FR2943125A1 - Procede de liquefaction de gaz naturel a cycle combine - Google Patents

Procede de liquefaction de gaz naturel a cycle combine Download PDF

Info

Publication number
FR2943125A1
FR2943125A1 FR0901194A FR0901194A FR2943125A1 FR 2943125 A1 FR2943125 A1 FR 2943125A1 FR 0901194 A FR0901194 A FR 0901194A FR 0901194 A FR0901194 A FR 0901194A FR 2943125 A1 FR2943125 A1 FR 2943125A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
cooling
refrigerant
natural gas
heat
turbine
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
FR0901194A
Other languages
English (en)
Other versions
FR2943125B1 (fr
Inventor
Denis Chretien
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.)
TotalEnergies SE
Original Assignee
Total SE
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 Total SE filed Critical Total SE
Priority to FR0901194A priority Critical patent/FR2943125B1/fr
Publication of FR2943125A1 publication Critical patent/FR2943125A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of FR2943125B1 publication Critical patent/FR2943125B1/fr
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0055—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream originating from an incorporated cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008—Hydrocarbons
    • F25J1/0087—Propane; Propylene
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F25J1/0215—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle
    • F25J1/0216—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR cycle using a C3 pre-cooling cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0225—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 other external refrigeration means not provided before, e.g. heat driven absorption chillers
    • F25J1/0227—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 other external refrigeration means not provided before, e.g. heat driven absorption chillers within a refrigeration cascade
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—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
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0235—Heat exchange integration
    • F25J1/0242—Waste heat recovery, e.g. from heat of compression
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
    • F25J1/0268—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer using a dedicated refrigeration means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—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.
    • F25J1/0289—Use of different types of prime drivers of at least two refrigerant compressors in a cascade refrigeration 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
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0292—Refrigerant compression by cold or cryogenic suction of the refrigerant gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • 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
    • F25J2240/70—Steam turbine, e.g. used in a Rankine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/80—Hot exhaust gas turbine combustion engine
    • F25J2240/82—Hot exhaust gas turbine combustion engine with waste heat recovery, e.g. in a combined cycle, i.e. for generating steam used in a Rankine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/906—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by heat driven absorption chillers

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

L'invention concerne un procédé de production de gaz naturel liquéfié, comprenant : - la fourniture de gaz naturel ; - le pré-refroidissement du gaz naturel par échange de chaleur avec un premier fluide frigorigène contenu dans au moins un cycle de pré-refroidissement comprenant au moins un compresseur entraîné par une turbine à vapeur ; - la liquéfaction du gaz naturel par échange de chaleur avec un deuxième fluide frigorigène contenu dans au moins un cycle de liquéfaction comprenant au moins un compresseur entraîné par une turbine à gaz produisant des fumées ; - la récupération d'au moins une partie de la chaleur des fumées de la turbine à gaz ; et - la production de vapeur destinée à la turbine à vapeur au moyen d'au moins une partie de la chaleur récupérée. L'invention concerne aussi une installation adaptée à la mise en oeuvre de ce procédé.

Description

PROCEDE DE LIQUEFACTION DE GAZ NATUREL A CYCLE COMBINE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de 10 liquéfaction de gaz naturel à cycle combiné, ainsi qu'une installation adaptée à la mise en oeuvre de ce procédé.
ARRIERE-PLAN TECHNIQUE Les usines de liquéfaction de gaz naturel sont 15 fortement consommatrices d'énergie et l'autoconsommation atteint des valeurs de l'ordre de 8 à 10 %. Il y a donc un intérêt économique et environnemental à réduire autant que possible leur consommation. De manière schématique, une usine de liquéfaction de 20 gaz naturel nécessite le refroidissement du gaz jusqu'à une température de -162 °C au moyen de puissants cycles frigorifiques à compression. Les compresseurs de cycle sont le plus souvent entraînés par des turbines à gaz qui représentent environ 80 % de la puissance consommée dans 25 l'usine. Le schéma le plus répandu est celui proposé par Air Products Chemicals Inc., comprenant un cycle de pré-refroidissement fonctionnant au propane et un cycle mixte de liquéfaction fonctionnant avec un mélange d'hydrocarbures et d'azote. 30 Traditionnellement, chaque compresseur dispose de sa propre turbine à gaz. Les compresseurs des différents cycles n'ayant pas la même puissance, il n'est pas possible d'utiliser le même type de turbine à gaz pour les différents compresseurs. Ceci pose des problèmes 35 importants en termes de formation du personnel et de maintenance, et notamment en termes d'achat de pièces de rechange.
