FR2545589A1 - Procede et appareil de refroidissement et liquefaction d'au moins un gaz a bas point d'ebullition, tel que par exemple du gaz naturel - Google Patents

Procede et appareil de refroidissement et liquefaction d'au moins un gaz a bas point d'ebullition, tel que par exemple du gaz naturel Download PDF

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Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN PROCEDE ET UN APPAREIL DE LIQUEFACTION D'UN GAZ A BAS POINT D'EBULLITION, TEL QUE DU GAZ NATUREL, PAR ECHANGE DE CHALEUR AVEC UN FLUIDE REFRIGERANT, A PLUSIEURS COMPOSANTS. SELON L'INVENTION, LA PHASE VAPEUR DU LIQUIDE REFRIGERANT PRINCIPAL, CONDENSEE ET SOUS-REFROIDIE EST DETENDUE, EN UNE FOIS, A AU MOINS UNE PREMIERE PRESSION, ET LA PHASE LIQUIDE DU FLUIDE REFRIGERANT PRINCIPAL SOUS-REFROIDIE EST DETENDUE, EN UNE FOIS, A AU MOINS UNE DEUXIEME PRESSION, DIFFERENTE DE LADITE PREMIERE PRESSION. LA PRESENTE INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA LIQUEFACTION DU GAZ NATUREL.

Description

1 i 2545539 La présente invention a pour objet un procédé et un appareil
de refroidissement et de liquéfaction d'au moins un gaz à bas point d'ébullition, tel que par exemple du gaz naturel, ou éventuellement tout mélange de gaz comportant au moins un composant à bas point d'ébullition. On connatt déjà des procédés de liquéfaction par exemple de gaz naturel dans lesquels le gaz naturel est graduellement liquéfié par échangesde chaleur successifs avec plusieurs fluides de réfrigération ayant des points d'ébullition décroissants Un tel procédé dit "en cascade" nécessite l'utilisation d'un grand nombre d'échangeurs, de compresseurs, de pompes, etc pour assurer la circulation
en circuit fermé de chacun des fluides de réfrigération.
L'installation est donc complexe et la multiplicité des équipements diminue la fiabilité de l'ensemble En outre,
les courbes de refroidissement de ces fluides de réfrigé-
ration ne suivent pas l'allure continue de la courbe de refroidissement du gaz naturel, ce qui entratne une baisse
des rendements et donc des pertes d'énergie importantes.
On connaît également des procédés de liquéfaction d'un gaz naturel par échange de chaleur avec un fluide de réfrigération à plusieurs composants soumis à au moins une condensation partielle, la partie condensée dudit fluide de réfrigération assurant par échange de chaleur la liquéfaction du gaz naturel La (ou les) partie(s) condensée(s) dudit fluide de réfrigération constitue(nt)
également un fluide de réfrigération à plusieurs composants.
La courbe de refroidissement du fluide de réfrigération à plusieurs composants est dans ce cas proche de la courbe de refroidissement du gaz naturel De plus, l'installation
est simplifiée ne nécessitant qu'un seul groupe compres-
seur puisqu'il n'y a qu'un seul fluide de réfrigération
(complexe) dans l'installation.
Il est également connu de se servir d'un fluide de réfrigération auxiliaire à un ou plusieurs composants
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pour prérefroidir simultanément ou séparément, le gaz
naturel à liquéfier et le fluide de réfrigération principal.
Les fluides de réfrigération auxiliaire et principal circulant chacun en circuit fermé sont comprimés chacun par un groupe compresseur distinct. Ces procédés avec réfrigérantsà plusieurs composants utilisent des échangeurs du type bobiné afin d'obtenir un bon rendement et plus particulièrement une homogénéité correcte du mélange liquide-vapeur lors de sa distribution en tête d'échangeur et pendant sa vaporisation le long de l'échangeur Malheureusement, ces échangeurs restent des
appareils coûteux, volumineux et lourds.
La présente invention a donc pour but d'éviter les inconvénients des procédés de l'art antérieur indiqués ci-dessus, en créant un procédé de refroidissement et de
liquéfaction de gaz naturel par exemple, permettant notam-
ment d'obtenir un meilleur rendement à un coût plus bas.
Dans cet esprit, la présente invention a pour' objet un procédé de refroidissement et de liquéfaction d'au moins un gaz à bas point d'ébullition, tel que par exemple du gaz naturel, par échange de chaleur avec au moins une partie d'un fluide réfrigérant principal à plusieurs composants prérefroidi jusqu'à sa liquéfaction au moins partielle par échange thermique avec un fluide réfrigérant auxiliaire, notamment à plusieurs composants, lesdits fluides réfrigérants faisant partie d'une cascade frigorifique incorporée d'au moins ces deux fluides réfrigérants, ledit fluide réfrigérant principal évoluant selon un cycle de refroidissement en circuit fermé en y subissant successivement: au moins une compression à l'état gazeux, au moins un refroidissement préliminaire avec condensation au moins partielle, notamment par échange thermique avec ledit fluide réfrigérant auxiliaire, les phases liquide et vapeur ainsi obtenues étant ensuite séparées, au moins une réfrigération avec liquéfaction
3 2545539
totale puis sous refroidissement, et ensuite détente pour echange de chaleur subséquent et vaporisation résultante, à contre-courant avec luimeme et avec ledit gaz pour liqueéfaction au moins partielle de ce dernier, la vapeur ainsi réch Lauffée étant finalement recomprimée et recyclée, caractérisé en ce que ladite phase vapeur du fluide réfrigérant principal condensée et sous-refroidie est deétendue, en une fois, à au moins une premièere pression et en ce que ladite phase liquide du fluide réfrigérant principal sous-refroidie est détendue, an une fois, à au moins tune deuxième pression, différente de ladite première pression O Selon une autre caractéristique de leinvention, une première partie de la phase vapeur précitée du fluide réxfrigérant principal, condensée et sousrefroidie est détendue à une oremire pression, une deuxième partie étant détendue à une deuxième pression; et une première partie de la phase liquide précitée du fluide réfrigérant principal sous-;refroidie est détendue à ladite première pression, une deuxième partie étant détendue à ladite deuxième pressiono Selon une autre caractéristique de linvention, après la vaporisation précitée, les premières parties précitées des phases vapeur et liquide précitées sont mélangées et les deuxièmes parties précitées desdites phases vapeur et liquide sont mélanges Selon encore ume axutre caractéristique de
lîinvention, après la détente précitée, et avant la vapori-
sation precitée, les premières parties précitées des phases vapeur et liquide précitées sont mélangées, et les deuxième parties précitées desdites phases vapeur et liquide
sont mélangées.
Selon une autre caracteéristique de l'invention, les phases vapeur et liquide du fluide réfrigérant principal obtenues après la détente précitée sont séparées avant échange de chaleur avec le gaz à liquéfier précité et le
4 2545589
fluide réfrigérant principal avant détente.
Selon une autre caractéristique de l'invention, la première pression précitée est une basse pression inférieure à environ'1 bar effectif et la deuxième pression précitée est une pression moyenne comprise entre
environ 1,5 et environ 3 bars e Sfectifs.
