FR2471567A1 - Procede et systeme de refrigeration d'un fluide a refroidir a basse temperature - Google Patents

Procede et systeme de refrigeration d'un fluide a refroidir a basse temperature Download PDF

Info

Publication number
FR2471567A1
FR2471567A1 FR7930490A FR7930490A FR2471567A1 FR 2471567 A1 FR2471567 A1 FR 2471567A1 FR 7930490 A FR7930490 A FR 7930490A FR 7930490 A FR7930490 A FR 7930490A FR 2471567 A1 FR2471567 A1 FR 2471567A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
refrigerant
fluid
pressure
heat exchanger
liquefied
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.)
Granted
Application number
FR7930490A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2471567B1 (fr
Inventor
Henri Paradowski
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.)
Technip France SAS
Original Assignee
Technip 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 Technip SA filed Critical Technip SA
Priority to FR7930490A priority Critical patent/FR2471567B1/fr
Priority to IN868/DEL/80A priority patent/IN155020B/en
Priority to GB8038804A priority patent/GB2065284B/en
Priority to US06/213,164 priority patent/US4334902A/en
Priority to CA000366229A priority patent/CA1142846A/fr
Priority to DE19803046195 priority patent/DE3046195A1/de
Priority to AR283557A priority patent/AR223743A1/es
Priority to EG760/80A priority patent/EG14745A/xx
Priority to BE0/203117A priority patent/BE886594A/fr
Priority to NO803742A priority patent/NO803742L/no
Priority to NL8006735A priority patent/NL8006735A/nl
Priority to OA57275A priority patent/OA06666A/fr
Priority to AU65317/80A priority patent/AU535685B2/en
Priority to JP17568180A priority patent/JPS56105260A/ja
Priority to ES497707A priority patent/ES497707A0/es
Priority to IT46912/80A priority patent/IT1141749B/it
Publication of FR2471567A1 publication Critical patent/FR2471567A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2471567B1 publication Critical patent/FR2471567B1/fr
Priority to MY162/87A priority patent/MY8700162A/xx
Expired 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
    • F25J1/0032—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 the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0042—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 the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by liquid expansion 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
    • F25J1/003—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
    • F25J1/02—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
    • F25J1/0212—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 single flow MCR 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
    • F25J1/0243—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
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0263—Details of the cold heat exchange system using different types of heat exchangers
    • 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
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
    • F25J1/0268—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer using a dedicated refrigeration means
    • 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
    • F25J1/0269—Arrangement of liquefaction units or equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple "trains" concept
    • F25J1/0271—Inter-connecting multiple cold equipments within or downstream of the cold box
    • 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.
    • F25J1/0291—Refrigerant compression by combined gas compression and liquid pumping
    • 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
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/14—Power generation using energy from the expansion of the refrigerant
    • F25B2400/141—Power generation using energy from the expansion of the refrigerant the extracted power is not recycled back in the refrigerant circuit
    • 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
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • 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
    • F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising 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
    • F25J2270/66—Closed external refrigeration cycle with multi component refrigerant [MCR], e.g. mixture of hydrocarbons

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)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN APPAREIL D'ECONOMIE D'ENERGIE DANS UNE METHODE DE LIQUEFACTION D'UN GAZ PAR EXEMPLE NATUREL 1 PAR UN CYCLE DE REFRIGERATION 2 AVEC LIQUEFACTION DU GAZ PAR REFROIDISSEMENT AU MOYEN DE LA VAPEUR PROVENANT DE LA VAPORISATION DU FLUIDE REFRIGERANT LIQUIDE SOUS-REFROIDI APRES DETENTE DE CELUI-CI A L'ETAT LIQUIDE, CETTE VAPEUR SERVANT SIMULTANEMENT A SOUS-REFROIDIR LE FLUIDE REFRIGERANT LIQUEFIE. L'INVENTION CONSISTE A EFFECTUER LA DETENTE DU FLUIDE REFRIGERANT LIQUIDE SOUS-REFROIDI A HAUTE PRESSION DANS UNE TURBINE HYDRAULIQUE CRYOGENIQUE 19 AVEC PRODUCTION D'UN TRAVAIL MECANIQUE EXTERIEUR EVENTUELLEMENT RECUPERE SUR L'ARBRE DE LA TURBINE POUR L'ENTRAINEMENT D'UNE MACHINE TOURNANTE 23. L'INVENTION EST APPLICABLE NOTAMMENT A LA LIQUEFACTION D'UN GAZ EN PARTICULIER NATUREL RICHE EN METHANE.