R: Brevets 30000 30021--090312-teste depot_doc- 12 mars 2009 Une amélioration parfois utilisée consiste à dissocier les étages supérieurs du compresseur le plus puissant (celui du cycle de liquéfaction dans le schéma APCI) pour les reporter sur le compresseur le moins puissant, par couplage fonctionnel. De la sorte, on peut alimenter en énergie tous les compresseurs au moyen de turbines à gaz du même modèle. Par ailleurs, une façon connue d'améliorer l'efficacité de la production d'énergie mécanique est d'utiliser un cycle combiné. Dans ce système, la chaleur contenue dans les fumées des turbines à gaz est récupérée dans une chaudière en vue de produire de la vapeur. Celle-ci est détendue dans une turbine à vapeur et produit ainsi de l'énergie mécanique supplémentaire. On obtient de cette façon une diminution de la consommation d'énergie de 30 environ. Ainsi, le document WO 2009/031667 propose l'utilisation d'un cycle combiné dans une usine de liquéfaction, dans laquelle les compresseurs de cycles sont entraînés par moteur électrique, l'énergie électrique étant fournie par le cycle combiné. Toutefois, cette combinaison présente l'inconvénient de nécessiter l'emploi de moteurs électriques, plus chers qu'un entraînement mécanique direct, et dont le rendement est affecté par les inévitables pertes dans les alternateurs, transformateurs et électronique de puissance pour la variation de vitesse des moteurs. Il existe donc toujours un besoin d'optimiser le rendement énergétique des usines de liquéfaction de gaz naturel, tout en minimisant les contraintes de maintenance pour les équipements les plus lourds (notamment les turbines à gaz).
RESUME DE L'INVENTION L'invention concerne en premier lieu un procédé de production de gaz naturel liquéfié, comprenant : - la fourniture de gaz naturel ;
R_ Brevets 30000 30021-090112-texte_depot.doc- 12 mars 2009 - le pré-refroidissement du gaz naturel par échange de chaleur avec un premier fluide frigorigène contenu dans au moins un cycle de pré-refroidissement comprenant au moins un compresseur entraîné par une turbine à vapeur ; - la liquéfaction du gaz naturel par échange de chaleur avec un deuxième fluide frigorigène contenu dans au moins un cycle de liquéfaction comprenant au moins un compresseur entraîné par une turbine à gaz produisant des fumées ; - la récupération d'au moins une partie de la chaleur des fumées de la turbine à gaz ; et - la production de vapeur destinée à la turbine à vapeur au moyen d'au moins une partie de la chaleur récupérée. Selon un mode de réalisation, le premier fluide frigorigène est du propane et / ou le deuxième fluide frigorigène est un mélange d'hydrocarbures et d'azote. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend également l'alimentation en chaleur d'au moins une machine frigorifique à absorption au moyen d'au moins une partie de la chaleur récupérée. Selon un mode de réalisation, la récupération de la chaleur des fumées de la turbine à gaz comprend successivement : - un premier refroidissement des fumées contre la production de vapeur destinée à la turbine à vapeur ; puis un second refroidissement des fumées contre une production de vapeur destinée à l'alimentation en chaleur de la machine frigorifique à absorption. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend : - une étape de refroidissement supplémentaire du gaz naturel préalablement au pré-refroidissement du gaz naturel, au moyen de la machine frigorifique à absorption ; et / ou R. Brevets 3000030021--090312-texte depot.doc- 12 mars 2009 le refroidissement du premier fluide frigorigène, au moins en partie au moyen de la machine frigorifique à absorption ; et / ou - le refroidissement du deuxième fluide frigorigène, au moins en partie au moyen de la machine frigorifique à absorption ; et / ou l'alimentation en air de la turbine à gaz et le refroidissement de l'air préalablement à l'alimentation en air, au moins en partie au moyen de la machine frigorifique à absorption. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend successivement . le prélèvement d'eau dans l'environnement ; le refroidissement du cycle de pré-refroidissement et du cycle de liquéfaction au moyen de l'eau prélevée ; le refroidissement de la machine frigorifique à absorption au moyen de l'eau prélevée ; le refroidissement de l'eau prélevée dans au moins une tour évaporative ; et le rejet de l'eau prélevée dans l'environnement. L'invention concerne également une installation de production de gaz naturel liquéfié, comprenant : au moins un cycle de pré-refroidissement 25 contenant un premier fluide frigorigène, ledit cycle de pré-refroidissement comprenant : ^ au moins un échangeur de chaleur entre le gaz naturel et le premier fluide frigorigène ; et ^ au moins un compresseur ; 30 au moins un cycle de liquéfaction contenant un deuxième fluide frigorigène, ledit cycle de liquéfaction comprenant : ^ au moins un échangeur de chaleur entre le gaz naturel et le deuxième fluide frigorigène, 35 situé en aval de l'échangeur de chaleur entre le gaz naturel et le premier fluide frigorigène ; et ^ au moins un compresseur ;
R:'Brevets 30000 30021-090312-teste. depot.doc- 12 mars 2009 10 15 20 un système d'alimentation énergétique des compresseurs comprenant . ^ au moins une turbine à gaz produisant des fumées ; ^ au moins une chaudière de récupération de la chaleur des fumées de la turbine à gaz ; et ^ au moins une turbine à vapeur alimentée en vapeur produite au moins en partie au moyen de la chaudière de récupération ; dans laquelle : le compresseur du cycle de pré-refroidissement est entraîné par la turbine à vapeur ; et le compresseur du cycle de liquéfaction est entraîné par la turbine à gaz.
