vaporisé,
une étape (560) de refroidissement du deuxième composé comprimé et
- une étape (565) de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps d'échange.
EP17832255.8A 2016-12-22 2017-12-18 Dispositif et procédé de liquéfaction d'un gaz naturel et navire comportant un tel dispositif Withdrawn EP3559574A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1663155A FR3061276B1 (fr) 2016-12-22 2016-12-22 Dispositif et procede de liquefaction d'un gaz naturel et navire comportant un tel dispositif
PCT/FR2017/053652 WO2018115684A1 (fr) 2016-12-22 2017-12-18 Dispositif et procédé de liquéfaction d'un gaz naturel et navire comportant un tel dispositif

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3559574A1 true EP3559574A1 (fr) 2019-10-30

Family

ID=58707660

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17832255.8A Withdrawn EP3559574A1 (fr) 2016-12-22 2017-12-18 Dispositif et procédé de liquéfaction d'un gaz naturel et navire comportant un tel dispositif

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20190310015A1 (fr)
EP (1) EP3559574A1 (fr)
CN (1) CN110268214A (fr)
BR (1) BR112019012754A2 (fr)
FR (1) FR3061276B1 (fr)
WO (1) WO2018115684A1 (fr)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4755200A (en) * 1987-02-27 1988-07-05 Air Products And Chemicals, Inc. Feed gas drier precooling in mixed refrigerant natural gas liquefaction processes
MY118329A (en) * 1995-04-18 2004-10-30 Shell Int Research Cooling a fluid stream
CN1085824C (zh) * 1996-01-12 2002-05-29 大连理工大学 多级气波制冷机
TW366411B (en) * 1997-06-20 1999-08-11 Exxon Production Research Co Improved process for liquefaction of natural gas
TW368596B (en) * 1997-06-20 1999-09-01 Exxon Production Research Co Improved multi-component refrigeration process for liquefaction of natural gas
US6427483B1 (en) * 2001-11-09 2002-08-06 Praxair Technology, Inc. Cryogenic industrial gas refrigeration system
CN102636000B (zh) * 2012-03-13 2014-07-23 新地能源工程技术有限公司 采用单一混合工质制冷液化天然气的方法和装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110268214A (zh) 2019-09-20
WO2018115684A1 (fr) 2018-06-28
FR3061276A1 (fr) 2018-06-29
FR3061276B1 (fr) 2020-01-10
US20190310015A1 (en) 2019-10-10
BR112019012754A2 (pt) 2019-11-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1118827B1 (fr) Procédé de liquéfaction partielle d'un fluide contenant des hydrocarbures tel que du gaz naturel
EP2344821B1 (fr) Procédé de production de courants d'azote liquide et gazeux, d'un courant gazeux riche en hélium et d'un courant d'hydrocarbures déazoté et installation associée
EP3433557B1 (fr) Système de traitement d'un gaz issu de l'évaporation d'un liquide cryogénique et d'alimentation en gaz sous pression d'un moteur à gaz
FR2675891A1 (fr) Procede de production d'azote liquide en utilisant un gaz naturel liquefie comme seul refrigerant.
CA3029464A1 (fr) Procede de liquefaction de gaz naturel et de recuperation d'eventuels liquides du gaz naturel comprenant deux cycles refrigerant semi-ouverts au gaz naturel et un cycle refrigerant ferme au gaz refrigerant
FR2778232A1 (fr) Procede et dispositif de liquefaction d'un gaz naturel sans separation de phases sur les melanges refrigerants
EP0731900B1 (fr) Procede et installation de liquefaction du gaz naturel
FR2993643A1 (fr) Procede de liquefaction de gaz naturel avec changement de phase
EP0178207A1 (fr) Procédé et installation de fractionnement cryogénique de charges gazeuses
FR2764972A1 (fr) Procede de liquefaction d'un gaz naturel a deux etages interconnectes
WO2017081374A1 (fr) Méthode pour optimiser la liquéfaction de gaz naturel
WO2009063142A2 (fr) Procede de demarrage d'un cycle de refrigeration a melange d'hydrocarbures
CA1214385A (fr) Procede de refrigeration, pour la recuperation ou le fractionnement d'un melange compose principalement de butane et propane, contenu dans un gaz brut, par utilisation d'un cycle mecanique exterieur
FR3061278B1 (fr) Dispositif et procede de liquefaction d'un gaz naturel et navire comportant un tel dispositif
EP3559574A1 (fr) Dispositif et procédé de liquéfaction d'un gaz naturel et navire comportant un tel dispositif
WO2018115659A1 (fr) Dispositif et procédé de liquéfaction d'un gaz naturel et navire comportant un tel dispositif
WO2024099862A1 (fr) Dispositif et procédé de sous-refroidissement d'un gaz liquéfié
WO2023180391A1 (fr) Procédé de liquéfaction d'un gaz d'alimentation riche en méthane, et installation correspondante
FR3043452A1 (fr) Procede de liquefaction de gaz naturel a l'aide d'un circuit de refrigeration en cycle ferme
WO2020245510A1 (fr) Installation pour produire du gnl à partir de gaz naturel, support flottant intégrant une telle installation, et procédé correspondant
WO2016091903A2 (fr) Systeme de liquefaction de gaz a machine a absorption et pompe a chaleur stirling
WO2019008269A1 (fr) Dispositif et procédé de liquéfaction d'un gaz naturel ou d'un biogaz
WO2023104695A1 (fr) Procédé de liquéfaction d'un gaz à traiter riche en méthane, et installation correspondante
WO2019008268A1 (fr) Dispositif et procédé de liquéfaction d'un gaz naturel ou d'un biogaz
WO2019008267A1 (fr) Dispositif et procédé de liquéfaction d'un gaz naturel ou d'un biogaz

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20190617

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20220310

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20220721