FR2682964A1 - Procede de deazotation d'un melange liquefie d'hydrocarbures consistant principalement en methane. - Google Patents

Procede de deazotation d'un melange liquefie d'hydrocarbures consistant principalement en methane. Download PDF

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Abstract

Procédé de déazotation d'une charge de GNL renfermant au moins 2% molaire d'azote. La charge de GNL (1) est réfrigérée par détente primaire dans une turbine (21), échange indirect de chaleur(2) et détente secondaire statique (3). La charge réfrigérée (4) est introduite dans une colonne (5) de déazotation pour y être fractionnée en une phase gazeuse (10) formée d'azote et de méthane, évacuée en tête de la colonne (5), et en un courant (11) de GNL déazoté, soutiré en fond de cette colonne. Une première fraction (6) et une deuxième fraction (8) de GNL sont prélevées dans la colonne (5), passent dans l'échangeur (2) pour réfrigérer la charge (1), puis sont réinjectées dans la colonne comme première (7) et deuxième (9) fractions de rebouillage. La fraction gazeuse (10), après récupération de ses frigories (13), est comprimée (15) pour former un courant (20) de gaz combustible. Ce procédé permet d'abaisser aisément la teneur en azote de la charge à moins de 0,5% molaire tout en limitant la quantité de gaz combustible produite et la teneur en azote de ce dernier.

Description

L'invention a trait à un procédé de déazotation d'une charge d'un mélange liquéfié d'hydrocarbures, désigné en abrégé par GNL, consistant principalement en méthane et renfermant également au moins 2% molaire d'azote, pour abaisser cette teneur en azote à moins de 1% molaire.
Les gaz qui sont fournis sous l'appellation de gaz naturels aux fins d'utilisation comme gaz combustibles ou comme composantes de gaz combustibles, sont des mélanges d'hydrocarbures consistant principalement en méthane et renfermant généralement de l'azote en quantité variable pouvant atteindre 10% molaire ou plus.
I1 est courant de liquéfier les gaz naturels sur leur site d'obtention pour produire des gaz naturels liquéfiés (GNL), cette liquéfaction permettant de réduire d'environ six cents fois le volume occupé par une quantité molaire donnée de mélange gazeux d'hydrocarbures, et de transporter ces gaz liquéfiés vers les lieux d'utilisation en réalisant ce transport dans des réservoirs thermiquement isolés de grandes dimensions se trouvant sous une pression égale ou légèrement supérieure à la pression atmosphérique.
Sur les lieux d'utilisation, les gaz liquéfiés sont soit vaporisés pour une utilisation immédiate comme gaz combustibles ou comme composantes de gaz combustibles ou bien sont stockés dans des réservoirs du même type que les réservoirs de transport en vue d'une utilisation ultérieure.
La présence d'azote en quantité significative, par exemple supérieure à 1% molaire, dans le gaz naturel liquéfié est néfaste car elle augmente le coût de transport d'une quantité donnée d'hydrocarbures et de plus elle réduit le pouvoir calorifique du gaz combustible produit par vaporisation d'un volume donné de gaz naturel liquéfié et il est de pratique courante de soumettre le gaz naturel liquéfié avant son transport ou avant sa vaporisation à une déazotation en vue d'abaisser sa teneur en azote à une valeur acceptable, généralement inférieure à 1% molaire et de préférence inférieure à 0,5% molaire.
L'article de J-P. G. Jacks et J.C. McMillan intitulé "Economic removal of nitrogen from LNG" et publié dans la revue HYDROCARBON PROCESSING, Decembre 1977, pages 133 à 136, décrit entre autres un procédé de déazotation de gaz naturel liquéfié par stripage avec rebouillage dans une colonne de déazotation.Dans un tel procédé (cf.figure 3), on soumet une charge de GNL ayant une pression supérieure à la pression atmosphérique à une réfrigération par échange indirect de chaleur puis détente à une pression voisine de la pression atmosphérique, on introduit la charge de GNL réfrigérée dans une colonne de déazotation comportant une pluralité d'étages théoriques de fractionnement, on prélève une fraction de GNL en fond de la colonne de déazotation et utilise ladite fraction pour réaliser l'échange indirect de chaleur avec la charge de GNL à traiter, puis réinjecte cette fraction, après ledit échange de chaleur, dans la colonne de déazotation comme fraction de rebouillage, en réalisant cette injection en dessous du dernier plateau inférieur de la colonne de déazotation, on évacue en tête de la colonne de déazotation une fraction gazeuse riche en méthane et en azote et soutire en fond de ladite colonne un courant de GNL déazoté. La fraction gazeuse riche en méthane et en azote recueillie en tête de la colonne de déazotation est comprimée, après récupération des frigories qu'elle contient, pour former un courant de gaz combustible qui est utilisé sur le site incluant l'installation de déazotation.
Un inconvénient majeur du procédé de déazotation tel que précité réside dans le fait que la quantité de gaz combustible obtenue à partir de la fraction gazeuse riche en méthane et en azote recueillie en tête de la colonne de déazotation est très supérieure aux besoins du site, généralement site de liquéfaction du gaz naturel, sur lequel est présente l'unité de déazotation. Si l'on conduit la déazotation de manière à ce que la teneur en méthane du gaz combustible produit corresponde aux besoins de l'installation, la fraction gazeuse évacuée en tête de la colonne de déazotation et par conséquent le gaz combustible lui correspondant renferment une quantité importante d'azote, qui dans certains cas peut être supérieure à 50% molaire.Pour effectuer la combustion d'un tel gaz combustible, il est nécessaire de faire appel à une technologie de brûleur adaptée aux gaz combustibles à faible pouvoir calorifique, d'où il s'ensuit des problèmes technologiques lorsque l'on est obligé de remplacer ledit gaz combustible par un gaz naturel à fort pouvoir calorifique.
L'invention a pour objet un perfectionnement au procédé précité de déazotation d'un GNL, qui permet d'abaisser aisément la teneur du GNL en azote à moins de 1% molaire et plus particulièrement à moins de 0,5% molaire, tout en limitant la quantité de gaz combustible produite et la teneur en azote de ce gaz combustible, ce qui remédie aux inconvénients mentionnés ci-dessus.
Le procédé selon l'invention pour la déazotation d'une charge d'un mélange liquéfié d'hydrocarbures (GNL) consistant principalement en méthane et renfermant au moins 2% molaire d'azote, pour abaisser cette teneur en azote à moins de 1% molaire, est du type dans lequel on soumet la charge de GNL à traiter, amenée sous une pression supérieure à 0,5 MPa, à une réfrigération par échange indirect de chaleur et détente à une pression comprise entre 0,1 MPa et 0,3 MPa, on introduit la charge de GNL réfrigérée dans une colonne de déazotation comportant une pluralité d'étages théoriques de fractionnement, on prélève une première fraction de GNL dans la colonne de déazotation à un niveau situé en-dessous du niveau d'introduction de la charge de
GNL réfrigérée et utilise ladite première fraction pour réaliser l'échange indirect de chaleur avec la charge de GNL à traiter, puis réinjecte cette première fraction, après ledit échange de chaleur, dans la colonne de déazotation comme première fraction de rebouillage, en réalisant cette injection à un niveau situé en-dessous du niveau de prélèvement de la première fraction, on évacue en tête de la colonne de déazotation une fraction gazeuse riche en méthane et en azote et soutire en fond de ladite colonne un courant de GNL déazoté, et il se caractérise en ce que l'on prélève une deuxième fraction de GNL dans la colonne de déazotation à un niveau de cette colonne situé entre le niveau d'introduction de la charge de GNL réfrigérée et le niveau de prélèvement de la première fraction de GNL, on amène cette deuxième fraction de GNL en échange indirect de chaleur avec la charge de GNL ayant déjà subi l'échange indirect de chaleur avec la première fraction de GNL et l'on réinjecte cette deuxième fraction de GNL, après l'échange de chaleur, dans la colonne de déazotation comme deuxième fraction de rebouillage, en réalisant cette injection à un niveau situé entre les niveaux de prélèvement desdites première et deuxième fractions de GNL.