Selon une autre caractéristique de l'invention,
au moins une partie du gaz à liquéfier précité est pré-
refroidie par échange thermique avec au moins une partie
du fluide réfrigérant auxiliaire précité.
Selon une autre caractéristique de l'invention,
au moins une partie du gaz à liquéfier précité est pré-
refroidie par échange thermique avec au moins une partie de la vapeur réchauffée précitée à la première ou la
deuxième pression précitée.
Selon encore une autre caractéristique de l'inven-
tion, au moins une partie du fluide réfrigérant principal précité est pr 6 refroidie par échange thermique avec au moins une partie de la vapeurréchauffie précitée à la
première ou la deuxième pression précitée.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le fluide réfrigérant auxiliaire précité évoluant selon un cycle de refroidissement en circuit fermé en y subissant successivement: au moins une compression à l'état gazeux; au moins un refroidissement préliminaire avec éventuellement condensation au moins partielle par échange thermique avec un agent refroidisseur de préférence d'origine externe; au moins une autoréfrigération avec liquéfaction totale puis sous-refroidissement et ensuite détente pour échange
de chaleur subséquent et vaporisation résultante concomi-
tante à contre-courant avec lui-même avant sa détente et avec le fluide réfrigérant principal 9 et éventuellement le gaz à liquéfier; la vapeur ainsi réchauffée étant recyclée et recomprimée, la détente du fluide réfrigérant auxiliaire, avant vaporisation, s'effectue à au moins deux
2545539;
niveaux de pression, notamment à trois niveaux de pression.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on sépare les phases vapeur et liquide, du fluide
réfrigérant auxiliaire après détente.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention, le fluide réfrigérant principal précité a la composition molaire suivante azote N 2 0 % à 2 % méthane CH 4 35 % à 55 % éthylène CA ou éthane C 2 H 6: 28 % à 65 % propylène C 3 H 6, propane C 3 H 8: 0 % à 15 % et le fluide réfrigérant auxiliaire précité a la composition molaire suivante: éthylène C 2 H 4 ou éthane CAH 30 % à 70 % propylène C 3 H 6 ou propane C H 8 70 % à 30 % o La présente invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé précité, appareil du type comprenant au moins les circuits suivants: un circuit ouvert de gaz à liquéfier; un circuit fermé de fluide réfrigérant principal en relation d'échange thermique avec ledit circuit de gaz au moyen d'au moins un échangeur de chaleur cryogénique, et faisant partie d'une cascade frigorifique incorporée d'au moins deux fluides réfrigérants, respectivement principal et auxiliaire; un circuit fermé de fluide réfrigérant auxiliaire en relation d'échange thermique avec ledit circuit de fluide réfrigérant principal, et éventuellement avec ledit circuit de gaz à liquéfier, au moyen d'au moins un échangeur
de chaleur cryogénique de prérefroidissement et de liquéfac-
tion au moins partielle dudit fluide réfrigérant principal;
ledit circuit fermé de fluide réfrigérant principal compre-
nant successivement: au moins un compresseur et éventuellement un échangeur de chaleur ou refroidisseur relié à une voie d'écoulement du fluide réfrigérant principal traversant ledit échangeur cryogénique du circuit de fluide réfrigérant auxiliaire, un séparateur des phases vapeur et liquide ainsi obtenues, ledit échangeur de chaleur cryogénique et un système de détente, comprenant un organe de détente dans la voie d'écoulement de chaque fraction du fluide réfrigérant principal, relié audit compresseur, et caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur cryogénique dudit circuit de fluide réfrigérant principal est un échangeur à plaques comportant des voies de passage différentes pour chacun des fluides en présence lors de l'échange thermique, à savoir le gaz à liquéfier, les phases ou fractions liquide et vapeur du fluide réfrigérant principal partiellement condensé, ainsi que
les fractions, issues des précédentes, détendues à diffé-
rents niveaux de pression.
Selon une autre caractéristique de l'invention, l'emplacement de chaque élément du système de détente précité par rapport à l'échangeur de chaleurcryrogénique précité du circuit de fluide réfrigérant principal est modifiable pour chaque fraction précitée du fluide
réfrigérant principal.
Selon une autre caractéristique de l'invention, un séparateur des phases vapeur et liquide est prévu,-en
aval de l'organe de détente précité, dans la voie d'écou-
lement de la fraction vapeur du fluide réfrigérant
principal.
Selon une autre caractéristique de l'invention, un échangeur de chaleur est prévu en amont de l'échangeur
de chaleur cryogénique précité du circuit de fluide réfri-
gérant principal, échangeur de chaleur qui est traversé, notamment à contre-courant, d'une part par le fluide réfrigérant principal vaporisé après détente dans ledit échangeur de chaleur cryogénique et, d'autre part, par au moins une partie du gaz à liquéfier et/ou du fluide
réfrigérant principal.
-Selon une autre caractéristique de l'invention,
7 2545589
le circuit de gaz à liquéfier précité comprend une voie d'écoulement vers et à travers l'échangeur de chaleur
précité du circuit de fluide réfrigérant principal compor-
tant, en aval dudit échangeur, un organe de détente; une dérivation de ladite voie traversant l'échangeur de chaleur précité du circuit de fluide réfrigérant auxiliaire avant de rejoindre ladite voie d'écoulement avant ledit échangeur
cryogénique du circuit de fluide réfrigérant principal.
Selon une autre caractéristique de l'invention, le circuit de fluide réfrigérant auxiliaire précité comprenant successivement au moins un compresseur, au moins un échangeur-refroidisseur à fluide réfrigérant de préférence d'origine externe; et l'échangeur de chaleur cryogénique précité étant traversé par une voie d'écoulement du fluide réfrigérant auxiliaire comportant, à sa sortie, un organe de détente, et par au moins une voie d'écoulement, à contre-courant, dudit fluide réfrigérant après détente, ladite voie d'écoulement du fluide réfrigérant auxiliaire dans ledit échangeur cryogénique présente au moins deux dérivations par exemple trois, comportant un organe de détente, la partie de chaque dérivation en aval dudit organe de détente traversant la partie correspondante dudit échangeur cryogénique sensiblement parallèlement à ladite
voie d'écoulement et à contre-courant.
Selon une autre caractéristique de l'invention, un séparateur de phases vapeur et liquide est prévu en aval de l'organe de détente précité, la partie de la dérivation précitée, en aval dudit séparateur, étant divisée en une
voie d'écoulement de la phase vapeur et une voie d'écoule-
ment de la phase liquide; la voie d'écoulement de la phase
vapeur pouvant ne pas traverser l'échangeur précité.
