FR2714720A1 - Natural gas liquefaction process - Google Patents

Natural gas liquefaction process Download PDF

Info

Publication number
FR2714720A1
FR2714720A1 FR9315924A FR9315924A FR2714720A1 FR 2714720 A1 FR2714720 A1 FR 2714720A1 FR 9315924 A FR9315924 A FR 9315924A FR 9315924 A FR9315924 A FR 9315924A FR 2714720 A1 FR2714720 A1 FR 2714720A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
natural gas
fraction
liquefying
liquid
phase
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
FR9315924A
Other languages
French (fr)
Other versions
FR2714720B3 (en
Inventor
Prevost Isabelle
Rojey Alexandre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority to FR9315924A priority Critical patent/FR2714720B3/en
Priority to FR9402024A priority patent/FR2714722B1/en
Priority to ES95905171T priority patent/ES2126876T3/en
Priority to JP51781795A priority patent/JP3602130B2/en
Priority to PCT/FR1994/001535 priority patent/WO1995018345A1/en
Priority to US08/507,277 priority patent/US5651269A/en
Priority to AU13883/95A priority patent/AU684885B2/en
Priority to KR1019950703632A priority patent/KR100356093B1/en
Priority to CA002156249A priority patent/CA2156249C/en
Priority to EP95905171A priority patent/EP0687353B1/en
Publication of FR2714720A1 publication Critical patent/FR2714720A1/en
Priority to NO953377A priority patent/NO303850B1/en
Application granted granted Critical
Publication of FR2714720B3 publication Critical patent/FR2714720B3/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0257—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • F25J1/0037—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work of a return stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/004—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0042—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by liquid expansion with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0201—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration
    • F25J1/0202—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration in a quasi-closed internal refrigeration loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0219—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle in combination with an internal quasi-closed refrigeration loop, e.g. using a deep flash recycle loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0254—Operation; Control and regulation; Instrumentation controlling particular process parameter, e.g. pressure, temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0281—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc. characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F25J1/0282—Steam turbine as the prime mechanical driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0281—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc. characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F25J1/0283—Gas turbine as the prime mechanical driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0285—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings
    • F25J1/0288—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion of the refrigerant, so-called companders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
    • F25J3/0209—Natural gas or substitute natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0233—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 1 carbon atom or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/02—Processes or apparatus using separation by rectification in a single pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/70—Refluxing the column with a condensed part of the feed stream, i.e. fractionator top is stripped or self-rectified
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F25J2205/04—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum in the feed line, i.e. upstream of the fractionation step
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/20—Integrated compressor and process expander; Gear box arrangement; Multiple compressors on a common shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/30—Dynamic liquid or hydraulic expansion with extraction of work, e.g. single phase or two-phase turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/04—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F25J2270/06—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop with multiple gas expansion loops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/88—Quasi-closed internal refrigeration or heat pump cycle, if not otherwise provided

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

A natural gas liquefaction process involves (a) cooling the natural gas at greater than or equal to the critical pressure of methane to obtain a dense phase; and (b) expanding and liquefying a fraction of this dense phase by passage through a device which reduces the gas pressure by expansion with mechanical energy supply, the passage from the dense phase state to the liq. phase state occurring without phase transition. Also claimed is an appts. for carrying out the above process.

Description

La liquéfaction du gaz naturel est une opération industrielle importante qui permet de transporter le gaz naturel sur de longues distances par méthanier, ou de le stocker sous forme liquide. Liquefaction of natural gas is an important industrial operation which makes it possible to transport natural gas over long distances by LNG carrier, or to store it in liquid form.

Les procédés utilisés actuellement réalisent l'opération de liquéfaction d'un "gaz naturel" en faisant passer ce gaz naturel à travers des échangeurs et en le réfrigérant au moyen d'un cycle frigorifique externe. Ainsi, les brevets US 3.735.600 et US 3.433.026 décrivent des procédés de liquéfaction au cours desquels le gaz est envoyé à travers un ou plusieurs échangeurs de chaleur de manière à obtenir sa liquéfaction. The methods currently used carry out the operation of liquefying a "natural gas" by passing this natural gas through exchangers and by refrigerating it by means of an external refrigeration cycle. Thus, US Patents 3,735,600 and US 3,433,026 describe liquefaction processes during which the gas is sent through one or more heat exchangers so as to obtain its liquefaction.

Par "gaz naturel", nous entendons par la suite un mélange formé majoritairement de méthane mais pouvant contenir également d'autres hydrocarbures et de l'azote, sous quelque forme qu'il se trouve ( gazeuse, liquide ou diphasique). Le gaz naturel au départ se présente majoritairement sous une forme gazeuse, et au cours de l'étape de liquéfaction, il peut se présenter sous différentes formes, liquide et gazeuse qui peuvent coexister à un instant donné.By "natural gas", we mean thereafter a mixture formed mainly of methane but which may also contain other hydrocarbons and nitrogen, in whatever form it is found (gas, liquid or two-phase). Natural gas at the start is mainly in a gaseous form, and during the liquefaction stage, it can be in different forms, liquid and gaseous which can coexist at a given time.

Dans de tels procédés un cycle de réfrigération externe utilisant comme fluide réfrigérant un mélange de fluides est mis en oeuvre. Un tel mélange en se vaporisant est susceptible de réfrigérer et de liquéfier le gaz sous pression. Après vaporisation, le mélange est comprimé, condensé en échangeant de la chaleur avec un milieu ambiant tel que de l'eau ou de l'air. In such methods, an external refrigeration cycle using a mixture of fluids as the refrigerant. Such a mixture by vaporizing is likely to refrigerate and liquefy the gas under pressure. After vaporization, the mixture is compressed, condensed by exchanging heat with an ambient medium such as water or air.

De tels procédés sont complexes et mettent en jeu des surfaces d'échange élevées ainsi que des puissances de compression importantes. Such processes are complex and involve high exchange surfaces as well as high compression powers.

De ce fait, ils conduisent à des coûts d'investissements élevés.Therefore, they lead to high investment costs.

II a été découvert, et c'est là un des objets de la présente invention, qu'il est possible à l'issue d'une première étape de réfrigération de réfrigérer et de liquéfier le gaz naturel directement par détente à travers une turbine à partir d'une phase "dense". L'expression "phase dense" désigne une phase pouvant être obtenue à partir d'une phase gazeuse initiale par une évolution isobare sans transition de phase et conduisant par détente isentropique à une phase liquide sans transition de phase. Au moins une partie du procédé de liquéfaction s'effectue sans transition de phase, c'est-à-dire que le passage de la phase gazeuse à la phase liquide s'effectue de manière continue, sans transition de phase au cours de laquelle il y aurait coexistence entre deux phases différentes. Le gaz naturel est amené en "phase dense" avant détente, en opérant à une pression au moins supérieure à la pression critique du méthane, et en abaissant la température du "gaz naturel". It has been discovered, and this is one of the objects of the present invention, that it is possible, after a first stage of refrigeration, to refrigerate and liquefy natural gas directly by expansion through a from a "dense" phase. The expression “dense phase” designates a phase which can be obtained from an initial gas phase by an isobaric evolution without phase transition and leading by isentropic expansion to a liquid phase without phase transition. At least part of the liquefaction process takes place without phase transition, that is to say that the transition from the gas phase to the liquid phase takes place continuously, without phase transition during which it there would be coexistence between two different phases. Natural gas is brought into the "dense phase" before expansion, by operating at a pressure at least greater than the critical pressure of methane, and by lowering the temperature of "natural gas".

La présente invention concerne un procédé de liquéfaction d'un gaz naturel. II est caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape selon laquelle on liquéfie au moins en partie ledit gaz par détente avec fourniture d'énergie mécanique, cette détente le faisant passer d'un état ou phase dense vers un état ou une phase liquide. The present invention relates to a process for liquefying a natural gas. It is characterized in that it comprises at least one step according to which said gas is at least partially liquefied by expansion with supply of mechanical energy, this expansion causing it to pass from a dense state or phase to a state or phase liquid.

Le passage entre ces deux états s'effectue sans coexistence simultanée de deux phases différentes.The transition between these two states takes place without the simultaneous coexistence of two different phases.

Le procédé comporte, par exemple au moins les deux étapes suivantes: a)- on refroidit le gaz naturel à une pression au moins supérieure ou égale à la valeur de pression critique du méthane et à une température telle que ledit gaz se présente sous une forme de phase dense à la fin de ce refroidissement, b) - on détend et on liquéfie au moins en partie une fraction de ladite phase dense provenant de l'étape a) à travers un dispositif adapté à diminuer la pression du gaz, le passage de l'état de phase dense vers un état liquide se faisant sensiblement sans transition de phase. The method comprises, for example at least the following two steps: a) - the natural gas is cooled to a pressure at least greater than or equal to the critical pressure value of methane and to a temperature such that said gas is in a form dense phase at the end of this cooling, b) - one relaxes and at least partially liquefies a fraction of said dense phase originating from step a) through a device suitable for reducing the gas pressure, the passage of the dense phase state towards a liquid state taking place substantially without phase transition.

Après l'étape b), lorsque le gaz se présente sous une forme liquide et sous une forme gazeuse on procède, par exemple, aux étapes suivantes - on sépare la fraction liquide et la fraction gazeuse au cours d'une
étape c), - la fraction gazeuse résultant de l'étape c) est échangée thermiquement
avec une fraction non détendue du gaz naturel au cours d'une étape d),
ladite fraction étant détendue à l'issue de cette opération d'échange
thermique au cours d'une étape e) en formant un mélange liquide
vapeur qui est séparé en une fraction liquide et une fraction gazeuse, - on réunit les fractions liquides provenant des étapes c) et e) pour former
le gaz naturel liquéfié, et - on recomprime et on recycle au moins en partie les fractions gazeuses
provenant des étapes d) et e) à l'étape a). After step b), when the gas is in a liquid form and in a gaseous form, the following steps are carried out, for example - the liquid fraction and the gaseous fraction are separated during a
step c), - the gas fraction resulting from step c) is heat exchanged
with an unexpanded fraction of natural gas during step d),
said fraction being relaxed at the end of this exchange transaction
thermal during a step e) by forming a liquid mixture
vapor which is separated into a liquid fraction and a gaseous fraction, - the liquid fractions coming from steps c) and e) are combined to form
liquefied natural gas, and - the gas fractions are recompressed and at least partially recycled
from steps d) and e) in step a).