De préférence, les niveaux de prélèvement de la première fraction de GNL et de réinjection de la deuxième fraction de GNL dans la colonne de déazotation sont séparés par au moins deux étages théoriques de fractionnement.
Avantageusement, la détente de la charge de GNL à traiter comporte une détente primaire, réalisée de façon dynamique dans une turbine en amont ou en aval, de préférence en amont, des échanges indirects de chaleur entre la charge de GNL et les première et deuxième fractions de
GNL prélevées dans la colonne de déazotation, et une détente secondaire effectuée de manière statique après lesdits échanges indirects de chaleur et la détente dynamique. De préférence, la détente primaire dynamique de la charge de
GNL est réalisée jusqu'à une pression telle qu'il n'y ait pas vaporisation de GNL dans la turbine de détente.
Dans une forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention pour lequel la détente de la charge de GNL à traiter comporte une détente primaire dynamique et une détente secondaire statique, on soumet tout d'abord la charge de GNL à déazoter à la détente primaire dynamique, puis on divise la charge de GNL détendue dynamiquement en un courant majoritaire, que l'on soumet à l'échange indirect de chaleur avec les première et deuxième fractions de GNL prélevées dans la colonne de déazotation, puis à la détente secondaire statique, et en un courant minoritaire, que l'on refroidit par échange indirect de chaleur avec la fraction gazeuse riche en méthane et en azote évacuée en tête de la colonne de déazotation et que l'on détend ensuite statiquement, et l'on réunit les courants majoritaire et minoritaire refroidis et détendus statiquement pour constituer la charge réfrigérée de GNL que l'on introduit dans la colonne de déazotation.
La fraction gazeuse riche en méthane et en azote, que l'on évacue en tête de la colonne de déazotation, est débarrassée de ses frigories par échange indirect de chaleur avec des fluides plus chauds, puis elle est comprimée à la pression appropriée pour former un courant de gaz combustible utilisé sur le site incluant l'installation de déazotation, ladite compression étant généralement réalisée en plusieurs stades.
Selon une forme avantageuse de mise en oeuvre, on dérive une fraction du courant de gaz combustible, on transforme ladite fraction en une fraction de gaz partiellement liquéfié ayant une température inférieure à celle de la charge de GNL réfrigérée introduite dans la colonne de déazotation et une pression correspondant sensiblement à celle régnant en tête de la colonne de déazotation, en opérant par compression, échange indirect de chaleur avec la fraction gazeuse riche en méthane et en azote évacuée en tête de la colonne de déazotation, puis détente statique, et l'on injecte la fraction de gaz partiellement liquéfié ainsi produite dans la colonne de déazotation, comme fluide de reflux, à un niveau situé entre le niveau d'introduction de la charge de GNL réfrigérée et le niveau d'évacuation de la fraction gazeuse riche en méthane et en azote.Cette manière d'opérer améliore le fractionnement dans la colonne de déazotation et réduit la quantité de méthane passant dans la fraction gazeuse évacuée en tête de la colonne de déazotation.
Dans une variante de la forme de mise en oeuvre cidessus, qui permet de produire un gaz consistant presque exclusivement en azote à partir de la fraction de gaz liquéfié, destinée à constituer le fluide de reflux de la colonne de déazotation et formée à partir de la fraction dérivée du courant de gaz combustible, on divise la fraction de gaz liquéfié issue de l'étape d'échange indirect de chaleur en un premier flux et un second flux de gaz liquéfié, on soumet le premier flux de gaz liquéfié à une détente statique pour former un flux détendu ayant une pression correspondant sensiblement à la pression régnant en tête de la colonne de déazotation, on soumet le second flux de gaz liquéfié à une détente suivie d'un fractionnement, dans une colonne de distillation, de manière à produire, en tête de cette colonne, un courant gazeux consistant presque exclusivement en azote et à soutirer, en fond de ladite colonne, un courant liquide composé de méthane et d'azote, on soumet ledit courant liquide à une détente statique pour former un courant biphasique détendu ayant une pression correspondant sensiblement à celle du flux détendu et l'on réunit le flux et le courant biphasique détendus pour former le fluide de reflux injecté dans la colonne de déazotation.
Avantageusement, dans cette variante, le courant biphasique détendu, avant d'être réuni au flux détendu, passe en échange de chaleur indirect avec le contenu de la colonne de distillation à un niveau de cette colonne situé entre le niveau d'évacuation du courant gazeux consistant presque exclusivement en azote et le niveau d'introduction du second flux de gaz liquéfié.
Lorsque la détente de la charge de GNL à déazoter comporte une détente primaire dynamique dans une turbine et une détente secondaire statique, on peut utiliser le travail généré par ladite turbine de détente pour effectuer une partie de la compression multiétagée, qui est réalisée sur la fraction gazeuse riche en méthane et en azote évacuée en tête de la colonne de déazotation, après récupération des frigories contenues dans ladite fraction, et conduit à la production du courant de gaz combustible. De préférence, le travail généré par la turbine de détente dynamique est utilisé pour effectuer le stade final de ladite compression multiétagée.
Toujours dans le cas où la détente de la charge de
GNL à déazoter comporte une détente primaire dynamique et une détente secondaire statique, on peut soumettre la charge de GNL à une détente intermédiaire entre lesdites détentes primaire et secondaire pour séparer de ladite charge une phase gazeuse riche en méthane et en azote et injecter ladite phase gazeuse, après récupération de ses frigories, dans un étage intermédiaire de la compression multiétagée conduisant à la production du courant de gaz combustible.
D'autres caractéristiques et avantages ressortiront mieux à la lecture de la description donnée ci-après de plusieurs formes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention se référant aux figures 1 à 5 du dessin annexé schématisant des installations pour effectuer lesdites mises en oeuvre.
Sur ces différentes figures, un même élément porte toujours le même signe de référence.
