EP4407266A2 - Procédé et appareil de refroidissement d'un gaz au moyen d'un cycle de réfrigération - Google Patents

Procédé et appareil de refroidissement d'un gaz au moyen d'un cycle de réfrigération Download PDF

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EP4407266A2
EP4407266A2 EP24151848.9A EP24151848A EP4407266A2 EP 4407266 A2 EP4407266 A2 EP 4407266A2 EP 24151848 A EP24151848 A EP 24151848A EP 4407266 A2 EP4407266 A2 EP 4407266A2
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EP
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cycle
cooled
turbine
gas
fluid
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Baptiste PAGES
Antony CARAFA
Jean-Baptiste CHAIX
Ludovic Granados
Bhadri PRASAD
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Air Liquide SA
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Publication date
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    • F25J2270/904—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by liquid or gaseous cryogen in an open loop

Definitions

  • the present invention relates to a process for cooling a gas, or even liquefying a gas, by means of a refrigeration cycle.
  • the gas leaving the turbine is generally in gaseous form, with 0% liquid, but sometimes the process requires liquid production, for example to supply a thermosyphon.
  • a liquid phase can be formed, constituting up to typically 10 mol% or more of the total expanded flow rate.
  • the turbine expansion ratio is kept constant (or at least below 11) but the turbine inlet temperature is reduced, typically lower at -115°C (preferably below -130°C for a nitrogen cycle).
  • An objective of the present invention is to present a process which makes it possible to produce the liquid fraction required at the outlet of the turbine, without reducing the temperature at the inlet of the turbine but possibly by increasing the ratio between the outlet pressure of the turbine and the turbine inlet pressure at 11 or above 11 (preferably above 12, or even 16), the two pressures being in absolute bars.
  • Another objective is to simplify the design of the heat exchanger.
  • Another objective is to reduce the specific energy of the cycle.
  • the invention applies to processes such as cold recovery of liquefied natural gas, where the inlet temperature of the gas passing through the turbine is set by external conditions (for example if the gas to be expanded has been cooled by vaporization of liquefied natural gas through a heat recovery unit, the inlet temperature of the gas passing through the turbine is fixed as a function of the temperature of the liquefied natural gas to be vaporized (typically -120°C).
  • Cooling and possibly liquefaction units for example units producing LNG, nitrogen, oxygen or hydrogen, are cooled by a closed cycle of an intermediate fluid (typically nitrogen with a purity greater than 90 mol%, preferably greater than 99 mol%, or even 99.9 mol%) comprising at least one compressor, at least one booster, at least one turbine and at least one Joule-Thomson expansion valve.
  • Turbines provide a large part of the frigories by extracting energy from the cycle (by extracting enthalpy from the intermediate fluid).
  • the process requires the production of liquefied gas, either for export or for the supply of refrigeration necessary for cooling and/or at least partial liquefaction of the feed flow. , for example to supply a thermosyphon.
  • the liquid is produced either with a Joule-Thomson expansion valve or by the turbine. This liquid production is more efficient if it is carried out in the turbine but this requires a turbine with a large expansion ratio.
  • the problem solved by the present invention is to produce a fraction of liquid at the outlet of the turbine by increasing the ratio between the outlet pressure and the inlet pressure of the turbine. This gives an additional parameter to adjust and allows the cycle to be very efficient.
  • the cycle fluid is hydrogen and so is the feed gas. It can be seen that the cycle serves to bring the feed gas up to its liquefaction temperature. In this case, the nitrogen cannot bring the hydrogen to its liquefaction point since the nitrogen would freeze at a higher temperature.
  • a refrigeration cycle comprising a cycle fluid (which is nitrogen) is compressed in a cycle compressor, cooled by heat exchange with an external refrigeration source (such as liquefied natural gas) and introduced at less than -100°C, preferably less than -120°C, into an expansion turbine to extract work from the cycle fluid.
  • the expansion rate of the turbine can be equal to or greater than 11 (preferably greater than 12, or even greater than 16) and therefore the expanded fluid comprises at least 5 mol% up to 10% or even up to 20 mol% of liquid.