On utilise, par exemple, comme dispositif une turbine pour détendre le gaz et le faire passer de la forme de phase dense vers une forme de phase liquide
Au cours de l'étape a), on peut refroidir le gaz naturel par échange thermique en utilisant une fraction gazeuse provenant dudit gaz naturel, ladite fraction gazeuse étant détendue dans une turbine, ladite fraction gazeuse détendue étant au moins en partie recomprimée dans un étage de compression et recyclée.For example, a turbine is used as a device to relax the gas and pass it from the dense phase form to a liquid phase form.
During step a), the natural gas can be cooled by heat exchange by using a gaseous fraction originating from said natural gas, said gaseous fraction being expanded in a turbine, said expanded gaseous fraction being at least partially recompressed in a stage compression and recycled.

On comprime, par exemple, au moins une fraction gazeuse recyclée en mettant en oeuvre au moins deux étapes, le gaz étant refroidi par un milieu ambiant de réfrigération disponible à la sortie de chacun des étages de compression. For example, at least one recycled gas fraction is compressed using at least two stages, the gas being cooled by an ambient refrigeration medium available at the outlet of each of the compression stages.

Au cours de l'étape a), on peut aussi refroidir le gaz naturel par vaporisation d'un mélange de réfrigérants, le mélange ainsi obtenu en phase vapeur étant ensuite comprimé, condensé par un échange thermique avec le milieu ambiant de réfrigération disponible, détendu et recyclé. During step a), natural gas can also be cooled by vaporizing a mixture of refrigerants, the mixture thus obtained in the vapor phase then being compressed, condensed by heat exchange with the ambient refrigeration medium available, expanded and recycled.

Lorsque le gaz naturel comporte des hydrocarbures lourds, on sépare les hydrocarbures les plus lourds contenus dans le gaz naturel à liquéfier préalablement à l'étape a) au moyen d'un étape d'adsorption. When the natural gas contains heavy hydrocarbons, the heaviest hydrocarbons contained in the natural gas to be liquefied are separated before step a) by means of an adsorption step.

On réalise l'étape a) à une valeur de pression supérieure à la pression critique du méthane. Step a) is carried out at a pressure value greater than the critical methane pressure.

De préférence, on réalise l'étape a) à une valeur de pression supérieure à la valeur du cricondenbar du gaz à liquéfier. Preferably, step a) is carried out at a pressure value greater than the value of the cricondenbar of the gas to be liquefied.

L'étape a) est réalisée à une pression comprise, de préférence, entre 7 et 20 MPa. Step a) is carried out at a pressure of preferably between 7 and 20 MPa.

La température que possède le gaz naturel à l'issu de l'étape a) est de préférence, inférieure à 230 K. The temperature that natural gas has at the end of step a) is preferably less than 230 K.

Le gaz naturel au cours de l'étape a) est détendu jusqu'à une pression telle qu'une fraction liquide concentrée en hydrocarbures plus lourds que le méthane est produite, ladite fraction liquide étant alors séparée. Natural gas during step a) is expanded to a pressure such that a liquid fraction concentrated in heavier hydrocarbons than methane is produced, said liquid fraction then being separated.

L'étape b) est, par exemple, réalisée par détente dans une turbine dont les éléments sont isolés thermiquement du gaz, étant notamment faiblement conducteurs de la chaleur.  Step b) is, for example, carried out by expansion in a turbine whose elements are thermally insulated from the gas, being in particular poorly conductive of heat.

L'étape b) est, par exemple, réalisée par détente dans une turbine ayant un rotor en matériau faiblement conducteur de la chaleur tel qu'un matériau composite. Step b) is, for example, carried out by expansion in a turbine having a rotor made of a material which is poorly conductive of heat such as a composite material.

On effectue, par exemple, les échanges de chaleur réalisés au cours des étapes a) et d) en faisant passer le gaz dans des échangeurs opérant à contre-courant. The heat exchanges carried out during steps a) and d) are carried out, for example, by passing the gas through exchangers operating against the current.

On peut réaliser l'échange thermique de l'étape d) en faisant passer le gaz dans un échangeur présentant un écart de température du côté le plus froid de l'échangeur inférieur à 5 K et un écart de température du côté le plus chaud de l'échangeur inférieur à 10 K. The heat exchange in step d) can be carried out by passing the gas through an exchanger having a temperature difference on the cold side of the exchanger of less than 5 K and a temperature difference on the hottest side of the exchanger less than 10 K.

On peut réaliser la détente au cours de l'étape b) au moyen d'au moins deux turbines successives, le mélange liquide-vapeur provenant de la première détente partielle étant séparé, en une fraction gazeuse et une fraction liquide, ladite fraction gazeuse étant envoyée pour réaliser l'étape d) et ladite fraction liquide résultante étant détendue dans la deuxième turbine, la fraction liquide à l'issue de cette deuxième détente formant une partie du gaz naturel liquéfié produit par le procédé. The expansion can be carried out during step b) by means of at least two successive turbines, the liquid-vapor mixture coming from the first partial expansion being separated, into a gaseous fraction and a liquid fraction, said gaseous fraction being sent to perform step d) and said resulting liquid fraction being expanded in the second turbine, the liquid fraction at the end of this second expansion forming part of the liquefied natural gas produced by the process.

Au moins une partie de la fraction gazeuse provenant de l'étape b) est mis, par exemple, en contact à contre-courant avec la fraction liquide provenant de l'étape e), la fraction liquide résultante étant envoyée à l'étape f) et la fraction gazeuse résultante étant réunie avec la fraction gazeuse provenant de l'étape e) pour former au moins en partie une fraction gazeuse riche en azote qui est évacuée. At least part of the gaseous fraction from step b) is brought into, for example, countercurrent contact with the liquid fraction from step e), the resulting liquid fraction being sent to step f ) and the resulting gaseous fraction being combined with the gaseous fraction from step e) to form at least partially a gaseous fraction rich in nitrogen which is evacuated.

La présente invention concerne aussi un appareil destiné à mettre en oeuvre le procédé décrit précédemment. The present invention also relates to an apparatus intended to implement the method described above.

II est caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison au moins un dispositif E2 permettant de refroidir le gaz naturel à liquéfier et de le transformer sous forme de phase dense, au moins un moyen R1 de refroidissement, ledit dispositif E2 étant relié directement à au moins un moyen T4 capable de détendre ledit gaz naturel se présentant sous forme de phase dense pour le liquéfier. It is characterized in that it comprises in combination at least one device E2 making it possible to cool the natural gas to be liquefied and to transform it in the form of a dense phase, at least one cooling means R1, said device E2 being connected directly to the minus a means T4 capable of relaxing said natural gas in the form of a dense phase to liquefy it.

Le moyen ou dispositif capable de détendre le gaz naturel sous forme de phase dense est constitué d'au moins une turbine de détente dont au moins un des éléments est réalisé en un matériau peu conducteur de la chaleur . De cette façon, on évite les transmissions de chaleur par conduction thermique dans les composants de la turbine pouvant conduire à une réduction de l'efficacité de la réfrigération par détente.  The means or device capable of expanding natural gas in the form of a dense phase consists of at least one expansion turbine, at least one of the elements of which is made of a material which is not very conductive of heat. In this way, heat transmission by thermal conduction in the components of the turbine is avoided, which can lead to a reduction in the efficiency of expansion refrigeration.

Ainsi, la présente invention offre de nombreux avantages par rapport aux procédés habituellement utilisés dans l'art antérieur. En effet, le fait de travailler à une valeur de pression initiale pour le gaz supérieure aux valeurs utilisées par les procédés mentionnés dans l'art antérieur permet de réduire l'énergie nécessaire pour la liquéfaction du gaz naturel. Thus, the present invention offers many advantages over the methods usually used in the prior art. Indeed, the fact of working at an initial pressure value for the gas greater than the values used by the processes mentioned in the prior art makes it possible to reduce the energy necessary for the liquefaction of natural gas.

De plus, la liquéfaction directe du gaz naturel par détente permet de réduire les surfaces d'échangeurs thermiques nécessaires et de simplifier le procédé, en réduisant ainsi les coûts d'investissements nécessaires. In addition, the direct liquefaction of natural gas by expansion makes it possible to reduce the areas of heat exchangers necessary and to simplify the process, thereby reducing the necessary investment costs.

La présente invention sera mieux comprise et ses avantages apparaîtront clairement à la lecture de quelques exemples, non limitatifs, illustrés par les figures suivantes parmi lesquelles - la figure 1 schématise un exemple de cycle de réfrigération tel que décrit
dans l'art antérieur comportant un cycle de pré réfrigération, - la figure 2 décrit un exemple de cycle de l'art antérieur utilisant un gaz
permanent, - les figures 3A, 3B et 3C schématisent respectivement le principe de
base utilisé selon l'invention, un diagramme pression température des
différentes phases pour un gaz naturel, par exemple, et un exemple
particulier de réalisation.The present invention will be better understood and its advantages will become clear on reading a few non-limiting examples illustrated by the following figures, among which - Figure 1 shows schematically an example of a refrigeration cycle as described
in the prior art comprising a pre-cooling cycle, - Figure 2 describes an example of the prior art cycle using a gas
permanent, - Figures 3A, 3B and 3C respectively show the principle of
base used according to the invention, a pressure-temperature diagram of the
different phases for natural gas, for example, and an example
particular achievement.

- la figure 4 décrit un exemple de réalisation pour lequel l'étape de
réfrigération est assurée par un mélange de réfrigérants, et - la figure 5 une réalisation adaptée à la liquéfaction d'un gaz comportant
de l'azote, et séparant partiellement l'azote.- Figure 4 describes an exemplary embodiment for which the step of
refrigeration is ensured by a mixture of refrigerants, and - Figure 5 an embodiment suitable for the liquefaction of a gas comprising
nitrogen, and partially separating the nitrogen.

La figure 1 représente un schéma de principe d'un procédé utilisé selon l'art antérieur pour liquéfier un gaz naturel, par exemple. FIG. 1 represents a block diagram of a process used according to the prior art for liquefying a natural gas, for example.

Le procédé de liquéfaction comporte un cycle de préréfrigération qui permet de condenser le mélange utilisé dans le cycle de réfrigération principal. The liquefaction process includes a pre-refrigeration cycle which condenses the mixture used in the main refrigeration cycle.

Le cycle de préréfrigération et le cycle de réfrigération principal utilisent comme fluide réfrigérant un mélange de fluides. Un tel mélange en se vaporisant est susceptible de réfrigérer et de liquéfier le gaz sous pression. Après vaporisation, le mélange est comprimé, condensé en échangeant de la chaleur avec le milieu ambiant, tel que de l'eau ou de l'air, disponible et recyclé. The pre-cooling cycle and the main refrigeration cycle use a mixture of fluids as the refrigerant. Such a mixture by vaporizing is likely to refrigerate and liquefy the gas under pressure. After vaporization, the mixture is compressed, condensed by exchanging heat with the ambient medium, such as water or air, available and recycled.