En se référant à la figure 1, une charge d'un GNL à déazoter, arrivant par un conduit 1, est amenée à traverser un échangeur indirect de chaleur 2 pour y subir une première réfrigération, puis est détendue statiquement à travers une vanne 3 pour amener sa pression à une valeur comprise entre 0,1 MPa et 0,3 MPa et poursuivre sa réfrigération. La charge de GNL réfrigérée et détendue est introduite, par un conduit 4, dans une colonne 5 de déazotation, qui consiste en une colonne de fractionnement comportant une pluralité d'étages théoriques de fractionnement, ladite colonne 5 étant, par exemple, une colonne à plateaux ou bien une colonne à garnissage. Par un conduit 6, disposé à un niveau situé endessous du niveau d'introduction de la charge de GNL réfrigérée et détendue, on prélève une première fraction de
GNL dans la colonne 5 de déazotation et soumet ladite fraction, dans l'échangeur de chaleur 2, à un échange indirect de chaleur à contre-courant avec la charge de GNL traversant ledit échangeur, pour refroidir cette charge au moyen des frigories de la première fraction de GNL, puis on réinjecte cette première fraction, après ledit échange de chaleur, dans la colonne 5, par un conduit 7, comme première fraction de rebouillage, en réalisant cette injection à un niveau situé en-dessous du niveau de prélèvement de la première fraction de GNL par le conduit 6.On prélève également, par un conduit 8, une deuxième fraction de GNL dans la colonne 5, à un niveau situé entre le niveau d'introduction de la charge de GNL réfrigérée et détendue et le niveau de prélèvement de la première fraction de GNL, et soumet ladite deuxième fraction, dans l'échangeur de chaleur 2, à un échange indirect de chaleur à contre-courant avec la charge de GNL ayant déjà subi l'échange indirect de chaleur avec la première fraction de GNL pour poursuivre la réfrigération de ladite charge, puis on réinjecte cette deuxième fraction de GNL, après l'échange de chaleur, dans la colonne 5, par un conduit 9, comme deuxième fraction de rebouillage, en réalisant cette injection à un niveau situé entre les niveaux de prélèvement desdites première et deuxième fractions.Avantageusement, les niveaux de prélèvement de la première fraction de GNL et de réinjection de la deuxième fraction de GNL dans la colonne 5 de déazotation sont séparés par au moins deux étages théoriques de fractionnement, c'est-à-dire par au moins deux plateaux dans le cas d'une colonne 5 du type à plateaux ou par au moins une hauteur de garnissage correspondant à deux plateaux théoriques dans le cas d'une colonne 5 du type à garnissage. En tête de la colonne 5, on évacue, par un conduit 10, une fraction gazeuse riche en méthane et en azote et ayant sensiblement la température de la charge de
GNL introduite dans la colonne 5 par le conduit 4, et l'on soutire en fond de colonne 5, par un conduit 11 sur lequel est montée une pompe 12, un courant de GNL déazoté apte au stockage ou au transport.La fraction gazeuse évacuée en tête de la colonne 5, par le conduit 10, est amenée à passer, dans un échangeur de chaleur 13, en échange indirect de chaleur avec un ou plusieurs fluides à température plus élevée 14 de manière à leur céder ses frigories, puis est introduite, à l'issue de l'échange de chaleur, dans le premier compresseur 16 d'un ensemble compresseur multiétagé 15 comportant un premier compresseur 16 associé à un premier réfrigérant 17 et un deuxième compresseur 18 associé à un deuxième réfrigérant 19, ledit ensemble compresseur fournissant un courant 20 de gaz combustible comprimé à la pression requise pour son utilisation.
La forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, qui fait appel à l'installation schématisée sur la figure 2, ne diffère de la forme de mise en oeuvre faisant appel à l'installation de la figure 1 que par la manière de réaliser la détente de la charge de GNL. Plus précisément, la charge de GNL à déazoter, arrivant par le conduit 1, subit une détente primaire dynamique dans une turbine 21 jusqu'à une pression intermédiaire comprise entre la pression de la charge de GNL dans le conduit 1 et la pression comprise entre 0,1 MPa et 0,3 MPa, ladite pression intermédiaire étant de préférence telle qu'il n'y ait pas vaporisation de GNL dans la turbine de détente.Cette détente primaire dynamique fournit un courant semi-détendu 22 de GNL, qui passe ensuite dans l'échangeur indirect de chaleur 2 pour y être réfrigéré, puis subit une détente secondaire statique en traversant la vanne 3 pour amener sa pression à la valeur comprise entre 0,1 MPa et 0,3 MPa et poursuivre sa réfrigération. A la sortie de la vanne 3, on obtient une charge de GNL réfrigérée et détendue que l'on traite comme décrit en se référant à la figure 1.
En se référant à la figure 3, qui schématise une installation renfermant tous les éléments des installations schématisées sur les figures 1 et 2 et d'autres éléments, la charge de GNL à déazoter arrivant par un conduit 1 subit une détente primaire dynamique dans une turbine 21 jusqu'à une pression intermédiaire comprise entre la pression de la charge de GNL dans le conduit 1 et la pression comprise entre 0,1 MPa et 0,3 MPa, ladite pression intermédiaire étant de préférence telle qu'il n'y ait pas vaporisation de
GNL dans la turbine de détente.Cette détente primaire dynamique fournit un courant semi-détendu de GNL 22, que l'on divise en un courant majoritaire 23, que l'on soumet à l'échange indirect de chaleur dans l'échangeur indirect de chaleur 2 pour y être réfrigéré, puis à la détente secondaire statique par passage à travers la vanne 3 pour amener sa pression à la valeur comprise entre 0,1 MPa et 0,3 MPa et poursuivre sa réfrigération, et en un courant minoritaire 24, qui est amené à passer, dans l'échangeur indirect de chaleur 13, en échange indirect de chaleur à contre-courant avec la fraction gazeuse riche en méthane et en azote évacuée en tête de la colonne 5 de déazotation, par le conduit 10, pour abaisser sa température et que l'on détend ensuite statiquement, par passage à travers une vanne 25, pour amener sa pression à une valeur voisine de ladite valeur comprise entre 0,1 MPa et 0,3 MPa. Les courants majoritaire 23D et minoritaire 24D de GNL réfrigérés et détendus, issus respectivement des vannes 3 et 25, sont réunis pour former la charge de GNL réfrigérée et détendue que l'on introduit, par le conduit 4, dans la colonne 5 de déazotation. Les opérations réalisées dans la colonne 5 de déazotation et les échangeurs indirect de chaleur 2 et 13 comportent celles décrites pour les éléments correspondants des installations des figures 1 et 2. En plus des compresseurs 16 et 18 et des réfrigérants associés 17 et 19, l'ensemble compresseur 15 comporte un compresseur final 26 et un réfrigérant 27 associé, ce dernier compresseur étant entraîné par la turbine de détente 21.La fraction gazeuse 10, ayant traversé l'échangeur de chaleur 13, est amenée à l'ensemble compresseur 15, dans lequel ladite fraction est comprimée en trois étages, tout d'abord dans le compresseur 16, puis dans le compresseur 18 et enfin dans le compresseur final 26, pour obtenir en sortie du compresseur 26 un courant 20 de gaz combustible comprimé à la pression requise pour son utilisation.