Description

2471567.
La présente invention se rapporte généralement à un procédé et à un système de réfrigération d'un fluide à refroidir à basse température; plus particulièrement elle
concerne et a essentiellement pour objet un procédé d'écono-
mie d'énergie et éventuellement de frais d'installation dans une méthode de réfrigération d'au moins un fluide à refroidir à basse température, inférieure à une valeur actuellement préférée de -500C et notamment d'un fluide gazeux à liquéfier tel qu'en particulier un gaz naturel ou synthétique, comme par exemple un gaz riche en méthane,
ainsi qu'un appareil pour l'exécution de ce procédé.
L'invention vise également les diverses applications et utilisations résultant de la mise en oeuvre du procédé et/ ou de l'appareil précité ainsi que les dispositifs, ensembles, agencements, équipements et installations
pourvus de tels appareils.
On connatt des méthodes et installations de réfrigé-
ration de fluides à refroidir et en particulier de liqué-
faction de gaz à basse température, dans lesquelles anpeut, notamment par traversée d'échangeurs de chaleur appropriés, obtenir la condensation, à haute pression et à basse
température, de gaz nature3sou synthétiquespuis le sous-
refroidissement, à haute pression, des gaz liquéfiés et ensuite la détente dnsune varm avant de recuàJ2ir par exemile les gaz liquéfiés dans un récipient à basse pression. Il
est également connu d'employer, pour effectuer la réfri-
gération, des procédés o le ou les fluides réfrigérants ou frigorigènes sont condensés à basse température et à haute pression et o le ou les fluides réfrigérants liquides sont sous-refroidis à très basse température et à haute pression, puis sont détenus dans des vannes et vaporisés
à basse pression.
La présente invention a principalement pour but de perfectionner cet état connu de la technique antérieure notamment de façon à diminuer la puissance consommée par les compresseurs de fluides réfrigérants pour une même quantité de produits traités en réduisant ainsi le coût du
2471567 "
traitement. A cet effet, l'invention crée un procédé
d'économie d'énergie et éventuellement de coût d'installa-
tion dans une méthode de réfrigération d'au moins un fluide à refroidir à basse température, inférieure à une valeur actuellement de préférence de 30WC, telle qu'en particu- lier, mais non exclusivement, une méthode de liquéfaction de gaz, par échange de chaleur avec un fluide réfrigérant unique ou faisant partie d'un système de plusieurs fluides réfrigérants évoluant respectivement suivant des cycles individuels combinés en une cascade frigorifique par exemple d'un type incorporé ou équivalent à chutes de température successives; le ou chaque fluide réfrigérant est alors formé d'un mélange de plusieurs substances composantes différentes et évolue selon un cycle de
refroidissement en circuit fermé en y subissant successi-
vement: au moins une compression à l'état gazeux, au moins un refroidissement préliminaire avec condensation ou liquéfaction au moins partielle dudit mélange à haute
pression, au moins une auto-réfrigération avec sous-
refroidissement d'au moins une fraction liquide par échange de chaleur à contre-courant avec de la vapeur à basse pression provenant d'au moins la même fraction liquide sous-refroidie dudit même fluide réfrigérant, au moins une détente d'au moins ladite même fraction à une basse pression avec au moins une transformation en ladite vapeur qui est ensuite
recomprimée. Autrement dit, au cours de ces stades opéra-
toires connus, on refroidit le mélange précité ou des fractions de celuici dans un ou plusieurs échangeurs de
chaleur en contre-courant avec une ou des parties de lui-
même détendues à une ou des pressions plus basses que la haute pression précitée puis on détend ce mélange ou lesdites fractions de celui-ci dans un ou plusieurs organes de détente et on les introduit dans le ou les échangeurs de
réfrigération.
Le procédé d'économie, conforme à l'invention, sé caractérise en ce qu'il consiste à réduire, pour une même
2471567 J
quantité de produits traités, la puissance absorbée par la compression précitée en exécutant au moins une ou chaque détente précitée dynamiquement, de façon à produire un travail mécanique extérieur par exemple susceptible de créer un mouvement de rotation continu. Dans le cas o le fluide à refroidir est un gaz à liquéfier, circulant notamment en boucle ouverte en étant liquéfié au moins partiellement à haute pression et o au moins sa phase liquide, éventuellement ou de préférence sous-refroidie préalablement, détendue puis recueillie et par exemple conservée à l'état statique à basse pression, il est avantageux que, conformément à une autre caractéristique de - 1'invention,, ladite détente soit aussi effectuée dynamiquement, de manière à produire un travail mécanique
extérieur similaire.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le travail mécanique extérieur précité est récupéré pour créer soit de l'énergie transformée consommable ou un effet
technique utilisable.
Suivant encore une autre caractéristique de l'invention, au moins une ou chaque détente précitée a lieu jusqu'à une pression inférieure d'au moins 15 bars à la haute pression précitée. Conformément à encore une autre caractéristique de l'invention, chaque détente dynamique précitée, génératrice de puissance motrice, est suivie d'une détente supplémentaire passive sans production de travail extérieur, afin de maintenir le fluide concerné à l'état monophasique liquide en évitant ainsi sa vaporisation à une pression trop basse
dans ladite détente dynamique.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on adapte la nature ou la composition d'au moins un ou chaque
fluide réfrigérant précité au nombre de détentes dynamiques.
L'invention vise également à fournir un appareil pour l'exécution du procédé précité, du type comprenant: d'une part, un circuit notamment ouvert de fluide à refroidir, 2471567 i en particulier de gaz à liquéfierprécité, comportant au moins les éléments suivants: au moins-une voie de passage de fluide à refroidir dans au moins un échangeur de chaleur traversé par le fluide réfrigérant précité; au moins un organe de détente de phase liquide ou de gaz liquéfié; ainsi, d'autre part, q'2acircuit fermé de fluide réfrigérant, seul ou faisant partie d'un système de plusieurs circuits distincts de fluides réfrigérants respectivement différents, combinés suivant une cascade frigorifique ou analogue, ledit ou chaque circuit comprenant au moins les éléments suivants: au moins un compresseur de fluide
réfrigérant gazeux, au moins un refroidisseur et/ou conden-
seur et au moins ledit échangeur de chaleur contenant au moins une voie d'écoulement de fluide réfrigérant au moins partiellement liquéfié et au moins une voie de passage de fluide réfrigérant vaporisé s'étendant en sens inverse de chaque voie d'écoulement précitée en étant reliée, par son extrémité amont, à l'extrémité aval de ladite voie d'écoulement avec interposition d'au moins un organe de détente d'au moins une fraction de la phase liquide dudit fluide réfrigérant et, par son extrémité
aval, à l'aspiration dudit compresseur.
Conformément à l'invention, cet appareil est caracté-
risé en ce qu'au moins un ou chaque organe de détente
précité est constitué par au moins une turbomachine réceptri-
ce cryogénique à au moins une turbine hydraulique ou à
fluide pratiquement incompressible.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la sortie de fluide d'au moins une ou chaque turbomachine précitée est reliée à une vanne de détente supplémentaire,
Suivant encore une autre caractéristique de l'inven-
tion, au moins une ou chaque turbomachine précitée a son arbre accouplé à au moins une machine électrogène ou de travail. L'invention ainsi définie constitue un progrès technique important car elle procure les principaux avantages
2471567 J
suivants - une réduction sensible de la puissance nécessaire de compression (c'est-à-dire de la puissance absorbée par les compresseurs de fluides réfrigérants) pour une même quantité de fluide liquéfié:. ce gain de puissance peut atteindre par exemple environ 10% dans le cas de la liquéfaction d'un gaz naturel, notamment riche en méthane; - une récupération possible d'énergie en utilisant l'énergie mécanique, produite par les turbines hydrauliques cryogéniques de détente, pour entraîner soit des machines génératrices d'électricité ou bien d'autres machines tournales auxiliaires; cet énergie récupérée peut atteindre par
exemple environ 5% de l'énergie consommée par les compres-
seurs précités.
Il en résulte que l'invention permet de réaliser une économie totale d'énergie pouvant atteindre par exemple environ 15%de l'énergie totale absorbée par les
compresseurs de fluides réfrigérants.
L'invention est applicable à un système quelconque de réfrigération de fluide et son critère d'utilisation est essentiellement conditionné par l'économie énergétique du pays o elle est exploitée car son intérêt dépend principalement du coft local de l'énergie, par exemple
en particulier du prix de l'approvisionnement en énergie.
C'est ainsi que, selon la valeur relative de ce coût, c'est-à-dire si la fourniture d'énergie est relativement onéreuse, il peut être avantageux d'utiliser des turbines hydrauliques cryogéniques de détente même à des températures
moins basses.
Il est à noter à ce sujet qu'une turbine de détente est d'autant plus avantageuse qu'une vanne de détente que la température du fluide à détendre est plus basse avant sa détente. Le gain de puissance de compression de fluide réfrigérant, procuré par l'emploi de turbines hydrauliques de détente, est d'autant meilleur que le rendement du cycle de réfrigération est plus mauvais. Il faut que le cycle de 2471567 j -6 réfrigération travaille avec des différences de pression
relativement élevées.
Les échangeurs et/ou condenseurs utilisés peuvent être d'un type quelconque, tel que notamment du type bobiné, -5 à plaques, à tubes ailetés etc. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts,
caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaî-
tront plus clairement à la lecture de la description expli-
cative qui va suivre en se reportant aux dessins schéma-
tiques annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs illustrant plusieurs modes de réalisation spécifiques actuellement préférés de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 représente une première forme d'exécution d'un système de liquéfaction de gaz par exemple naturel au moyen d'un seul fluide réfrigérant subissant une seule détente; - la figure 2 représente une variante de réalisation du système précédent, avec séparation de phases et double détente du fluide réfrigérant; - la figure 3 représente un autre mode de réalisation avec utilisation de deux cycles de réfrigération à fluides respectivement principal et auxiliaire, combinés en une cascade frigorifique par un échangeur de chaleur commun avec une seule détente du fluide réfrigérant auxiliaire et prérefroidissement du gaz à liquéfier; * - la figure 4 représente encore un autre mode de
réalisation à deux cycles de réfrigération à fluides respec-
tivement principal et auxiliaire avec compression multi- étagée et double détente du fluide réfrigérant auxiliaire ainsi
qu'avec deux échangeurs de chaleur en série pour combinai-
son des deux cycles et triple détente du fluide réfri-
gérant principal; et - la figure 5 représente encore un autre mode de réalisation comportant une double liquéfaction préalable partielle du fluide réfrigérant unique dans une colonne
d'échange thermique auxiliaire.
Sur les différentes figures des dessins, les mêmes chiffres de référence sont utilisés pour désigner des éléments ou parties identiques ou similaires et les valeurs numériques de pression indiquées, à titre d'exemple, expriment des pressions absolues. Selon l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, le circuit ouvert de fluide refroidi, notamment de gaz par exemple naturel GN à liquéfier, est désigné d'une façon générale par le repère 1 tandis que le circuit fermé de fluide réfrigérant principal est désigné d'une manière générale par le chiffre de référence 2, ces deux circuits étant thermiquement combinés par l'intermédiaire d'au moins un échangeur de chaleur cryogénique
commun de liéquéfaction de fluide gazeux 3.
Le circuit ouvert 1 comprend une conduite 4 d'entrée
à l'échangeur thermique 3, reliée àau moins une voie -
d'écoulement intérieure de cet échangeur, laquelle est constituée par exemple par un faisceau de tubes bobinés 5, dont la sortie est reliée par une conduite 6 à l'entrée d'une turbine cryogénique hydraulique de détente 7 dont la sortie communique par une canalisation 8 avec un réservoir de conservation ou une cuve de stockage 9 de gaz par exemple
naturel liquéfié GNL. Une vanne de détente 10 peut avanta-
geusement mais facultativement être interposée dans la conduite 8 entre la turbine 7 et le réservoir 9. L'arbre
moteur de la turbine 7 peut avantageusement mais facultati-
vement être accouplé à une machine tournante 11 à entraîner, formant par exemple génératrice d'énergie électrique (en constituant ainsi un-groupe électrogène avec la turbine 7). Le circuit fermé 2 (délimité et symbolisé par un rectangle en trait discontinu mixte) contient un fluide réfrigérant constitué par un mélange de plusieurs composants dont au moins la majeure partie est avantageusement formée d'hydrocarbures Ce circuit 2 comprend successivement dans le sens d'écoulement du fluide réfrigérant: au moins un compresseur 12 de fluide réfrigérant à l'état gazeux par exemple à deux étages respectivement à basse pression 12a et à haute pression 12b entraînés soit chacun séparément par un
moteur individuel ou bien ensemble conjointement par un -
moteur commun en ayant alors,.leurs arbres respectifs accouplés mécaniquement. Ce compresseur est destiné à comprimer le fluide réfrigérant à l'état gazeux et l'orifice de sortie ou de refouUment deflti compnrmé de l'égeàbassepoeson 12a est relié à l'orifice d'aspiration de l'étage à haute pression 12b à travers un réfrigérant intermédiaire 13 dont le fluide refroidisseur est avantageusement d'origine
externe et constitué par exemple par de l'eau ou de l'air.
L'orifice de sorie ou de-refoulement de l'étage de compres-
sion à haute pression 12b est relié à une entrée corres-
pondante de l'échangeur de chaleur 3 à travers au moins un refroidisseur final 15 et au moins un condenseur 16. Le refroidisseur final 15 est avantageusement du même genre que le refroidisseur intermédiaire 13, c'est-à-dire, à fluide refroidisseur d'origine externe constitué par exemple par de l'eau ou de l'air, tandis que le condenseur 16 a son fluide refroidisseur également d'origine externe constitué par exemple par du propane ou du propylène. Plus précisément à l'entrée dans l'échangeur de chaleur 3, la conduite 14 est reliéeà l'extrémité amont d'au moins
une voie d'écoulement intérieure 17 s'étendant généra-
lement dans la même direction que la voie d'écoule-
lement 5 et ayant son extrémité aval reliée, par une conduite 18 sortant de l'échangeur thermique 3, à l'entrée d 'uoebu turne hydoeuliqoe cryogénique anamlogue 19 placée par emMle en dehors de l'échangeur de chaleur 3. La sortie de cette turbine 19 est reliée par une conduite 20 à un système distributeur situé à l'intérieur de l'échangeur de chaleur 3 et constitué soit par au moins une voie.de passage confiné s'étendant au moins approximativement parallèlement aux voies d'écoulement 5 ét 17, des extrémits ai 1respectes aux 2471567'i extrémités amont respectives de celle-ci, ou bien par un dispositif de pulvérisation en jets ou analogues 21 communiquant avec l'espace intérieur de l'enveloppe de l'échangeur thermique 3 en débouchant directement dans cet espace, de façon que le fluide pObérisés'écoaleenconinuantà se vaporiserdans la direction précitée autour des voies d'écoulement 5 et 17 en baignant celles-ci par contact direct. Au moins une vanne de détente supplémentaire 22 peut être intercalée dans la conduite 20 entre la sortie de la turbine 19 et l'entrée correspondante de l'échangeur de
chaleur 3. L'arbre moteur de la turbine 19 peut éventuelle-
ment être mécaniquement accouplé à l'arbre d'entraînement d'une machine tournante 23, par exemple de même espèce que la machine tournante 11 en étant constituée notamment soit par une génératrice de puissance électrique ou bien par une
machine de travail quelconque.
Le fonctionnement de ce système est alors le suivant: le gaz par exemple naturel GN à liquéfier est admis dans la conduite 4 à une haute pression absolue par exemple d'environ bars et à une température par exemple d'environ -350C. Ce gaz traverse la voie d'écoulement 5 de l'échangeur de chaleur 3 en y étant en échange thermique avec le fluide
réfrigérant précité, de façon à y être successivement refroi-
di jusqu'à la liquéfaction puis sous-refroidi, de manière à quitter, toujours à haute pression, l'échangeur thermique 3 par la conduite 6 en étant à une température par exemple d'environ -1500C. Le gaz liquéfié traverse ensuite la turbine hydraulique 7 en s'y détendant jusqu'à une basse pression par exemple d'environ 3 bars en y produisant-un travail extérieur créant un mouvement de rotation continu de la turbine 7 qui peut, à son tour, éventuellement entraîner mécaniquement la machine tournante 11 pour produire un effet technique utile. A sa sortie de la turbine 7, ce
fluide détendu subit éventuellement une détente addition-
2471567 a nelle à travers la vanne de détente 10 pour être par exemple finalement recueilli et stocké à l'état liquide GNL dans
le réservoir 9.
Quant au cycle de fonctionnement du fluide réfrigérant, il est aspiré, à l'état totalement vaporisé à une basse pression par exemple/e 2,7bars et à une température par exemple d'environ -380C, par l'étage de compression à basse pression 12a du compresseur 12, d'o il est refoulé à une
pression intermédiaire à travers le refroidisseur intermé-