Une autre manière de procéder selon l'art antérieur consiste à utiliser un cycle fonctionnant avec un gaz permanent tel que de l'azote. Un tel schéma est décrit dans la figure 2.  Another way of proceeding according to the prior art consists in using a cycle operating with a permanent gas such as nitrogen. Such a scheme is described in Figure 2.

Le gaz naturel arrive sous pression par le conduit 1. II passe ensuite dans l'échangeur El dans lequel il est liquéfié et refroidi . A la sortie de l'échangeur El, le gaz naturel liquéfié est détendu jusqu'à une valeur de pression voisine de la pression atmosphérique par passage dans une vanne de détente V1 et évacué ensuite par le conduit 2. Natural gas arrives under pressure through line 1. It then passes through the exchanger El in which it is liquefied and cooled. At the outlet of the exchanger El, the liquefied natural gas is expanded to a pressure value close to atmospheric pressure by passing through an expansion valve V1 and then evacuated through the pipe 2.

Le refroidissement du gaz naturel est assuré par un gaz permanent circulant dans le cycle de réfrigération constitué d'une turbine T1, d'un conduit 4 reliant la turbine T1 à l'échangeur El, et d'un conduit 5 permettant le passage du gaz permanent de l'échangeur vers une série de compresseurs et de moyens de refroidissement agencés en cascade K1,
C1; K2, C2 par exemple. Ainsi, le gaz permanent circulant dans le cycle de réfrigération est comprimé dans l'étage de compression K1, refroidi par passage dans le moyen de refroidissement C1 puis passe ensuite dans l'étage de compression K2 dans lequel il est comprimé pour être refroidi ensuite par passage dans l'étage de refroidissement C2. Le gaz permanent ainsi comprimé et refroidi, est envoyé par le conduit 3 vers la turbine T1 dans laquelle il subit une détente et d'où il ressort refroidi avant d'être envoyé dans l'échangeur El par le conduit 4. Le gaz permanent ainsi réfrigéré refroidit le gaz naturel lors de leur mise en contact dans l'échangeur El. A la sortie de cet échangeur et après avoir réalisé le refroidissement du gaz naturel, le gaz permanent est envoyé à nouveau et recyclé dans les étages de compression et de refroidissement par le conduit 5.Natural gas is cooled by a permanent gas circulating in the refrigeration cycle consisting of a turbine T1, a duct 4 connecting the turbine T1 to the exchanger El, and a duct 5 allowing the passage of the gas permanent from the exchanger to a series of compressors and cooling means arranged in cascade K1,
C1; K2, C2 for example. Thus, the permanent gas circulating in the refrigeration cycle is compressed in the compression stage K1, cooled by passage through the cooling means C1 and then passes into the compression stage K2 in which it is compressed to be subsequently cooled by passage through the cooling stage C2. The permanent gas thus compressed and cooled, is sent via line 3 to the turbine T1 in which it undergoes expansion and from which it emerges cooled before being sent to the exchanger El by line 4. The permanent gas thus refrigerated cools the natural gas when brought into contact in the exchanger El. At the outlet of this exchanger and after having cooled the natural gas, the permanent gas is sent again and recycled in the compression and cooling stages through conduit 5.

Un tel cycle est utilisé pour des unités de petite capacité, notamment du fait de sa simplicité. II est toutefois reconnu que ses performances sont nettement inférieures à celles d'un cycle utilisant un mélange de réfrigérant. De plus, il implique la recirculation d'un débit très important de gaz réfrigérant. Such a cycle is used for small capacity units, in particular because of its simplicity. However, it is recognized that its performance is much lower than that of a cycle using a mixture of refrigerant. In addition, it involves the recirculation of a very large flow of refrigerant gas.

On peut remplacer le gaz auxiliaire utilisé comme réfrigérant, tel que l'azote, par une fraction du gaz à liquéfier exerçant la même fonction. Ce changement ne modifie pas le principe de fonctionnement du cycle représenté sur la figure 2. The auxiliary gas used as a refrigerant, such as nitrogen, can be replaced by a fraction of the gas to be liquefied performing the same function. This change does not change the operating principle of the cycle shown in Figure 2.

Le principe mis en oeuvre selon l'invention décrite ci-après, consiste à partir d'un gaz naturel en une phase dense, d'arriver au moins en partie à sa liquéfaction sans transition de phase, c'est-à-dire qu'au moins une partie du processus de liquéfaction s'effectue sans transition de phase au cours de laquelle il y aurait coexistence entre deux phases différentes.  The principle implemented according to the invention described below, consists in starting from a natural gas in a dense phase, arriving at least in part at its liquefaction without phase transition, that is to say that 'at least part of the liquefaction process takes place without phase transition during which there would be coexistence between two different phases.

Ainsi, tout au long du processus de liquéfaction le passage de la phase dense à la phase liquide s'effectue de manière continue, une transition de phase impliquant un passage discontinu.Thus, throughout the liquefaction process, the transition from the dense phase to the liquid phase takes place continuously, a phase transition involving a discontinuous passage.

Le procédé repose sur la mise en oeuvre, essentiellement d'au moins deux étapes, la première consistant à faire passer le gaz dans un état ou une phase dense et la seconde à produire une détente avec fourniture d'énergie mécanique, par exemple une détente sensiblement isentropique, le faisant passer de la phase dense à la phase liquide. The method is based on the implementation, essentially of at least two stages, the first consisting in passing the gas into a dense state or phase and the second in producing an expansion with supply of mechanical energy, for example an expansion substantially isentropic, passing it from the dense phase to the liquid phase.

Le gaz arrive par le conduit 7 ( Fig. 3A) sous une forme gazeuse au point G1 (Fig.3B) dans un échangeur E2 dans lequel il est pré refroidi à une température donnée, au contact d'un agent de refroidissement provenant d'un cycle de réfrigération R1. Le gaz naturel se présente en sortie de l'échangeur E2, point G2 (Fig.38), en phase dense. II est ensuite transmis de l'échangeur E2 vers la turbine T4 par le conduit 15. Après passage dans la turbine T4, il se trouve au point G3 dans un état liquide. The gas arrives via the conduit 7 (FIG. 3A) in a gaseous form at point G1 (FIG. 3B) in an exchanger E2 in which it is precooled to a given temperature, in contact with a cooling agent coming from a refrigeration cycle R1. Natural gas is present at the outlet of the exchanger E2, point G2 (Fig. 38), in the dense phase. It is then transmitted from the exchanger E2 to the turbine T4 via the pipe 15. After passing through the turbine T4, it is at point G3 in a liquid state.

La transformation de la phase dense à la phase liquide s'effectue par détente avec fourniture d'énergie mécanique et sans transition de phase.The transformation from the dense phase to the liquid phase is carried out by expansion with the supply of mechanical energy and without phase transition.

Le processus est illustré dans un diagramme de coordonnées pression (P) et température (T) représenté sur la figure 3B. Dans ce diagramme, à l'intérieur du domaine diphasique coexistent une phase liquide et une phase gazeuse. A l'extérieur de ce domaine diphasique, on définit trois régions. La phase gazeuse est délimitée par la branche vapeur v du domaine diphasique et l'isentrope s passant par le point critique C. La phase dense est délimitée d'une part par l'isentrope s et d'autre part par l'isobare p passant par le point critique C. La phase liquide est délimitée d'une part par l'isobare p et par la branche liquide I du domaine diphasique. The process is illustrated in a pressure (P) and temperature (T) coordinate diagram shown in Figure 3B. In this diagram, inside the two-phase domain coexist a liquid phase and a gas phase. Outside this two-phase domain, three regions are defined. The gas phase is delimited by the vapor branch v of the two-phase domain and the isentrope s passing through the critical point C. The dense phase is delimited on the one hand by the isentrope s and on the other hand by the isobaric p passing by the critical point C. The liquid phase is delimited on the one hand by the isobar p and by the liquid branch I of the two-phase domain.

L'évolution suivie par le gaz naturel au cours du processus selon l'invention se déroule de la manière suivante
Le gaz naturel à liquéfier se trouve initialement sous une forme gazeuse, point G1 à une température TG1 et à une pression PG1. II est ensuite refroidi de manière sensiblement isobare de manière à l'amener en phase dense représenté par le point G2, à une pression et une température respectivement PG2 et TG2. Le passage de G1 à G2 s'effectue de manière continue, sans transition de phase, en passant par le point F1 de l'isentrope p délimitant le domaine de phase gazeuse du domaine de phase dense. Le gaz naturel en phase dense est alors détendu de manière sensiblement isentropique pour le faire passer en phase liquide, et de préférence en phase liquide se trouvant sur la branche liquide I du domaine diphasique, correspondant au point G3 et à des valeurs de température et de pression TG3 et PG3. Pour le gaz naturel la valeur de la pression PG 3 est, de préférence, sensiblement égale à celle de la pression atmosphérique. Le passage de l'état représenté par le point G2 à l'état représenté par le point G3 s'effectue en passant par le point F2 de l'isobare p délimitant le domaine de phase dense du domaine, de manière continue sans transition de phase, c'est-à-dire qu'il n'y a pas coexistence entre deux phases différentes.The evolution followed by natural gas during the process according to the invention takes place in the following manner
The natural gas to be liquefied is initially in gaseous form, point G1 at a temperature TG1 and at a pressure PG1. It is then cooled in a substantially isobaric manner so as to bring it into the dense phase represented by the point G2, at a pressure and a temperature respectively PG2 and TG2. The transition from G1 to G2 takes place continuously, without phase transition, passing through the point F1 of the isentrope p delimiting the gas phase domain from the dense phase domain. The natural gas in the dense phase is then expanded in a substantially isentropic manner so as to pass it into the liquid phase, and preferably in the liquid phase located on the liquid branch I of the two-phase domain, corresponding to point G3 and to values of temperature and pressure TG3 and PG3. For natural gas, the value of the pressure PG 3 is preferably substantially equal to that of the atmospheric pressure. The transition from the state represented by the point G2 to the state represented by the point G3 is effected by passing through the point F2 of the isobare p delimiting the dense phase domain of the domain, continuously without phase transition , that is to say that there is no coexistence between two different phases.