Selon un mode de réalisation, le compresseur du cycle de pré-refroidissement et / ou le compresseur du cycle de liquéfaction est étagé. Selon un mode de réalisation, le premier fluide frigorigène est du propane et / ou le deuxième fluide frigorigène est un mélange d'hydrocarbures et d'azote. Selon un mode de réalisation, l'installation comprend également au moins une machine frigorifique à absorption alimentée en chaleur au moins en partie par la chaudière de récupération de la chaleur des fumées de la turbine à gaz. Selon un mode de réalisation, la chaudière de récupération de la chaleur des fumées comprend successivement, selon la direction d'écoulement des fumées . un premier système de production de vapeur pour la turbine à vapeur ; et un second système de production de vapeur pour l'alimentation en chaleur de la machine frigorifique à absorption.
Selon un mode de réalisation : l'installation comprend un dispositif de refroidissement supplémentaire du gaz naturel en amont de l'échangeur de chaleur entre le gaz
R 13re,els 30000 31021ù090312-1e \ le _depol-doc- 12 mars 2009 naturel et le premier fluide frigorigène, ledit dispositif de refroidissement supplémentaire du gaz naturel étant alimenté par la machine frigorifique à absorption ; et / ou le cycle de pré-refroidissement comprend un dispositif de refroidissement du premier fluide frigorigène, alimenté par la machine frigorifique à absorption ; et / ou le cycle de liquéfaction comprend un dispositif de refroidissement du deuxième fluide frigorigène, alimenté par la machine frigorifique à absorption ; et / ou la turbine à gaz comporte un dispositif de refroidissement de l'alimentation en air, 15 alimenté par la machine frigorifique à absorption. Selon un mode de réalisation, la turbine à gaz est une turbine industrielle. Selon un mode de réalisation, l'installation 20 comprend : des moyens de prélèvement d'eau dans l'environnement ; un circuit de refroidissement des cycles de pré-refroidissement et de liquéfaction, et de refroidissement de la machine frigorifique à absorption, par l'eau prélevée ; au moins une tour évaporative adaptée au refroidissement de l'eau prélevée ; et des moyens de rejet de l'eau prélevée dans l'environnement. Selon un mode de réalisation, le procédé susmentionné est mis en oeuvre dans une installation telle que décrite ci-dessus. Dans le cadre de la présente demande, par au moins 35 un on entend un ou plusieurs , et notamment, selon un mode de réalisation préféré, un . Par au moins en partie , on entend en tout ou en partie , et notamment, selon un mode de réalisation
RI Brevets 30000 30021ù090312-texte depot duc- 12 man; 2009 10 25 30 particulier en totalité , et selon un autre mode de réalisation en partie . La présente invention permet de surmonter les inconvénients de l'état de la technique. Elle fournit plus particulièrement un procédé de liquéfaction de gaz naturel (et une installation adaptée à la mise en oeuvre de ce procédé), dans lequel le rendement énergétique est optimisé par rapport à l'état de la technique. Ceci est accompli grâce à l'utilisation d'un cycle combiné, c'est-à-dire d'un couplage entre une turbine à gaz et une turbine à vapeur, la turbine à gaz entraînant le compresseur de l'un des cycles (le cycle de liquéfaction), et la turbine à vapeur entraînant celui d'un autre cycle (le cycle de pré-refroidissement).