Le procédé et l'appareil décrits ci-dessus présen-
tent un grand nombre d'avantages parmi lesquels on peut citer: une flexibilité remarquable autorisant des conditions de fonctionnement très différentes, par exemple
8 2545589
un changement de la nature du gaz à liquéfier tout en conservant un rendement thermodynamique élevé; cette flexibilité apparaissant aussi bien au stade de la conception du schéma de procédé qu'au stade de la mise en oeuvre de l'unité de liquéfaction; une adaptation particulière à l'utilisation des échangeurs à plaques ce qui permet un investissement modéré pour la zone d'échange cryogénique allié à une
conception modulaire facilitant le transport et l'implanta-
tion sur barge par exemple; un schéma de procédé suffisamment évolutif pour répondre à divers besoins particuliers tels que réchauffage
des aspirations du compresseur du cycle principal, traite-
ments intermédiaires du gaz naturel en cours de liquéfaction.
La flexibilité du procédé repose sur les caractéris-
tiques suivanti du fluide réfrigérant principal: pourcentages molaires d'azote, de méthane, de propane et d'hydrocarbures plus lourds; pourcentage molaire de vapeur après condensation partielle dans le cycle de réfrigération auxiliaire; pressions de vaporisation des différentes fractions à l'état liquide sous-refroidi; répartition de chacune des fractions liquides
sous-refroidies entre les différents niveaux de pression.
L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaltront plus
clairement à la lumière de la description explicative qui
va suivre faite en se référant aux dessins schématiques annexés illustrant des modes de réalisation actuellement préférés de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est un diagramme schématique d'un appareil de refroidissement et de liquéfaction d'un gaz à bas point d'ébullition tel que par exemple du gaz naturel, selon l'invention; la figure 2 est une vue schématique d'une première variante de réalisation de l'échangeur cryogénique du circuit de fluide réfrigérant principal selon l'invention; la figure 3 est une vue schématique d'une deuxième variante de réalisation de l'échangeur cryogénique du circuit de fluide réfrigérant principal; la figure 4 est une vue schématique d'une troisième variante de réalisation de l'échangeur cryogénique du circuit de fluide réfrigérant principal; la figure 5 est une vue schématique d'une autre variante de réalisation de l'appareil selon l'invention, et la figure 6 est une vue schématique d'une variante de réalisation du circuit de réfrigération auxiliaire Sur les différentes figures, 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, sont exprimées en
bars effectifs.
En se référant en particulier à la figure 1, le circuit ouvert de gaz, par exemple naturel, 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 et le circuit fermé de fluide réfrigérant auxiliaire est désigné par le chiffre de référence 3 Les circuits fermés
de fluides réfrigérants principal et auxiliaire sont sym-
boliquement délimités et contenus à l'intérieur d'un cadre rectangulaire tracé en ligne discontinue en traits mixtes, et le trajet du gaz à liquéfier est indiqué par une ligne continue en trait plein épais Le circuit de gaz à liquéfier 1 et le circuit de fluide réfrigérant principal 2 sont thermiquement combinés ou interconnectés par l'intermédiaire d'échangeurs de chaleur cryogéniques communs respectivement de liquéfaction et de sous-refroidissement de gaz 4, d'une part, et de refroidissement préliminaire de gaz 5, d'autre part Les circuits de fluides réfrigérants respectivement
principal 2 et auxiliaire 3 sont combinés par l'intermé-
diaire d'au moins un échangeur de chaleur
2545589;
cryogénique commun 6 de prérefroidissement et de liqué-
faction au moins partielle du fluide réfrigérant principal.
Le circuit ouvert 1 de gaz à liquéfier comprend une conduite 7 d'arrivée à l'échangeur de chaleur de refroidissement préalable 5 reliée à au moins une voie d'écoulement intérieure 8 de cet échangeur dont la sortie est reliée par une conduite 9 à un appareil facultatif 10 de traitement de gaz, notamment pour l'extraction de l'éthane On peut bien sûr prévoir d'autres appareils de traitement du gaz, notamment un appareil d'extraction de l'azote peut être par exemple prévu au niveau de l'échangeur de chaleur cryogénique 4 La sortie de cet appareil 10 est reliée par une conduite 11 à l'entrée de l'échangeur de
chaleur 4.
Une dérivation 12 de la conduite 7 peut être éventuellement prévue, dérivation 12 qui est reliée à une voie d'écoulement 13 d'une partie du gaz à liquéfier dans l'échangeur de chaleur cryogénique 6 du circuit de fluide réfrigérant auxiliaire, dont la sortie est reliée par une voie d'écoulement 14 à la conduite 11 avant l'entrée de l'échangeur de chaleur 4 La conduite 11 est reliée à une voie d'écoulement interne 15 traversant l'échangeur de chaleur cryogénique 4 et dont l'extrémité aval se raccorde, à la sortie de l'échangeur de chaleur 4 à une conduite 16 de gaz naturel liquéfié à travers au moins un organe de
détente 17 tel que par exemple une vanne de détente.
Le circuit fermé 2 contient un fluide réfrigérant principal constitué par un mélange de plusieurs composants dont au moins la majeure partie est avantageusement formée d'hydrocarbures La composition relative en moles de ce fluide réfrigérant peut être par exemple la suivante: azote N 2 0 % à 2 % méthane CH 4 3595 à 55 % éthylène CAH 4 ou éthane CAH 28 % à 65 %
propylène C 3 H 6, propane C 3 H 8 O % à 15 %.
11 l 2545589 Ce circuit 2 comprend successivement dans le gens d'écoulement du fluide réfrigérant: un premier compresseur 18 et un deuxinème compresseur 19 de fluide réfrigérant à l'état gazeux, entrans soit cmcuns 6 parément par une machine motrice individuelle ou bien ensemble conjointement par une machine motriece commune en ayant alors leurs arbres respectifs accoupls maniqmnt Ces deux compresseurs 18, 19 sont reliés en séaie à un changeur-refroidisseur 20 dont le fluide refroidisseur est avantageusement d'orighe
externe et constitué par exemple par de l'eau ou de l'air.
Les compresseurs 21, 22 peuvent être entraînés con Jointement ou encore conjointement avec au moins l'un des compresseurs
18,19, ou séparément chacun La sortie de l'a 6 hangeur-refroi-
disseur 20 est reliée par une conduite 21 à un troisième compresseur 22 et un quatrième compresseur 23 reliés en série à travers au moinsun refroidisseur intermédiaire 24 dont le fluide refroidisseur est avantageusement d'origine
externe et constitué par exemple par de l'eau ou de l'air.
L'orifice de sortie et de refoulement du compresseur 23 est
relié par une conduite 25, à travers un échangeur-refroidis-
sour 26 (dont le fluide refroidisseur est avantageusement d'origine externe, tel que par exemple de l'eau ou de l'ar), à l'entrée de l'échangeur de chaleur 6 et plus précisément à l'extrémité amont d'au moins une voie d'écoulement interne 27 s'étendant dans celui-ci L'échangeur de chaleur cryogénique 6 du circuit de fluide réfrigérant
auxiliaire eat avantageusementun échangeur à plaques.