On dérive une fraction 28 du courant de gaz combustible 20 et soumet ladite fraction à un traitement comportant une compression dans un compresseur 29, puis un refroidissement dans un réfrigérant 30 associé au compresseur 29 suivi d'une réfrigération par échange indirect de chaleur à contre-courant, dans un échangeur indirect de chaleur 31, placé entre l'échangeur indirect de chaleur 13 et l'ensemble compresseur 15, et ensuite dans ledit échangeur de chaleur 13, avec la fraction gazeuse à basse température et riche en méthane et en azote évacuée en tête de la colonne 5 de déazotation, par le conduit 10, et enfin une détente statique à travers une vanne 32, pour produire une fraction de gaz partiellement liquéfié ayant une température inférieure à celle de la charge de GNL réfrigérée introduite dans ladite colonne 5 et une pression correspondant sensiblement à celle régnant en tête de cette colonne, laquelle fraction de gaz partiellement liquéfié est injectée dans la colonne 5, par un conduit 33, comme fluide de reflux à un niveau situé entre le niveau d'introduction de la charge de GNL réfrigérée par le conduit 4 et le niveau d'évacuation, par le conduit 10, de la fraction gazeuse à basse température riche en azote et en méthane.
La forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, qui fait appel à l'installation schématisée sur la figure 4, diffère seulement de la forme de mise en oeuvre du procédé utilisant l'installation schématisée sur la figure 3 par un traitement complémentaire de la fraction de gaz liquéfié destinée à former le fluide de reflux de la colonne de déazotation en vue de produire un fluide de reflux appauvri en azote et un courant gazeux consistant presque exclusivement en azote. L'installation de la figure 4 renferme donc tous les éléments de l'installation de la figure 3 et des éléments propres audit traitement complémentaire. En se référant à la figure 4, la charge de
GNL à déazoter, arrivant par un conduit 1, est soumise à un traitement comparable à celui décrit pour la forme de mise en oeuvre utilisant l'installation de la figure 3.Pour le traitement complémentaire précité, la fraction de gaz liquéfié 28R issue de l'échange indirect de chaleur, réalisé successivement dans les échangeurs indirects de chaleur 31 et 13, est divisée en un premier flux 34 et un second flux 35 de gaz liquéfié. On soumet le premier flux 34 de gaz liquéfié à une détente statique par passage à travers la vanne 32 pour former un flux détendu ayant une pression correspondant sensiblement à la pression régnant en tête de la colonne 5 de déazotation. On soumet le second flux 35 de gaz liquéfié, après détente statique par passage à travers une vanne 36, à un fractionnement dans une colonne de distillation 37, de manière à produire, en tête de cette colonne, un courant gazeux 41 formé presque exclusivement d'azote et à soutirer, en fond de ladite colonne 37, un courant liquide 38 composé de méthane et d'azote.Le courant liquide 38 est soumis à une détente statique, par passage à travers une vanne 39, pour amener sa pression à une valeur correspondant sensiblement à celle du flux détendu issu de la vanne 32, puis le courant 40 biphasique détendu obtenu passe dans la partie supérieure de la colonne de distillation 37 en échange indirect de chaleur avec le contenu de cette colonne, à un niveau situé entre le niveau d'évacuation du courant gazeux 41 et le niveau d'introduction du second flux 35 de gaz liquéfié, pour refroidir davantage ledit contenu, après quoi ledit courant biphasique détendu est réuni au flux détendu issu de la vanne 32 pour former la fraction de gaz partiellement liquéfié injectée dans la colonne 5 de déazotation, par le conduit 33, comme fluide de reflux.Le courant gazeux 41 constitué presque exclusivement d'azote évacué en tête de la colonne de distillation 37 possède une température comprise entre la température du fluide de reflux injecté, par le conduit 33, dans la colonne de déazotation 5 et la température de la charge de GNL réfrigérée introduite, par le conduit 4, dans ladite colonne 5. Ce courant gazeux 41 est amené à passer successivement dans les échangeurs indirects de chaleur 13 et 31 pour céder ses frigories aux fluides plus chauds, entre autres fraction 28 dérivée du gaz combustible 20 et courant minoritaire 24 de la charge de GNL semi-détendue, par échange indirect de chaleur à contrecourant, avant d'être dirigé vers ses utilisations.
La forme de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, qui fait appel à l'installation schématisée sur la figure 5, diffère seulement de la forme de mise en oeuvre du procédé utilisant l'installation schématisée sur la figure 4 par la réalisation d'une détente additionnelle du courant majoritaire 23 de la charge de GNL semi-détendue avant la phase d'échange indirect de chaleur dans l'échangeur indirect de chaleur 2, pour séparer dudit courant 23 une phase gazeuse riche en méthane et en azote et réduire la quantité de fraction gazeuse 10 amenée à l'entrée de l'ensemble compresseur multiétagé 15, ladite phase gazeuse étant réinjectée dans la fraction gazeuse 10 dans un étage intermédiaire de la compression de cette fraction gazeuse dans l'ensemble compresseur 15.En se référant à la figure 5, qui renferme tous les élements de la figure 4 et d'autres éléments, la charge de GNL à déazoter, arrivant par un conduit 1, est soumise à une détente primaire dynamique dans la turbine 21 pour former le courant semi-détendu 22 de
GNL, qui est divise en le courant minoritaire 24, traite comme indique dans les mises en oeuvre se référant aux figures 3 et 4, et le courant majoritaire 23. Ce courant majoritaire de GNL semi-détendu est soumis à une détente statique additionnelle, à une pression restant supérieure à la pression comprise entre 0,1 MPa et 0,3 MPa en aval de la vanne 3, par passage à travers une vanne 42 et un ballon séparateur 43. En tête dudit séparateur 43 on évacue une phase gazeuse 45 riche en méthane et en azote et en fond de ce séparateur on soutire un courant 44 de GNL.Ce courant 44 de GNL est ensuite soumis au traitement comportant les opérations décrites pour le traitement du courant majoritaire 23 de GNL dans la mise en oeuvre du procédé faisant appel à l'installation de la figure 4 et aboutissant au courant 11 de GNL déazoté, au courant 20 de gaz combustible et au courant 41 d'azote. La phase gazeuse 45 riche en méthane et en azote est amenée à passer successivement dans les échangeurs indirects de chaleur 13 et 31 pour céder ses frigories aux fluides plus chauds, entre autres fraction 28 dérivée du courant de gaz combustible 20 et courant minoritaire 24 de la charge de GNL semi-détendue, par échange indirect de chaleur à contrecourant, puis elle est envoyée à l'aspiration d'un compresseur 46, qui est alimenté également par le compresseur 16 de l'ensemble compresseur 15 multiétagé et dont le refoulement est connecté en série, à travers le réfrigérant 17, à l'aspiration du compresseur 18 de l'ensemble compresseur 15.
Pour completer la description qui précède, on donne ci-après, à titre non limitatif cinq exemples de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, chaque mise en oeuvre faisant appel à une installation différente choisie parmi celles schématisées sur les figures 1 à 5 du dessin annexé.