Ainsi une seule turbine à gaz est utilisée pour l'ensemble du procédé (et de l'installation), ce qui limite considérablement les contraintes de maintenance. Selon certains modes de réalisation particuliers, l'invention présente également une ou de préférence 2.0 plusieurs des caractéristiques avantageuses énumérées ci- dessous. - Lorsque le premier fluide frigorigène est du propane et lorsque le deuxième fluide frigorigène est un mélange d'hydrocarbures et d'azote (c'est-à-dire selon le schéma APCI), la répartition de la puissance des compresseurs est d'environ 1/3 pour celui du cycle de pré-refroidissement et de 2/3 pour celui du cycle de liquéfaction. Or, la répartition de la puissance dans le cycle combiné est d'environ 1/3 pour la turbine à gaz et 2/3 pour la turbine à vapeur. Aussi, l'invention propose une répartition optimale et simple des puissances disponibles. - Il est avantageux de choisir un modèle de turbine à vapeur à vitesse variable (ce qui est impossible pour la turbine à gaz mono-arbre). Ainsi, on peut facilement ajuster la puissance du compresseur du cycle de pré-refroidissement en
R. Brevets 30000 30021ù090312-texte depot.doc- 12 mars 2009 25 30 35 fonction du temps. Cela s'avère particulièrement utile dans la mesure où la chaleur du cycle de pré-refroidissement est conventionnellement évacuée au moyen d'eau puisée dans l'environnement. La température de cette eau peut varier considérablement selon les heures de la journée ou selon les saisons. Il est donc généralement nécessaire de pouvoir procéder à un ajustement de la puissance du compresseur concerné au cours du temps. - La turbine à vapeur pouvant être fabriquée à façon (à la différence de la turbine à gaz), il est possible de prévoir un modèle de turbine à vapeur tournant à la vitesse requise pour une alimentation convenable du compresseur du cycle de pré-refroidissement, et ce par un accouplement direct, c'est-à-dire sans utiliser de boîte d'accouplement de vitesse (qui est un équipement lourd et qui induit des pertes de puissance). - Les compresseurs n'étant pas entraînés par moteur électrique selon la présente invention, on évite toute perte d'origine électrique. Selon un deuxième aspect, l'invention concerne une installation de production de gaz naturel liquéfié, comprenant . - au moins un cycle de pré-refroidissement et / ou de liquéfaction contenant un fluide frigorigène, comprenant . ^ au moins un échangeur de chaleur entre le gaz naturel et le fluide frigorigène ; et ^ au moins un compresseur ; - au moins une turbine à gaz produisant des fumées, ladite turbine à gaz entraînant le compresseur ; au moins une chaudière de récupération de la chaleur des fumées de la turbine à gaz ; au moins une turbine à vapeur alimentée en vapeur produite au moins en partie au moyen de la chaudière de récupération ;
R: Brevets 30000 30021ù090312-texte depot doc- 12 mars 2009 au moins une machine frigorifique à absorption alimentée en chaleur au moins en partie par la chaudière de récupération de la chaleur des fumées de la turbine à gaz.
Selon un mode de réalisation, la chaudière de récuperation de la chaleur des fumées comprend successivement, selon la direction d'écoulement des fumées : un premier système de production de vapeur (130) pour la turbine à vapeur (109) ; et - un second système de production de vapeur (131) pour l'alimentation en chaleur de la machine frigorifique à absorption (120). Selon un mode de réalisation, l'installation comprend : au moins un cycle de pré-refroidissement contenant un premier fluide frigorigène, ledit cycle de pré-refroidissement comprenant : au moins un échangeur de chaleur entre le gaz naturel et le premier fluide frigorigène ; et au moins un compresseur ; au moins un cycle de liquéfaction contenant un deuxième fluide frigorigène, ledit cycle de liquéfaction comprenant : ^ au moins un échangeur de chaleur entre le gaz naturel et le deuxième fluide frigorigène, situé en aval de l'échangeur de chaleur entre le gaz naturel et le premier fluide frigorigène ; et ^ au moins un compresseur. Selon un mode de réalisation, le compresseur du cycle de pré-refroidissement et / ou le compresseur du cycle de liquéfaction est étagé. Selon un mode de réalisation, le premier fluide 35 frigorigène est du propane et / ou le deuxième fluide frigorigène est un mélange d'hydrocarbures et d'azote. Selon un mode de réalisation, l'installation comprend un dispositif de refroidissement supplémentaire
R: Brevets 30000 30021ù090312-texte depot.doc- 12 mars 2009 25 30 du gaz naturel en amont de l'échangeur de chaleur entre le gaz naturel et le premier fluide frigorigène, ledit dispositif de refroidissement supplémentaire du gaz naturel étant alimenté par la machine frigorifique à absorption. Selon un mode de réalisation : le cycle de pré-refroidissement comprend un dispositif de refroidissement du premier fluide frigorigène, alimenté par la machine frigorifique à absorption ; et / ou le cycle de liquéfaction comprend un dispositif de refroidissement du deuxième fluide frigorigène, alimenté par la machine frigorifique à absorption.