diaire 13 puis aspiré dans l'étage de compression à haute pression 12b du même compresseur qui le refoule alors toujours à l'état gazeux à une haute pression par exemple d'environ 40 bars dans la conduite 14 successivement à travers le refroidisseur final 15 puis à travers le condenseur 16 o le fluide réfrigérant est condensé partiellement ou totalement toujours à la même haute pression
précitée et à une température par exemple d'environ -35WC.
Il pénètre alors dans la voie d'écoulement 17 de l'échan-
geur de chaleur 3 o il est en échange thermique avec une partie vaporisée de lui-même, de façon à y être refroidi davantage éventuellement jusqu'à la liquéfaction totale (si celle-ci n'a pas eu lieu entièrement dans le condenseur 16) puis à y être sous-refroidi à l'état liquide jusqu'à une température par exemple d'environ -1500C à une pression d'environ 38 bars pour être ensuite admis, par la conduite 18, dans la turbine hydraulique 19 o il se détend jusqu'à une basse pression par exemple d'environ 3 bars à une température par exemple d'environ - 1530C pour retourner ensuite par la conduite 20 dans l'échangeur thermique 3, éventuellement après avoir traversé
la vanne 22 en y subissant une détente supplémentaire.
La détente, dans- la turbine 19 produit ou entretient le mouvement de rotation continu de celle-ci, avec entraînement éventuel concomitant de la machine tournante 23. Le fluide réfrigérant détendu est
ensuite distribué par l'organe 21 par exemple en jets pulvé-
risés à l'intérieur de l'enveloppe de l'échangeur 3 2471567 i et ce fluide réfrigérant s'écoule en continuant à se vaporiser dans cette enveloppe à travers l'échangeur à contre-courant par rapport aux voies d'écoulement 5 et 17 qu'il refroidit énergiquement au passage (en provoquant ainsi, dans ces voies d'écoulement, la liquéfaction totale des fluides contenus puis leurs sous-refroidissements
respectifs). Le fluide réfrigérant vaporisé quitte l'é-
changeur de chaleur 3 par l'orifice de sortie 24 à la basse pression précitée de 2,7 bars et à la température de -38WC pour retourner par la conduite 25 à l'orifice d'aspiration de l'étage à basse pression 12a du compresseur 12, de manière à faire recommencer le cycle qui-se répète ainsi tant que le circuit 1 est alimenté par un débit d'écoulement de gaz à liquéfier. Comme, grâce à l'invention, la détente du gaz liquéfié dans la turbine 7 permet de refroidir celui-ci sensiblement plus qu'à travers une simple vanne, cela permet de réduire la capacité ou le pouvoir réfrigérant de l'échangeur de chaleur 3, donc aussi la puissance nécessaire absorbée par le compresseur 12, en rendant ainsi l'installation moins coûteuse. Grâce au remplacement, selon l'invention, des vannes de détente usuelles par des turbines hydrauliques de détente, on supprime la grosse perte d'énergie dans de talles vannes, due à la grande différence de pression dans la détente, de sorte que le système selon la figure 1, qui est très avantageux par sa simplicité, devient particulièrement
intéressant par ses performances élevées.
Le système représenté sur la figure 2 diffère de celui illustré par la figure 1 par le caractère plus élaboré du circuit et du cycle de fonctionnement 2 du fluide réfrigérant. L'échangeur de chaleur 3 se subdivise ici en deux parties ou sections 3a et 3b qui, au lieu de faire partie d'un même appareil ou ensemble commun,peuvent constituer des unités séparées communiquant ou reliées en série. Dans la partie 3a s'effectue la liquéfaction des
2471567,
fluides considérés et notamment du gaz à liquéfier ainsi que de la phase gazeuse du fluide réfrigérant, tandis que dans la partie 3b s'effectue le sous-refroidissement des
fluides respectivement liquéfiés dans la partie 3a.
Entre le condenseur 16 et la partie 3a de l'échangeur de chaleur 3 est interposé un séparateur de phases26 relié
à la sortie du condenseur 16, tandis que la voie d'éc-oule-
ment 17 de la figure 1 est ici remplacée par deux voies
d'écoulement respectivement 17a et 17b s'étendant sensible-
ment en parallèle, dont le premier s'étend successivement dans les parties 3a et 3b de l'échangeur thermique 3 tandis que le second 17b s'étend seulement dans la partie 3a. La voie d'écoulement 17a a son extrémité amont reliée par la conduite 14a à l'espace collecteur de phase vapeur du séparateur de phases 26 tandis que la voie d'écoulement 17b a son extrémité amont reliée par la conduite 14b à l'espace
collecteur de phase liquide du séparateur de phases 26.
L'extrémité aval de la voie d'écoulement 17a est reliée par la conduite 18a à l'entrée de la turbine hydraulique cryogénique de détente 19a (éventuellement accouplée par son arbre mécaniquement à une machine tournante 23a) dont la sortie est reliée par la conduite 20a (éventuellement à travers une vanne de détente supplémentaire 22a) à l'organe 21a de distribution (notamment par jets pulvérisés) situé dans l'extrémité correspondante de la partie 3b de l'échangeur thermique 3. L'extrémité aval de la voie d'écoulement 17b est reliée par la conduite 18b à la turbine hydraulique cryogénique de détente 19b (éventuellement accouplée par son arbre mécaniquement à une machine tournante
23b) dont la sortie est reliée par la conduite 20b (éven-
tuellement à travers une vanne de détente additionnelle 22b)
à l'organe de distribution ( par exemple par jets pulvé-
risés) 21b situé en une position intermédiaire dans l'échangeur thermique 3 sensiblement à l'extrémité commune
aux parties adjacentes 3a et 3b-de celui-ci.
Ce système fonctionne de la façon suivante le gaz naturel GN, par exemple à une température 2471567 i d'environ -35WC et à une pression par exemple d'environ bars, pénètre à l'état gazeux dans le segment de la voie d'écoulement 5 situé dans la partie 3a de l'échangeur
thermique 3, y est liquéfié puis ce gaz liquéfié est sous-
refroidi dans le tronçon de la voie d'écoulement 5 situé dans la partie 3b de l'échangeur thermique 3 dont il sort à une température par exemple de -1600C et à une pression absolue de 42 bars pour être ensuite successivement détendu puis stocké comme cela a été décrit en corrélation avec la figure 10 Le fluide réfrigérant, comprimé à haute pression, est partiellement condensé dans le condenseur 16 par exemple à la température de -350C et à la pression de 40 bars en un mélange de phases respectivement gazeuse et liquide qui sont séparées dans le séparateur 26. La phase gazeuse est amenée par la conduite 14a dans le segment de la voie d'écoulement 17a situé dans la partie 3a de l'échangeur thermique 3 pour y être liquéfiée puis cette fraction liquéfiée est sous-refroidie dans le tronçon de la voie d'écoulement 17a placé dans la partie 3b de l'échangeur thermique 3, d'o cette fraction sous-refroidie sort par la conduite 18a à une température par exemple d'environ -1600C et à une pression par exemple d'environ 38 bars pour traverser ensuite la turbine hydraulique 19 a en s'y détendant. Cette détente (qui provoque un mouvement de rotation continu de la turbine et éventuellement de la machine tournante 23a) a refroidi cette fraction jusqu'à une température par exemple d'environ -1630C en abaissant sa pression par exemple à environ 3,2 bars et cette fraction détendue est amenée par la conduite 20a (éventuellement après détente supplémentaire dans la vanne 22 a à l'organe distributeur 21 a o la fraction détendue est par exemple pulvérisée. Le fluide réfrigérant ainsi pulvérisé s'écoule par exemple à l'intérieur de l'enveloppe de l'échangeur thermique 3 en confaima& àse vqriserenbdiant les voies d'écoulement 5, 17a et 17b et en étant à contre- courant
2471567; J
par rapport aux fluides respectivement véhiculés dans ces voies d'écoulement. La fraction de fluide réfrigérant liquide, provenant du séparateur 26, est amenée par la conduite 14b dans la voie d'écoulement 17b de l'échangeur thermique 3 pour y être sous-refroidie jusqu'à une tempéra- ture par exemple d'environ -1200C à une pression par exemple d'environ 38 bars et elle quitte l'échangeur thermique 3 par la conduite 18b pour traverser ensuite la turbine hydraulique 19b en s'ydétendant (en provoquant ainsi
le mouvement de rotation continu de la turbine et éventuelle-
ment de la machine tournante entraînée 23b). Cette détente
a ainsi refroidi cette fraction jusqu' à une tempé-
rature par exemple d'environ -123WC en abaissant sa pression par exemple jusqu'à environ 3,0 bars et le fluide détendu est amené par la conduite 20b à l'organe distributeur 21b pour y être par exemple pulvérisé à l'intérieur de l'enveloppe de la partie 3a de l'échangeur termique 3 o Ilcontinuep. se vaporiser. Cette fraction vaporisée du fluide réfrigérant se mélange à la fraction vaporisée de fluide réfrigérant provenant de la partie 3b de l'échangeur thermique pour s'écouler par exemple en baignant les trois voies d'écoulement 5, 17a et 17b et en étant dirigée à contre-courant par rapport aucsens d'écoulement des fluides respectifs dans ces trois voies d'écoulement. Ce contact direct entre le fluide réfrigérant vaporisé et les voies > 'écoulement précitées provoque un échange calorifique intense entre ceux-ci en produisant ainsi, d'une part, le sous-refroidissement énergique du gaz liquéfié et du fluide réfrigérant liquéfié circulant respectivement dans les tronçons correspondants des voies d'écoulement 5 et 17a situés dans la partie 3b de l'échangeur thermique 3 et,
d'autre part, la liquéfaction de ces fluides dans les tron-
çons correspondants des voies d'écoulement 5 et 17a placés
dans la parie 3a de l'échangeur thermique ainsi que le sous-
refroidissement du fluide réfrigérant liquide circulant dans la voie d'écoulement 17b dans la même partie 3a de l'échangeur. Le fluide réfrigérant total vaporisé, quittant
2471567 X
l'échangeur thermique 3 par l'orifice de sortie 24 et la conduite 25 à la température de -380C et à la pression de 2,7 bars, est réaspiré par le compresseur 12 en vue
de la répétition du cycle de réfrigération.
Le système illustré par la figure 3 diffère principale- ment de celui représenté sur la figure 2, d'une part, par un refroidissement préalable du gaz à liquéfier et, d'autre
part, par l'utilisation de deux cycles de fluides réfrigé-
rants distincts respectivement principal ou léger 2 et auxiliaire ou lourd 3 ( à mélange de composants} combinés en une sorte de cascade frigorifique incorporée au moyen
du condenseur 16' formant un échangeur de chaleur cryogé-
nique commun aux deux cycles de réfrigération 2 et 3 entre lesquels il crée ainsi une liaison
thermique.
Le circuit 1 de gaz à liquéfier comporte ainsi un échangeur de chaleur cryogénique 27 de réfrigération
préalable du gaz à traiter, commun aux circuits respective-
ment 1 de gaz à liquéfier et 2 de fluide réfrigérant principal ou léger. Cet échangeur 27 est par exemple du type à plaques et comporte des voies de passage 28, 29
intercalées respectivement dans la conduite 4 avant l'échan-
geur thermique 3 et dans la conduite 25 entre la sortie 24 de l'échangeur thermique 3 et l'orifice d'aspiration à basse pression du compresseur 12. Dans la conduite 4 entre la sortie de l'échangeur 27 et l'entrée de l'échangeur 3 peut encore être interposé un appareil 30
de traitement de gaz (effectuant par exemple l'élimina-
tion des composants lourds de celui-ci).
Le circuit 1 fonctionne alors de la façon suivante le gaz à liquéfier GN, pénètrant dans la conduite 4 à une température par exemple d'environ + 200C et à une pression absolue par exemple d'environ 46 bars, traverse la voie de passage 28 de l'échangeur de chaleur 27 pour y être refroidi préliminairement et éventuellement partiellement condensé par échange thermique avec le fluide réfrigérant principal circulant dans la voie de passage 29. En quittant 2471567 i 16- l'échangeur 27, le gaz traverse l'appareil de traitement d'o il ressort à une température par exemple d'environ -50QC et à une pression par exemple d'environ 45 bars pour traverser ensuite la voie d'écoulement 5 de l'échangeur de chaleur 3- en y étant entièrement liquéfié puis sous- refroidi jusqu'à une température par exemple d'environ -1580C et à une pression par exemple d'environ 42 bars0 Ce gaz liquéfié est ensuite détendu puis stocké comme cela
a été décrit auparavant par exemple à -158,5WC et à 1,10 bar.
Dans le cycle 2 du fluide réfrigérant principal ou léger, le condenseur 16' formant échangeur de chaleur cryogénique, avantageusement du type à plaques, comporte au moins une voie d'écoulement 31 intercalée dans la conduite 14 entre la sortie du réfroidisseur final 15 et l'entrée du séparateur de phases 260 Ce cycle 2 fonctionne alors comme suit: A sa sortie du refroidisseur final 15, le fluide réfrigérant principal est par exemple à une température d'environ +300C et à une pression d'environ 41 bars et traverse la voie d'écoulement 31 de l'échangeur cryogénique 16' pour y être partiellement condensé par échange de chaleur avec le fluide réfrigérant auxiliaire ou lourd
du cycle de réfrigération 3O Le fluide réfrigérant princi-
pal ou léger, ainsi partiellement condensé par exemple à une température d'environ -501C et à une pression de 40 bars, subit ensuite la séparation de phases dans le séparateur 26. Sa phase liquide, sous-refroidie dans l'échangeur thermique 3-par exemple jusqu'à une température d'environ 1300C et à une pression par exemple d'environ 38 bars, - est détendue, comme il a été dit, en ayant ainsi sa température abaissée jusqu'à par exemple environ -133WC et sa pression abaissée jusqu'à 3,5 bars puis continue à se vaporiser dans l'échangeur thermique 3, tandis que la phase vapeur du fluide réfrigérant principal, successivement liquéfiée puis sous-refroidie dans l'échangeurthermique 3 par exemple jusqu'à une température d'environ -158oC et une pression d'environ 36 bars, est détendue comme il a été dit
2471567.;
en ayant ainsi sa température abaissée par exemple jusqu'à environ -1630C et sa pression abaissée par exemple jusqu'à environ 3,7 bars, etcaitnueà e vaporiser dans l'échangeur thermique 3. Le fluide réfrigérant principal total vaporisé, quittant l'échangeur thermique 3 par l'orifice de sortie 24 par exemple à une température d'environ -600C et une pression d'environ 3,2 bars, traverse la voie de passage 29, à contre-courant relativement au sens d'écoulement du gaz à liquéfier dans la voie de passage 28, pour y refroidir ce dernier par échange calorifique. Le fluide réfrigérant principal, ainsi réchauffé dans l'échangeur thermique 27, quitte celui-ci par exemple à une température d'environ + 70C à un basse pression d'environ 3 bars, pour y être
réaspiré à travers la conduite 25 par le compresseur 12.
Le circuit fermé 3 du fluide réfrigérant auxiliaire oQ lourd comporte successivement dans le sens d'écoulement de ce dernier: un groupe compresseur 32 composé de deux étages ou compresseurs respectivement à basse pression 32a
et à haute pression 32b. L'orifice de sortie ou de refoule-
ment à pression intermédiaire du premier compresseur 32a est raccordé à une conduite 33 reliée à l'entrée d'un condenseur 34 qui est avantageusement du type à fluide refroidisseur d'origine externe constitué par exemple par de l'eau ou de l'air. La sortie du condenseur 34 est reliée à un séparateur de phases 35 dont l'espace collecteur de phase gazeuse est relié par une conduite 36 à l'orifice d'aspiration du deuxième compresseur 32b dont l'orifice de sortie ou de refroulement est relié par une conduite 37
à un condenseur 38 avantageusement du type à fluide refroi-
disseur externe constitué par exemple par de l'eau ou de l'air. L'espace collecteur de phase liquide du séparateur de phases 35 est relié par une conduite 39 à travers une pompe de circulation et de reprise 40 à la conduite de refoulement 37 du deuxième compresseur 32b en un point de
branchement 41 situé entre ce dernier et le condenseur 38.
La sortie de fluide réfrigérant auxiliaire du conden-
seur 38 est reliée à l'extrémité amont d'au moins une voie oeécaement42 oatibue dans l'échangeur thermique 16' et dont la sortie est reliée par une conduite 43 à l'entrée d'une turbine hydraulique cryogénique de détente 44 extérieure à l'échangeur thermique 16'. L'arbre de cette turbine hydraulique 44 est éventuellement accouplé mécaniquement à
une machine tournante 45. La sortie de la turbine hydrauli-
que 44 est reliée par une conduite 46 à l'extrémité amont d'au mDimuievie de passe de fhÈce réftrorxt anaixe 47 à l'iné de l'éd-Engr
thamique 16' qui est par exemple du type à plaques.
Les voies d'écoulement etdepassage 31, 42 et 47 s'étendent généralement parallèlement à une même direction, en étant mutuellement en échange thermique réciproque. L'extrémité aval de la voie de passage 47 est reliée à travers la sortie 48 de l'échangeur thermique 16' par une conduite 49 à
l'orifice d'aspiration du premier compresseur 32a.
Le fonctionnement de ce cycle 3 de fluide auxiliaire ou lourd est alors le suivant: le fluide réfrigérant auxiliaire est aspiré à l'état gazeux, par exemple à une température d'environ +250C et à une basse pression d'environ 3 bars par le premier compresseur 32a qui le refoule à une pression intermédiaire à travers le condenseur 34 o le fluide réfrigérant auxiliaire comprimé se condense partiellement en un mélange de phases respectivement gazeuse et liquide qui sont ensuite séparées dans le séparateur de phases 35. La phase gazeuse, se trouvant par exemple à une température d'environ +300C et à une pression intermédiaire d'environ 15 bars, est aspirée par le deuxième compresseur 32b pour être refoulée à haute pression dans la conduite 37. La phase liquide, à la même pression intermédiaire précitée, est aspirée par la pompe 40 qui élève sa pression à la pression de refoulement du deuxième compresseur 32b et envoie cette phase liquide comprimée rejoindre en 41 le fluide réfrigérant gazeux refoulé à haute pression dans la
conduite 370 Ce mélange à haute pression de phases respec-
tivement gazeuse et liquide traverse ensuite le condenseur 38 o le fluide réfrigérant auxiliaire est entièrement
condensé et quitte ce condenseur par exemple à une tempéra-