  • the expansion ratio is the ratio between the inlet pressure and the outlet pressure, both pressures being in bar absolute.
  • FIG.1 shows a process according to the invention.
  • a gas 1, which is hydrogen, is cooled in a first heat exchanger E1 by indirect heat exchange with a closed refrigeration cycle 8.
  • the gas is optionally cooled in a second heat exchanger E2 to form a fluid 3 at -190°C (gas or liquid) against a liquid fraction 8-1 of the cycle fluid.
  • the cycle compressor C1 compresses the cycle fluid, which is nitrogen, from a first pressure to a second pressure.
  • the compressed gas 4 at typically ambient temperature is cooled in a third heat exchanger E3 by heat exchange with liquefied natural gas 10 or another fluid at -120°C.
  • the liquefied natural gas 10 heats up, or even vaporizes, in the heat exchanger E3 forming a heated fluid 11.
  • the cycle fluid leaves the exchanger E3 at -115°C as gas 5.
  • the gas 5 is optionally divided into two parts, one of which 5-1 is expanded in a turbine T1, the ratio between the outlet pressure and the inlet pressure exceeding 11.
  • a liquid fraction is produced at the outlet of the turbine, representing 5 to 20 mol% of the expanded flow rate 6.
  • the fraction is preferably greater than 5 mol%, otherwise greater than 7 mol%, otherwise greater than 9 mol%.
  • the other part 5-2 of the gas cools in the first heat exchanger E1 being sent to the exchanger at an intermediate temperature thereof.
  • first exchanger E1 At the exit of first exchanger E1, it is expanded as fluid 7 in a valve JT1.
  • the two expanded flow rates 6.7 are mixed and sent to a phase separator V1 forming a gas 8 and a liquid.
  • the liquid is eventually divided in two, with an 8-1 part being sent to a heat exchanger E2 where it vaporizes.
  • the 8-2 remainder serves as a byproduct.
  • the liquid vaporized by vaporizing part 8-1 is returned to separator V1.
  • Gas 8 heats up in heat exchanger E1 forming gas 9 which is sent to compressor C1 at the first pressure.
  • All the liquid from phase separator V1 preferably comes from turbine T1.
  • the quantity of liquid produced by the turbine is regulated by the cycle pressure: the liquid level in the phase separator V1 (thermosiphon) located downstream of the turbine T1 is detected by the level regulator LC1 (in English “Level Control”). ”) which will act in cascade on the pressure regulator PC1 (in English "Pressure Control”) downstream of the compressor C1 which, in the event of a low liquid level in the separator V1, will open the make-up valve JT2 of the inventory of the cycle 12 to bring in a make-up gas flow from an external source, for example an air separation device, having the same composition as the cycle fluid.
  • the additional cycle inventory will make it possible to vaporize more liquid 8, therefore increasing the pressure at the compressor inlet C1.
  • inlet guide vanes (IGV Inlet Guide Vanes) of compressor C1 will open and increase the cycle pressure until equilibrium of the liquid level is reached in phase separator V1. It will be noted that the presence of flow 5-2 and valve JT1 is not essential to the invention. However, if the increase in cycle pressure described above is not enough to achieve equilibrium in the liquid level of separator V1, a second set point of LC1 (liquid level lower than the previous set point) can regulate this valve JT1 to further increase liquid production to phase separator V1.
  • the JT1 valve therefore fulfills two functions: firstly, to ensure a more reactive adjustment of the quantity of liquid in the phase separator V1 and secondly, to ensure part of the production of liquid supplying the phase separator V1 without depending on the performance of the turbine T1 or the pressure and temperature conditions at the turbine suction (fluid 5, 5-1). Finally, this JT1 valve makes it possible to increase the flexibility of the unit for liquid production, particularly for cases of reduced operation.
  • the invention makes it possible, on the one hand, to simplify the design of the heat exchanger by doing away with a liquefaction passage dedicated to the production of liquid and, on the other hand, to reduce the specific energy of the cycle by up to at 5%, or even up to 10%, depending on the arrangements.