Selon un mode de réalisation, la turbine à gaz comporte un dispositif de refroidissement de l'alimentation en air, alimenté par la machine frigorifique à absorption. Selon un mode de réalisation, le compresseur du cycle de pré-refroidissement est entraîné par la turbine à vapeur et le compresseur du cycle de liquéfaction est entraîné par la turbine à gaz. Toujours selon ce deuxième aspect, l'invention concerne un procédé de production de gaz naturel liquéfié, comprenant : la fourniture de gaz naturel ; le pré-refroidissement et la liquéfaction du gaz naturel par échange de chaleur avec au moins un fluide frigorigène contenu dans au moins un cycle de pré-refroidissement et / ou de liquéfaction comprenant au moins un compresseur entraîné par une turbine à gaz produisant des fumées ; la récupération d'au moins une partie de la chaleur des fumées de la turbine à gaz ; la production de vapeur destinée à la turbine à vapeur au moyen d'une partie de la chaleur récupérée ; et
R: Brevets 3000030021--090312-texte_ depot_doc- 12 mars 2009 l'alimentation en chaleur d'au moins une machine frigorifique à absorption au moyen d'une autre partie de la chaleur récupérée. Selon un mode de réalisation, la récupération de la chaleur des fumées de la turbine à gaz comprend successivement . un premier refroidissement des fumées contre la production de vapeur destinée à la turbine à vapeur ; puis un second refroidissement des fumées contre une production de vapeur destinée à l'alimentation en chaleur de la machine frigorifique à absorption. Selon un mode de réalisation, le pré-refroidissement et la liquéfaction du gaz naturel comprennent successivement . le pré-refroidissement du gaz naturel par échange de chaleur avec un premier fluide frigorigène contenu dans au moins un cycle de pré-refroidissement ; et la liquéfaction du gaz naturel par échange de chaleur avec un deuxième fluide frigorigène contenu dans au moins un cycle de liquéfaction. Selon un mode de réalisation, le premier fluide frigorigène est du propane et / ou le deuxième fluide frigorigène est un mélange d'hydrocarbures et d'azote. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de refroidissement supplémentaire du gaz naturel préalablement au pré-refroidissement du gaz naturel, au moyen de la machine frigorifique à absorption. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend le refroidissement frigorigène, au moins machine frigorifique à le refroidissement frigorigène, au moins machine frigorifique à
R:Bresets 30000 30021--090312-teste depot_doc- 12 mars 2009 du premier fluide en partie au moyen de la absorption ; et / ou du deuxième fluide en partie au moyen de la absorption.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend l'alimentation en air de la turbine à gaz et le refroidissement de l'air préalablement à l'alimentation en air, au moins en partie au moyen de la machine frigorifique à absorption. Selon un mode de réalisation, le cycle de pré-refroidissement comprend au moins un compresseur entraîné par la turbine à gaz et/ou le cycle de liquéfaction comprend au moins un compresseur entraîné par la turbine à vapeur. Comme mentionné ci-dessus, il est connu en soi d'utiliser un cycle combiné dans une installation de liquéfaction de gaz naturel, système selon lequel la chaleur contenue dans les fumées des turbines à gaz est récupérée dans une chaudière en vue de produire de la vapeur, ladite vapeur étant détendue dans une turbine à vapeur et produisant ainsi de l'énergie mécanique supplémentaire. Par exemple, dans le document WO 2004/031667, cette énergie mécanique est utilisée pour produire du courant électrique. Toutefois, la vapeur nécessaire à un cycle combiné est à haute pression et haute température et seule la chaleur à haute température des fumées y est efficacement valorisée.
L'invention, selon son deuxième aspect, permet de valoriser la chaleur à bas niveau de température des fumées de la turbine à gaz pour produire de la vapeur basse pression. Cette vapeur basse pression permet d'actionner une machine frigorifique à absorption destinée à produire un appoint de froid qui est mis en valeur au cours de la liquéfaction ou pour le refroidissement de l'entrée d'air de la turbine à gaz. Ainsi, l'efficacité énergétique globale de l'installation est optimisée, une plus grande partie de la chaleur disponible dans les fumées de la turbine à gaz étant recyclée.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES R_ Brevets 30000 30021--090312-tete depot-doc- 12 mars 2009 La Figure 1 représente le schéma d'ensemble d'une installation de liquéfaction de gaz naturel, selon l'invention. La Figure 2 représente de façon schématique le système d'alimentation énergétique des compresseurs présents dans l'installation selon l'invention. La Figure 3 représente de façon schématique une machine frigorifique à absorption, qui est avantageusement utilisée dans le cadre de l'invention.
La Figure 4 présente de façon schématique le diagramme d'échange de la chaudière de récupération utilisée dans le cadre d'un mode de réalisation de l'invention. En abscisse figure la quantité de chaleur échangée, et en ordonnée figure la température. La courbe supérieure correspond à la perte de chaleur par les fumées produites par la turbine à gaz, et la courbe inférieure correspond à la récupération correspondante de chaleur par la turbine à vapeur et par la machine frigorifique à absorption.
DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION DE L'INVENTION L'invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit.
Refroidissement et liquéfaction du gaz naturel En faisant référence à la Figure 1, l'invention concerne une installation et un procédé pour la production de gaz naturel liquéfié, à partir de gaz naturel.