La description ci-après du procédé selon l'invention en relation avec la figure 3C est particulièrement bien adapté à la liquéfaction d'un gaz naturel
Le gaz naturel arrive par une conduite 7 vers un échangeur E2 sous une pression supérieure au moins à la valeur de pression critique du méthane dans lequel il est refroidi à une température, par exemple inférieure à 250 K et de préférence inférieure à 230 K. Cette étape de pré réfrigération du gaz est assurée, par exemple, par une fraction de ce gaz prélevé préalablement à son entrée dans l'échangeur E2 par une conduite 8 qui conduit cette fraction prélevée à une turbine de détente T2. La fraction prélevée est refroidie au cours de la détente effectuée et opérée en phase gazeuse dans la turbine T2, elle est ensuite envoyée dans l'échangeur E2 par un conduit 9. Elle joue ainsi le rôle d'agent de refroidissement et permet d'abaisser la température du gaz naturel pénétrant dans l'échangeur E2. Tout produit extérieur présentant des caractéristiques permettant de refroidir un gaz peut remplacer la fraction du gaz prélevée, ce produit joue le rôle d'agent de refroidissement.The following description of the process according to the invention in relation to FIG. 3C is particularly well suited to the liquefaction of a natural gas
Natural gas arrives via a pipe 7 to an exchanger E2 under a pressure greater than at least the critical pressure value of the methane in which it is cooled to a temperature, for example less than 250 K and preferably less than 230 K. This gas pre-refrigeration step is ensured, for example, by a fraction of this gas withdrawn prior to its entry into the exchanger E2 by a pipe 8 which leads this fraction withdrawn to an expansion turbine T2. The fraction removed is cooled during the expansion carried out and operated in the gas phase in the turbine T2, it is then sent to the exchanger E2 by a conduit 9. It thus plays the role of cooling agent and makes it possible to lower the temperature of the natural gas entering the exchanger E2. Any external product having characteristics making it possible to cool a gas can replace the fraction of the gas withdrawn, this product plays the role of cooling agent.

Le gaz naturel sort ainsi de l'échangeur E2 refroidi en phase "dense" par un conduit 10. Une fraction de cette phase "dense" est envoyée directement par un conduit 11 à une turbine de détente T3. A la sortie de la turbine T3, un mélange composé majoritairement de phase liquide est évacué par un conduit 12 à une pression voisine de la pression atmosphérique vers un ballon séparateur B1 dans lequel les fractions liquide et gazeuse sont séparées. La fraction gazeuse est envoyée par un conduit 13 dans l'échangeur E3. La fraction de gaz naturel refroidi en phase "dense", qui n'avait pas été envoyée à la turbine T3, est réfrigérée par échange thermique avec la fraction gazeuse arrivant par le conduit 13.  Natural gas thus leaves the exchanger E2 cooled in the "dense" phase by a conduit 10. A fraction of this "dense" phase is sent directly by a conduit 11 to an expansion turbine T3. At the outlet of the turbine T3, a mixture composed mainly of liquid phase is discharged through a line 12 at a pressure close to atmospheric pressure to a separator flask B1 in which the liquid and gaseous fractions are separated. The gaseous fraction is sent via a pipe 13 into the exchanger E3. The fraction of natural gas cooled in the "dense" phase, which had not been sent to the turbine T3, is cooled by heat exchange with the gaseous fraction arriving via line 13.

Elle entre dans l'échangeur E3 par un conduit 14 et sort à une température plus basse, voisine de la température de la fraction gazeuse arrivant par un conduit 13, par un conduit 15. Elle est ensuite détendue dans une turbine
T4. A la sortie de la turbine T4, le mélange majoritaire en phase liquide obtenu est envoyé par un conduit 16 au ballon séparateur B1. Les deux fractions liquides recueillies dans le ballon B1 forment le gaz naturel liquéfié qui est évacué par un conduit 17.It enters the exchanger E3 by a pipe 14 and leaves at a lower temperature, close to the temperature of the gaseous fraction arriving by a pipe 13, by a pipe 15. It is then expanded in a turbine
T4. At the outlet of the turbine T4, the majority mixture obtained in the liquid phase is sent via a line 16 to the separator flask B1. The two liquid fractions collected in the flask B1 form the liquefied natural gas which is evacuated through a line 17.

En détendant une telle phase dense dans une ou plusieurs turbine(s), la réfrigération est poursuivie et on obtient directement à la sortie du dernier étage de détente un mélange contenant une phase liquide majoritaire à une pression voisine de la pression atmosphérique et à une température voisine de la température d'ébullition du méthane (111,66K). By relaxing such a dense phase in one or more turbine (s), the refrigeration is continued and a mixture containing a majority liquid phase is obtained directly at the outlet of the last expansion stage at a pressure close to atmospheric pressure and at a temperature close to the boiling point of methane (111.66K).

La fraction gazeuse provenant du ballon séparateur B1 passe dans l'échangeur E3 par un conduit 13 et est envoyée à l'échangeur E2 par un conduit 18 d'où elle ressort à une température voisine de la température d'entrée du gaz naturel à liquéfier. Elle est alors envoyée à un étage de compression K3 par un conduit 19. A la sortie de l'étage de compression
K3, la fraction gazeuse est refroidie par échange thermique avec le milieu ambiant, eau ou air, disponible dans un échangeur C3, puis elle est mélangée avec une fraction gazeuse provenant de la détente à travers la turbine T2 de la partie gazeuse initialement prélevée avant l'échangeur E2, ladite fraction gazeuse venant de l'échangeur E2 par un conduit 20 relié et débouchant dans le conduit 19, par exemple entre l'échangeur C3 et un étage de compression K4. Le mélange gazeux ainsi obtenu est comprimé dans l'étage de compression K4 puis refroidi par échange thermique avec le milieu ambiant, eau ou air disponible. Le mélange gazeux ainsi comprimé et refroidi est recyclé par le conduit 21 et mélangé avec le gaz naturel à liquéfier arrivant par le conduit 7.The gaseous fraction coming from the separating flask B1 passes into the exchanger E3 by a conduit 13 and is sent to the exchanger E2 by a conduit 18 from which it emerges at a temperature close to the inlet temperature of the natural gas to be liquefied . It is then sent to a compression stage K3 via a conduit 19. At the outlet of the compression stage
K3, the gaseous fraction is cooled by heat exchange with the ambient medium, water or air, available in a C3 exchanger, then it is mixed with a gaseous fraction coming from the expansion through the turbine T2 of the gaseous part initially taken before l exchanger E2, said gaseous fraction coming from exchanger E2 by a conduit 20 connected and opening into conduit 19, for example between exchanger C3 and a compression stage K4. The gas mixture thus obtained is compressed in the compression stage K4 and then cooled by heat exchange with the ambient medium, water or air available. The gas mixture thus compressed and cooled is recycled via line 21 and mixed with the natural gas to be liquefied arriving via line 7.

Chacun des étages de compression K3 et K4 peut être avantageusement remplacé par une succession d'étages de compression, le mélange gazeux sortant d'un étage étant refroidi par échange thermique avec le milieu ambiant, eau ou air, disponible avant d'être envoyé à l'étage suivant de manière à rapprocher la compression opérée d'une compression isotherme effectuée à une température voisine de la température du milieu ambiant, eau ou air, disponible. Each of the compression stages K3 and K4 can advantageously be replaced by a succession of compression stages, the gas mixture leaving a stage being cooled by heat exchange with the ambient medium, water or air, available before being sent to the next stage so as to bring the compression effected to an isothermal compression carried out at a temperature close to the temperature of the ambient medium, water or air, available.

Le procédé selon l'invention met plus particulièrement en oeuvre les étapes suivantes: 1) au cours d'une première étape a) le gaz est refroidi à une pression au
moins supérieure à la pression critique du méthane et à une
température telle qu'il se trouve à l'issue de l'étape a) en phase dense, 2) au moins une fraction de la phase dense provenant de l'étape a) est
détendue et liquéfiée au moins en partie, en subissant au moins une
opération de détente dans une turbine au cours d'une étape b), 3) la fraction gazeuse et la fraction liquide résultant de l'étape b) sont
séparées au cours de l'étape c), 4) la fraction gazeuse résultant de l'étape c) est échangée thermiquement
avec une fraction non détendue du gaz naturel au cours d'une étape
d), ladite fraction est détendue à l'issue de cette opération d'échange
thermique au cours d'une étape e) en formant un mélange liquide
vapeur qui est séparé en une fraction liquide et une fraction gazeuse, 5) les fractions liquides provenant des étapes c) et e) sont réunies au
cours d'une étape f) pour former le gaz nature liquéfié, 6) les fractions gazeuses provenant des étapes d) et e) sont au moins en
partie recomprimées et recyclées à l'étape a).The method according to the invention more particularly implements the following steps: 1) during a first step a) the gas is cooled to a pressure at
less than the critical methane pressure and a
temperature as it is at the end of step a) in the dense phase, 2) at least a fraction of the dense phase from step a) is
relaxed and liquefied at least in part, undergoing at least one
expansion operation in a turbine during a step b), 3) the gas fraction and the liquid fraction resulting from step b) are
separated during step c), 4) the gaseous fraction resulting from step c) is heat exchanged
with an unexpanded fraction of natural gas in one step
d), said fraction is relaxed at the end of this exchange transaction
thermal during a step e) by forming a liquid mixture
vapor which is separated into a liquid fraction and a gaseous fraction, 5) the liquid fractions coming from stages c) and e) are combined
during a step f) to form the liquefied natural gas, 6) the gaseous fractions originating from steps d) and e) are at least in
part recompressed and recycled in step a).

La valeur de pression utilisée au cours de l'étape a) est, de préférence, supérieure à la valeur du cricondenbar défini comme étant la valeur de pression pour un mélange au-dessus de laquelle deux phases ne peuvent coexister. The pressure value used during step a) is preferably greater than the value of the cricondenbar defined as being the pressure value for a mixture above which two phases cannot coexist.

II est également possible, dans le cadre de l'invention, d'effectuer cette première étape de réfrigération au moyen d'un cycle extérieur opérant avec un mélange de réfrigérants. Le principe de fonctionnement du procédé dans ce cas est illustré par le schéma représenté sur la figure 4. It is also possible, within the framework of the invention, to carry out this first refrigeration step by means of an external cycle operating with a mixture of refrigerants. The operating principle of the process in this case is illustrated by the diagram shown in FIG. 4.