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Abstract

Dans un procédé de refroidissement d'hydrogène au moyen d'un cycle de réfrigération, un fluide de cycle (4), qui est de l'azote, est refroidi jusqu'à une température inférieure à -100°C, au moins une partie (8-1) du fluide de cycle refroidi est détendue dans une turbine (T1) pour refroidir l'au moins une partie du fluide de cycle en produisant un fluide diphasique (6) à la sortie de la turbine, le fluide diphasique est séparé dans un séparateur de phase (V1) et au moins une partie du gaz (8) produit dans le séparateur de phase est envoyé à un premier échangeur de chaleur (E1) pour échanger de la chaleur indirectement avec le gaz d'alimentation à refroidir (1) en produisant un gaz d'alimentation refroidi (2) et un gaz de cycle réchauffé (9), qui est comprimé dans un compresseur (C1) et ensuite refroidi en cycle.

Description

  • La présente invention est relative à un procédé de refroidissement d'un gaz, voire de liquéfaction d'un gaz, au moyen d'un cycle de réfrigération.
  • Il est fréquent de refroidir un gaz au moyen d'un cycle fermé de réfrigération, en produisant du froid avec une turbine qui détend le gaz de cycle, cette turbine étant couplée à un compresseur qui comprime le gaz de cycle (généralement l'air ou l'azote).
  • Le gaz à la sortie de la turbine est généralement sous forme gazeuse, avec 0% de liquide, mais parfois le procédé requiert une production de liquide, par exemple pour alimenter un thermosiphon. Ainsi une phase liquide peut être formée, constituant jusqu'à typiquement 10% mol ou plus du débit détendu total. Afin de produire une telle augmentation de la fraction liquide à la sortie de la turbine, le rapport de détente de la turbine est maintenu constant (ou au moins en dessous de 11) mais la température d'entrée de la turbine est réduite, typiquement inférieure à -115°C (de préférence en dessous de -130°C pour un cycle azote).
  • Un objectif de la présente invention est de présenter un procédé qui permette de produire la fraction liquide requise à la sortie de la turbine, sans réduire la température à l'entrée de la turbine mais éventuellement en augmentant le rapport entre la pression de sortie de la turbine et la pression d'entrée de la turbine à 11 ou au-delà de 11 (de préférence au-delà de 12, voire de 16), les deux pressions étant en bars absolus.
  • Un autre objectif est simplifier la conception de l'échangeur de chaleur.
  • Un autre objectif est de réduire l'énergie spécifique du cycle.
  • Un autre objectif est de produire une partie du fluide de cycle comme produit liquide. L'invention s'applique aux procédés tels que la récupération du froid du gaz naturel liquéfié, où la température d'entrée du gaz passant dans la turbine est fixée par les conditions externes (par exemple si le gaz à détendre a été refroidi par vaporisation de gaz naturel liquéfié à travers une unité de récupération de chaleur, la température d'entrée du gaz passant dans la turbine est fixée en fonction de température du gaz naturel liquéfié à vaporiser (typiquement -120°C).
  • Des unités de refroidissement et éventuellement de liquéfaction, par exemple les unités produisant du GNL, de l'azote, de l'oxygène ou de l'hydrogène, sont refroidies par un cycle fermé d'un fluide intermédiaire (typiquement de l'azote avec une pureté supérieure à 90%mol, de préférence supérieure à 99% mol, voire à 99,9% mol) comprenant au moins un compresseur, au moins un surpresseur, au moins une turbine et au moins une vanne de détente Joule-Thomson. Les turbines fournissent une grande partie des frigories en extrayant de l'énergie du cycle (en extrayant de l'enthalpie du fluide intermédiaire).
  • Dans certains cas, en plus de la production de gaz froid, le procédé requiert la production de gaz liquéfié, soit pour l'export soit pour la fourniture de frigories nécessaires pour le refroidissement et/ou la liquéfaction au moins partielle du débit d'alimentation, par exemple pour alimenter un thermosiphon.