EXEMPLE 1
En faisant appel à une installation analogue à celle schématisée sur la figure 1 du dessin annexé et fonctionnant comme décrit précédemment, on traitait un GNL (gaz naturel liquéfié) ayant la composition molaire suivante
Méthane : 88 %
éthane 5,2 %
Propane : 1,7 % Iso-butane 0,3
. n-butane : 0,4 %
Iso-pentane 0,1 %
. Azote : 4,3 %
La charge de GNL à traiter, arrivant par le conduit 1 avec un débit de 20 000 kmoles/h, une pression de 5,7 MPa et une température de -150 C, subissait une première réfrigération à -161 C par passage dans l'échangeur indirect de chaleur 2, puis était détendue à travers la vanne 3 pour former une charge de GNL réfrigérée et détendue ayant une température de -165 C et une pression de 120 kPa, laquelle charge était introduite sur le plateau supérieur de la colonne 5 de déazotation comportant onze plateaux numérotés de manière croissante vers le bas. Au niveau du dixième plateau, on prélevait une première fraction de GNL dans la colonne 5, par le conduit 6, ladite fraction ayant une température de -159,5 C et un débit de 18 850 kmoles/h, puis faisait passer ladite fraction dans l'échangeur indirect de chaleur 2 et retournait ensuite cette fraction dans la colonne 5, par le conduit 7, comme première fraction de rebouillage à un niveau situé sous le plateau inférieur de ladite colonne.Au niveau du quatrième plateau, on prélevait une deuxième fraction de GNL dans la colonne 5, par le conduit 8, ladite fraction ayant une température de -163 C et un débit de 19 120 kmoles/h, puis faisait passer ladite fraction dans l'échangeur indirect de chaleur 2 et retournait ensuite cette fraction dans la colonne 5, par le conduit 9, comme deuxième fraction de rebouillage à un niveau situé entre les quatrième et cinquième plateaux. En fond de la colonne 5, par le conduit 11, on soutirait, avec un débit de 18 046 kmoles/h, un courant de GNL déazoté ayant une température de -158,5 C et une teneur molaire en azote égale à 0,2%.En tête de la colonne 5, par le conduit 10, on évacuait, avec un débit de 1953 kmoles/h, une fraction gazeuse ayant une température de -165 C et une pression de 120 kPa, ladite fraction renfermant, en pourcentage molaire, 42,2% d'azote et 57,8% de méthane, les hydrocarbures supérieurs représentant moins de 50 p.p.m. molaires. La fraction gazeuse 10 passait dans l'échangeur de chaleur 13 où sa température était amenée à -45 C par échange indirect de chaleur à contre-courant avec un fluide ayant une température de -25C, puis elle était amenée à l'aspiration du premier compresseur 16 de l'ensemble compresseur 15 pour être comprimée dans ledit ensemble.Cet ensemble compresseur multiétagé fournissait 1953 kmoles/h d'un courant 20 de gaz combustible comprimé, qui après refroidissement dans le réfrigérant 19, avait une température de 40"C et une pression de 2,5 MPa.
EXEMPLE 2
En faisant appel à une installation analogue à celle schématisée sur la figure 2 du dessin annexé et fonctionnant comme décrit précédemment, on traitait un GNL ayant les mêmes composition, pression et débit que le GNL de l'exemple 1.
La charge de GNL, arrivant par le conduit 1 avec une température de -149,3 C, subissait une détente primaire dynamique dans la turbine 21 pour fournir un courant semidétendu de GNL 22 ayant une température de -150 C et une pression de 450 kPa. Le courant 22 de GNL semi-détendu subissait une première réfrigération à -162 C par passage dans l'échangeur indirect de chaleur 2, puis subissait une détente secondaire à travers la vanne 3 pour former une charge de GNL réfrigérée et détendue ayant une température de -166 C et une pression de 120 kPa, laquelle charge était introduite sur le plateau de tête de la colonne 5 de déazotation comportant onze plateaux numérotés de manière croissante vers le bas.Au niveau du dixième plateau, on prélevait une première fraction de GNL dans la colonne 5, par le conduit 6, ladite fraction ayant une température de -159,5 C et un débit de 19265 kmoles/h, puis faisait passer ladite fraction dans l'échangeur indirect de chaleur 2 et retournait ensuite cette fraction dans la colonne 5, par le conduit 7, comme première fraction de rebouillage à un niveau situé sous le plateau inférieur de ladite colonne.Au niveau du quatrième plateau, on prélevait une deuxième fraction de GNL dans la colonne 5, par le conduit 8, ladite fraction ayant une température de -164 C et un débit de 19425 kmoles/h, puis faisait passer ladite fraction dans l'échangeur indirect de chaleur 2 et retournait ensuite cette fraction dans la colonne 5, par le conduit 9, comme deuxième fraction de rebouillage à un niveau situé entre les quatrième et cinquième plateaux. En fond de la colonne 5, par le conduit 11, on soutirait, avec un débit de 18290 kmoles/h, un courant de GNL déazoté ayant une température de -158,5 C et une teneur molaire en azote égale à 0,2%.En tête de la colonne 5, par le conduit 10, on évacuait, avec un débit de 1713 kmoles/h, une fraction gazeuse ayant une température de -166 C et une pression de 120 kPa, ladite fraction renfermant, en pourcentage molaire, 48,1% d'azote et 51,9% de méthane, les hydrocarbures supérieurs représentant moins de 40 p.p.m. molaires. La fraction gazeuse 10 passait dans l'échangeur de chaleur 13 où sa température était amenée à -46 C par échange indirect de chaleur à contre-courant avec un fluide amené à une température de -25 C, puis elle était envoyée à l'aspiration du premier compresseur 16 de l'ensemble compresseur 15 pour être comprimée dans ledit ensemble. Cet ensemble compresseur multiétagé fournissait 1713 kmoles/h d'un courant 20 de gaz combustible comprimé, qui après refroidissement dans le réfrigérant 19, avait une température de 40"C et une pression de 2,5 MPa.
EXEMPLE 3
En faisant appel à une installation analogue à celle schématisée sur la figure 3 du dessin annexé et fonctionnant comme décrit précédemment, on traitait un GNL ayant les mêmes composition, pression et débit que le GNL de l'exemple 1.