A la sortie de l'échangeur de chaleur 6, l'extrémité aval de la voie d'écoulement 27 est reliée par une conduite 28 à au moins un séparateur de phases 29 L'espace collecteur de liquide de ce séparateur de phases est relié par une conduite 30 à l'entr 6 e de l'échangeur de chaleur 4 et plus précisément à l'extrémité amont d'au moins une voie d'écoulement 31 s'étendant à l'intérieuw de l'échangeur de chaleur 4 dans sensiblement la même direction que la voie d'écoulement interne 15 du gaz à liquéfier L'extrémité aval de la voie d'écoulement interne 31 est divisée, après la sortie de l'échangeur de chaleur 4,
2545589,
en deux voies d'écoulement 33, 32 respectivement, raccordées à l'entrée d'organes de détente 34, 35 respectivement A la sortie de chaque organe de détente 34, 35 est reliée une voie d'écoulement 36, 37 s'étendant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur cryogénique 4 dans sensiblement la même direction que la vole d'écoulement interne 15 du gaz à liquéfier et à la voie d'écoulement 31,
et à contre-courant.
L'espace collecteur de vapeur du séparateur de phases 29 est relié par une conduite 38 à l'entrée de l'échangeur de chaleur cryogénique 4 et plus précisément à l'extrémité amont d'au moins une autre voie d'écoulement interne 39 s'étendant sensiblement parallèlement aux voies d'écoulement 15 et 31 L'extrémité aval de cette voie d'écoulement 39 est divisée, après la sortie de l'échangeur de chaleur 4, en deux voies d'écoulement 40, 41 reliées à l'entrée d'organes de détente 42, 43, respectivement la sortie des organes de détente 42, 43 est reliée à des voies d'écoulement 44, 45, respectivement, s'étendant à l'intérieur de l'échangeur de chaleur cryogénique 4 dans
sensiblemeit-,la même direction que les autres voies d'écou-
lèment 15 -31 '-36 37 et 39 -
Selon l'invention, l'échangeur de chaleur cryogé-
nique 4 du circuit de fluide réfrigérant principal 2 est
un échangeur à plaques comportant, comme on l'a vu ci-
dessus, des voies-de passage différentes pour chacun des fluides en présence lors de l'échange thermique, à savoir le gaz à liquéfier, les phases ou fractions liquide et vapeur du fluide réfrigérant principal partiellement condensé, ainsi que les fractions issues des précédentes,
détendues à différents niveaux de pression.
Après la sortie de l'échangeur cryogénique 4, les
voies d'écoulement 36 et 44 des fractions du fluide réfri-
gérant principal détendues à une même pression, par exemple une pression moyenne, notamment comprise entre environ 1,5
13 2545589
et 3 bars se réunissent en une voie d'écoulement unique 46 qui peut éventuellement traverser l'échangeur de chaleur 5 de prérefroidissement du gaz à liquéfier, notamment à contre-courant, l'extrémité aval de cette voie d'écoulement 46 étant reliée à l'orifice d'aspiration du compresseur 19.
De même, après la sortie de l'échangeur de chaleur cry Qgé-
nique 4, les voies d'écoulement 37 et 45 desfractions du fluide réfrigérant principal détendues à une même pression,
notamment une basse pression, par exemple inférieure -
à environ 1 bar effectif se réunissent en une voie d'écoulement unique 47 dont l'extrémité aval débouche
dans l'orifice d'aspiration du compresseur 18.
Le circuit 3 contient un fluide réfrigérant auxiliaire constitué par un mélange de préférence uniquement à base d'hydrocarbures ayant par exemple la composition molaire relative suivante: éthylène C 2 H 4 ou éthane C 2 H% 30 % à 70 %
propylène C 3 H 6 ou propane C 3 H 8 70 % à 30 î,.
Le circuit fermé 3 du fluide réfrigérant auxiliaire comporte successivement les éléments suivants dans le, sens d'écoulement du fluide: des premier 48, deuxième 49 et troisième 51 compresseurs reliés en série les uns aux autres et entraînés soit respectivement par des machines motrices individuelles ou bien par au moins une machine motrice commune à au moins deux compresseurs qui sont alors directement accouplés mécaniquement par leurs arbres respectifs L'orifice de sortie ou de refoulement du deuxième compresseur 49 est relié à l'orifice d'entrée ou d'aspiration du troisième compresseur 51 par une conduite 54
à travers un échangeur-refroidisseur 50 à agent refroidis-
seur de préférence d'origine externe tel que par exemple de l'eau ou de l'air L'orifice de sortie ou de refoulement du-troisième compresseur 51 est raccordé par une conduite 55 à un condenseur 52 dont la sortie est raccordée par une
conduite 56 à un sous-refroidisseur 53.
14 2545589
La sortie du sous-refroidisseur 53 est raccordée par une conduite 57 à l'échangeur de chaleur cryogénique 6, qui peut être notamment constitué par un échangeur à plaques, et plus particulièrement à l'extrémité amont d'une voie d'écoulement 58 traversant l'échangeur de chaleur 6 dans une direction sensiblement parallèle aux voies d'écoulement 13 et 27 du gaz à liquéfier et du fluide
réfrigérant principal, respectivement.
La voie d'écoulement 58 du fluide réfrigérant auxiliaire dans l'échangeur de chaleur cryogénique 6 présente, par exemple, trois dérivations 59, 60 et 61
prévues à trois niveaux différents dans l'échangeur 6.
Les trois dérivations 59, 60 et 61 sont reliées chacune à un organe de détente 62, 63 et 64, respectivement, dont la sortie est reliée à un séparateur de phases vapeur et liquide 65, 66 et 67, respectivement Dans les trois cas, l'espace collecteur de liquide des séparateurs de phases , 66 et 67 est relié par une conduite 68, 69 et 70, respectivement, à une entrée de l'échangeur de chaleur cryogénique 6 et plus précisément à l'extrémité amont d'une voie d'écoulement 71, 72 et 73, respectivement, dont la majeure partie s'étend à l'intérieur de l'échangeur de
chaleur cryogénique 6 dans une direction au moins approxi-
mativement parallèle aux voies d'écoulement 13 du gaz à liquéfier, 27 du fluide réfrigérant principal et 58 du fluide réfrigérant auxiliaire avant détente De même, les espaces collecteurs de vapeur de chaque séparateur de phases 65, 66, 67 sont reliés par une conduite 74, 75 et 76, respectivement, à une entrée de l'échangeur de chaleur cryogénique 6 et plus particulièrement à l'extrémité amont d'une voie d'écoulement 77, 78, 79 dont la majeure partie s'étend à l'intérieur de l'échangeur de chaleurcryogénique 6 dans sensiblement i la même direction que -les autres voies d'écoulement internes 13, 27 et 58 Après être sorties de l'échangeur 6, les voies d'écoulement 71 et 77, 72 et 78, 73 et 79, respectivement, se réunissant en
une seule voie d'écoulement, 80, 81 et 82 respectivement.
La voie d'écoulement 82 est reliée à l'orifice d'aspiration du compresseur 48, la voie d'écoulement 81 est reliée à l'orifice d'aspiration du compresseur 49 et la voie d'écoulement 80 est reliée à l'orifice d'aspiration du
compresseur 51.