La première étape de réfrigération du gaz naturel qui est réalisée dans l'échangeur E2 est alors effectuée, non par échange thermique avec la fraction gazeuse sortant de la turbine T2, mais par échange thermique avec un mélange de réfrigérants qui se vaporise dans l'échangeur E2, ressort de l'échangeur E2 par un conduit 22 et auquel on fait subir plusieurs étapes de compression et de refroidissement. Le mélange de réfrigérants est, par exemple, comprimé dans l'étage de compression K5 puis condensé dans l'étage de condensation C5, puis comprimé à nouveau par l'étage de compression K6 et condensé en passant à travers l'étage de condensation C6. Le mélange de réfrigérants sort de l'échangeur C6 par un conduit 23 sous forme de phase liquide. II est alors détendu dans la vanne de détente V2, puis il est recyclé par un conduit 24 vers l'échangeur E2. The first stage of refrigeration of natural gas which is carried out in the exchanger E2 is then carried out, not by heat exchange with the gaseous fraction leaving the turbine T2, but by heat exchange with a mixture of refrigerants which vaporizes in the exchanger E2, spring from the exchanger E2 by a conduit 22 and which is subjected to several stages of compression and cooling. The refrigerant mixture is, for example, compressed in the compression stage K5 then condensed in the condensing stage C5, then compressed again by the compression stage K6 and condensed while passing through the condensing stage C6 . The mixture of refrigerants leaves the exchanger C6 via a pipe 23 in the form of a liquid phase. It is then expanded in the expansion valve V2, then it is recycled through a conduit 24 to the exchanger E2.

Le mélange de réfrigérants est constitué, par exemple, d'un mélange d'hydrocarbures tels que le propane, le butane, le pentane, I'éthane, le méthane. The mixture of refrigerants consists, for example, of a mixture of hydrocarbons such as propane, butane, pentane, ethane, methane.

Dans les deux cas illustrés par les figures 3C et 4, la fraction de gaz naturel en phase "dense" qui n'est pas détendue dans la turbine T3 est refroidie dans l'échangeur E3 jusqu'à une température proche de la température finale du gaz naturel produit. In the two cases illustrated in FIGS. 3C and 4, the fraction of natural gas in the "dense" phase which is not expanded in the turbine T3 is cooled in the exchanger E3 to a temperature close to the final temperature of the natural gas produced.

Dans tous les cas, la fraction de gaz naturel détendue dans la turbine de détente T3 représente une fraction majoritaire du gaz naturel à l'entrée, de préférence supérieure aux deux tiers du gaz naturel à l'entrée arrivant par le conduit 10. In all cases, the fraction of natural gas expanded in the expansion turbine T3 represents a majority fraction of the natural gas at the inlet, preferably greater than two thirds of the natural gas at the inlet arriving via the conduit 10.

Le travail de détente récupéré dans les turbines T3 et T4 est utilisé pour entraîner les étages de compression K3 et K4 et/ou, dans le cas du schéma de la figure 4, les étages de compression K5 et K6. Le complément d'énergie mécanique nécessaire est fourni par une turbine à vapeur ou, de préférence, par une turbine à gaz. The expansion work recovered in the turbines T3 and T4 is used to drive the compression stages K3 and K4 and / or, in the case of the diagram in FIG. 4, the compression stages K5 and K6. The additional mechanical energy required is supplied by a steam turbine or, preferably, by a gas turbine.

II est avantageux de placer sur un même arbre deux ou plusieurs étages de compression ainsi que deux ou plusieurs turbines. It is advantageous to place on the same shaft two or more compression stages as well as two or more turbines.

En augmentant la valeur de pression à laquelle est réalisée l'étape a), il est possible de réduire le complément d'énergie mécanique nécessaire pour liquéfier le gaz naturel. Le procédé selon l'invention est d'autant plus avantageux que cette pression est élevée. La valeur de pression utilisée doit être au moins égale à la pression critique du méthane (4,6 MPa) et de préférence supérieure au cricondenbar du mélange qui constitue le gaz naturel à liquéfier. Elle se situe, avantageusement dans un intervalle compris par exemple entre 7 et 20 MPa. By increasing the pressure value at which step a) is carried out, it is possible to reduce the additional mechanical energy necessary to liquefy natural gas. The method according to the invention is all the more advantageous when this pressure is high. The pressure value used must be at least equal to the critical methane pressure (4.6 MPa) and preferably greater than the cricondenbar of the mixture which constitutes the natural gas to be liquefied. It is advantageously in a range of, for example, between 7 and 20 MPa.

En abaissant la température à l'issue de l'étape a), on réduit la quantité de phase gazeuse recyclée à l'issue de la détente opérée au cours de l'étape c). Cette température est de préférence inférieure à 230K. By lowering the temperature at the end of step a), the quantity of gaseous phase recycled after the expansion carried out during step c) is reduced. This temperature is preferably less than 230K.

Lorsque le gaz naturel contient des hydrocarbures plus lourds que le méthane, ces hydrocarbures sont, de préférence, au moins en partie séparés du gaz naturel avant la liquéfaction, notamment pour éviter tout risque de cristallisation au cours de la liquéfaction. When the natural gas contains heavier hydrocarbons than methane, these hydrocarbons are preferably at least partially separated from the natural gas before liquefaction, in particular to avoid any risk of crystallization during liquefaction.

Si la pression est supérieure au cricondenbar, les hydrocarbures plus lourds que le méthane ne peuvent pas être condensés par réfrigération. II a été découvert que dans ce cas, ils sont avantageusement séparés par une étape d'adsorption sur un adsorbant constitué par exemple par une alumine, une zéolithe ou un charbon actif. If the pressure is higher than the cricondenbar, hydrocarbons heavier than methane cannot be condensed by refrigeration. It has been discovered that in this case, they are advantageously separated by an adsorption step on an adsorbent constituted for example by an alumina, a zeolite or an activated carbon.

L'adsorbant est mis, par exemple, en oeuvre dans au moins deux lits fixes opérant en parallèle. Un lit opère en adsorption pendant qu'un autre lit opère en désorption. La désorption est réalisée, par exemple, par diminution de la pression et/ou augmentation de la température. Les hydrocarbures plus lourds que le méthane qui doivent être séparés, se fixent sur l'adsorbant au cours de l'étape d'adsorption, puis ils sont séparés au cours de l'étape de désorption. The adsorbent is used, for example, in at least two fixed beds operating in parallel. One bed operates in adsorption while another bed operates in desorption. Desorption is carried out, for example, by decreasing the pressure and / or increasing the temperature. Hydrocarbons heavier than methane which must be separated are fixed on the adsorbent during the adsorption step, then they are separated during the desorption step.

Une autre manière de procéder consiste, au cours de l'étape a) à détendre le gaz jusqu'à une pression comprise entre le cricondenbar du mélange constituant le gaz naturel à liquéfier et la pression critique du gaz naturel. Une telle détente provoque la formation d'une phase liquide par condensation rétrograde. Le mélange détendu est ensuite refroidi à une pression sensiblement constante. La phase liquide comprenant les hydrocarbures plus lourds que le méthane, à séparer, est alors prélevée à l'issue de l'opération de détente et/ou au cours du refroidissement ultérieur du mélange opéré à une pression sensiblement constante. Après prélèvement de la phase liquide, le mélange est refroidi jusqu'à une température telle que le mélange se trouve en phase "dense".  Another way of proceeding consists, during step a) of expanding the gas to a pressure between the cricondenbar of the mixture constituting the natural gas to be liquefied and the critical pressure of the natural gas. Such expansion causes the formation of a liquid phase by retrograde condensation. The expanded mixture is then cooled to a substantially constant pressure. The liquid phase comprising the hydrocarbons heavier than methane, to be separated, is then withdrawn at the end of the expansion operation and / or during the subsequent cooling of the mixture operated at a substantially constant pressure. After removal of the liquid phase, the mixture is cooled to a temperature such that the mixture is in the "dense" phase.

Dans le cas où le gaz naturel à liquéfier contient de l'azote, et lorsque cela s'avère nécessaire, il est possible de séparer au moins en partie cet azote. In the case where the natural gas to be liquefied contains nitrogen, and when necessary, it is possible to separate this nitrogen at least in part.

On procède par exemple de la façon suivante
Il a été découvert qu'il est possible d'obtenir à l'issue de la détente opérée au cours de l'étape b) une phase gazeuse concentrée en azote et de séparer ainsi au moins une fraction de l'azote contenue dans le gaz naturel à liquéfier sans avoir à liquéfier cette fraction d'azote, en mélange avec le gaz naturel. En effet, liquéfier le gaz naturel en présence de cette fraction d'azote est doublement pénalisant puisque la présence de cette fraction d'azote dans le gaz naturel à liquéfier rend l'opération de liquéfaction plus difficile et qu'ensuite cette fraction d'azote doit être séparé de la phase liquide obtenue, par exemple par un processus de distillation.We proceed for example as follows
It has been discovered that it is possible to obtain, at the end of the expansion carried out during step b), a gaseous phase concentrated in nitrogen and thus to separate at least a fraction of the nitrogen contained in the gas. natural to liquefy without having to liquefy this fraction of nitrogen, mixed with natural gas. Indeed, liquefying natural gas in the presence of this fraction of nitrogen is doubly disadvantageous since the presence of this fraction of nitrogen in the natural gas to be liquefied makes the liquefaction operation more difficult and then this fraction of nitrogen must be separated from the liquid phase obtained, for example by a distillation process.

Le procédé dans ce cas est réalisé, par exemple selon le schéma de principe représenté sur la figure 5.  The process in this case is carried out, for example according to the block diagram shown in FIG. 5.

Le gaz naturel est envoyé dans l'échangeur E2 par le conduit 7. A l'issue de l'étape de refroidissement dans l'échangeur E2, le gaz naturel sort sous une forme de phase "dense". La fraction de cette phase "dense" qui est détendue directement passe par au moins deux étapes de détente successives décrites ci-après. The natural gas is sent to the exchanger E2 via the conduit 7. At the end of the cooling step in the exchanger E2, the natural gas leaves in the form of a "dense" phase. The fraction of this "dense" phase which is directly expanded goes through at least two successive expansion steps described below.

Une première fraction de la phase dense est envoyée par le conduit 11 vers une turbine 31 dans laquelle elle est détendue. A l'issue de cette première étape de détente, un mélange composé majoritairement de phase liquide est évacué par un conduit 30 de la turbine 31 vers un ballon séparateur B2 dans lequel les fractions liquide et gazeuse sont séparées. A first fraction of the dense phase is sent through line 11 to a turbine 31 in which it is expanded. At the end of this first expansion step, a mixture composed mainly of liquid phase is discharged through a pipe 30 from the turbine 31 to a separator flask B2 in which the liquid and gaseous fractions are separated.

La fraction gazeuse est envoyée ou recyclée par un conduit 31 dans l'échangeur E3.The gaseous fraction is sent or recycled via a conduit 31 in the exchanger E3.