2471-567,
ture d'environ +300C et à une pression d'environ 25 bars.
Le fluide réfrigérant liquide traverse ensuite la voie d'écoulement 42 de l'échangeur thermique 16' o il est sous-refroidi par exemple jusqu'à une température d'environ -500C et une pression d'environ 23 bars, par échange thermique avec une fraction vaporisée de lui-même. Ce fluide réfrigérant ainsi sous-refroidi traverse ensuite la turbine
hydraulique 44 pour y être détendu (en provoquant le mouve-
ment de rotation continu de cette turbine et l'entratnement éventuel concomitant de la machine tournante 45) en ayant ainsi sa température abaissée par exemple jusqu'à environ -530C et sa pression abaissée jusqu'à environ 3,3 bars. A sa sortie de la turbine 44, le fluide réfrigérant détendu peut facultativement être additionnellement détendu en traversant une vanne de détente 50 éventuellement intercalée dans la conduite 46 et traverse ensuite la voie de passage 47 pour continuer à se vaporiser à basse pression en y circulant à contre-courant par rapport aux sens respectifs de circulation des fluides dans les voies d'écoulement 31 et 42. Le fluide réfrigérant auxiliaire vaporisé provoque
ainsi, par échange calorifique, d'une part, le refroidisse-
ment du fluide principal ou léger dans la voie d'écoulement 31 jusqu'à sa condensation partielle et, d'autre part, le sous-refroidissement du fluide réfrigérant auxiliaire lourd liquide circulant dans la voie d'écoulement 42. A sa sortie 48 de l'échangeur thermique 16', le fluide réfrigérant auxiliaire vaporisé se trouve par exemple à une température d'environ +250C et à une pression de 3 bars à laquelle il est réaspiré à l'état gazeux par le premier compresseur 32a
pour faire recommencer le cycle de réfrigération 3.
A titre purement indicafif, une comparaison des performances respectives d'un système conforme à l'invention selon la figure 3 et d'un système selon la technique antérieure utilisant un schéma semblable à celui de la figure 3 mais o les détentes se font dans des vannes, est
donnée ci-après.
Dans les-deux cas considérés (invention et
2-471567
technique antérieure), le gaz naturel à liquéfier est disponible dans les conditions suivantes: -température: 20 C - pression absolue: 45 bars débit massique: 181.500 kg/h - composition chimique, en % en poids: méthane: 79,56 - éthane: 9,95 - propane. 7,29 - isobutane: 1,60
- butane normal: 1,60.
A la sortie de l'organe de détente, le gaz liquéfié est obtenu dans les conditions suivantes: - température: -158,5 C - pression absolue: 3 bars débit massique: 181 500 kg/h - composition chimique: identique à celle du
gaz naturel.
Le gaz naturel liquide est ensuite conservé dans
un réservoir à une pression absolue d'environ 1,10 bar.
Les surfaces actives des échangeurs de chaleur 16', 27, Sa et 3b sont identiques etlesvaLezmdes rsports des quantités de chaleur échangées aux approches moyennes de température sont respectivement les suivantes: -8. 500.000 kcal/h/ C pour l'échangeur de chaleur 16'. -1.450.000 kcal/h/ C pour l'échangeur de chaleur -9.200 000 kcal/h/ C pour l'échangeur de chaleur 3a.o -1.700o000 kcal/h/ C pour l'échangeur de chaleur 3bo La comparaison des performances respectives des deux cas précités est donnée dans le tableau numérique suivant:
2471567'.;
Tableau 1
Performances Invention Technique anté-
selon Fig 3 rieure selon Fig.3 sans turtxes lon\ (détente dans _ _ _ _ __ vannes) Cycle principal 2 Caractéristique du fluide réfrigérant: Débit massique total, en kg/h: 339.320 352.850 Composition en % en poids: azote 7,24 8,37 - méthane 26,91 26,51 - éthane 49, 79 51,84 - propane 16, 06 13,27 Puissance des compresseurs 12 en kW: 33 737 35.283 Cycle auxiliaire 3 Débit massique total, en kg/h 416.013 431.270 Composition en % en poids - méthane 0,78 1,18 - éthane 32,66 33,11 - propane 24,48 25,89 - isobutane 21,04 19,91 - butane normal 21,04 19,91 Puissance des compresseurs 32 en kW: 16.961 18.463 Puissance des turbines en kW turbine 7 350 0 - turbine 19a 92 0 - turbine 19b 325 0 - turbine 44 290 0 Puissance totale des turbines, en kW 1057 0
i Ae...._.....,.,.,,,._,,.. ._. _,.
Puissance totale des compresseurs, en kW 150.698 53 746 On constate ainsi que le gain sur la puissance totale des compresseurs est de 3048 kW, soit environ 6% de la puissance totale des compresseurs. La puissance totale, éventuellement récupérable sous forme d'énergie mécanique sur l'arbre des turbines de détente, est de 1057 kW, soit environ 2% de la puissance totale de compression. La détente du gaz naturel liquéfié GNL se fait uniquement dans la turbine 7. Les détentes respectives des fluides réfrigérants principal et auxiliaire se font chacune en deux étapes, à savoir: - une détente monophasique dans chaque turbine de détente 19a, 19b, 44, - une détente diphasique dans chaque vanne 22a,
22b, 50 située en aval.
Les abaissements de pression absolue suivants sont obtenus par les détentes effectuées dans le schéma
selon la figure 3: -
- gaz naturel liquéfié GNL détenduc b42basmà 3 bars dans la turbine 7, fluide réfrigérant principal à 6,2 bars dans la turbine 19a, - fluide réfrigérant principal à 3,7 bars dans la vanne 22a, - fluide réfrigérant à 7 bars dans la turbine 19bg - fluide réfrigérant à 3,5 bars dans la vanne 22b, - fluide réfrigérant à 4,3 bars dans la turbine 44e - fluide réfrigérant détendu de 36 bars détendu de 6,2 bars principal détendu de 38 bars principal détendu de 7 bars auxiliaire détendu de 23 bars auxiliaire détendu de 4,3 bars
à 3,3 bars dans la vanne 50.
Dans les deux cas considérés respectivement de l'invention et de la technique antérieure, les conditions opératoires sont les mêmes à l'exception des suivantes:
Tableau 2
Conditions - nvention Technique antérieure Température du gaz naturel liquéfié
en 6 et du fluide réfrigérant princi-
pal en 18a, en C -158 -160 Pression absolue du fluide réfrigérant auxiliaire à la sortie de 38, en bars 25 26,4 Pression absolue du fluide réfrigérant auxiliaire en 43, en bars. 23 24,4 Les gains de puissance, réalisés grâce à l'emploi des turbines, sont indiqués dans le tableau numérique suivant:
Tableau 3
Turbine Puissance de Température de Gain de puissance n0 turbine en détente, en OC de compression de kW fluide réfrigérant __ _ _ _ _.__ _ _ _ _ _..en k W
7 350 -158 1403
19a 92 -158 380 19b 325 -130 982
44 290 - 50 283
-TOTAL 1057 3048
On constate que l'utilisation d'une turbine hydrau
lique de détente est d'autant plus avantageuse que la tempé-
rature est plus basse.
247156 -
Dans l'exemple typique de la figure 3, la puissance totale nécessaire des compresseurs 12 et 32 des fluides réfrigérants respectivement principal ou léger et auxiliaire ou lourd est ainsi: - sans emploi des turbines 7, 19a, 19b et 44: 53746 kW;
- avec usage des turbines précitées: 50698 kW.
L'utilisation des turbines hydrauliques de détente précitées permet donc d'obtenir un gain total de 3048 kW sur la puissance des compresseurs-de réfrigérants, dans l'exemple typique considéré tandis que la puissance mécanique totale effective récupérable sur les arbres
des turbines s'élève à 1057 kW.
Le système selon la figure 4 concerne une struc-
ture plus élaborée des deux cycles de fluides réfrigérants respectivement principal ou léger 2 et auxiliaire ou lourd L'échangeur thermique condenseur 16' de la figure 3 a été ici remplacé par deux unités distinctes 16'aet 16'b formant respectivement échangeurs thermiques par exemple du type à plaques communiquant ou reliées en série, qui peuvent être des unités soit distinctes ou bien intégrées à un même corps d'échangeur thermique commun dont elles
forment deux parties consécutives.
Dans le cycle 2 du fluide réfrigérant principal ou léger, la sortie du refroidisseur final 15 est reliée par la conduite 14 à l'extrémité amont d'au moins une voie d'écoulement 31a contenuadans le premier échangeur thermique condenseur 16'a et l'extrémité aval de cette voie d'écoulement 31a est raccordée, à sa sortie de cet échangeur 16'a, à un séparateur de phases 510 L'espace collecteur de phase liquide de ce séparateur est relié par une conduite 52 à l'extrémité amont d'au moins une voie d'écoulement 53 contenue dans l'échangeur thermique 27 et s'étendant dans celui-ci sensiblement parallèlement à la direction générale commune des voies de passage 28 et 29. L'extrémité aval de la voie d'écoulement 53 est reliée par une conduite 54 à l'entrée d'une turbine hydraulique de détente 55 (à arbre éventuellement accouplé mécaniquement à une machine tournante
* 56) dont la sortie se raccorde par une conduite 57, éventuel-
lement à travers une vanne de détente supplémentaire 58, à la conduite 25 en un point d'embranchement 59 situé entre l'orifice de sortie 24 de l'échangeur thermique 3 et l'orifice d'entrée correspondant de l'échangeur thermique 27. L'espace collecteur de phase gazeuse du séparateur de
phases 51 est relié par une conduite 60 à l'extrémité amont.
d'au moins une voie d'écoulement 31b s'étendant dans le second échangeur thermique condenseur 16'b et dont l'extrémité amont est reliée par une conduite extérieure au séparateur de
phases 26 déjà décrit en corrélation avec la figure'3.
Dans le circuit fermé 3 du fluide réfrigérant auxili-
aire ou lourd, le groupe compresseur 32 est ici constitué successivement, dans le sens d'écoulement du fluide réfrigérant, par un premier compresseur 32a1, un deuxième compresseur 32a2 et un troisième compresseur 32b formant autant d'étages de compression et pouvant être entraînés, comme dans les modes de réalisation des figures précédentes,
2471567 ï
soit séparément par des machines motrices individuelles respectives, ou bien au moins deux d'entre eux ou tous peuvent être entraînés par une machine motrice commune, en étant ainsi mécaniquement accouplés par leurs arbres respectifs l'un à l'autre ou les uns aux autres. Par ailleurs, tout comme dans les modes de réalisation précédemment
décrits et représentés, les groupes compresseurs respective-
ment 12 du fluide réfrigérant principal 2 et 32 du fluide réfrigérant auxiliaire 3 peuvent être entraînés soit séparement par des machines motrices individuelles, ou bien les deux groupes ou au moins deux compresseurs, appartenant respectivement à chacun d'eux, peuvent être entraînés par une machine motrice commune en étant ainsi mécaniquement
accouplés l'un à l'autre.
L'orifice de sortie ou de refoulement du premier compresseur 32a1 est relié au moyen d'une conduite 60 à l'orifice d'aspiration du deuxième compresseur 32a2 à travers un refroidisseur intermédiaire 34' avantageusement du type à fluide refroidisseur d'origine externe, constitué par exemple par de l'eau ou de l'air. Le deuxième compresseur 32a2 et le troisième compresseur 32b sont ici comparables respectivement aux premier et second compresseurs 32a et
32b du schéma de la figure 3, de sortie que leur configura-
tion de raccordement mutuel est semblable à celle représentée
sur la figure 3-
La sortie du refroidisseur final 38 est reliée à l'extrémité amont d'au moins une voie d'écoulement 42a contenue dans le premier échangeur thermique condenseur 16'a et dont l'extrémité aval est reliée par une conduite intermédiaire 37' à l'extrémité amont d'au moins une voie d'écoulement 42b située dans le second échangeur thermique condenseur 16'b et dont l'extrémité aval est raccordée par une conduite extérieure 43b à l'entrée d'une turbine hydraulique de détente 44b (à arbre éventuellement accouplé mécaniquement à une machine tournante 45b). La sortie de la turbine 44b est reliée au moyen d'une conduite 46b (et éventuellement à travers une vanne de détente addllionnelle
2471567-,
b) à l'extrémité amont d'au moins une voie de passage 47b contenue dans le second échangeur thermique condenseur 16'b et dont l'extrémité aval est reliée par-une conduite
extérieure 49b à l'orifice d'aspiration du premier compres-
seur 32a10 En réalité, la conduite intermédiaire 37' se
bifurque, du fait qu'en un point d'embranchement intermé-
diaire 61 de celle-ci se raccorde une conduite de dérivation 43a reliant ce point à l'entrée d'une turbine hydaulique cryogénique de détente 44a (à arbre éventuellement accouplé mécaniquement à une machine tournante 45a). La sortie de
cette turbine 44a est reliée par une conduite 46a, éventuel-
lement à travers une vanne de détente supplémentaire 50a à l'extrémité amont d'au moins une voie de passage 47a s'étendant dans le premier échangeur thermique condenseur 16'a et dont l'extrémité aval se raccorde, à sa sortie 48a dudit échangeur, par une conduite extérieure 49a à l'orifice d'aspiration du deuxième compresseur 32a2 en rejoignant la
conduite 60 en un point d'embranchement commun 62.
Les dispositkns remarquables du fonctionnement de ce système de la figure 4 sont alors les suivantes: - Dans le circuit 1, le gaz à liquéfier GN, arrivant par la conduite 4 par exemple à une température d'environ +200C et à une pression d'environ 45 bars, traverse la voie de passage 28 du dispositif refroidisseur 27 pour y être refroidi préliminairement par échange thermique avec le fluide réfrigérant principal ou léger par exemple jusqu'à une température d'environ -70oC et une pression d'environ 44 bars. Puis le gaz ainsi refroidi traverse éventuellement un appareil de traitement de gaz 30 qui par exemple le débarrasse de ses composants les plus lourds avant de traverser l'échangeur de chaleur 3 pour y être successivement
liquéfié puis sous-refroidi par exemple jusqu'à une tempéra-
ture d'environ -1600C à une pression de 41 bars. En quittant cet échangeur thermique, le gaz liquéfié sous-refroidi est successivement détendu puis stocké comme cela a été décrit précédemment. - Dans le circuit fermé du fluide réfrigérant principal
2-471567
ou léger 2, ce dernier, sortant à l'état gazeux du refroidisseur final 15 par exemple à une température d'environ +300C et à une pression de 31 bars, traverse la voie d'écoulement 31a du premier échangeur thermique condenseur 16'a pour y être partiellement liquéfié par échange thermique avec le fluide réfrigérant auxiliaire
ou lourd. Le fluide réfrigérant principal ainsi partielle-
ment condensé quitte le premier échangeur thermique condenseur 16'a par exemple à une température d'environ
-300C et à une pression de 30 bars pour arriver au sépara-
teur 51 effectuant la séparation de ses phases respective-
ment gazeuse et liquide. Sa phase liquide traverse alors la voie d'écoulement 53 de l'échangeur thermique 27 pour y être sous-refroidie par exemple jusqu'à une tapérature d'environ -700C et à une pression de 28 bars puis elle traverse la turbine hydraulique cryogénique 55 pour y être détendue (en provoquant ou entretenant ainsi le mouvement de rotation continu de la turbine avec entrainement-concomitant éventuel de la machine tournante 56) en ayant ainsi par exemple sa température abaissée jusqu'à environ -750C et sa pression abaissée àenviron
3,2 bars. Cette phase liquide ainsi détendue subit éventuelle-
ment une détente supplémentaire en traversant la vanne de détente 58 (facultative) puis rejoint la portion vaporisée du fluide réfrigérant principal quittant l'échangeur de chaleur 3 par l'orifice de sortie 24 avant que le débit total de fluide traverse la voie de passage 29 de l'échangeur thermique 27 pour s'y vaporiser complètement avant d'être réaspiré et recomprimé par le groupe compresseur 12. La phase gazeuse, isolée dans le séparateur 51, traverse la
voie d'écoulement 31b du second échangeur thermique conden-
seur 16'b pour y etre partiellement liquéfiée par échange thermique avec le fluide réfrigérant auxiliaire, de sorte qu'elle sort de ce second échangeur thermique 16'b par exemple à une température d'envfron -700C et à une pression d'environ 29 bars pour parvenir au séparateur 26 déjà précédemment décrit; ainsi l'évolution ultérieure de cette seconde portion du fluide réfrigérant principal correspond à ce qui a déjà été décrit par référence au mode de réalisation selon la figure 3O Il convient cependant de noter que la fraction liquide sous-refroidie du fluide réfrigérant principal, qui traverse la turbine hydraulique 19b, pénètre dans celle-ci par exemple à une température d'environ -1400C et à une pression d'environ 28 bars pour en ressortir à l'état détendu par exemple à une température d'environ -143oC et à une pression d'environ 3, 5 bars tandis que la fraction liquide sous-refroidie du fluide réfrigérant principal, qui traverse la turbine hydraulique 19a, entre dans celle-ci, par exemple à une température d'environ -1600C et-à une pression d'environ 27 bars pour en ressortir à l'état détendu par exemple à une température d'environ -1630C et à une pression d'environ 2,7 bars; la portion de fluide réfrigérant principal, à vaporiser totalemea dans l'échangeur de cbaleur3, en sort par l'orifice 24 de préférence aux mêmes température (d'environ -750C) et pression (3,2 bars) que la portion de fluide réfrigérant principal détendue arrivant par la conduite 57 pour se mélanger à celle-ci au point de confluence 59. Le fluide réfrigérant principal total traverse ensuite, comme il a été dit, la voie de passage 29 de l'échangeur calorifique 27 pour y être entièrement vaporisé en s'y écoulant en sens opposé à la direction de circulation des fluides respectivement dans lesvoies de passage et d'écoulement 28 et 53 du même échangeur 27 et
en étant en échange thermique avec ceux-ci, afin de refroi-
dir le gaz à liquéfier dans la voie de passage 28 et à sous-
refroidir la fraction liquide du fluide réfrigérant
principal dans la voie d'écoulement 53. Le fluide réfrigé-
rant total vaporisé, ainsi réchauffé dans l'échangeur thermique 27 par exemple jusqu'à une température d'environ +100C à une pression d'environ 3 bars, est réaspiré et recomprimé par le groupe compresseur 120 On ccntsi ains que,
2471567.
dans cette forme d'exécution selon la figure 4, le fluide réfrigérant principal est partagé en deux portions dont la
plus grande traverse l'échangeur de chaleur 3.
Dans le circuit fermé de fluide réfrigérant auxiliaire ou lourd 3, le fluide réfrigérant auxiliaire comprimé,