La charge de GNL, arrivant par le conduit 1 avec une température de -148,2"C, subissait une détente primaire dynamique dans la turbine 21 pour fournir un courant semidétendu de GNL 22 ayant une température de -149 C et une pression de 450 kPa. Le courant 22 était divisé en un courant majoritaire 23 et un courant minoritaire 24 ayant des débits égaux respectivement à 19100 kmoles/h et 900 kmoles/h. Le courant majoritaire 23 subissait une première réfrigération à -162 C par passage dans l'échangeur de chaleur 2, puis subissait une détente secondaire à travers la vanne 3 pour fournir un courant majoritaire 23D de GNL réfrigéré et détendu ayant une température de -166 C et une pression de 120 kPa.Le courant minoritaire 24 était réfrigéré à -164 C par passage dans l'échangeur indirect de chaleur 13, puis subissait une détente à travers la vanne 25 pour produire un courant minoritaire 24D de GNL détendu et réfrigéré ayant une température de -167 C et une pression de 120 kPa. Les courants majoritaire 23D et minoritaire 24D de
GNL réfrigérés et détendus étaient réunis pour former la charge de GNL introduite, par le conduit 4, sur le plateau de tête de la colonne 5 de déazotation comportant onze plateaux numérotés de manière croissante vers le bas. Dans la colonne 5, on prélevait les première et deuxième fractions de GNL, les dirigeait vers l'échangeur indirect de chaleur 2, puis les retournait à la colonne 5 comme fractions de rebouillage comme indiqué dans l'exemple 2.La première fraction de GNL, passant dans le conduit 6, avait une température de -159,5 C et un débit de 19600 kmoles/h et la deuxième fraction de GNL, passant dans le conduit 8, possédait une température de -165 C et un débit de 19700 kmoles/h. En fond de la colonne 5, par le conduit 11, on soutirait, avec un débit de 18520 kmoles/h, un courant de
GNL déazoté ayant une température de -158,5 C et une teneur molaire en azote égale à 0,2%. En tête de la colonne 5, par le conduit 10, on évacuait, avec un débit de 1976 kmoles/h, une fraction gazeuse ayant une température de -169 C et une pression de 120 kPa, ladite fraction renfermant, en pourcentage molaire, 55,8% d'azote et 44,2% de méthane.La température de la fraction gazeuse 10 était amenée à -45 C puis à -25 C par passage successivement dans les échangeurs indirects de chaleur 13 et 31, puis ladite fraction gazeuse était envoyée à l'aspiration du premier compresseur 16 de l'ensemble compresseur 15 pour être comprimée en trois étages, tout d'abord dans les compresseurs 16 puis 18 et enfin dans un compresseur final 26, ce dernier compresseur étant entraîné par la turbine de détente 21. A la sortie du compresseur 26, on obtenait 1976 kmoles/h d'un courant 20 de gaz combustible comprimé, qui après refroidissement dans le réfrigérant 27, avait une température de 40"C et une pression de 2,5 MPa. Une fraction 28, représentant 500 kmo les/h, était prélevée sur le courant 20 de gaz combustible comprimé.Ladite fraction était comprimée jusqu'à une pression de 5,5 MPa dans le compresseur 29, puis réfrigérée à -148 C par passage successivement dans le réfrigérant 30, l'échangeur de chaleur 31 et l'échangeur de chaleur 13, et enfin détendue par passage dans la vanne 32, pour produire une fraction de gaz partiellement liquéfié ayant une température de -186 C et une pression de 120 kPa, laquelle fraction de gaz partiellement liquéfié était injectée dans la colonne 5 de déazotation, par le conduit 33, comme fluide de reflux à un niveau de cette colonne situé entre le plateau de tête et le niveau de départ du conduit 10.
EXEMPLE 4
En faisant appel à une installation analogue à celle schématisée sur la figure 4 du dessin annexé et fonctionnant comme décrit précédemment, on traitait un GNL ayant les mêmes composition, pression et débit que le GNL de l'exemple
La charge de GNL, arrivant par le conduit 1 avec une température de -148,2"C, subissait une détente primaire dynamique dans la turbine 21 pour fournir un courant semidétendu de GNL 22 ayant une température de -149 C et une pression de 450 kPa. Le courant 22 était divisé en un courant majoritaire 23 et un courant minoritaire 24 ayant des débits égaux respectivement à 19100 kmoles/h et 900 kmoles/h.Le courant majoritaire 23 subissait une première réfrigération à -162 C par passage dans l'échangeur de chaleur 2, puis subissait une détente secondaire à travers la vanne 3 pour fournir un courant majoritaire 23D de GNL réfrigéré et détendu ayant une température de -166 C et une pression de 120 kPa. Le courant minoritaire 24 était réfrigéré à -164 C par passage dans l'échangeur de chaleur 13, puis subissait une détente à travers la vanne 25 pour produire un courant minoritaire 24D de GNL détendu et réfrigéré ayant une température de -167 C et une pression de 120 kPa.Les courants majoritaire 23D et minoritaire 24D de
GNL réfrigérés et détendus étaient réunis pour former la charge de GNL introduite, par le conduit 4, sur le troisième plateau de la colonne de déazotation comportant onze plateaux numérotés de manière croissante vers le bas. Dans la colonne 5, on prélevait les première et deuxième fractions de GNL, les dirigeait vers l'échangeur indirect de chaleur 2, puis les retournait à la colonne 5 comme fractions de rebouillage comme indiqué dans l'exemple 3. La première fraction de GNL, passant dans le conduit 6, avait une température de -159,5 C et un débit de 19610 kmoles/h et la deuxième fraction de GNL, passant dans le conduit 8, possédait une température de -165 C et un débit de 19710 kmoles/h. A un niveau de la colonne 5 situé entre le plateau de tête et le niveau de départ du conduit 10, on injectait, par le conduit 33, comme fluide de reflux une fraction de gaz partiellement liquéfié ayant une température de -184,5 C et une pression de 120 kPa. En fond de la colonne 5, par le conduit 11, on soutirait, avec un débit de 18530 kmoles/h, un courant de GNL déazoté ayant une température de -158,5 C et une teneur molaire en azote égale à 0,2%.
En tête de la colonne 5, par le conduit 10, on évacuait, avec un débit de 1875 kmoles/h, une fraction gazeuse ayant une température de -168 C et une pression de 120 kPa, ladite fraction renfermant, en pourcentage molaire, 52,9% d'azote et 47,1% de méthane. La température de la fraction gazeuse 10 était amenée à -45 C puis à -28 C par passage successivement dans les échangeurs indirects de chaleur 13 et 31, puis ladite fraction était comprimée en trois étages comme décrit dans l'exemple 3. A la sortie du compresseur 26, on obtenait 1875 kmoles/h d'un courant 20 de gaz combustible comprimé, qui après refroidissement dans le réfrigérant 27, avait une température de 40"C et une pression de 2,5 MPa.Une fraction 28, représentant 500 kmoles/h, était prélevée sur le courant 20 de gaz combustible comprime. Ladite fraction était comprimée jusqu'à une pression de 5,5 MPa dans le compresseur 29, puis réfrigérée par passage successivement dans le réfrigérant 30, l'échangeur de chaleur 31 et l'échangeur de chaleur 13 pour fournir une fraction de gaz liquéfié 28R ayant une température de -148 C et une pression de 5,4 MPa, laquelle fraction 28R était divisée en un premier flux 34 et un second flux 35 de gaz liquéfié, lesdits flux ayant respectivement des débits égaux à 1 kmole/h et 499 kmoles/h.
On soumettait le premier flux 34 de gaz liquéfié à une détente à travers la vanne 32 pour former un flux détendu 34D ayant une température de -185 C et une pression de 120 kPa. On soumettait le second flux 35 de gaz liquéfié à une détente à travers la vanne 36, pour fournir un second flux 35D détendu ayant une température de -165 C et une pression de 710 kPa et soumettait le flux 35D à un fractionnement dans la colonne de distillation 37 comportant onze plateaux.
En fond de la colonne 37, on soutirait 403 kmoles/h d'un courant liquide 38 constitué, en pourcentage molaire, de 41,7% d'azote et de 58,3% de méthane. Ledit courant 38 était soumis à une détente à travers la vanne 39 pour former un courant biphasique détendu 40 ayant une température de -185 C et une pression de 135 kPa, lequel courant 40 passait dans la partie supérieure de la colonne de distillation 37 en échange indirect de chaleur avec le contenu de cette colonne, à un niveau situé entre le plateau de tête de ladite colonne et le niveau de départ du conduit 41 en tête de la colonne, après quoi ledit courant 40 était réuni au flux détendu 34D pour former la fraction de gaz partiellement liquéfié injectée comme fluide de reflux dans la colonne 5 de déazotation.En tête de la colonne de distillation 37, on évacuait un courant gazeux 41 constitué, en pourcentage molaire, de 99,9% d'azote et de 0,1% de méthane, ledit courant ayant un débit de 96 kmoles/h, une température de -174,5 C et une pression de 700 kPa. Le courant gazeux 41 était amené à passer successivement dans les échangeurs indirects de chaleur 13 et 31 pour récupérer les frigories qu'il contenait et produire un courant d'azote 41R ayant une température de 30"C et une pression de 680 kPa.