La fraction liquide séparée dans le ballon séparateur B2 est appauvrie en azote, puis évacuée par un conduit 32 et détendue dans une turbine T32 d'où elle ressort sous la forme d'un mélange liquide-vapeur. A la sortie de la turbine T32, ce mélange liquide-vapeur obtenu est envoyé à la base d'un contacteur S1 par une conduite 35. The liquid fraction separated in the separator flask B2 is depleted in nitrogen, then evacuated by a conduit 32 and expanded in a turbine T32 from which it emerges in the form of a liquid-vapor mixture. At the outlet of the turbine T32, this liquid-vapor mixture obtained is sent to the base of a contactor S1 via a pipe 35.

La fraction de gaz naturel refroidi en phase dense provenant de l'échangeur E2 et non dérivée vers la turbine T31 est envoyée par un conduit 14 vers l'échangeur E3. Elle est réfrigérée dans cet échangeur par échange thermique avec un partie de la fraction gazeuse provenant du conduit 31. En sortie d'échangeur E3, la phase dense possède une température inférieure à sa température initiale d'entrée dans l'échangeur
E3. Elle possède, par exemple, une température voisine de la température de la fraction gazeuse arrivant par le conduit 31. Cette fraction de phase dense refroidie est envoyée dans une turbine T4 par une conduite 15, dans laquelle elle est détendue. Le mélange liquide-vapeur, composé en majorité de phase liquide obtenu à la sortie de la turbine T4 est envoyé en tete du contacteur S1 par la continuation du conduit 15. La phase liquide sortant de la turbine T4 est relativement concentrée en azote. Dans le contacteur S1, elle est contactée à contrecourant avec la fraction gazeuse arrivant à la base du contacteur S1 par le conduit 35 qui est à une composition proche de l'équilibre avec une phase liquide relativement pauvre en azote. Dans le contacteur S1, la phase liquide qui descend s'appauvrit en azote et la phase gazeuse qui monte s'enrichit en azote. II est ainsi possible d'obtenir, à la base du contacteur S1, une fraction liquide relativement pauvre en azote et en tête du contacteur Si une fraction gazeuse relativement riche en azote. La fraction liquide recueillie à la base du contacteur S1 forme le gaz naturel liquéfié qui est évacué par un conduit 38. La fraction gazeuse recueillie en tête du contacteur S1 forme la fraction gazeuse concentrée en azote qui est séparée du gaz naturel.The fraction of natural gas cooled in dense phase from the exchanger E2 and not diverted to the turbine T31 is sent through a pipe 14 to the exchanger E3. It is refrigerated in this exchanger by heat exchange with part of the gaseous fraction coming from conduit 31. At the outlet of exchanger E3, the dense phase has a temperature below its initial temperature of entry into the exchanger
E3. It has, for example, a temperature close to the temperature of the gaseous fraction arriving via line 31. This cooled dense phase fraction is sent to a turbine T4 via a line 15, in which it is expanded. The liquid-vapor mixture, mainly composed of liquid phase obtained at the outlet of the turbine T4 is sent to the head of the contactor S1 by the continuation of the conduit 15. The liquid phase leaving the turbine T4 is relatively concentrated in nitrogen. In the contactor S1, it is contacted countercurrently with the gaseous fraction arriving at the base of the contactor S1 via the conduit 35 which is in a composition close to equilibrium with a liquid phase relatively poor in nitrogen. In the contactor S1, the liquid phase which descends becomes depleted in nitrogen and the gaseous phase which rises is enriched in nitrogen. It is thus possible to obtain, at the base of the contactor S1, a liquid fraction relatively poor in nitrogen and at the top of the contactor Si a gaseous fraction relatively rich in nitrogen. The liquid fraction collected at the base of the contactor S1 forms the liquefied natural gas which is evacuated through a conduit 38. The gaseous fraction collected at the head of the contactor S1 forms the gaseous fraction concentrated in nitrogen which is separated from the natural gas.

Cette fraction gazeuse est évacuée par un conduit 34 et envoyée à un échangeur E4 d'où elle ressort par le conduit 37. Dans l'échangeur E4, la phase gazeuse est réchauffée par échange thermique avec une fraction du gaz naturel arrivant par un conduit 33 reliant directement le conduit d'introduction 7 du gaz naturel à l'échangeur E4. This gaseous fraction is evacuated via a conduit 34 and sent to an exchanger E4 from which it emerges via the conduit 37. In the exchanger E4, the gaseous phase is heated by heat exchange with a fraction of the natural gas arriving via a conduit 33 directly connecting the conduit 7 for introducing natural gas to the exchanger E4.

Cette fraction du gaz naturel dérivée directement du conduit d'introduction 7 est refroidie dans l'échangeur E4 de façon identique aux méthodes précédemment décrites, puis détendue à travers une vanne de détente V3 située sur un conduit 36 reliant la vanne V3 au contacteur S1. This fraction of natural gas directly derived from the introduction conduit 7 is cooled in the exchanger E4 in an identical manner to the methods previously described, then expanded through an expansion valve V3 located on a conduit 36 connecting the valve V3 to the contactor S1.

Elle est ensuite mélangée avec le mélange liquide-vapeur provenant de la turbine T4 et envoyé au contacteur S1, le mélange s'effectuant au niveau du conduit 36.It is then mixed with the liquid-vapor mixture coming from the turbine T4 and sent to the contactor S1, the mixing taking place at the level of the conduit 36.

Il est également possible d'envoyer la fraction gazeuse sortant en tête du contacteur S1 aux échangeurs de chaleur E3 et E2, qui doivent dans ce cas, comporter des moyens d'échange complémentaires. It is also possible to send the gaseous fraction leaving the head of the contactor S1 to the heat exchangers E3 and E2, which in this case must include additional exchange means.

Le contacteur S1 est formé par exemple d'un élément de colonne à garnissage ou de colonne à plateaux. The contactor S1 is formed for example of a packed column element or a column column.

Des essais réalisés ont conduit aux résultats suivants. Tests have led to the following results.

Pour un gaz naturel à liquéfier disponible à une valeur de température de 308 K, ayant une valeur de pression de 150 bars et contenant 7,7 % masse d'azote
Une première fraction fl de ce gaz est refroidie par les échangeurs
E2 et E3 jusqu'à une température de 122 K. Le gaz naturel se trouve ainsi dans un état de phase "dense". II est liquéfié partiellement par une détente à pression atmosphérique puis est introduit par le conduit 16 en tête du contacteur S1.For a natural gas to be liquefied available at a temperature value of 308 K, having a pressure value of 150 bars and containing 7.7% mass of nitrogen
A first fraction fl of this gas is cooled by the exchangers
E2 and E3 up to a temperature of 122 K. Natural gas is thus in a "dense" phase state. It is partially liquefied by expansion at atmospheric pressure and is then introduced via line 16 at the head of contactor S1.

Une deuxième fraction f2 prélevée en amont de l'échangeur E2 est refroidie jusqu'à 185 K par une détente sensiblement isentropique dans une turbine T2 jusqu'au voisinage de sa pression de rosée. Elle est ensuite introduite par le conduit 9 dans l'échangeur E2 où elle se réchauffe à contre courant avec la première fraction fl. A l'issue de ce réchauffement, elle pénètre dans un train de compresseurs réfrigérés par le milieu ambiant K4, C4, puis est mélangée au gaz naturel à traiter.  A second fraction f2 taken upstream of the exchanger E2 is cooled to 185 K by a substantially isentropic expansion in a turbine T2 to the vicinity of its dew pressure. It is then introduced via line 9 into the exchanger E2 where it heats up against the current with the first fraction fl. At the end of this heating, it enters a train of compressors refrigerated by the ambient medium K4, C4, then is mixed with the natural gas to be treated.

Une troisième fraction f3 prélevée en aval de l'échangeur E2 est refroidie jusqu'à 117 K par une détente sensiblement isentropique dans une turbine T31. La fraction vapeur séparée du mélange gaz/liquide dans le ballon B2 est introduite par le conduit 31 dans l'échangeur E3 puis par le conduit 18 dans l'échangeur E2 où elle se réchauffe à contre courant avec la première fraction fl. A l'issue de ce réchauffement, elle pénètre dans un train de compresseurs réfrigérés par le milieu ambiant K3, C3, puis est mélangée à la deuxième fraction f2 en amont du train de compresseurs réfrigérés par le milieu ambiant K4, C4. A third fraction f3 taken downstream of the exchanger E2 is cooled to 117 K by a substantially isentropic expansion in a turbine T31. The vapor fraction separated from the gas / liquid mixture in the cylinder B2 is introduced through the conduit 31 into the exchanger E3 then through the conduit 18 into the exchanger E2 where it heats up against the current with the first fraction fl. At the end of this heating, it enters a train of compressors refrigerated by the ambient medium K3, C3, then is mixed with the second fraction f2 upstream of the train of compressors refrigerated by the ambient medium K4, C4.

La fraction liquide provenant du ballon B2 est détendue à pression atmosphérique et introduite au fond du contacteur S1. Au contact du liquide riche en azote (6,7 % masse), les vapeurs s'enrichissent en azote. The liquid fraction from the flask B2 is expanded to atmospheric pressure and introduced to the bottom of the contactor S1. On contact with nitrogen-rich liquid (6.7% by mass), the vapors enrich themselves with nitrogen.

A l'issue du contacteur, les vapeurs contiennent 66 % masse d'azote et le gaz naturel liquéfié 1,3 % masse. Les vapeurs sont réchauffées à température ambiante par une fraction f4 du gaz naturel à traiter, avant d'être rejetées. La fraction 4, après détente, est introduite en tête du contacteur.At the end of the contactor, the vapors contain 66% by mass of nitrogen and the liquefied natural gas 1.3% by mass. The vapors are warmed to room temperature with a fraction f4 of the natural gas to be treated, before being discharged. Fraction 4, after expansion, is introduced at the top of the contactor.

Les fractions fl, f2, f3 et f4 sont choisies de telle sorte que les approches thermiques aux échangeurs soient minimales. The fractions f1, f2, f3 and f4 are chosen so that the thermal approaches to the exchangers are minimal.

La puissance dépensée aux compresseurs est de 360 Kw, les pertes en méthane dans le gaz purgé sont de 3,5 %. The power expended on the compressors is 360 Kw, the methane losses in the purged gas are 3.5%.