  • Le liquide est produit soit avec une vanne de détente Joule-Thomson soit par la turbine. Cette production de liquide est plus efficace si elle est effectuée dans la turbine mais ceci nécessite une turbine avec un grand rapport de détente.
  • Il est bien connu en séparation d'air de produire jusqu'à 10% de liquide à la sortie d'une turbine d'air. Cette production est réalisée en baissant la température de l'entrée et avec un rapport de détente inférieur à 11.
  • Le problème résolu par la présente invention est de produire une fraction de liquide à la sortie de la turbine en augmentant le rapport entre la pression de sortie et la pression d'entrée de la turbine. Ceci donne un paramètre additionnel à ajuster et permet que le cycle soit bien efficace.
  • JP2002 164389 , WO2014/019698A2 et « Performance and Optimisation of Hydrogen Liquifaction Cycles» de Nandi et al, International Journal of Hydrogen Energy, vol 18, no 2, 1993 décrivent l'usage d'un cycle de réfrigération impliquant le gaz à refroidir lui-même, il est donc implicite que les gaz d'alimentation a la même composition que le fluide de cycle.
  • Dans CN112361713A , le fluide de cycle est de l'hydrogène et le gaz d'alimentation aussi. On peut constater que le cycle sert à amener le gaz d'alimentation jusqu'à sa température de liquéfaction. Dans le cas présent, l'azote ne peut amener l'hydrogène à son point de liquéfaction puisque l'azote se gèlerait à une température plus élevée.
  • Selon un objet de l'invention, il est prévu un procédé de refroidissement d'un gaz d'alimentation, qui est de l'hydrogène, au moyen d'un cycle de réfrigération dans lequel :
    1. a) Un fluide de cycle, qui est de l'azote, est refroidi jusqu'à une température inférieure à -100°C, voire inférieure à -120°C
    2. b) Au moins une partie du fluide de cycle refroidi est détendue dans une turbine pour refroidir l'au moins une partie du fluide de cycle en produisant un fluide diphasique à la sortie de la turbine
      Et soit
    3. c) Le fluide diphasique est séparé dans un séparateur de phase et
    4. d) Au moins une partie du gaz produit dans le séparateur de phase est envoyé à un premier échangeur de chaleur pour échanger de la chaleur indirectement avec le gaz d'alimentation à refroidir en produisant un gaz d'alimentation refroidi et un gaz de cycle réchauffé, qui est comprimé dans un compresseur et ensuite refroidi en cycle selon l'étape a) et
    5. e) Au moins une fraction du liquide du séparateur de phases se vaporise dans un deuxième échangeur de chaleur par échange de chaleur indirecte avec le gaz d'alimentation refroidi pour refroidir le gaz d'alimentation encore plus voire de le liquéfier
      Soit
    6. f) le fluide diphasique se réchauffe directement dans un premier échangeur par échange de chaleur avec le gaz d'alimentation à refroidir en produisant un gaz d'alimentation refroidi et un gaz de cycle réchauffé qui est envoyé à un compresseur comme fluide de cycle avant d'être refroidi selon l'étape a).
  • Selon d'autres caractéristiques optionnelles :
    • le rapport entre la pression d'entrée et la pression de sortie en bars absolus de la turbine est égal ou supérieur à 11, de préférence supérieur à 12, voire supérieure à 16.
    • le fluide diphasique contient une proportion de liquide entre 5 et 20% mol de liquide.
    • le fluide diphasique contient une proportion de liquide, supérieure à 5% mol sinon supérieure à 7% mol, sinon supérieure à 9% mol de préférence jusqu'à 15% mol de liquide.
    • la quantité de liquide produit dans la turbine est ajustée en ajustant la pression de sortie du compresseur de cycle et donc la pression d'entrée de la turbine, modifiant ainsi le taux de détente de la turbine.
    • une partie du fluide refroidi est détendue dans la turbine et une autre partie du fluide de cycle refroidi se refroidit dans le premier échangeur jusqu'à être totalement liquéfiée formant un liquide, ce liquide est ensuite détendu dans une vanne, le liquide détendu et le fluide diphasique à la sortie de la turbine sont soit mélangés dans le séparateur de phase soit mélangés avant d'être directement envoyés vers le premier échangeur de chaleur pour se réchauffer.