Le circuit 1 fonctionne de la façon suivante le gaz à liquéfier par exemple du gaz naturel, arrivant par la conduite 7 à une température par exemple d'environ + 200 C et à une pression par exemple d'environ 42,5 bars, traverse la voie de passage 8 de l'échangeur de chaleur 5 pour y être refroidi préliminairement par échange thermique avec le fluide réfrigérant principal vaporisé après détente dans l'échangeur de chaleur cryogénique 4 et circulant dans la voie d'écoulement 46 en sens contraire au sens d'écoulement du gaz dans la voie dé passage 8 En quittant l'échangeur de chaleur 5 par la conduite 9, le gaz est alors à une température par exemple d'environ -450 C et à une pression par exemple d'environ 42 bars Il traverse ensuite l'appareil de traitement 10 pour parvenir par la conduite 11 à l'entrée de la voie d'écoulement 15 dans l'échangeur à plaques 4 pour y être entièrement liquéfié puis sousrefroidi par échange thermique avec le fluide réfrigérant principal A sa sortie de l'échangeur de chaleur 4, le gaz liquéfié est à une température par exemple d'environ -1540 C et à une pression par exemple d'environ 41, 5 bars Il est ensuite détendu dans la vanne de détente 17 puis transféré au lieu de conservation ou de stockage de gaz naturel liquéfié ou à un lieu de
traitement ou d'utilisation de celui-ci.
Une partie du gaz à liquéfier peut être également préalablement refroidie par échange thermique avec le fluide réfrigérant auxiliaire dans l'échangeur de chaleur cryogénique 6, cette partie-étant ensuite combinée au reste du gaz à liquéfier avant son entrée dans l'échangeur de
chaleur cryogénique 4.
Le cycle 2 du fluide réfrigérant principal fonctionne de la façon suivante À la partie du fluide réfrigérant principal détendue à basse pression est aspirée à l'état gazeux, à une température par exemple dtenviron -52 C et à une pression par exemple d'environ 0,08 bar par le premier compresseur 18 d'o il est refoulé à une pression moyenne d'environ par exemple 2 bars et à une température d'environ par exemple 100 C,puis il est aspiré par le deuxième compresseur 19, en même temps que la partie du fluide réfrigérant principal détendue à une pression moyenne égale par exemple à environ 2 bars et dont la température est par exemple d'environ 10 C L'ensemble est refoulé du compresseur 19 à une température égale par exemple à environ 71 i C et à une pression égale par exemple à environ 6,5 bars puis traverse l'échangeur-refroidisseur
dans lequel la température du fluide réfrigérant princi-
pal est abaissée à environ-par exemple 15 C Par la voie
d'écoulement 21, il pénètre alors dans l'orifice d'aspira-
tion du compresseur 22, traverse l'échangeur-refroidisseur 24 puis est comprimé dans le compresseur 23 et, par la
voie d'écoulement 25, traverse l'échangeur de chaleur 26.
A la sortie de cet échangeur de chaleur 26, le fluide réfrigérant principal est par exemple à une température d'environ 150 C et à une pression d'environ 27,4 bars Il pénètre alors dans la voie d'écoulement 27 de l'échangeur de chaleur cryogénique 6 o le fluide réfrigérant principal est refroidi par échange thermique avec le fluide réfrigé
rant auxiliaire de façon à se liquéfier au moins partielle-
ment Le fluide réfrigérant principal ainsi au moins partiellement condensé à une temperat-Lure par exemple d'environ -50 WC et à une pression par exemple d'environ 26,5 bars, quitte alors l'échangeur de chaleur 6 sous la forme d'un mélange de phases respectivement gazeuse et
17 2545589
liquide qui sont ensuite séparées dans le séparateur de phases 29 La phase gazeuse est amenée par la conduite 38 dans le segment de la voie d'écoulement 39 situé dans l'échangeur de chaleur cryogénique 4 pour y être liquéfiée puis sous-refroidie à une température par exemple d'environ -1540 C Une partie de cette phase gazeuse liquéfiée et sous- refroidie s'écoule dans la voie 41 et est détendue dans l'organe de détente 43 à une pression par exemple d'environ 0,3 bar, sa température étant par exemple d'environ -156 WC A la sortie de la voie d'écoulement 45
de cette fraction de la phase gazeuse liquéfiée et sous-
refroidie, les conditions de température et de pression sont par exemple d'environ -52 WC et d'environ 0,08 bar, respectivement L'autre partie de la phase gazeuse liquéfiée et sous-refroidie s'écoule par la voie 40 et est détendue dans l'organe de détente 42 à une pression par exemple d'environ 2,3 bars, sa température étant d'environ -153 WC A la sortie de la voie d'écoulement 44 de cette fraction dans l'échangeur 4, les conditions de température et de pression sont par exemple les suivantes: 1520 C et
2,10 bars.
De même, la phase liquide du fluide réfrigérant principal provenant du séparateur de phases 29, est amenée par la conduite 30 dans la voie d'écoulement 31 de
l'échangeur de chaleur cryogénique 4 pour y être sous-
refroidie jusqu'à une température par exemple d'environ
-154 WC, à une pression par exemple d'environ 26 bars.
Une partie de la phase liquide sous-refroidie du fluide réfrigérant principal traverse l'organe de détente 35 o sa pression est ramenée à par exemple environ 0,3 bar;
tandis qu'une autre partie de la phase liquide sous-
refroidie s'écoulant dans la voie 33 est détendue dans l'organe de détente 34 à une pression d'environ 2,3 bars, sa température étant d'environ par exemple-1530 C Après écoulement dans les voies 37 et 36, respectivement, les
18 2345539
première et deuxième parties précitées de la phase liquide-
du fluide réfrigérant principal présentent les conditions de température et de pression suivantes: -520 C et 0,08 bar,
et -520 C et 2,10 bars, respectivement.
Ainsi, selon l'invention, une première partie de la phase vapeur du fluide réfrigérant principal, condensée et sous-refroidie est détendue à une première pression, une deuxième partie étant détendue à une deuxième pression et une première partie de la phase liquide précitée du fluide réfrigérant principal, sous-refroidie est détendue à ladite première pression, une deuxième partie étant détendue à ladite deuxième pression Il est bien évident que les phases vapeur et liquide peuvent être divisées en un nombre souhaité de parties, par exemple trois ou plus, la pression à laquelle une partie de la phase liquide étant détendue correspondant à la pression à laquelle 'est
détendue une partie correspondante de la phase vapeur.
Après la vaporisation, les premières parties Ides phases vapeur et liquide sont mélangées, et les deuxièmes parties desdites phases vapeur et liquide sont mélangées Une autre possibilité consiste à mélanger les premières parties des phases vapeur et liquide, et à mélanger les deuxièmes parties des phases vapeur et liquide après la détente 'mais avant là vaporisation (àDde
de réalisation illustré par la figure 5).