sortant à l'état totalement condensé ou liquide du conden-
seur 38 par exemple à une température d'environ +300C et
à une pression d'environ 40 bars, traverse la voie d'écoule-
ment 42a du premier échangeur thermique 16'a pour y être sous-refroidi par exemple jusqu'à une température d'environ -300C et une pression d'environ 39 bars. En quittant ce premier échangeur thermique 16'a, le fluide réfrigérant principal ainsi sous-refroidi une première fois se partage, au point 61 de la conduite 37', en deux portions. L'une de ces deux portions traverse la turbine hydraulique 44a pour y être détendue ( en provoquant ou entretenant ainsi un mouvement de rotation continu de la turbine avec entraînement concomitant éventuel de la machine tournante 45a) en ayant ainsi par exemple sa température abaissée à environ -330C et sa pression abaissée à environ 10,2 bars; cette portion ainsi détendue subit éventuellement une détente additionnelle à travers la vanne de détente 50a (facultative) avant de traverser la voie de passage 47a du premier échangeur thermique 16'a pour y continuer à être vaporisée en y circulatnt en sens-contraireà)a direction commune d'écoulement des fluides respectifs dans les voies d'écoulement 31a et 42a et en étant en échange de chaleur avec ceux-ci, de manière à liquéfier partiellement le fluide réfrigérant principal dans la voie d'écoulement 31a et à sous- refroidir le fluide réfrigérant auxiliaire liquide dans la voie d'écoulement 42a. La portion vaporisée du fluide réfrigérant auxiliaire, ainsi réchauffée dans le premier échangeur thermique 16'a, quitte celui- ci par exemple à une température d'environ +250C et à une pression d'environ 10 bars pour être réaspirée par le deuxième compresseur 32a2. L'autre portion du fluide réfrigérant auxiliaire liquide dans la conduite 37', sous-refroidie déjà une première fois, traverse ensuite la voie d'écoulement 42b du second échangeur thermique 16'b pour y être sous- refroidie encore davantage par exemple jusqu'à une température d'environ - 700C et une pression d'environ 38 bars avant de traverser la turbine hydraulique 44b pour y être détendue (en provoquant ou entretenant ainsi le
mouvement de rotation continu de la turbine avec entraîne-
ment concomitant éventuel de la machine tournante 45b) en ayant. ainsi par exemple sa température abaissée jusqu'à environ -731C et sa pression abaissée jusqu'à environ 2,2
bars. Cette portion ainsi détendue subit éventuelle-
ment une détente supplémentaire en traversant la vanne de détente 50b (facultative) puis traverse la voie de passage 47b du second échangeur thermique -16'b pour s'y vaporiser entièrement en s'y écoulant en sens contraire à la direction commune de circulation des fluides respectifs dans les voies d'écoulement 31b et 42b et en y étant en échange de chaleur avec ces fluides, de façon à liquéfier partiellement le fluide réfrigérant principal dans la voie d'écoulement 31b et à sous-refroidir additionnellement le fluide réfrigérant auxiliaire liquide dans la voie d'écoulement 42b. Cette portion vaporisée du fluide réfrigérant auxiliaire, ainsi réchauffée par la traversée du second échangeur thermique 16'b, quitte la voie de passage 47b de celui-ci par l'orifice de sortie 48b en étant par exemple à une température d'environ -33 C et à une pression d'environ 2 bars pour parvenir par la conduite 49b à l'orifice d'aspiration du premier compresseur 32a1, afin d'y être recomprimée à l'état gazeux puis refroidie en traversant le refroidisseur intermédiaire 34' avant de se réunir, au point de confluence 62, à la portion vaporisée du fluide réfrigérant auxiliaire sortant du premier échangeur thermique 16'a par la conduite 49a, le débit total de fluide réfrigérant auxiliaire gazeux, ainsi reconstitué, étant ensuite réaspiré et recomprimé par le deuxième compresseur 32a2, Le fluide réfrigérant auxiliaire, ainsi comprimé à l'état gazeux puis partiellement liquéfié dans le condenseur 34, sort de celui-cipar exempl àunetemratume d'environ +300C et à une pression d'environ 20 bars
avant d'être admis dans le séparateur 35.
1l est à noter qu'au moins l'une ou chacune des voies de passage 29 (circuit 2) et 47a, 47b (circuit 3), o les fluides réfrigérants concernés sont totalement vaporisés à l'état confiné, pourrait être remplacée par un organe de distribution par jets pulvérisés d'un type comparable
à l'organe 21a ou 21b.
Le système représenté sur la figure 5 utilise de nouveau un seul circuit fermé ou cycle de réfrigération 2 à fluide réfrigérant unique qui est ici fractionné en quatre portions respectivement refroidies préalablement par échange de chaleur avec des parties d'elles-mêmes à l'état vaporisé et dont seule la dernière fraction est utilisée pour la liquéfaction et le sous-refroidissement subséquent ainsi que pour le refroidissement préliminaire du gaz à liquéfier. Le circuit 1 du gaz à liquéfier ainsi que la portion du circuit 2 de fluide réfrigérant utilisée pour le refroidissement préliminaire, la liquéfaction et
le sous-refroidissement du gaz à liquéfier, sont sensible-
ment équivalents respectivement aux parties correspondantes des circuits 1 et.2 représentées sur la figure 3, notamment en ce qui concerne les échangeurs de chaleur 3 et 27. Les dispositions particulières remarquables du circuit de fluide
réfrigérant 2 sont les suivantes.
Le groupe compresseur de fluide réfrigérant gazeux 12 se compose de trois compresseurs respectivement 12a1,
12a2 et 12b formant autant d'étages de compression succes.-
sifs et qui peuvent être entraînés soit individuellement par des machines motrices séparées ou collectivement pour au moins deux ou la totalité d'entre eux au moyen d'une seule machine motrice commune, les compresseurs entraînés collectivement étant alors mécaniquement accouplés. L'orifice de sortie ou de refoulement du deuxième compresseur 12a2 est relié par une conduite 63 à l'entrée d'un condenseur 64 qui est avantageusement du type à fluide refroidisseur d'origine externe constitué par exemple par de l'eau ou de l'air et dont la sortie est reliée à un séparateur de phases 65. L'espace collecteur de phase gazeuse du séparateur est relié par une conduite 66 à l'orifice d'aspiration du troisième compresseur 12b dont l'orifice de sortie ou de refoulement est relié par une conduite 67 à l'entrée d'un condenseur 68 dont la sortie est raccordée à un séparateur de phases 69. L'espace collecteur de phase liquide du séparateur 65 est relié par une conduite 70 à l'orifice d'aspiration d'une pompe de circulation et de reprise 71 dont l'orifice de refoulement est raccordé à la conduite 67 de refoulement du troisième compresseur 12b en un point intermédiaire de branchement 72 situé en amont du condenseur 68. Il est prévu par ailleurs deux échangeurs thermiques condenseurs successifs de fluide réfrigérant 73a et 73b qui peuvent être constitués soit par deux unités physiquement distinctes ou bien être intégrés à un même corps 73 formant enceinte ou enveloppe commune aux deux échangeurs thermiques condenseurs précités (comme cela est
représenté sur la figure 5).
L'échangeur thermique condenseur 73a contient au
moins deux voies d'écoulement 74 et 75 s'étendant générale-
ment parallèlement à une même direction. Les extrémités amont des voies d'écoulement 74 et 75 sont respectivement reliées par des conduites 76 et 77 à l'espace collecteur de phase gazeuse et à l'espace collecteur de phase liquide du séparateur 69. L'extrémité aval de la voie d'écoulement est reliée par une conduite 78 à l'entrée d'une turbine
hydraulique cryogénique de détente 79 (à arbre éventuelle-
ment accouplé mécaniquement à une machine tournante 80) située à l'extérieur de l'échangeur thermique 73a. La sortie
de la turbine 79 est reliée par une conduite 81, éventuelle-
ment à travers une vanne de détente supplémentaire 82, à un organe de distribution 83 situé par exemple dans l'enveloppe de l'échangeur 73 et vers l'extrémité de l'échangeur thermique 73a du côté des extrémités aval des voies d'écoulement 74 et 75. Cet organe de distribution est par exemple du type distributeur par jets pulvérisés orienté vers les voies d'écoulement 74 et 75 et débouchant directement dans l'espace intérieur de l'enveloppe de l'échangeur thermique 73a. L'extrémité aval de la voie d'écoulement 74 est reliée par une conduite 84 à un sépara- teur de phases 51' extérieur aux échangeurs thermiques 73 et dont les espaces collecteurs respectivement de phase gazeuse et de phase liquide sont reliés respectivement par des conduites 85 et 86 aux extrémités amont d'au moins deux voies d'écoulement 87, 88 s'étendant dans le second échangeur thermique 73b généralement parallèlement à une direction commune. L'extrémité aval de la voie d'écoulement 87 est reliée par une conduite 89 au séparateur de phases extérieur 26 déjà décrit précédemment avec sa configuration de montage aval correspondante. L'extrémité aval de la voie d'écoulement 88 est reliée par une conduite 90 à l'entrée d'une turbine hydraulique cryogénique de détente 91 (à arbre éventuellement accouplé mécaniquement à une machine tournante 92) qui est extérieure à l'échangeur thermique 73b. La sortie de la turbine 91 est reliée par une conduite
93, éventuellement à travers une vanne de détente supplé-
mentaire 94, à un organe de distribution 95 par exemple situé dans l'échangeur thermique 73b vers l'extrémité de celui-ci placée du côté des e rémités aml desvoies d'écoulement 87 et 88. Cet organe de distribution 95 est par exemple du type distributeur à jets pulvérisés orienté vers les voies cI'écailement 87 et 88 et débouchant dans l'espace intérieur de l'enveloppe 73 commune aux deux échangeurs thermiques 73a et 73b et dont l'espace intérieur est ainsi commun à ces derniers. L'échangeur 73, aulsu d'êtoe dultpe àfaisceaubittes bobinés, peut être de type à plaques et, dans ce cas, l'un ou chacun des organes de distribution 83 et 95 peut être constitué par au moins une voie de passage s'étendant sensiblement parallèlement aux voies d'écoulement 74, 75 ou 87, 88 qui lui sont associées0 L'espace intérieur commun, délimité par l'enveloppe
73, communique, à son extrémité située du côté des extrémi-
247156.7
tés amont des voies d'écoulement 74 et 75, par une conduite 96 avec l'orifice d'aspiration du deuxième compresseur 12a20 La conduite 25, partant de l'extrémité aval du serpentin 29 de l'échangeur thermique 27, aboutit à l'orifice d'aspiration du premier compresseur 12a1 dont l'orifice de sortie ou de refoulement est également relié à l'orifice d'aspiration du deuxième compresseur 12a2 au
moyen d'une conduite 97 et à travers un refroidisseur -
intermédiaire 98 par exemple du type à fluide refroidisseur externe constitué par exemple par de l'eau ou de l'air et dont la sortie se raccorde à la conduite 96 en un point
d'embranchement 99 de celle-ci.
Le fonctionnement du circuit 1 de gaz à liquéfier est semblable à celui qui a été décrit-en corrélation avec la figure 3 mais avec les valeurs numériques suivantes différentes de température et de pression à titre d'exemple: - à l'entrée dans la conduite 4, le gaz à liquéfier GN est à une température d'environ +20C et à une pression d'environ 45 bars; - à l'entrée de l'échangeur thermique 3, ce gaz est à une température d'environ -600C et à une pression de 44 bars; - à sa sortie de l'échangeur thermique 3, le gaz liquéfié sous-refroidi est à une température d'environ
-1600C et à une pression de 41 bars.
Les particularités remarquables du fonctionnement du cycle de fluide réfrigérant 2 sont les suivantes le fluide réfrigérant total gazeux est aspiré par le deuxième compresseur 12a2 pour être comprimé à l'état gazeux puis partiellement liquéfié dans le condenseur 64 par exemple à une température d'environ +30WC et à une pression de 20 bars. Ce fluide partiellement liquéfié subit alors une séparation de phases dans le séparateur
; sa phase gazeuse est aspirée par le troisième compres-
seur 12b pour être comprimée à l'état gazeux tandis que sa phase liquide est aspirée et comprimée à l'état liquide par la pompe 71 qui l'envoie rejoindre, en 72, la phase gazeuse comprimée refoulée par le compresseur 12b. Ce mélange de phases respectivement gazeuse et liquide traverse ensuite le condenseur 68 pour y subir une liquéfaction partielle supplémentaire par exemple à une température d'environ +30WC et à une pression de 35 bars avant de subir une nouvelle séparation de phases dans le séparateur 69. La phase liquide, ainsi séparée, traverse la voie d'écoulement
du premier échangeur thermique 73a pour y être sous-
refroidie par échange thermique avec une partie vaporisée de lui-même tandis que la phase gazeuse traverse la voie d'écoulement 74 du même échangeur thermique pour y être refroidie jusqu'à liquéfaction partielle par échange thermique avec ladite même partie vaporisée. La phase liquide sous-refroidie, sortant de la voie d'écoulement 75 par exemple à une température d'environ -200C et à une pression de 34 bars, traverse la turbine hydraulique 79 pour y être détendue ( en provoquant ou entretenant ainsi le mouvement de rotation continu de la turbine avec entraînement éventuel concomitant de la machine tournante 80). Le fluide ainsi détendu subit éventuellement une détente supplémentaire à travers la vanne de détente
82 (facultative) avant de parvenir à l'organe de distribu-
tion 83 de l'échangeur thermique 73a o il continue à se vaporiser en s'écoulant en sens contraire à la direction commune de circulation des fluides respectifs dans les voies d'écoulement 74 et 75, de façon à provoquer
ainsi, par échange thermique avec ces fluides, la liquéfac-
tion partielle de la phase gazeuse dans la voie d'écoulement 74 et le sous-refroidissement de la phase liquide dans la
voie d'écoulement 75.
La fraction partiellement liquéfiée, sortant de la voie d'écoulement 74 par exemple à une température d'environ -150C et à une pression d'environ 35 bars, subit, dans le séparateur 51', une séparation en ses phases respectivement gazeuse et liquide qui traversent alors respectivement les voies d'écoulement 87 et 88 du second échangeur thermique 73b. Dans la voie d'écoulement 87, la phase gazeuse est partiellement liquéfiée et, dans la voie d'écoulement 88, la phase liquide est sous-refroidie par échange thermique avec une partie vaporisée de cette dernière. La fraction liquide sous-refroidie quitte la voie d'écoulement 88 par exemple à une température d'environ -600C et à une pression de 33 bars pour traverser ensuite la turbine hydraulique 91 afin d'y être détendue (en provoquant ou entretenant ainsi le mouvement continu de rotation de la turbine avec entratnement éventuel concomitant de la machine tournante 92). La fraction ainsi détendue, en ayant par exemple sa température abaissée à environ -630C
et sa pression abaissée à environ 7,2 bars, subit éventuelle-
ment une détente supplémentaire à travers la vanne de détente 94 (facultative) avant de parvenir à l'organe de distribution 95 de l'échangeur 73 b o il continue à se vaporiser en s ' écoulant en sens opposé à la direction commune de circulation -des fluides respectifs dans les voies d'écoulement 87 et 88,
de manière à réaliser un échange thermique sous-refroidis-
sant le fluide liquide dans la voie d'écoulement 88 et liquéfiant partiellement le fluide gazeux dans la voie d'écoulement 87. La fraction de fluide réfrigérant, ainsi vaporisée dans l'échangeur de chaleur 73b, s'écoule ensuite dans l'échangeur 73a pour s'y mélanger avec la portion de fluide réfrigérant vaporisée. L'ensemble des portions vaporisées de fluide réfrigérant, provenant respectivement des phases liquides isolées dans les séparateurs 69 et 51' et ainsi réchauffées paréchagedechaleur avec les voies d'écoulement 74, 75 et 87, 88, quitte
l'échangeur 73 par la conduite 96 par exemple à-une tempéra-
ture d'environ +20WC et à une pression d'environ 6,8 bars.
La fraction partiellement liquéfiée dans la voie d'écoulement 87 quitte celle-ci par la conduite 89 par exemple à une température d'environ -600C et à une pression d'environ 33 bars pour parvenir au séparateur de phases 26 et évoluer ensuite comme cela a été décrit auparavant notamment dans les modes de réalisation selon les figures 2 à 4 mais avec des valeurs numériques différentes de température et de pression données uniquement à titre d'exemple ci-après:
- à l'entrée de la turbine 19b, le liquide sous-
refroidi est à une température d'environ -1300C et à une pression de 31 bars tandis qu'à la sortie de cette turbine, le fluide détendu est à une température d'environ -1330C et à une pression d'environ 1,8 bar; - à l'entrée de la turbine 19a, le fluide liquide 1.0 sous-refroidi est à une températme d'environ -1600C et à une pression d'environ 30 bars tandis qu'à la sortie de cette turbine, le fluide détendu est à une température d'environ -163WC et à une pression d'environ 2 bars; - le fluide vaporisé, sortant par l'orifice 24 de
l'enveloppe de l'échangeur de chaleur 3., est à une tempé-
rature d'environ -650C et à une pression d'environ 1,5 bar tandis qu'à sa sortie de la voie de passage 29 de
l'échangeur thermique 27, il est à une température d'envi-
ron +100C et à une pression d'environ 1,3 bar-dans la conduite 25 pour être réaspiré dans ces conditions et recomprimé par le premier compresseur 12a10 La fraction de fluide réfrigérant gazeux, ainsi comprimée dans le premier compresseur 12a1, est refoulée à travers le refroidisseur intermédiaire 98 d'o elle sort sensiblement aux mêmes température et pression que la fraction de fluide gazeux arrivant par la conduite 96 puis les deux fractions sont réunies au point 99, de sorte que le fluide réfrigérant total gazeux est ainsi réaspiré par le second compresseur 12a20 Les divers modes de réalisation, décrits et représentés respectivement sur les figures 1 à 5 des dessins, font évidemment partie de l'invention par leurs structures particulières. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons
2471567'
si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises
en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent.