    • tout le liquide du fluide diphasique envoyé au séparateur de phases ou directement à l'échangeur de chaleur provient de la turbine.
    • le fluide de cycle contient au moins 90% mol, voire au moins 99% mol d'azote.
    • -au cours de l'étape a) le fluide de cycle est refroidi par une source externe de froid dans un troisième échangeur de chaleur, par exemple par la vaporisation de gaz naturel liquéfie à moins de -100°C ou le réchauffement de gaz naturel à moins de -100°C, et est envoyé directement à la turbine sans passer par le premier échangeur de chaleur.
    • une partie du liquide formé dans le séparateur de phases sert de produit liquide du procédé.
    • on rajoute du gaz d'une source extérieure au cycle en aval du compresseur, ce gaz ayant la même composition que le fluide de cycle, afin d'augmenter la pression d'entrée du compresseur afin d'augmenter la proportion de liquide produit par la turbine.
    • le refroidissement de l'étape a) a lieu dans un échangeur de chaleur par échange de chaleur indirect, autre que le premier échangeur de chaleur (ou le deuxième échangeur de chaleur si présent).
    • le fluide de cycle est refroidi dans l'étape a) jusqu'à une température supérieure à -192°C.
    • le fluide de cycle n'est pas refroidi est refroidi dans l'étape a) jusqu'à une température inférieure à -192°C.
    • le gaz d'alimentation refroidi est ensuite liquéfié.
    • le gaz d'alimentation refroidi est ensuite liquéfié par un cycle de réfrigération dans lequel circule de l'hydrogène ou de l'hélium.
  • Selon l'invention, un cycle de réfrigération comprenant un fluide de cycle (qui est de l'azote) est comprimé dans un compresseur de cycle, refroidi par échange de chaleur avec une source de frigories externe (tel que du gaz naturel liquéfié) et introduit à moins que -100°C, de préférence moins que -120°C, dans une turbine de détente pour extraire du travail du fluide de cycle. Le taux de détente de la turbine peut être égal ou supérieur à 11 (de préférence supérieur à 12, voire supérieur à 16) et donc le fluide détendu comprend au moins 5% mol jusqu'à 10% voire même jusqu'à 20% mol de liquide. Le taux de détente est le rapport entre la pression d'entrée et la pression de sortie, les deux pressions étant en bars absolus.
  • L'invention sera décrite de manière plus détaillée en se référant à la figure.
  • [FIG.1] montre un procédé selon l'invention.
  • Dans cette figure, un gaz 1, qui est de l'hydrogène, est refroidi dans un premier échangeur de chaleur E1 par échange de chaleur indirect avec un cycle fermé de réfrigération 8.
  • Ensuite le gaz est éventuellement refroidi dans un deuxième échangeur de chaleur E2 pour former un fluide 3 à -190°C (gaz ou liquide) contre une fraction liquide 8-1 du fluide de cycle.
  • Le compresseur de cycle C1 comprime le fluide de cycle, qui est de l'azote, depuis une première pression à une deuxième pression. Le gaz comprimé 4 à typiquement une température ambiante est refroidi dans un troisième échangeur de chaleur E3 par échange de chaleur avec du gaz naturel liquéfié 10 ou un autre fluide à -120°C. Le gaz naturel liquéfié 10 se réchauffe, voire se vaporise, dans l'échangeur de chaleur E3 formant un fluide réchauffé 11. Le fluide de cycle sort de l'échangeur E3 à -115°C comme gaz 5.
  • Sinon le gaz 4 peut se refroidir dans l'échangeur de chaleur E1.
  • Le gaz 5 est éventuellement divisé en deux parties, dont une 5-1 est détendue dans une turbine T1, le rapport entre la pression de sortie et la pression d'entrée dépassant 11. Une fraction liquide est produite à la sortie de la turbine, représentant de 5 à 20% mol du débit détendu 6. La fraction est de préférence supérieure à 5% mol sinon supérieure à 7% mol, sinon supérieure à 9% mol.