La détente effectuée au cours de l'étape c) est effectuée comme le montre l'exemple numérique avec une variation importante de température, cette variation de température étant supérieure à 50"C. Même si cette détente est réalisée dans deux ou plusieurs turbines successives, il en résulte un écart relativement important entre les températures d'entrée et de sortie pour chaque turbine. En outre, la détente est opérée en phase "dense" ou liquide. Les échanges thermiques entre le fluide en cours de détente et les éléments de la turbine peuvent dans ces conditions conduire à une réduction de l'efficacité de la détente. The expansion carried out during step c) is carried out as shown in the numerical example with a significant temperature variation, this temperature variation being greater than 50 "C. Even if this expansion is carried out in two or more successive turbines , this results in a relatively large difference between the inlet and outlet temperatures for each turbine. In addition, the expansion is carried out in the "dense" or liquid phase. The heat exchanges between the fluid being expanded and the elements of the turbine can under these conditions lead to a reduction in the efficiency of the expansion.

II a été découvert qu'il est avantageux de réaliser la détente dans une turbine dont les éléments sont réalisés en matériaux peu conducteurs de la chaleur thermique. Ils sont ainsi isolés thermiquement du gaz. It has been discovered that it is advantageous to carry out expansion in a turbine, the elements of which are made of materials which are not very conductive of thermal heat. They are thus thermally isolated from the gas.

Ces éléments peuvent être des composants métalliques revêtus d'une couche thermiquement isolante. Ces éléments et notamment le rotor sont également réalisés dans un exemple particulier en un matériau composite faiblement conducteur de la chaleur.  These elements can be metallic components coated with a thermally insulating layer. These elements, and in particular the rotor, are also produced in a particular example from a composite material with low heat conductivity.

Les échanges de chaleur réalisés au cours des étapes a) et d) sont effectués dans des échangeurs de chaleur opérant à contre-courant. Ces échangeurs de chaleur sont des échangeurs à passes multiples et sont de préférence constitués par des échangeurs à plaques. Ces échangeurs à plaques peuvent être, par exemple, des échangeurs en aluminium brasé. II est également possible d'utiliser des échangeurs en acier inoxydable dont les plaques sont soudées entre elles. The heat exchanges carried out during steps a) and d) are carried out in heat exchangers operating against the current. These heat exchangers are multiple pass exchangers and are preferably constituted by plate exchangers. These plate exchangers can be, for example, brazed aluminum exchangers. It is also possible to use stainless steel exchangers whose plates are welded together.

II est également possible d'utiliser des échangeurs bobinés. It is also possible to use wound exchangers.

L'échange de chaleur effectué au cours de l'étape e) est effectué avec un écart de température du côté le plus froid de l'échangeur de préférence inférieur à 5K et un écart de température du côté le plus chaud de l'échangeur de préférence inférieur à 10K.The heat exchange carried out during step e) is carried out with a temperature difference on the coldest side of the exchanger preferably less than 5K and a temperature difference on the warmest side of the heat exchanger. preferably less than 10K.

On peut sans sortir de l'invention utiliser à la place d'une turbine un autre équipement permettant de réaliser une détente avec fourniture d'énergie mécanique. Without departing from the invention, it is possible to use, in place of a turbine, other equipment making it possible to achieve expansion with supply of mechanical energy.

Bien entendu, diverses modifications et/ou adjonctions peuvent être apportées par l'homme de métier à la méthode et au dispositif dont la description vient d'être donnée à titre nullement limitatif, sans sortir du cadre de l'invention.  Of course, various modifications and / or additions can be made by those skilled in the art to the method and to the device, the description of which has just been given without limitation, without departing from the scope of the invention.

Claims (21)

REVENDICATIONS 1) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape selon laquelle on liquéfie au moins en partie ledit gaz naturel par détente avec fourniture d'énergie mécanique, ladite détente le faisant passer d'un état ou une phase dense vers un état ou une phase liquide. CLAIMS 1) Method for liquefying a natural gas characterized in that it comprises at least one step according to which said natural gas is at least partially liquefied by expansion with supply of mechanical energy, said expansion passing it from a dense state or phase to a liquid state or phase. 2) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte au moins les deux étapes suivantes: a)- on refroidit le gaz naturel à une pression au moins supérieure ou2) A method of liquefying a natural gas according to claim 1 characterized in that it comprises at least the following two steps: a) - the natural gas is cooled to a pressure at least higher or égale à la valeur de pression critique du méthane et à une equal to the critical pressure value of methane and to a température telle que ledit gaz naturel se présente sous une forme de temperature such that said natural gas is in the form of phase dense à la fin de ce refroidissement, b)- on détend et on liquéfie au moins en partie une fraction de ladite dense phase at the end of this cooling, b) - one relaxes and at least partially liquefies a fraction of said phase dense provenant de l'étape a), à travers un dispositif adapté à dense phase from step a), through a device adapted to diminuer la pression du gaz naturel, le passage de l'état de phase decrease the pressure of natural gas, the transition from the phase state dense vers un état liquide se faisant sensiblement sans transition de dense to a liquid state occurring substantially without transition from phase. phase. 3) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon la revendication 2 caractérisé en ce que, le gaz comportant une forme liquide et une forme gazeuse, après l'étape b) on procède aux étapes suivantes - on sépare la fraction liquide et la fraction gazeuse au cours d'une3) A method of liquefying a natural gas according to claim 2 characterized in that, the gas comprising a liquid form and a gaseous form, after step b) the following steps are carried out - the liquid fraction and the fraction are separated fizzy during a étape c), - la fraction gazeuse résultant de l'étape c) est échangée thermiquement step c), - the gas fraction resulting from step c) is heat exchanged avec une fraction non détendue du gaz naturel au cours d'une étape d), with an unexpanded fraction of natural gas during step d), ladite fraction étant détendue à l'issue de cette opération d'échange said fraction being relaxed at the end of this exchange transaction thermique au cours d'une étape e) en formant un mélange liquide thermal during a step e) by forming a liquid mixture vapeur qui est séparé en une fraction liquide et une fraction gazeuse, - on réunit les fractions liquides provenant des étapes c) et e) pour former vapor which is separated into a liquid fraction and a gaseous fraction, - the liquid fractions coming from steps c) and e) are combined to form le gaz naturel liquéfié, et - on recomprime et on recycle au moins en partie les fractions gazeuses liquefied natural gas, and - the gas fractions are recompressed and at least partially recycled provenant des étapes d) et e) à l'étape a).  from steps d) and e) in step a). 4) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications 2 à 3 caractérisé en ce que l'on utilise comme dispositif pour détendre le gaz de la forme de phase dense vers une forme de phase liquide, une turbine.4) A method of liquefying a natural gas according to one of claims 2 to 3 characterized in that one uses as a device to expand the gas from the dense phase form to a liquid phase form, a turbine. 5) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications 2 à 4 caractérisé en ce qu'au cours de l'étape a), on refroidit le gaz naturel par échange thermique en utilisant une fraction gazeuse provenant dudit gaz naturel, ladite fraction gazeuse étant détendue dans une turbine, ladite fraction gazeuse détendue étant au moins en partie recomprimée dans un étage de compression et recyclée.5) A method of liquefying a natural gas according to one of claims 2 to 4 characterized in that during step a), the natural gas is cooled by heat exchange using a gaseous fraction from said natural gas , said gaseous fraction being expanded in a turbine, said expanded gaseous fraction being at least partially recompressed in a compression stage and recycled. 6) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications 2 à 5 caractérisé en ce qu'on comprime au moins une fraction gazeuse recyclée en mettant en oeuvre au moins deux étapes, le gaz étant refroidi par un milieu ambiant de réfrigération disponible à la sortie de chacun des étages de compression.6) A method of liquefying a natural gas according to one of claims 2 to 5 characterized in that at least one recycled gaseous fraction is compressed using at least two stages, the gas being cooled by an ambient medium of refrigeration available at the outlet of each of the compression stages. 7) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications 2 à 6 caractérisé en ce qu'au cours de l'étape a), on refroidit le gaz naturel par vaporisation d'un mélange de réfrigérants, le mélange ainsi obtenu en phase vapeur étant ensuite comprimé, condensé par un échange thermique avec le milieu ambiant de réfrigération disponible, détendu et recyclé.7) A method of liquefying a natural gas according to one of claims 2 to 6 characterized in that during step a), the natural gas is cooled by vaporization of a mixture of refrigerants, the mixture thus obtained in the vapor phase then being compressed, condensed by heat exchange with the ambient refrigeration medium available, expanded and recycled. 8) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications 2 à 7 caractérisé en ce que le gaz naturel comportant des hydrocarbures lourds, on sépare les hydrocarbures les plus lourds contenus dans le gaz naturel à liquéfier préalablement à l'étape a) au moyen d'une étape d'adsorption.8) A method of liquefying a natural gas according to one of claims 2 to 7 characterized in that the natural gas comprising heavy hydrocarbons, the heaviest hydrocarbons contained in the natural gas to be liquefied are separated before the step a) by means of an adsorption step. 9) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications 2 à 8 caractérisé en ce que l'on réalise l'étape a) à une valeur de pression supérieure à la pression critique du méthane. 9) A method of liquefying a natural gas according to one of claims 2 to 8 characterized in that one carries out step a) at a pressure value greater than the critical pressure of methane. 10) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'on réalise l'étape a) à une valeur de pression supérieure à la valeur du cricondenbar du gaz à liquéfier.10) A method of liquefying a natural gas according to claim 9 characterized in that one performs step a) at a pressure value greater than the value of the cricondenbar of the gas to be liquefied. 11) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon les revendications 9 et 10 caractérisé en ce que l'on réalise l'étape a) à une pression comprise entre 7 et 20 MPa.11) A method of liquefying a natural gas according to claims 9 and 10 characterized in that one carries out step a) at a pressure between 7 and 20 MPa. 12) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications 2 à 9 caractérisé en ce que la température que possède le gaz naturel à l'issu de l'étape a) est inférieure à 230 K.12) A method of liquefying a natural gas according to one of claims 2 to 9 characterized in that the temperature that the natural gas has at the end of step a) is less than 230 K. 13) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications 2 à 9 et 12 caractérisé en ce que l'on détend le gaz naturel au cours de l'étape a) jusqu'à une pression telle qu'une fraction liquide concentrée en hydrocarbures plus lourds que le méthane est produite, ladite fraction liquide étant alors séparée.13) A method of liquefying a natural gas according to one of claims 2 to 9 and 12 characterized in that the natural gas is expanded during step a) to a pressure such that a fraction liquid concentrated in heavier hydrocarbons than methane is produced, said liquid fraction then being separated. 14) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications 2 à 9 et 12 caractérisé en ce que l'étape b) est réalisée par détente dans une turbine dont les éléments sont faiblement conducteurs de la chaleur thermique.14) A method of liquefying a natural gas according to one of claims 2 to 9 and 12 characterized in that step b) is carried out by expansion in a turbine whose elements are weakly conductive of thermal heat. 15) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon la revendication 14 caractérisé en ce la turbine a un rotor en matériau faiblement conducteur de la chaleur thermique tel qu'un composite.15) A method of liquefying a natural gas according to claim 14 characterized in that the turbine has a rotor made of a material which is weakly conductive of thermal heat such as a composite. 16) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications 2 à 9 et 12 et 14 caractérisé en ce que l'on réalise les échanges de chaleur réalisés au cours des étapes a) et d) en faisant passer le gaz dans des échangeurs opérant à contre-courant.16) A method of liquefying a natural gas according to one of claims 2 to 9 and 12 and 14 characterized in that one carries out the heat exchanges carried out during steps a) and d) by passing the gas in exchangers operating against the current. 17) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications 2 à 9 et 12 et 14 caractérisé en ce que l'on effectue l'échange thermique de l'étape d) en faisant passer le gaz dans un échangeur présentant un écart de température du côté le plus froid de 17) A method of liquefying a natural gas according to one of claims 2 to 9 and 12 and 14 characterized in that the heat exchange is carried out in step d) by passing the gas through an exchanger having a temperature difference on the coldest side of I'échangeur inférieur à 5 K et un écart de température du coté le plus chaud de l'échangeur inférieur à 10 K.The exchanger less than 5 K and a temperature difference on the warmer side of the exchanger less than 10 K. 18) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications 2 à 9 et 12 et 14 caractérisé en ce que l'on réalise la détente au cours de l'étape b) au moyen d'au moins deux turbines successives, le mélange liquide-vapeur provenant de la première détente partielle étant séparé, en une fraction gazeuse et une fraction liquide, ladite fraction gazeuse étant envoyée pour réaliser l'étape d) et ladite fraction liquide résultante étant détendue dans la deuxième turbine, la fraction liquide à l'issue de cette deuxième détente formant une partie du gaz naturel liquéfié produit par le procédé.18) A method of liquefying a natural gas according to one of claims 2 to 9 and 12 and 14 characterized in that the expansion is carried out during step b) by means of at least two successive turbines , the liquid-vapor mixture coming from the first partial expansion being separated, into a gaseous fraction and a liquid fraction, said gaseous fraction being sent to carry out step d) and said resulting liquid fraction being expanded in the second turbine, the fraction liquid at the end of this second expansion forming part of the liquefied natural gas produced by the process. 19) Procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications 2 à 9 et 12 et 14 caractérisé en ce que, au moins une partie de la fraction gazeuse provenant de l'étape b) est mis en contact à contrecourant avec la fraction liquide provenant de l'étape e), la fraction liquide résultante étant envoyée à l'étape f) et la fraction gazeuse résultante étant réunie avec la fraction gazeuse provenant de l'étape e) pour former au moins en partie une fraction gazeuse riche en azote qui est évacuée.19) A method of liquefying a natural gas according to one of claims 2 to 9 and 12 and 14 characterized in that, at least part of the gaseous fraction originating from step b) is brought into countercurrent contact with the liquid fraction from step e), the resulting liquid fraction being sent to step f) and the resulting gaseous fraction being combined with the gaseous fraction from step e) to form at least partly a gaseous fraction rich in nitrogen which is evacuated. 20) Appareil pour la mise en oeuvre du procédé de liquéfaction d'un gaz naturel selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en combinaison au moins un dispositif (E2) permettant de refroidir le gaz naturel à liquéfier et de le transformer sous forme de phase dense, au moins un moyen (R1) de refroidissement, ledit dispositif (E2) étant relié directement à au moins un moyen (T4) capable de détendre ledit gaz naturel se présentant sous forme de phase dense pour le liquéfier.20) Apparatus for implementing the liquefaction process of a natural gas according to one of the preceding claims characterized in that it comprises in combination at least one device (E2) for cooling the natural gas to be liquefied and transform it in the form of a dense phase, at least one means (R1) for cooling, said device (E2) being connected directly to at least one means (T4) capable of relaxing said natural gas which is in the form of a dense phase to liquefy it . 21) Appareil de liquéfaction d'un gaz naturel selon la revendication 20 caractérisé en ce que le moyen capable de détendre le gaz naturel sous forme de phase dense est constitué d'au moins une turbine de détente dont au moins un des éléments est réalisé en un matériau peu conducteur de la chaleur thermique. 21) Apparatus for liquefying a natural gas according to claim 20 characterized in that the means capable of expanding natural gas in the form of a dense phase consists of at least one expansion turbine of which at least one of the elements is made of a material which is not very conductive of thermal heat.
FR9315924A 1993-12-30 1993-12-30 Method and apparatus for liquefying a natural gas. Expired - Lifetime FR2714720B3 (en)