Enfin, la partie du fluide réfrigérant principal
vaporisées basse pression est admise par la voie d'écoule-
ment 47 dans l'orifice d'aspiration du compresseur 18, tandis que la partie du fluide réfrigérant principal
vaporiséea pression moyenne est admise par la voie d'écaou-
lement 46, et éventuellement après avoir traversé l'écban-
geur de chaleur 5 de prérefroidissement du gaz à liquéfeer,
dans l'orifice d'aspiration du compresseur 19.
Le fonctionnement du cycle 3 de fluide réfrigei ant auxiliaire est le suivant: le fluide réfrigérant auxiliaire, à l'état gazeux, sortant du groupe de compresseurs 48,:49,51 est par exemple à une température d'environ + 460 C et à une pression par exemple d'environ 16 bars Après passage dans les échangeurs refroidisseurs 52 et 53, la température du fluide réfrigérant auxiliaire est d'environ + 130 C, tandis que sa pression est d'environ 15,1 bars. La partie du fluide réfrigérant auxiliaire dérivée dans la voie d'écoulement 59 est à une température par exemple d'environ OC et à une pression par exemple d'environ 151 Après détente dans l'organe de détente 62, la température s'abaisse à par exemple environ -6,50 C et la pression à par exemple environ 8,5 bars Les phases
vapeur et liquide ainsi obtenues, séparées par le sépara-
teur de phases 65 s'écoulent alors dans l'échangeur de chaleur cryogénique 6 par les voies d'écoulement 77 et 71, respectivement, de façon à réaliser un échange thermique
avec les fluides contenus dans les autres voies d'écoule-
ment 13, 27 et 58 traversant ledit échangeur de chaleur 6.
Lesdites phases vapeur et liquide étant mélangées après la sortie de l'échangeur 6, les conditions de température et de pression du fluide réfrigérant auxiliaire sont alors les suivantes: par exemple environ 11 C et par exemple environ 8,5 bars Cette partie du fluide réfrigérant auxiliaire est conduite à l'orifice d'aspiration du
compresseur 51 par les voies d'écoulement 80 et 54.
Les conditions de température et de pression de la deuxième partie du fluide auxiliaire réfrigérant s'écoulant par la dérivation 60 sont les suivantes:
par exemple environ -25 OC et par exemple environ 14,5 bars.
Après détente dans l'organe de détente 63, la température est abaissée à par exemple environ -29 o C et la pression à par exemple environ 4 bars, Les phases vapeur et liquide ainsi obtenues s'écoulent dans les voies d'écoulement 78 et 72, respectivement, dans l'échangeur 6 de façon à participer à l'échange thermique avec les autres fluides s'écoulant dans lédit échangeur 6, puis sont réunies après
la sortie dudit échangeur 6 dans la voie d'écoulement 81.
-Les conditions de température et de pression de cette partie du fluide réfrigérant auxiliaire sont alors les suivantes: par exemple environ -30 C et par exemple environ 3,9 bars Cette partie du fluide réfrigérant auxiliaire est introduite dans l'orifice d'aspiration du
compresseur 49.
De même, une troisième partie du fluide réfrigérant auxiliaire s'écoule dans la voie d'écoulement 61 à une température par exemple d'environ -50 WC et une pression par exemple d'environ 14,2 bars Après détente dans l'organe de détente 64, ces conditions de température et de pression évoluent comme suit: par exemple environ -54 OC et par exemple environ 1, 1 bars, Les phases vapeur et liquide ainsi obtenues sont séparées dans le séparateur de phases 67 puis s'écoulent par les voies d'écoulement 73 et 79 dans l'échangeur de chaleur 6 pour participer à
l'échange thermique avec les autres fluides qui y circulent.
Ces phases vapeur et liquide une fois réunies, après la sortie de l'échangeur 6, sont à une température par exemple d'environ -28 o C et à une pression par exemple d'environ 0,90 bar Cette troisième partie du fluide réfrigérant auxiliaire est introduite dans l'orifice d'aspiration du
compresseur 48 par la voie d'écoulement 82.
Sur la figure 2, représentant une variante de réalisation de l'appareil selon l'invention, on n'a représenté qu'une partie de celui-ci encadrée en traits mixtes sur la figure 1; le reste de l'appareil étant identique. Dans cette variante, la phase vapeur du fluide réfrigérant principal condensée et sous-refroidie dans l'échangeur 4 est détendue, en une fois, par l'organe de détente 83 à une première pression La phase liquide du fluide réfrigérant principal sous-refroidie dans l'échangeur 4 est détendue, en une fois, à une deuxième
21 2545539
pression différente de ladite première pression, dans l'organe de détente 84 La phase vapeur, détendue par exemple à une basse pression, inférieure à environ 1 bar effectif est conduite, à travers l'échangeur de chaleur 4, par la voie d'écoulement 85, jusqu'à l'orifice d'aspi- ration du premier condenseur 18; tandis que la phase liquide du fluide réfrigérant principal, détendue à une pression moyenne, notamment comprise entre environ 1,5 et environ 3 bars est conduite, à travers l'échangeur 4, par la voie d'écoulement 86 jusqu'à l'orifice d'aspiration du deuxième compresseur 19 Il est à noter que le fonctionnement général de l'appareil de refroidissement et de liquéfaction d'un gaz à bas point d'ébullition, tel que par exemple du gaz
naturel, comportant la variante de la figure 2, est simi-
laire à celui de l'appareil selon la figure 1.
On se référera maintenant à la figure 3 représen-
tant une autre variante de la même partie (indiquée par un cadre en traits mixtes sur la figure 1), de l'appareil que sur la figure 2 Dans ce cas, après détente de la phase vapeur condensée et sous-refroidie dans l'organe de détente 83, les phases gazeuse et liquide ainsi obtenues sont séparées dans un séparateur de phases 87 avant de retraverser, à contre- courant, l'échangeur de chaleur cyrogénique 4 Après vaporisation, les deux phases sont
réunies dans la même voie d'écoulement 89 reliée à l'ori-
fice d'aspiration du compresseur 18, la phase vapeur est
donc, dans ce cas, détendue à la basse pression précitée.
La phase liquide sous-refroidie du fluide réfrigérant principal est détendue dans l'organe de détente 84, et circule à contre-courant dans l'échangeur 4 à la sortie duquel est reliée la voie d'écoulement 90 ellemême reliée à l'orifice d'aspiration du compresseur 19. La phase vapeur issue du séparateur 87 peut ne
pas repasser dans l'échangeur 4 mais être introduite direc-
tement dans la conduite 89.
22 2545539
La figure 6 illustre l'application de cette variante au circuit de réfrigération auxiliaire Dans ce cas, les conduites 74, 75, 76 issuesde l'espace collecteur de vapeur de séparateurs 65, 66, 67 sont reliées directement aux voies d'écoulement 80, 81, 82
sans passer par l'échangeur 6.
La figure 4 est une vue d'une variante de réalisation de la partie de l'appareil encadrée en traits interrompus sur la figure 1, semblable à la
variante illustrée par la figure 2 Dans ce cas, l'em-
placement de chaque élément du système de détente 83, 84 par rapport à l'échangeur de chaleur cryogénique 4 du circuit de fluide réfrigérant principal 2, au lieu de se trouver à la sortie de l'échangeur 4 peut être prévu, à un endroit quelconque, le long de l'échangeur
4, dans la direction d'écoulement des différents fluides.