  • L'autre partie 5-2 du gaz se refroidit dans le premier échangeur de chaleur E1 étant envoyée à l'échangeur à une température intermédiaire de celui-ci. A la sortie du premier échangeur E1, elle est détendue comme fluide 7 dans une vanne JT1. Ensuite les deux débits détendus 6,7 sont mélangés et envoyés à un séparateur de phases V1 formant un gaz 8 et un liquide. Le liquide est éventuellement divisé en deux, une partie 8-1 étant envoyée à un échangeur de chaleur E2 où elle se vaporise. Le reste 8-2 sert de produit secondaire. Le liquide vaporisé en vaporisant la partie 8-1 est renvoyé au séparateur V1. Le gaz 8 se réchauffe dans l'échangeur de chaleur E1 formant le gaz 9 qui est envoyé au compresseur C1 à la première pression.
  • Tout le liquide du séparateur de phases V1 provient de préférence de la turbine T1. La quantité de liquide produit par la turbine est régulée par la pression du cycle : le niveau de liquide dans le séparateur de phases V1 (thermosiphon) situé en aval de la turbine T1 est détecté par le régulateur de niveau LC1 (en anglais « Level Control ») qui va agir en cascade sur le régulateur de pression PC1 (en anglais « Pressure Control ») en aval du compresseur C1 qui, en cas de niveau bas de liquide dans le séparateur V1, va ouvrir la vanne d'appoint JT2 de l'inventaire du cycle 12 pour faire venir un débit gazeux d'appoint d'une source extérieure, par exemple un appareil de séparation d'air, ayant la même composition que le fluide de cycle. L'appoint d'inventaire de cycle supplémentaire va permettre de vaporiser plus de liquide 8, donc augmenter la pression en entrée compresseur C1. Les aubes directrices d'admission (en anglais IGV Inlet Guide Vanes) du compresseur C1 vont s'ouvrir et augmenter la pression du cycle jusqu'à atteindre l'équilibre du niveau liquide dans le séparateur de phases V1. Il sera noté que la présence du débit 5-2 et de la vanne JT1 n'est pas essentielle à l'invention. Cependant, si l'augmentation de la pression du cycle décrite ci-dessus ne suffit pas atteindre l'équilibre du niveau liquide du séparateur V1, un second point de consigne du LC1 (niveau liquide inférieur au point de consigne précédent) peut réguler cette vanne JT1 pour augmenter encore la production liquide vers le séparateur de phases V1.
  • La vanne JT1 remplit donc deux fonctions : tout d'abord, assurer un ajustement pouvant être plus réactif de la quantité de liquide dans le séparateur de phases V1 et d'autre part, assurer une partie de la production de liquide alimentant le séparateur de phases V1 sans dépendre des performances de la turbine T1 ou des conditions de pression et de température à l'aspiration de la turbine (fluide 5, 5-1). Enfin, cette vanne JT1 permet d'augmenter la flexibilité de l'unité pour la production de liquide, notamment pour les cas de marche réduite.
  • Ce passage du débit 5-2 dans le premier échangeur E1 et la vanne JT1 permettent donc chacun d'augmenter la fiabilité et la flexibilité du système de production de liquide.
  • Il est également possible d'envoyer le fluide diphasique 6 ou le mélange des fluides 6,7 directement à l'échangeur de chaleur E1 pour se réchauffer, sans passer par le séparateur de phases.
  • L'invention permet d'une part de simplifier la conception de l'échangeur de chaleur en s'affranchissant d'un passage de liquéfaction dédié à la production de liquide et d'autre part de réduire l'énergie spécifique du cycle de jusqu'à 5%, voire de jusqu'à 10%, selon les arrangements.