Claims (9)

REVENDICATIONS
1. Procédé de réfrigération d'au moins un fluide à refroidir à basse température, de préférence inférieure à -30C, par échange de chaleur avec un fluide réfrigérant unique ou faisant partie d'une cascade frigorifique de plusieurs fluides réfrigérants distincts, ledit ou chaque fluide réfrigérant étant formé d'un mélange de plusieurs substances composantes différentes, évoluant selon un cycle
de refroidissement en circuit fermé en y subissant successi-
vement: au moins une compression à l'état gazeux, au moins 1 0 un prérefroidissement avec condensation au moins partielle
à haute pression, au moins une autoréfrigération-avec sous-
refroidissement d'au moins une fraction liquide par échange de chaleur à contre-courant avec de la vapeur à basse pression provenant d'au moins la même fraction liquide sous-refroidie dudit même fluide réfrigérant, au moins une détente d'au moins ladite même fraction à basse pression, et d'au moins une transformation en ladite vapeur qui est ensuite recomprimée, caractérisé en ce qu'il consiste à réduire, pour une même quantité de produits traités, la puissance absorbée par ladite compression en exécutant au moins une ou chaque détente précitée dynamiquement, de
façon à produire un travail mécanique extérieur.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le fluide à refroidir précité est un gaz à liquéfier circulant en boucle ouverte en étant liquéfié au moins partiellement à haute pression et au moins sa phase liquide, éventuellement sous-refroidie préalablement, est détendue à basse pression, caractérisé en ce que ladite détente est effectuée dynamiquement, de manière à produire un travail mécanique
extérieur. -
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caracté-
risé par une récupération du travail mécanique extérieur prlaté pour créer soit de l'énergie transformée consommable ou
un effet technique utilisable.
4. Procédé selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une ou chaque détente précitée à lieu jusqu'à une pression inférieure
d'au moins 15 bars à la haute pression précitée.
5. Procédé selon l'une des revendications précé-
dentes, caractérisé en ce que chaque détente dynamique précitée, génératrice de puissance motrice, est suivie d'une détente supplémentaire passive sans production de travail extérieur, afin de maintenir le fluide concerné à l'état monophasique liquide en évitant sa vaporisation à une
pression trop basse dans ladite détente dynamique.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes,
caractérisé en ce qu'il consiste à adapter la nature et/ou la composition d'au moins un ou chaque fluide réfrigérant
au nombre de détentes dynamiques. -
7. Appareil pour l'exécution du procédé selon l,'une
des revendications précédentes, du type comprenant: d'une
part, un circuit notamment ouvert de gaz à liquéfier précité, comportant au moins les éléments suivants: au moins une voie de passage de fluide à refroidir dans au moins un échangeur de chaleur traversé par le fluide réfrigérait précité; au moins un organe de détente de la phase liquide du gaz liquéfié; ainsi que, d'autre part, un circuit fermé de fluide réfrigérant unique ou faisant partie d'une cascade frigorifique de plusieurs circuits de fluide réfrigérants respectivement différents, ledit ou chaque circuit comprenant au moins les éléments suivants: au moins un compresseur de fluide réfrigérant gazeuxau moins un refroidisseur et/ou condenseur; et au moins ledit
échangeur de chaleur contenant au moins une voie d'écoule-
ment de fluide réfrigérant au moins partiellement liquéfié et au moins une voie de passage de fluide réfrigérant vaporisé s' étendant en sens inverse de chaque voie d'écoulement précitée en étant reliée, par son extrémité amont, à l'extrémité aval de ladite voie d'écoulement avec interposition d'au moins un organe de détente d'au moins une fraction de la phase liquide dudit fluide réfrigéra-nt, tandis que son extrémité aval est reliée à l'aspiration dudit compresseur, caractérisé en ce qu'au moins un ou chaque organe de détente précité est constitué par au moins une turbomachine réceptrice cryogénique à au moins une turbine hydraulique ou à fluide peiqemaB tiunca1xessieib.
8. Appareil selon là revendication 7, caractérisé en ce que la sortie de fluide d'au moins une ou de chaque turbomachine précitée est reliée à une vanne de détente supplémentaire.
9. Appareil selon la revendication 7 ou 8, carac-
térisé en ce qu'au moins une ou chaque turbomachine précitée a son arbre accouplé à au moins une machine électrogène
ou de travail.
FR7930490A 1979-12-12 1979-12-12 Procede et systeme de refrigeration d'un fluide a refroidir a basse temperature Expired FR2471567B1 (fr)