Selon le mode de réalisation représenté, l'installation comprend un cycle de pré-refroidissement (contenant un premier fluide frigorigène), destiné à refroidir le gaz naturel depuis la température ambiante jusqu'à une température de l'ordre de -20°C à -70°C et un cycle de liquéfaction (contenant un deuxième fluide frigorigène) destiné à poursuivre le refroidissement jusqu'à -162°C.
R: Brevets 30000 30021ù 090312-texte_ depot.doc- 12 mars 2009 Une installation telle que décrite ici est par exemple une installation adaptée au procédé proposé par Air Products Chemicals Inc., bien connu de l'homme de l'art.
Dans ce cas particulier, le premier fluide frigorigène est du propane, et le deuxième fluide frigorigène est un mélange d'hydrocarbures (méthane, éthane, propane) et d'azote. Toutefois, l'homme du métier reconnaîtra que l'invention peut également s'appliquer à tout autre type d'installation (et de procédé) comprenant deux cycles de refroidissement, contenant les fluides frigorigènes susmentionnés ou d'autres fluides frigorigènes. En particulier, à l'instar du cycle de liquéfaction, le cycle de pré-refroidissement peut être un cycle à base d'un mélange d'hydrocarbures, qui sont de préférence le propane et l'éthane, éventuellement additionnés de butane. L'invention peut également s'appliquer à tout autre type d'installation (et de procédé) comprenant un seul cycle de refroidissement, ou comprenant plus de deux cycles de refroidissement, et en particulier comprenant trois cycles de refroidissement en cascade (par exemple un premier cycle à base de propane ou de propylène, un deuxième cycle à base d'éthane ou d'éthylène et un troisième cycle à base de méthane ou de mélange méthane / azote). Dans le cas présent, l'installation comprend une conduite de gaz naturel 1. En amont de cette conduite de gaz naturel 1 peuvent être prévus une ou des unités de désacidification et / ou de séchage du gaz naturel (par exemple tamis moléculaires), non représentées ici. Dans le cadre de la présente demande, les termes amont et aval sont définis par rapport au sens d'écoulement du fluide considéré, et notamment par rapport au sens d'écoulement du gaz naturel. La conduite de gaz naturel 1 traverse un échangeur de chaleur 2, 3, 9 entre le gaz naturel et le premier fluide frigorigène (par exemple propane). Dans le cas
R: Brevets 30000 30021--090312-texte_ depot.doc- 12 mars 2009 présent, cet échangeur de chaleur est constitué d'une série d'évaporateurs de propane 2, 3, 4. Les évaporateurs 2, 3, 4 fonctionnent à des pressions décroissantes dans un but d'économie d'énergie ; ils sont ici au nombre de trois. Le premier évaporateur 2 est à haute pression, le deuxième évaporateur 3 est à moyenne pression, et le troisième évaporateur 4 est à basse pression. En aval, la conduite de gaz naturel 1 alimente en entrée un échangeur de chaleur 5 entre le gaz naturel et le deuxième fluide frigorigène (par exemple mélange d'hydrocarbures et d'azote). Il s'agit de préférence d'un échangeur de chaleur bobiné. Une colonne de lavage (non représentée), aussi appelée _scrubb column , est éventuellement intercalée entre le dernier évaporateur propane 4 et l'échangeur de chaleur 5 avec le deuxième fluide frigorigène, afin de retirer du gaz naturel les constituants lourds susceptibles de cristalliser aux températures cryogéniques. En sortie de l'échangeur de chaleur 5 entre le gaz naturel et le deuxième fluide frigorigène est prévue une conduite de soutirage de gaz naturel liquéfié 23. Ainsi, selon le mode de réalisation représenté, le gaz naturel (éventuellement préalablement désacidifié et / ou séché) est pré-refroidi contre l'évaporation du premier fluide frigorigène (par exemple propane) en trois étapes (haute pression, moyenne pression et basse pression), puis liquéfié contre l'évaporation du deuxième fluide frigorigène (par exemple mélange d'hydrocarbures et d'azote). Le cycle de liquéfaction, contenant le deuxième fluide frigorigène (ici mélange d'hydrocarbures et d'azote), comprend : - l'échangeur de chaleur 5 entre le gaz naturel et le deuxième fluide frigorigène ; R: Brevets 3000030021ù09031'-texte depot.doc- 12 mars 2009 - une conduite de soutirage 6 du deuxième fluide frigorigène, en sortie de cet échangeur de chaleur 5 ; au moins un compresseur 7 alimenté par la conduite de soutirage 6 du deuxième fluide frigorigène (ce compresseur pouvant être étagé) ; un dispositif de refroidissement 8 du deuxième fluide frigorigène (alimenté typiquement par de l'eau de réfrigération) ; - un échangeur de chaleur 9, 10, 11 entre le deuxième