Priority Applications (11)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9315924A FR2714720B3 (en) 1993-12-30 1993-12-30 Method and apparatus for liquefying a natural gas.
FR9402024A FR2714722B1 (en) 1993-12-30 1994-02-21 Method and apparatus for liquefying a natural gas.
EP95905171A EP0687353B1 (en) 1993-12-30 1994-12-26 Method and apparatus for liquefying natural gas
PCT/FR1994/001535 WO1995018345A1 (en) 1993-12-30 1994-12-26 Method and apparatus for liquefying natural gas
US08/507,277 US5651269A (en) 1993-12-30 1994-12-26 Method and apparatus for liquefaction of a natural gas
AU13883/95A AU684885B2 (en) 1993-12-30 1994-12-26 Method and apparatus for liquefying natural gas
ES95905171T ES2126876T3 (en) 1993-12-30 1994-12-26 LICUEFACTION PROCEDURE AND APPARATUS OF A NATURAL GAS.
CA002156249A CA2156249C (en) 1993-12-30 1994-12-26 Method and apparatus for liquefying natural gas
JP51781795A JP3602130B2 (en) 1993-12-30 1994-12-26 Natural gas liquefaction method and apparatus
KR1019950703632A KR100356093B1 (en) 1993-12-30 1994-12-26 Natural Gas Liquefaction Method and Apparatus
NO953377A NO303850B1 (en) 1993-12-30 1995-08-29 Method and apparatus for liquefying natural gas and apparatus for carrying out the process

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9315924A FR2714720B3 (en) 1993-12-30 1993-12-30 Method and apparatus for liquefying a natural gas.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2714720A1 true FR2714720A1 (en) 1995-07-07
FR2714720B3 FR2714720B3 (en) 1996-05-03

Family

ID=9454614

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR9315924A Expired - Lifetime FR2714720B3 (en) 1993-12-30 1993-12-30 Method and apparatus for liquefying a natural gas.

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2714720B3 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006017783A1 (en) * 2004-08-06 2006-02-16 Bp Corporation North America Inc. Natural gas liquefaction process
WO2007135062A2 (en) * 2006-05-19 2007-11-29 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and apparatus for treating a hydrocarbon stream
EP1929227A4 (en) * 2005-08-09 2017-05-17 Exxonmobil Upstream Research Company Natural gas liquefaction process for lng

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006017783A1 (en) * 2004-08-06 2006-02-16 Bp Corporation North America Inc. Natural gas liquefaction process
US7637121B2 (en) 2004-08-06 2009-12-29 Bp Corporation North America Inc. Natural gas liquefaction process
CN1993593B (en) * 2004-08-06 2011-06-01 Bp北美公司 Natural gas liquefaction process
EP1929227A4 (en) * 2005-08-09 2017-05-17 Exxonmobil Upstream Research Company Natural gas liquefaction process for lng
WO2007135062A2 (en) * 2006-05-19 2007-11-29 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and apparatus for treating a hydrocarbon stream
WO2007135062A3 (en) * 2006-05-19 2008-03-27 Shell Int Research Method and apparatus for treating a hydrocarbon stream
GB2450666A (en) * 2006-05-19 2008-12-31 Shell Int Research Method and apparatus for treating a hydrocarbon stream
GB2450666B (en) * 2006-05-19 2011-05-04 Shell Int Research Method and apparatus for treating a hydrocarbon stream

Also Published As

Publication number Publication date
FR2714720B3 (en) 1996-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0687353B1 (en) Method and apparatus for liquefying natural gas
CA2194089C (en) Two-stage liquefaction process and device for a gaseous mixture, such as a natural gas
EP0644996B1 (en) Gas cooling process and plant, especially for natural gas liquefaction
JP5006515B2 (en) Improved drive and compressor system for natural gas liquefaction
KR101302310B1 (en) Semi-closed loop lng process
FR2778232A1 (en) Natural gas liquefaction process
EP0731900B1 (en) Method and plant for liquefying natural gas
FR2772896A1 (en) METHOD FOR THE LIQUEFACTION OF A GAS, PARTICULARLY A NATURAL GAS OR AIR COMPRISING A MEDIUM PRESSURE PURGE AND ITS APPLICATION
FR2764972A1 (en) Liquefaction of natural gas using two stages and monophase refrigerant
EP1118827B1 (en) Partial liquifaction process for a hydrocarbon-rich fraction such as natural gas
FR2739916A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR LIQUEFACTION AND TREATMENT OF NATURAL GAS
FR2885679A1 (en) METHOD AND INSTALLATION FOR SEPARATING LIQUEFIED NATURAL GAS
JP2006504928A (en) Motor driven compressor system for natural gas liquefaction
CA3029464A1 (en) Method for liquefying natural gas and for recovering possible liquids from the natural gas, comprising two refrigerant cycles semi-open to the natural gas and a refrigerant cycle closed to the refrigerant gas
EP0117793B1 (en) Fluid cooling process and plant, in particular for liquefying natural gas
FR2751059A1 (en) IMPROVED COOLING PROCESS AND INSTALLATION, ESPECIALLY FOR LIQUEFACTION OF NATURAL GAS
FR2723183A1 (en) Process for the liquefaction of hydrogen
WO2015036697A2 (en) Method and device for separation at sub-ambient temperature
FR2848651A1 (en) APPARATUS FOR DOUBLE REFRIGERATION OF A FLUID
FR3053770A1 (en) METHOD FOR LIQUEFACTING NATURAL GAS AND RECOVERING LIQUID EVENTS OF NATURAL GAS COMPRISING A SEMI-OPENING REFRIGERANT CYCLE WITH NATURAL GAS AND TWO REFRIGERANT GAS REFRIGERANT CYCLES
FR2714720A1 (en) Natural gas liquefaction process
FR3108390A1 (en) Hydrogen refrigeration installation and process
CH693187A5 (en) Process and refrigeration production facility from a thermal cycle of a low boiling point fluid.
FR3033397A1 (en) PROCESS FOR COMPRESSING AND COOLING A GASEOUS MIXTURE
CA2177599C (en) Method and plant for liquefying natural gas