Priority Applications (17)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR7930490A FR2471567B1 (fr) 1979-12-12 1979-12-12 Procede et systeme de refrigeration d'un fluide a refroidir a basse temperature
IN868/DEL/80A IN155020B (fr) 1979-12-12 1980-12-03
GB8038804A GB2065284B (en) 1979-12-12 1980-12-03 Method of and system for refrigerating a fluid to bi cooled down to a low temperature
US06/213,164 US4334902A (en) 1979-12-12 1980-12-04 Method of and system for refrigerating a fluid to be cooled down to a low temperature
CA000366229A CA1142846A (fr) 1979-12-12 1980-12-05 Methode et installation de refrigeration d'un fluide pour abaisser considerablement sa temperature
DE19803046195 DE3046195A1 (de) 1979-12-12 1980-12-08 Verfahren und anlage zur abkuehlung eines mediums auf eine niedrige temperatur
EG760/80A EG14745A (en) 1979-12-12 1980-12-10 Improvements in or relating to method of and system for refrigerating a fluid to be cooled down to a low temperature
AR283557A AR223743A1 (es) 1979-12-12 1980-12-10 Procedimiento y disposicion de refrigeracion de por lo menos un fluido a enfriar a baja temperatura
BE0/203117A BE886594A (fr) 1979-12-12 1980-12-11 Procede et systeme de refrigeration d'un fluide a refroidir a basse temperature
NO803742A NO803742L (no) 1979-12-12 1980-12-11 Fremgangsmaate og system for kjoeling av et fluidum som skal kjoeles ned til en lav temperatur
NL8006735A NL8006735A (nl) 1979-12-12 1980-12-11 Werkwijze en systeem voor het koelen van fluidum.
OA57275A OA06666A (fr) 1979-12-12 1980-12-12 Procédé et système de réfrigération d'un fluide à refroidir à basse température.
AU65317/80A AU535685B2 (en) 1979-12-12 1980-12-12 Refrigerating a fluid
JP17568180A JPS56105260A (en) 1979-12-12 1980-12-12 Method and device for cooling fluid to low temperature
ES497707A ES497707A0 (es) 1979-12-12 1980-12-12 Procedimiento y aparato de refrigeracion de un fluido a en- friar a baja temperatura
IT46912/80A IT1141749B (it) 1979-12-12 1980-12-12 Procedimento ed apparecchiatura per la refrigerazione di un fluido da raffreddare a bassa temperatura
MY162/87A MY8700162A (en) 1979-12-12 1987-12-30 Imrpovements in or relating to a method of and system for refrigerating a fluid to be cooled down to a low temperature

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR7930490A FR2471567B1 (fr) 1979-12-12 1979-12-12 Procede et systeme de refrigeration d'un fluide a refroidir a basse temperature

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2471567A1 true FR2471567A1 (fr) 1981-06-19
FR2471567B1 FR2471567B1 (fr) 1986-11-28

Family

ID=9232697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR7930490A Expired FR2471567B1 (fr) 1979-12-12 1979-12-12 Procede et systeme de refrigeration d'un fluide a refroidir a basse temperature

Country Status (17)

Country Link
US (1) US4334902A (fr)
JP (1) JPS56105260A (fr)
AR (1) AR223743A1 (fr)
AU (1) AU535685B2 (fr)
BE (1) BE886594A (fr)
CA (1) CA1142846A (fr)
DE (1) DE3046195A1 (fr)
EG (1) EG14745A (fr)
ES (1) ES497707A0 (fr)
FR (1) FR2471567B1 (fr)
GB (1) GB2065284B (fr)
IN (1) IN155020B (fr)
IT (1) IT1141749B (fr)
MY (1) MY8700162A (fr)
NL (1) NL8006735A (fr)
NO (1) NO803742L (fr)
OA (1) OA06666A (fr)