EXEMPLE 5
En faisant appel à une installation analogue à celle schématisée sur la figure 5 du dessin annexé et fonctionnant comme décrit précédemment, on traitait un GNL ayant les mêmes composition, pression et débit que le GNL de l'exemple 1 et une température de -146 C.
La charge de GNL, arrivant par le conduit 1, subissait une détente primaire dynamique dans la turbine 21 pour fournir un courant semi-détendu de GNL 22 ayant une température de -146 C et une pression de 500 kPa. Le courant 22 était divisé en un courant majoritaire 23 et un courant minoritaire 24 ayant des débits égaux respectivement à 19100 kmoles/h et 900 kmoles/h. Le courant majoritaire 23 était détendu à une pression de 387 kPa par passage à travers la vanne 42 et se séparait dans le ballon séparateur 43 en une fraction gazeuse et une fraction de GNL. En tête du séparateur, on évacuait une phase gazeuse 45 constituée, en pourcentage molaire, de 39,22% d'azote, de 60,76% de méthane et de 0,02% d'éthane et possédant un débit de 455 kmoles/h, une température de -149 C et une pression de 387 kPa.
En fond du séparateur, on soutirait, avec un débit de 18645 kmoles/h, un courant 44 de GNL ayant une température de -149 C et une pression de 390 kPa. Le courant 44 de GNL subissait une réfrigération à -162 C par passage dans l'échangeur de chaleur 2, puis subissait une détente secondaire à travers la vanne 3 pour fournir un courant majoritaire 44D de GNL réfrigéré et détendu ayant une température de -165 C et une pression de 120 kPa. Le courant minoritaire 24 était réfrigéré à -164 C par passage dans l'échangeur de chaleur 13, puis subissait une détente à travers la vanne 25 pour produire un courant minoritaire 24D de GNL détendu et réfrigéré ayant une température de -166 C et une pression de 120 kPa.Les courants majoritaire 44D et minoritaire 24D de GNL réfrigérés et détendus étaient réunis pour former la charge de GNL introduite, par le conduit 4, sur le troisième plateau de la colonne 5 de déazotation comportant onze plateaux numérotés de manière croissante vers le bas. Dans la colonne 5, on prélevait les première et deuxième fractions de GNL, les dirigeait vers l'échangeur indirect de chaleur 2, puis les retournait à la colonne 5 comme fractions de rebouillage comme indiqué dans l'exemple 4. La première fraction de GNL, passant dans le conduit 6, avait une température de -159,5 C et un débit de 19470 kmoles/h et la deuxième fraction de GNL, passant dans le conduit 8, possédait une température de -164 C et un débit de 19660 kmoles/h. A un niveau de la colonne 5 situé entre le plateau de tête et le niveau de départ du conduit 10, on injectait, par le conduit 33, comme fluide de reflux une fraction de gaz partiellement liquéfié ayant une température de -182"C, un débit de 740 kmoles/h et une pression de 120 kPa. En fond de la colonne 5, par le conduit 11, on soutirait 18520 kmoles/h d'un courant de GNL déazoté ayant une température de -158,5 C et une teneur molaire en azote égale à 0,2%. En tête de la colonne 5, par le conduit 10, on évacuait, avec un débit de 1760 kmoles/h, une fraction gazeuse ayant une température de -168 C et une pression de 120 kPa, ladite fraction renfermant, en pourcentage molaire, 52,1% d'azote et 47,9% de méthane.
La température de la fraction gazeuse 10 était amenée à -40 C par passage dans l'échangeur de chaleur 13, puis ladite fraction était envoyée à l'aspiration du compresseur 16 de l'ensemble compresseur 15 pour être comprimée en quatre étages, tout d'abord dans les compresseurs successifs 16,46 et 18 et enfin dans le compresseur final 26, ce dernier compresseur étant entraîné par la turbine de détente 21. La phase gazeuse 45, évacuée en tête du séparateur 43, passait successivement dans les échangeurs de chaleur 13 et 21 pour récupérer les frigories qu'elle contenait et elle était ensuite envoyée, avec une température de 38"C, à l'aspiration du compresseur 46, qui est également alimenté par le compresseur 16.A la sortie du compresseur 26, on obtenait 2215 kmoles/h d'un courant 20 de gaz combustible comprimé, qui après refroidissement dans le réfrigérant 27, avait une température de 40"C et une pression de 2,5 MPa.
Une fraction 28, représentant 925 kmoles/h, était prélevée sur le courant 20 de gaz combustible comprimé. Ladite fraction était comprimée jusqu'à une pression de 7 MPa dans le compresseur 29, puis réfrigérée par passage successivement dans le réfrigérant 30, l'échangeur de chaleur 31 et l'échangeur de chaleur 13, pour fournir une fraction de gaz liquéfié 28R ayant une température de -146 C et une pression de 6,9 MPa, laquelle fraction 28R était divisée en un premier flux 34 et un second flux 35 de gaz liquéfié, lesdits flux ayant respectivement des débits égaux à 1 kmole/h et 924 kmoles/h. On soumettait le premier flux 34 de gaz liquéfié à une détente à travers la vanne 32 pour former un flux détendu 34D ayant une température de -183 C et une pression de 120 kPa.On soumettait le second flux 35 de gaz liquéfié à une détente à travers la vanne 36, pour fournir un second flux 35D détendu ayant une température de -163 C et une pression de 710 kPa et soumettait le flux 35D à un fractionnement dans la colonne de distillation 37 comportant onze plateaux. En fond de la colonne 37, on soutirait 740 kmoles/h d'un courant liquide 38 constitué, en pourcentage molaire, de 36,9% d'azote et de 63,2% de méthane et renfermant moins de 50 p.p.m. molaire d'éthane.
Ledit courant 38 était soumis à une détente à travers la vanne 39 pour former un courant biphasique détendu 40 ayant une température de -183 C et une pression de 135 kPa, lequel courant 40 passait dans la partie supérieure de la colonne de distillation en échange de chaleur indirect avec le contenu de cette colonne comme indiqué dans l'exemple 4, après quoi ledit courant 40 était réuni au flux détendu 34D pour former la fraction de gaz partiellement liquéfié injectée comme fluide de reflux dans la colonne 5 de déazotation. En tête de la colonne de distillation 37, on évacuait un courant gazeux 41 constitué, en pourcentage molaire, de 99,9% d'azote et de 0,1% de méthane, ledit courant ayant un débit de 184 kmoles/h, une température de -174,5 C et une pression de 700 kpa. Le courant gazeux 41 était amené à passer successivement dans les échangeurs indirects de chaleur 13 et 31 pour récupérer les frigories qu'il contenait et produire un courant d'azote 41R ayant une température de 36,5"C et une pression de 680 kPa.