Ainsi, comme dans l'exemple représenté, la voie d'écou-
lement 31 de la phase liquide du fluide réfrigérant prin-
cipal, ne traverse pas la totalité de l'échangeur 4 Cela permet de réaliser la détente à des niveaux de température différents, dans le cas o, après la vanne, la température pourrait être plus élevée Le déplacement de la détente selon un gradient de température correspond à un déplacement de l'organe de détente le long de l'échangeur, dans la
direction d'écoulement des fluides -
Enfin, comme indiqué ci-dessus, la figure 5 illustre une variante de réalisation dans laquelle les
* premières parties des phases vapeur et liquide sont mélan-
gées et les deuxièmes parties desdites phases vapeur et liquide sont mélangées, après la détente, dans les vannes 83, 84 '; 83 ', 84, respectivement, mais avant recirculation
à contre-courant, dans l'échangeur 4.
OH donnera ci-après un exemple de refroidissement et de liquéfaction d'un gaz naturel disponible dans les conditions suivantes:
23 2545589
températures: 200 C pression: 42,44 bars effectifs débit massique: 239 908 kg/h composition chimique en pourcentage molaire:
N 2: 0,36
ci:93,06
C 2: 4,08
C 3: 1,67
C 4: 0,83.
En amont du dispositif de détente final, le gaz liquéfié est obtenu dans les conditions suivantes: température 153,7 C pression 41,44 bars effectifs débit massique et composition molaire identiques
aux valeurs précédentes.
Un de calcul du modd,objei de l'invention,
conduit aux performances suivantes à titre indicatif.
Cycle de réfrigération principal Composition molaire: c 1 40 % c 2 50 %
C 10 %
c 3 o pourcentage molaire vaporisé dans le séparateur
de phases 29: 20 %.
La répartition des fractions liquides et sous-
refroidies du réfrigérant principal entre les deux niveaux de pression étant définie par: débit molaire du réfrigérant principal dans le passage 37
R
débit molaire du réfrigérant principal dans le passage 31 débit molaire du réfrîgérant principal dazr, le passage 44 R 2 = débit molaire du réfrigrrèrant principal dans le passage 39 de l'échangeur 4 R 1 0,50 et R 2 0,37
Débit massique 408 563 kg/h.
Com Drez-seurz Pression d'ac D-irat-ion du com Dresseur 18: 0,03 bar Pre Ssion das Doiration du compresseur 19: 1,95 bar :Compresseurs:Compresseurs:Total':
18, 19 22, 23
Puissance en: *k W: * 19256: 19516:38772: Echangeur: Rapport des qjs> ntitéÈ de chaleur Cchanigées aux approches moyennes en température-:
67.841 m 4 00 X l O 3 Joules /h'C pour l'êch-angeur 4.
Cycle de réfrigération auxiliaire Composition molaire du réfrigéra-nt auxiliaire:
C 3 * 60 %
Débit massique 600 972 kg/h Compresseurs: Puissance des compresseurs 48, 49, 51: 17.021 k W.
2545589

Claims (10)

R E V E N D I C A T I 0 N S
1. Procédé de refroidissement et de liquéfaction d'au moins un gaz à bas point d'ébullition, tel que par exemple du gaz naturel, par échange de chaleur avec au moins une partie d'un fluide réfrigérant principal, à plusieurs composants, prérefroidi jusqu'à sa liquéfaction au moins partielle par échange thermique avec un fluide réfrigérant auxiliaire, notamment à plusieurs composants, lesdits fluides réfrigérants faisant partie d'une cascade
frigorifique incorporée d'au moins ces deux fluides réfri-
gérants, ledit fluide réfrigérant principal évoluant selon un cycle de refroidissement en circuit fermé en y subissant successivement: au moins une compression à l'état gazeux, au moins un refroidissement préliminaire avec condensation au moins partielle, notamment par échange thermique avec ledit fluide réfrigérant auxiliaire, les phases liquide et vapeur ainsi obtenues étant ensuite séparées, au moins
une réfrigération avec liquéfaction totale puis sous-
refroidissement et ensuite détente pour échange de chaleur subséquent, et vaporisation résultante,à contre-courant avec lui-même et avec ledit gaz pour liquéfaction au moins partielle de ce dernier, la vapeur ainsi réchauffée étant finalement recomprimée et recyclée, caractérisé en ce que ladite phase vapeur du liquide réfrigérant principal, condensée et sous-refroidie est détendue, en une fois, à au moins une première pression, et en ce que ladite phase liquide du fluide réfrigérant principal sous-refroidie est détendue, en une fois, à au moins une deuxième pression,
différente de ladite première pression.
2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une première partie de la phase vapeur précitée du fluide réfrigérant principal, condensée et sous-refroidie, est détendue à une première pression, une deuxième partie étant détendue à une deuxième pression; et en ce qu'une première partie de la phase liquide précitée du fluide réfrigérant principal, sous-refroidie est détendue à
ladite première pression, une deuxième partie étant dé-
tendue à ladite deuxième pression.
3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'après la vaporisation précitée, les premières parties précitées des phases vapeur et liquide précitées sont mélangées et les deuxièmes parties précitées desdites
phases vapeur et liquide sont mélangées (figure 1).
4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'après la détente précitée et avant la vaporisation précitée, les premières parties précitées des phases vapeur et liquide précitées sont mélangées, et les deuxièmes parties précitées desdites phases vapeur et liquide sont mélangées
(figure 5).
Procédé selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisé en ce que les phases vapeur et liquide de la phase vapeur du fluide réfrigérant principal obtenues après la détente précitée sont séparées avant échange de chaleur avec le gaz à liquéfier précité et le fluide réfrigérant
principal avant détente (figure 3).
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que la première pression précitée est une basse pression inférieure à environ 1 bar effectif et en ce que la deuxième pression précitée est une pression moyenne comprise entre environ 1,5 bars effectifs et environ
3 bars effectifs.
7. Procédé selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie du
gaz à liquéfier précité est prérefroidie par échange ther-
mique avec au moins une partie du fluide réfrigérant
auxiliaire précité.
8. Procédé selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie du gaz à liquéfier précité est prérefroidie par échange thermique avec au moins une partie de la vapeur réchauffée
précitée à la première ou à la deuxième pression précitée.
27 2545589
9. Procédé selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie du fluide réfrigérant principal précité est prérefroidie par échange thermique avec au moins une partie de la vapeur réchauffée précitée à la première ou à la deuxième pression précitée.