Families Citing this family (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4456459A (en) * 1983-01-07 1984-06-26 Mobil Oil Corporation Arrangement and method for the production of liquid natural gas
US4778497A (en) * 1987-06-02 1988-10-18 Union Carbide Corporation Process to produce liquid cryogen
US4970867A (en) * 1989-08-21 1990-11-20 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefaction of natural gas using process-loaded expanders
FR2703762B1 (fr) * 1993-04-09 1995-05-24 Maurice Grenier Procédé et installation de refroidissement d'un fluide, notamment pour la liquéfaction de gaz naturel.
JPH0683640U (ja) * 1993-05-15 1994-11-29 株式会社タイショー グレンコンテナ
US5505232A (en) * 1993-10-20 1996-04-09 Cryofuel Systems, Inc. Integrated refueling system for vehicles
US5415001A (en) * 1994-03-25 1995-05-16 Gas Research Institute Liquefied natural gas transfer
GB9409754D0 (en) * 1994-05-16 1994-07-06 Air Prod & Chem Refrigeration system
US5505049A (en) * 1995-05-09 1996-04-09 The M. W. Kellogg Company Process for removing nitrogen from LNG
US5659205A (en) * 1996-01-11 1997-08-19 Ebara International Corporation Hydraulic turbine power generator incorporating axial thrust equalization means
TR199801906T2 (xx) * 1996-03-26 1999-01-18 Phillips Petroleum Company Metan bazl� bir besleme maddesinden kondensasyon ve s�y�rma sureti ile aromatik maddelerin ve/veya a��r maddelerin bertaraf edilmesi.
US5755114A (en) * 1997-01-06 1998-05-26 Abb Randall Corporation Use of a turboexpander cycle in liquefied natural gas process
DZ2533A1 (fr) * 1997-06-20 2003-03-08 Exxon Production Research Co Procédé perfectionné de réfrigération à constituants pour la liquéfaction de gaz naturel.
WO1999031447A2 (fr) 1997-12-16 1999-06-24 Lockheed Martin Idaho Technologies Company Appareil et procede destines a la refrigeration, a la liquefaction et a la separation des gaz possedant des niveaux de purete variables
US6308531B1 (en) * 1999-10-12 2001-10-30 Air Products And Chemicals, Inc. Hybrid cycle for the production of liquefied natural gas
US7594414B2 (en) * 2001-05-04 2009-09-29 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of natural gas and methods relating to same
US7637122B2 (en) 2001-05-04 2009-12-29 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of a gas and methods relating to same
US7591150B2 (en) * 2001-05-04 2009-09-22 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of natural gas and methods relating to same
US7219512B1 (en) 2001-05-04 2007-05-22 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of natural gas and methods relating to same
US20070137246A1 (en) * 2001-05-04 2007-06-21 Battelle Energy Alliance, Llc Systems and methods for delivering hydrogen and separation of hydrogen from a carrier medium
US6581409B2 (en) 2001-05-04 2003-06-24 Bechtel Bwxt Idaho, Llc Apparatus for the liquefaction of natural gas and methods related to same
US20070107465A1 (en) * 2001-05-04 2007-05-17 Battelle Energy Alliance, Llc Apparatus for the liquefaction of gas and methods relating to same
US6742357B1 (en) * 2003-03-18 2004-06-01 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated multiple-loop refrigeration process for gas liquefaction
MXPA05009889A (es) * 2003-03-18 2005-12-05 Air Prod & Chem Proceso de refrigeracion de circuitos multiples integrado para licuefaccion de gas.
US7090816B2 (en) * 2003-07-17 2006-08-15 Kellogg Brown & Root Llc Low-delta P purifier for nitrogen, methane, and argon removal from syngas
KR101259192B1 (ko) * 2004-08-06 2013-04-29 비피 코포레이션 노쓰 아메리카 인코포레이티드 천연 가스 액화 공정
RU2386090C2 (ru) * 2005-03-09 2010-04-10 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Способ сжижения потока, богатого углеводородом
FR2884303B1 (fr) * 2005-04-11 2009-12-04 Technip France Procede de sous-refroidissement d'un courant de gnl par refroidissement au moyen d'un premier cycle de refrigeration et installation associee.
AU2007274267B2 (en) * 2006-07-14 2010-09-09 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and apparatus for cooling a hydrocarbon stream
AU2007275118B2 (en) * 2006-07-21 2010-08-12 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and apparatus for liquefying a hydrocarbon stream
WO2008043806A2 (fr) 2006-10-11 2008-04-17 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Procédé et appareil pour refroidir un courant d'hydrocarbure
US8061413B2 (en) 2007-09-13 2011-11-22 Battelle Energy Alliance, Llc Heat exchangers comprising at least one porous member positioned within a casing
US8555672B2 (en) * 2009-10-22 2013-10-15 Battelle Energy Alliance, Llc Complete liquefaction methods and apparatus
US9574713B2 (en) 2007-09-13 2017-02-21 Battelle Energy Alliance, Llc Vaporization chambers and associated methods
US8899074B2 (en) * 2009-10-22 2014-12-02 Battelle Energy Alliance, Llc Methods of natural gas liquefaction and natural gas liquefaction plants utilizing multiple and varying gas streams
US9254448B2 (en) 2007-09-13 2016-02-09 Battelle Energy Alliance, Llc Sublimation systems and associated methods
US9217603B2 (en) 2007-09-13 2015-12-22 Battelle Energy Alliance, Llc Heat exchanger and related methods
US20090145167A1 (en) * 2007-12-06 2009-06-11 Battelle Energy Alliance, Llc Methods, apparatuses and systems for processing fluid streams having multiple constituents
EP2449324B1 (fr) 2009-07-02 2018-11-07 Bluewater Energy Services B.V. Régulation de la pression dun système de liquéfaction de gaz après son arrêt
US20110094261A1 (en) * 2009-10-22 2011-04-28 Battelle Energy Alliance, Llc Natural gas liquefaction core modules, plants including same and related methods
EP2603753A4 (fr) 2010-07-30 2018-04-04 Exxonmobil Upstream Research Company Systèmes et procédés pour l'utilisation de turbines hydrauliques cryogéniques multiples
DE102011010633A1 (de) * 2011-02-08 2012-08-09 Linde Ag Verfahren zum Abkühlen eines ein- oder mehrkomponentigen Stromes
EP2642228A1 (fr) * 2012-03-20 2013-09-25 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Procédé de préparation d'un flux d'hydrocarbure refroidi et appareil correspondant
US10655911B2 (en) 2012-06-20 2020-05-19 Battelle Energy Alliance, Llc Natural gas liquefaction employing independent refrigerant path
DE102016003588A1 (de) * 2016-03-23 2017-09-28 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Verflüssigen einer Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion
CN105783420A (zh) * 2016-04-11 2016-07-20 中国海洋石油总公司 一种基于缠绕管式换热器的双冷剂循环天然气液化系统
AU2018243452A1 (en) 2017-03-31 2019-09-19 Exxonmobil Upstream Research Company Hydraulic turbine between middle and cold bundles of natural gas liquefaction heat exchanger
US20230272971A1 (en) * 2022-02-28 2023-08-31 Air Products And Chemicals, Inc, Single mixed refrigerant lng production process

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1303516A (fr) * 1960-09-02 1962-09-14 Conch Int Methane Ltd Procédé de liquéfaction des gaz
DE2049181A1 (en) * 1970-10-07 1972-04-13 Liquid Gas Anlagen Union GmbH, 5480 Remagen Refrigeration cycle - with expansion of low boiling fraction of mixtu through turbine
US3690114A (en) * 1969-11-17 1972-09-12 Judson S Swearingen Refrigeration process for use in liquefication of gases
FR2128674A1 (fr) * 1971-03-04 1972-10-20 Linde Ag
US3735600A (en) * 1970-05-11 1973-05-29 Gulf Research Development Co Apparatus and process for liquefaction of natural gases
FR2409469A1 (fr) * 1976-04-02 1979-06-15 Air Prod & Chem Procede pour produire du gaz naturel liquefie a partir d'un courant haute pression de gaz brut

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL196122A (fr) * 1951-11-30 1900-01-01
DE1626325B1 (de) * 1964-11-03 1969-10-23 Linde Ag Verfahren und Einrichtung zum Verfluessigen von tiefsiedenden Gasen
US4094655A (en) * 1973-08-29 1978-06-13 Heinrich Krieger Arrangement for cooling fluids
IT1019710B (it) * 1974-07-12 1977-11-30 Nuovo Pignone Spa Processo ed apparato per la produ zione di elevate percentuali di os sigeno e/o azoto allo stato liquido
FR2292203A1 (fr) * 1974-11-21 1976-06-18 Technip Cie Procede et installation pour la liquefaction d'un gaz a bas point d'ebullition
US4202678A (en) * 1975-08-25 1980-05-13 Air Products & Chemicals, Inc. Air separation liquefaction process
JPS5310605A (en) * 1976-07-17 1978-01-31 Tamotsu Ozawa Method of liquefying petroleum gas
JPS5486479A (en) * 1977-12-22 1979-07-10 Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd Method and apparatus for producing liquid air using cold source of liquefied natural gas

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1303516A (fr) * 1960-09-02 1962-09-14 Conch Int Methane Ltd Procédé de liquéfaction des gaz
US3690114A (en) * 1969-11-17 1972-09-12 Judson S Swearingen Refrigeration process for use in liquefication of gases
US3735600A (en) * 1970-05-11 1973-05-29 Gulf Research Development Co Apparatus and process for liquefaction of natural gases
DE2049181A1 (en) * 1970-10-07 1972-04-13 Liquid Gas Anlagen Union GmbH, 5480 Remagen Refrigeration cycle - with expansion of low boiling fraction of mixtu through turbine
FR2128674A1 (fr) * 1971-03-04 1972-10-20 Linde Ag
FR2409469A1 (fr) * 1976-04-02 1979-06-15 Air Prod & Chem Procede pour produire du gaz naturel liquefie a partir d'un courant haute pression de gaz brut

Also Published As

Publication number Publication date
DE3046195A1 (de) 1981-09-03
BE886594A (fr) 1981-06-11
GB2065284B (en) 1984-02-08
FR2471567B1 (fr) 1986-11-28
EG14745A (en) 1984-06-30
ES8200470A1 (es) 1981-11-01
AU535685B2 (en) 1984-03-29
IN155020B (fr) 1984-12-22
IT1141749B (it) 1986-10-08
US4334902A (en) 1982-06-15
AR223743A1 (es) 1981-09-15
AU6531780A (en) 1981-06-18
NO803742L (no) 1981-06-17
GB2065284A (en) 1981-06-24
IT8046912A0 (it) 1980-12-12
ES497707A0 (es) 1981-11-01
JPH0147717B2 (fr) 1989-10-16
JPS56105260A (en) 1981-08-21
CA1142846A (fr) 1983-03-15
MY8700162A (en) 1987-12-31
NL8006735A (nl) 1981-07-16
OA06666A (fr) 1981-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2471567A1 (fr) Procede et systeme de refrigeration d'un fluide a refroidir a basse temperature
EP0818661B1 (fr) Procédé et installation perfectionnés de refroidissement, en particulier pour la liquéfaction de gaz naturel
CA2269147C (fr) Procede et dispositif de liquefaction d'un gaz naturel sans separation de phases sur les melanges refrigerants
FR2471566A1 (fr) Procede et systeme de liquefaction d'un gaz a bas point d'ebullition
EP0125980B1 (fr) Procédé et appareil de refroidissement et liquéfaction d'au moins un gaz à bas point d'ébullition, tel que par exemple du gaz naturel
CA1054922A (fr) Procede et installation pour la liquefaction d'un gaz a bas point d'ebullition
CN100410609C (zh) 气体液化的方法和系统
EP0687353B1 (fr) Procede et appareil de liquefaction d'un gaz naturel
KR101060381B1 (ko) 천연가스 액화용 모터 구동 압축기 시스템
TWI547676B (zh) 集成的預冷混合製冷劑系統和方法
JP5006515B2 (ja) 天然ガス液化用の改良された駆動装置及びコンプレッサシステム
CA2744450C (fr) Procede de production d'un courant de gaz naturel liquefie sous-refroidi a partir d'un courant de charge de gaz naturel et installation associee
US4169361A (en) Method of and apparatus for the generation of cold
FR2611386A1 (fr) Procede perfectionne pour liquefier un flux d'alimentation en gaz naturel, en utilisant un ou deux refrigerants en circuit ferme a plusieurs composants
EP1118827B1 (fr) Procédé de liquéfaction partielle d'un fluide contenant des hydrocarbures tel que du gaz naturel
EP0731900B1 (fr) Procede et installation de liquefaction du gaz naturel
FR3053771A1 (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
FR2675890A1 (fr) Procede de transfert de refrigeration du gaz naturel liquefie a une unite de separation d'air cryogenique utilisant le courant d'azote haute pression.
FR2886719A1 (fr) Procede de refrigeration d'une charge thermique
FR2743140A1 (fr) Procede et dispositif de liquefaction en deux etapes d'un melange gazeux tel qu'un gaz naturel
FR2944096A1 (fr) Procede et systeme frigorifique pour la recuperation de la froideur du methane par des fluides frigorigenes.
WO2005103583A1 (fr) Procede de liquefaction d’un gaz integrant un appareillage de refroidissement thermo-acoustique
EP4348137A1 (fr) Dispositif et procede de pre-refroidissement d'un flux d'un fluide cible a une temperature inferieure ou egale a 90 k
WO2019008269A1 (fr) Dispositif et procédé de liquéfaction d'un gaz naturel ou d'un biogaz
WO2022263754A1 (fr) Systeme de recuperation d'energie de compression d'un gaz, liquefacteur comprenant un tel systeme et procede de recuperation d'energie de compression d'un gaz

Legal Events

Date Code Title Description
ST Notification of lapse