Claims (14)

  1. Procédé de refroidissement d'un gaz d'alimentation qui est de l'hydrogène au moyen d'un cycle de réfrigération dans lequel :
    a) Un fluide de cycle (4), qui est de l'azote,est refroidi jusqu'à une température inférieure à -100°C, voire inférieure à -120°C
    b) Au moins une partie (8-1) du fluide de cycle refroidi est détendue dans une turbine (T1) pour refroidir l'au moins une partie du fluide de cycle en produisant un fluide diphasique (6) à la sortie de la turbine
    Et soit
    c) Le fluide diphasique est séparé dans un séparateur de phase (V1) et
    d) Au moins une partie du gaz (8) produit dans le séparateur de phase est envoyée à un premier échangeur de chaleur (E1) pour échanger de la chaleur indirectement avec le gaz d'alimentation à refroidir (1) en produisant un gaz d'alimentation refroidi (2) et un gaz de cycle réchauffé (9), qui est comprimé dans un compresseur (C1) et ensuite refroidi en cycle selon l'étape a) et
    e) Au moins une fraction (8-1) du liquide du séparateur de phases se vaporise dans un deuxième échangeur de chaleur (E2) par échange de chaleur indirect avec le gaz d'alimentation refroidi pour refroidir le gaz d'alimentation encore plus voire de le liquéfier (3)
    soit
    f) le fluide diphasique (6) se réchauffe directement dans un premier échangeur (E1) par échange de chaleur avec le gaz d'alimentation (1) à refroidir en produisant un gaz d'alimentation refroidi et un gaz de cycle réchauffé (9) qui est envoyé à un compresseur (C1) comme fluide de cycle avant d'être refroidi selon l'étape a).
  2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel le rapport entre la pression d'entrée et la pression de sortie en bars absolus de la turbine (T1) est égal ou supérieur à 11, de préférence supérieur à 12, voire supérieure à 16.
  3. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le fluide diphasique (6) contient une proportion de liquide, entre 5 et 20% mol de liquide.
  4. Procédé selon la revendication 3 dans lequel la quantité de liquide produit dans la turbine (T1) est ajustée en ajustant la pression de sortie du compresseur de cycle (C1) et donc la pression d'entrée de la turbine, modifiant ainsi le taux de détente de la turbine.
  5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel une partie (5-1) du fluide refroidi est détendue dans la turbine (T1) et une autre partie (5-2) du fluide de cycle refroidi se refroidit dans le premier échangeur (E1) jusqu'à être totalement liquéfiée formant un liquide, ce liquide est ensuite détendu dans une vanne (JT1), le liquide détendu et le fluide diphasique à la sortie de la turbine sont soit mélangés dans le séparateur de phase soit mélangés avant d'être directement envoyés vers le premier échangeur de chaleur pour se réchauffer.
  6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel le débit de la partie (5-2) refroidi dans le premier échangeur (E1) est variable pour régler le niveau de liquide dans le séparateur de phases (V1).
  7. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel tout le liquide du fluide diphasique envoyé au séparateur de phases (V1) ou directement à l'échangeur de chaleur (E1) provient de la turbine (T1).
  8. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le fluide de cycle (4) contient au moins 90% mol, voire au moins 99% mol d'azote.
  9. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel au cours de l'étape a) le fluide de cycle est refroidi par une source externe de froid (10) dans un troisième échangeur de chaleur (E3), par exemple par la vaporisation de gaz naturel liquéfie à moins de -100°C ou le réchauffement de gaz naturel à moins de -100°C, et est envoyé directement à la turbine (T1) sans passer par le premier échangeur de chaleur (E1).
  10. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel une partie (8-2) du liquide formé dans le séparateur de phases (V1) sert de produit liquide du procédé.
  11. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel on rajoute du gaz (12) d'une source extérieure au cycle en aval du compresseur (C1), ce gaz ayant la même composition que le fluide de cycle (4), afin d'augmenter la pression d'entrée du compresseur afin d'augmenter la proportion de liquide produit par la turbine (T1).
  12. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le fluide de cycle est refroidi est refroidi dans l'étape a) jusqu'à une température supérieure à - 192°C.
  13. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel le gaz d'alimentation refroidi (3) est ensuite liquéfié.
  14. Procédé selon la revendication 13 dans lequel le gaz d'alimentation refroidi est ensuite liquéfié par un cycle de réfrigération dans lequel circule de l'hydrogène ou de l'hélium
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