Claims (11)

REVENDICATIONS
1 - Procédé de déazotation d'une charge d'un mélange
liquéfié d'hydrocarbures (GNL) consistant principalement
en méthane et renfermant au moins 2% molaire d'azote,
pour abaisser cette teneur en azote à moins de 1%
molaire, du type dans lequel on soumet la charge de GNL
à traiter, amenée sous une pression supérieure à 0,5
MPa, à une réfrigération par échange indirect de chaleur
(2) et détente (21,3) à une pression comprise entre 0,1
MPa et 0,3 MPa, on introduit la charge de GNL réfrigérée
dans une colonne de déazotation (5) comportant une
pluralité d'étages théoriques de fractionnement, on
prélève une première fraction (6) de GNL dans la colonne
de déazotation à un niveau situé en-dessous du niveau
(4) d'introduction de la charge de GNL réfrigérée et
utilise ladite première fraction pour réaliser l'échange
indirect de chaleur avec la charge de GNL à traiter,
puis réinjecte cette première fraction, après ledit
échange de chaleur, dans la colonne de déazotation comme
première fraction de rebouillage (7), en réalisant cette
injection à un niveau situé en-dessous du niveau de
prélèvement de la première fraction, on évacue en tête
de la colonne de déazotation une fraction gazeuse (10)
riche en méthane et en azote et soutire en fond de
ladite colonne un courant (11) de GNL déazoté, ledit
procédé se caractérisant en ce que l'on prélève une
deuxième fraction (8) de GNL dans la colonne de
déazotation à un niveau de cette colonne situé entre le
niveau d'introduction de la charge de GNL réfrigérée et
le niveau de prélèvement de la première fraction de GNL,
on amène cette deuxième fraction de GNL en échange
indirect de chaleur (2) avec la charge de GNL ayant déjà
subi l'échange indirect de chaleur avec la première
fraction de GNL et l'on réinjecte cette deuxième
fraction de GNL, après l'échange de chaleur, dans la
colonne de déazotation comme deuxième fraction de
rebouillage (9), en réalisant cette injection à un
niveau situé entre les niveaux de prélèvement desdites
première et deuxième fractions de GNL.
2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que
les niveaux de prélèvement de la première fraction (6)
de GNL et de réinjection (9) de la deuxième fraction de
GNL dans la colonne de déazotation (5) sont séparés par
au moins deux étages théoriques de fractionnement.
3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce
que la détente de la charge de GNL à traiter comporte
une détente primaire, réalisée de façon dynamique dans
une turbine (21) en amont ou en aval, de préférence en
amont, des échanges indirects de chaleur (2) entre la
charge de GNL et les première (6) et deuxième (8)
fractions de GNL prélevées dans la colonne de
déazotation, et une détente secondaire (3) effectuée de
manière statique après lesdits échanges indirects de
chaleur et la détente dynamique.
4 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que
la détente primaire dynamique (21) de la charge de GNL
est réalisée jusqu'à une pression telle qu'il n'y ait
pas vaporisation de GNL dans la turbine de détente.
5 - Procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce
que l'on soumet tout d'abord la charge (1) de GNL à
déazoter à la détente primaire dynamique (21), puis on
divise la charge de GNL détendue dynamiquement en un
courant majoritaire (23), que l'on soumet à l'échange
indirect de chaleur (2) avec les première et deuxième
fractions de GNL (6,8) prélevées dans la colonne de
déazotation, puis à la détente secondaire statique (3),
et en un courant minoritaire (24), que l'on refroidit
par échange indirect de chaleur (13) avec la fraction
gazeuse (10) riche en méthane et en azote évacuée en
tête de la colonne de déazotation et que l'on détend
ensuite statiquement (25), et l'on réunit les courants
majoritaire et minoritaire refroidis et détendus (44D,
24D) pour constituer la charge réfrigérée de GNL (4) que
l'on introduit dans la colonne de déazotation (5).
6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que la fraction gazeuse (10) riche en
méthane et en azote, que l'on évacue en tête de la
colonne de déazotation (5), est débarrassée de ses
frigories par échange indirect de chaleur (13) avec des
fluides (14,28) plus chauds, puis elle est comprimée
(15) à la pression appropriée pour former un courant
(20) de gaz combustible.
7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce
qu'on dérive une fraction (28) du courant (20) de gaz
combustible, on transforme ladite fraction en une
fraction de gaz partiellement liquéfié (33) ayant une
température inférieure à celle de la charge de GNL
réfrigérée (4) introduite dans la colonne de déazotation
(5) et une pression correspondant sensiblement à celle
régnant en tête de la colonne de déazotation, en opérant
par compression (29), échange indirect de chaleur (13)
avec au moins la fraction gazeuse riche en méthane et en
azote évacuée en tête de la colonne de déazotation, puis
détente statique (32), et l'on injecte la fraction de
gaz partiellement liquéfié (33) ainsi produite dans la
colonne de déazotation, comme fluide de reflux, à un
niveau situé entre le niveau d'introduction de la charge
de GNL réfrigérée (4) et le niveau d'évacuation de la
fraction gazeuse (10) riche en méthane et en azote.
8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que
l'on divise la fraction de gaz liquéfié (28R) issue de
l'étape d'échange indirect de chaleur (13) en un premier
flux (34) et un second flux (35) de gaz liquéfié, on
soumet le premier flux (34) de gaz liquéfié à une
détente statique (32) pour former un flux détendu (34D)
ayant une pression correspondant sensiblement à la
pression régnant en tête de la colonne de déazotation,
on soumet le second flux (35) de gaz liquéfié à une
détente suivie d'un fractionnement, dans une colonne de
distillation (37), de manière à produire, en tête de
cette colonne, un courant gazeux (41) consistant presque
exclusivement en azote et à soutirer, en fond de ladite
colonne, un courant liquide (38) composé de méthane et
d'azote, on soumet ledit courant liquide à une détente
statique (39) pour former un courant biphasique détendu
(40) ayant une pression correspondant sensiblement à
celle du flux détendu et l'on réunit le flux (34D) et le
courant biphasique (40) détendus pour former le fluide
(33) de reflux injecté dans la colonne de déazotation.
9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que
le courant biphasique détendu (40), avant d'être réuni
au flux détendu (34D), passe en échange indirect de
chaleur avec le contenu de la colonne de distillation
(37), à un niveau de cette colonne situé entre le niveau
d'évacuation du courant gazeux (41) consistant presque
exclusivement en azote et le niveau d'introduction du
second flux (35) de gaz liquéfié.
10- Procédé selon l'une des revendications 2 à 8,
caractérisé en ce que le travail généré par la turbine
de détente (21), réalisant la détente primaire dynamique
de la charge de GNL à traiter, est utilisé pour
effectuer une partie (26) de la compression (15), qui
est réalisée sur la fraction gazeuse (10) riche en
méthane et en azote évacuée en tête de la colonne de
déazotation, après récupération des frigories contenues
dans ladite fraction, et conduit à la production du
courant (20) de gaz combustible, et de préférence pour
effectuer le stade final de ladite compression.
11- Procédé selon l'une des revendications 6 à 10,
caractérisé en ce que l'on soumet la charge de GNL à une
détente intermédiaire (42) entre les détentes primaire
et secondaire pour séparer de ladite charge une phase
gazeuse (45) riche en méthane et en azote, et injecte
ladite phase gazeuse (45), après récupération de ses
frigories (13,31), dans un étage intermédiaire (46) de
la compression (15) conduisant à la production du
courant (20) de gaz combustible.
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