fluide frigorigène et le premier fluide frigorigène, adapté à condenser partiellement le deuxième fluide frigorigène ; un séparateur 24 ; une conduite de prélèvement de fraction vapeur du deuxième fluide frigorigène 25 et une conduite de prélèvement de fraction liquide du deuxième fluide frigorigène 26 en sortie du séparateur 24, ces deux conduites alimentant l'échangeur de chaleur 5 entre le gaz naturel et le deuxième fluide frigorigène. De préférence, l'échangeur de chaleur 9, 10, 11 entre le deuxième fluide frigorigène et le premier fluide frigorigène est constitué d'une série d'évaporateurs de propane 9, 10, 11 fonctionnant à des pressions respectives égales aux pressions des évaporateurs de l'échangeur de chaleur 2, 3, 4 entre le gaz naturel et le premier fluide frigorigène. Ainsi, selon le mode de réalisation représenté, après évaporation complète dans l'échangeur de chaleur 5 entre le gaz naturel et le deuxième fluide frigorigène, le deuxième fluide frigorigène est soutiré et comprimé dans le compresseur 7. Après un premier refroidissement dans le dispositif de refroidissement 8, il est partiellement condensé au moyen de l'échangeur de chaleur 9, 10, 11 entre le deuxième fluide frigorigène et le premier fluide frigorigène. En d'autres termes le premier fluide frigorigène du cycle de pré-refroidissement est
R: Brevets 30000 311(12 1ù0903 1 2-teste depot.doc- 12 mars 2009 utilisé non seulement pour pré-refroidir le gaz naturel mais aussi pour condenser partiellement le deuxième fluide frigorigène du cycle de liquéfaction. Le deuxième fluide frigorigène partiellement condensé est séparé dans le séparateur 24 en une fraction vapeur (par exemple riche en azote et en méthane) et en une fraction liquide (par exemple riche en éthane et en propane). Les deux fractions alimentent l'échangeur de chaleur 5 de liquéfaction. La fraction liquide est évaporée et fournit ainsi le froid dans une première section (section la moins froide) de l'échangeur 5, tandis que la fraction vapeur est dans un premier temps condensée dans la première section (section la moins froide) de l'échangeur 5 pour fournir une deuxième fraction liquide, qui est à son tour évaporée et fournit ainsi le froid dans une deuxième section (section la plus froide) de l'échangeur 5. Le cycle de pré-refroidissement, contenant le premier fluide frigorigène (ici propane), comprend : l'échangeur de chaleur. 2, 3, 4 entre le gaz naturel et le premier fluide frigorigène ; l'échangeur de chaleur 9, 10, 11 entre le premier fluide frigorigène et le deuxième fluide frigorigène ; des conduites de soutirage des vapeurs de premier fluide frigorigène issues des divers évaporateurs 2, 3, 4, 9, 10, 11 constituant ces deux échangeurs ; un compresseur 12, 13, 14, qui est ici un 30 compresseur étagé, les différents étages étant alimentés par des vapeurs de premier fluide frigorigène à différentes pressions ; un condenseur 15 en sortie du compresseur 12, 13, 14 ; 35 une ligne d'alimentation 16 de l'échangeur de chaleur 2, 3, 4 entre le gaz naturel et le premier fluide frigorigène et une ligne d'alimentation 17 de l'échangeur de chaleur 9,
R 13re'cts 30000 30021ù090312-teste depot.doc- 12 mars 2009 25 10, 11 entre le premier fluide frigorigène et le deuxième fluide frigorigène, en aval du condenseur 15. Ainsi, selon le mode de réalisation représenté, une partie du premier fluide frigorigène (par exemple propane) est évaporée en trois étapes (à des pressions décroissantes) pour pré-refroidir le gaz naturel, dans l'échangeur de chaleur 2, 3, 4 entre le gaz naturel et le premier fluide frigorigène ; et une autre partie du premier fluide frigorigène (par exemple propane) est évaporée en trois étapes (à des pressions décroissantes) pour condenser partiellement le deuxième fluide frigorigène. Les vapeurs du premier fluide frigorigène aux différentes pressions sont recomprimées par le compresseur 12, 13, 14. Puis le premier fluide frigorigène est condensé dans le condenseur 15 avant d'être divisé en deux parties respectivement retournées vers les deux échangeurs de chaleur 2, 3, 4, 9, 10, 11. Ainsi, les fonctionnements des deux cycles sont intimement liés et le fonctionnement de l'ensemble requiert celui des deux cycles. En outre, le compresseur 7 du cycle de liquéfaction est d'une puissance environ double de celle du compresseur 12, 13, 14 du cycle de pré-refroidissement.
La répartition de la puissance totale est donc d'environ un tiers pour le compresseur 12, 13, 14 du cycle de pré-refroidissement et deux tiers pour le compresseur 7 du cycle de liquéfaction.