10. Procédé selon l'une des revendications
précédentes, dans lequel le fluide réfrigérant auxiliaire précité évolue selon un cycle de refroidissement en circuit fermé en y subissant successivement: au moins une compression à l'état gazeux; au moins un refroidissement préliminaire avec éventuellement condensation au moins partielle par échange thermique avec un agent refroidisseur
de préférence d'origine externe; au moins une auto-
réfrigération avec liquéfaction totale puis sous-
refroidissement et ensuite détente pour échange de chaleur subséquent et vaporisation résultante concomitante à contre-courant avec lui-même avant sa détente et avec le fluide réfrigérant principal, et 6 ventuellement le gaz à liquéfier; la vapeur ainsi réchauffée étant recyclée et recomprimée, caractérisé en ce que la détente du fluide réfrigérant auxiliaire, avant vaporisation, s'effectue à au moins deux niveaux de pression, notamment à trois
niveaux de pression.
11 Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on sépare les phases vapeur et liquide du fluide
réfrigérant auxiliaire obtenues après détente.
12. Procédé selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant principal précité a la composition molaire suivante: azote N 2 O % à 2 % méthane CH 4 35 % à 55 % éthylène C 2 H 4 ou éthane C 2 H 6 28 % à 65 %
propylène C 3 H 6, propane C H 8 0 % à 15 %.
3 5 38
28 2545589
13. Procédé selon l'une des revendications
précédentes, caractérisé en ce que le fluide réfrigérant auxiliaire précité a la composition molaire suivante: éthylène C 2 H 4 ou éthane C 2 H 6 30 % à 70 % propylène C 3 H 6 ou propane C 3 H 8 70 % à 30 % 14. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé
selon au moins l'une des revendications précédentes, du
type comprenant au moins les circuits suivants: un circuit ouvert de gaz à liquéfier ( 1); un circuit fermé de fluide réfrigérant principal ( 2) en relation d'échange thermique avec ledit circuit de gaz ( 1) au moyen d'au moins un échangeur de chaleur cryogénique ( 4), et faisant partie d'une cascade
frigorifique incorporée d'au moins deux fluides réfrigé-
rants, respectivement principal et auxiliaire; un circuit fermé de fluide réfrigérant auxiliaire ( 3) en relation d'échange thermique avec ledit circuit de fluide réfrigérant principal ( 2), et éventuellement ledit circuit de gaz à liquéfier -( 1), au moyen d'au moins un échangeur de chaleur cryogénique ( 6) de prérefroidissement
et de liquéfaction au moins partielle dudit fluide réfri-
gérant principal, ledit circuit fermé de fluide réfrigérant principal ( 2) comprenant successivement: au moins un compresseur ( 18, 19, 22, 23); et éventuellement au moins un échangeur de chaleur ou refroidisseur ( 20, 24, 26), relié à une voie d'écoulement ( 27) du fluide réfrigérant principal traversant ledit échangeur cryogénique ( 6) du circuit de fluide réfrigérant auxiliaire ( 3), un séparateur ( 29) des phases vapeur et liquide ainsi obtenues, ledit échangeur de chaleur cryogénique ( 4) et un système de détente ( 34, 35, 42, 43) comprenant un organe de détente dans la voie d'écoulement de chaque fraction du fluide réfrigérant principal, relié audit compresseur, caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur cryogénique ( 4) dudit circuit de fluide réfrigérant principal ( 2) est un échangeur à plaques comportant des voies de passage différentes ( 15, 31, 36, 37, 39, 44, 45), pour chacun des fluides en présence lors de l'échange thermique, à savoir le gaz à liquéfier, les phases ou fractions liquide et vapeur du fluide réfrigérant principal par- tiellement condensé, ainsi que les fractions issues des
précédentes, détendues à différents niveaux de pression.
15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'emplacement de chaque élément du système-de détente précité par rapport à l'échangeur de chaleur cryogénique ( 4) précité du circuit de fluide réfrigérant principal ( 2) est modifiable pour chaque
fraction précitée du fluide réfrigérant principal.
16 Appareil selon la revendication 14 ou 15, caractérisé par un séparateur( 87)des phases vapeur et liquide, en aval de l'organe de détentè( 83)précité, dans la voie d'écoulement de la fraction vapeur du fluide
réfrigérant principal.
17 Appareil selon l'une des revendications 14
à 16, caractérisé par un échangeur de chaleur ( 5), en amont de l'échangeur de chaleur cryogénique ( 4) précité du circuit de fluide réfrigérant principal ( 2), traversé, notamment à contre-courant, d'une part par le fluide réfrigérant principal vaporisé après détente dans ledit échangeur de chaleur cryogénique ( 4) et, d'autre part, par
au moins une partie du gaz à liquéfier et/ou du fluide-
réfrigérant principal.
18 Appareil selon l'une des revendications 14
à 17, caractérisé en ce que le circuit de gaz à liquéfier ( 1) précité comprend une voie d'écoulement ( 7, 9, 11) vers et à travers l'échangeur de chaleur ( 4) précité du circuit de fluide réfrigérant principal ( 2), et comporte, en aval dudit échangeur, un organe de détente ( 17); une dérivation ( 12, 13, 14) de ladite voie traversant l'échangeur de
2545539
chaleur ( 6) précité du circuit de fluide réfrigérant auxiliaire ( 3) avant de rejoindre ladite voie ( 11) d'écoulement avant ledit échangeur de chaleur cryogénique
( 4) du circuit de fluide réfrigérant principal ( 2).
19 Appareil selon l'une des revendications 14
à 18, du type o le circuit de fluide réfrigérant auxiliaire précité comprend successivement: au moins un compresseur ( 48, 49, 51), au moins un échangeur-refroidisseur ( 50, 52, 53) à fluide réfrigérant de préférence d'origine externe; l'échangeur de chaleur cryogénique ( 6) précité étant
traversé par une voie d'écoulement ( 58) du fluide réfri-
gérant auxiliaire précité comportant au moins un organe de
détente et par au moins une voie d'écoulement, à contre-
courant, dudit fluide réfrigérant après détente, caractérisé en ce que ladite voie d'écoulement ( 58) du fluide réfrigérant auxiliaire dans ledit échangeur cryogénique ( 6) présente au moins deux dérivations, par exemple trois ( 59, 60, 61) comportant chacune un organe de détente ( 62, 63, 64), la partie de chaque dérivation en
aval dudit organe de détente traversant la partie corres-
pondante dudit échangeur cryogénique sensiblement
parallèlement à ladite voie d'écoulement, et à contre-
courant. 20. Appareil selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'un séparateur de phases vapeur et liquide ( 65, 66, 67) est prévu en aval de l'organe de détente ( 62, 63, 64) précité; la partie de la dérivation précitée,en aval dudit séparateur, étant divisée en une voie d'écoulement de la phase vapeur ( 74, 77; 75, 78; 76,79) et une voie d'écoulement de la phase liquide ( 68, 71; 69, 72;
, 73).
21. Appareil selon la revendication 20, caractérisé en ce que les voies d'écoulement précitées ( 68, 71; 69, 72; 70, 73) de la phase liquide traverse la partie correspondante de l'échangeur cryogénique précité ( 6) avant de rejoindre les voies d'écoulement( 74, 75,76) précitées
de la phase vapeur qui n'ont pas traversé ledit échangeur 6.
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