Alimentation énergétique des compresseurs par un cycle combiné En faisant référence à la figure 2, l'installation selon l'invention comprend un système d'alimentation énergétique des compresseurs, comprenant un cycle combiné. Ce cycle combiné comprend une turbine à gaz 101 et une turbine à vapeur 109.
R. Brevets 30000 30021--090312-texte _depotdoc- 12 mars 2009 La turbine à gaz 101 comprend classiquement un compresseur d'air 102, une alimentation en gaz combustible ou en carburant liquide 103, une chambre de combustion 104 et une turbine de détente 105.
En fonctionnement, de l'air est comprimé dans le compresseur d'air 102, mélangé à du gaz combustible ou du carburant liquide qui brûle dans la chambre de combustion 104. Les fumées chaudes sont détendues dans la turbine de détente 105. La puissance mécanique développée par la turbine de détente 105 sert à entraîner le compresseur d'air 102, et le solde fournit la puissance disponible pour l'entraînement d'un premier dispositif 106. En outre, une chaudière de récupération 107 de la chaleur des fumées de la turbine à gaz est prévue en sortie de la turbine de détente 105. En sortie de la chaudière de récupération 107 est prévue une conduite de vapeur sous pression 108, qui alimente une turbine à vapeur 109. Cette turbine à vapeur 109 fournit la puissance nécessaire pour entraîner un deuxième dispositif 110. En sortie de la turbine à vapeur 109 est prévu un condenseur 111 puis une pompe 112. En fonctionnement, les fumées chaudes à la sortie de la turbine de détente 105 de la turbine à gaz 101 passent dans la chaudière de récupération 107, dans laquelle est produite la vapeur sous pression. Cette vapeur est détendue dans la turbine à vapeur 109 qui entraîne le deuxième dispositif 110. A l'échappement de la turbine à vapeur 109, la vapeur est condensée dans le condenseur 111, pompée par la pompe 112 et recyclée vers la chaudière de récupération 107. Dans le cycle combiné décrit ici, la puissance de la turbine à gaz 101 est environ le double de celle de la turbine à vapeur 109. Par conséquent, selon l'invention, la turbine à gaz 101 entraîne le compresseur 7 du cycle de liquéfaction et la turbine à vapeur 109 entraîne le compresseur 12, 13, 14 du cycle de pré-refroidissement. En d'autres termes le premier dispositif 106 susmentionné est le compresseur 7
R: Brevets 30000 30021--090312-texte_depot.doc- 12 mars 2009 du cycle de liquéfaction et le deuxième dispositif 110 susmentionné est le compresseur 12, 13, 14 du cycle de pré-refroidissement. Cette répartition optimale des puissances est d'autant plus remarquable que l'éloignement des deux technologies impliquées (celle du cycle combiné et celle de la liquéfaction de gaz naturel) ne la rend a priori pas prévisible. Le fait que la turbine à vapeur 109 entraîne le compresseur 12, 13, 14 du cycle de pré-refroidissement représente un avantage particulier de l'invention. En effet, lorsque la température extérieure varie de façon journalière ou saisonnière, la température (et donc la pression de condensation) du cycle de pré-refroidissement varie, alors que le cycle de liquéfaction est peu affecté. Il est donc particulièrement avantageux de pouvoir régler la vitesse de la turbine à vapeur 109 en fonction de la température extérieure pour faire fonctionner le compresseur 12, 13, 14 de pré- refroidissement sur la courbe caractéristique la plus adaptée. Les turbines à gaz utilisées dans l'industrie du GNL sont en général à vitesse fixe ou quasiment fixe et ne permettent pas un ajustement aussi facile. La vapeur issue de la turbine à vapeur 109 est selon l'invention condensée dans un condenseur 111, qui est un condenseur à eau ou à air. En d'autres termes, la turbine à vapeur 109 est une turbine à condensation, présentant une pression d'échappement très basse voire sous vide. Selon une variante de l'invention, au moins une partie de la vapeur est soutirée sous pression, typiquement de l'ordre de 5 à 15 bar, et est utilisée pour les besoins de chauffage du procédé de traitement du gaz naturel, par exemple le rebouillage d'une colonne de régénération des amines ou de colonnes de distillation des hydrocarbures.
Selon cette variante (non représentée), la turbine à vapeur 109 est une turbine à contre-pression (si toute la vapeur est soutirée sous pression) ou une turbine à
R: Brevets 30000 30021--090312-texte depot.doc- 12 mars 2009 soutirage intermédiaire (si une partie seulement de la vapeur est soutirée sous pression et le reste sous vide). Le cycle vapeur est d'autant plus efficace que la pression de la vapeur est élevée. Toutefois, la production de vapeur à un niveau de température élevé suppose une source de chaleur à une température au moins égale en quantité suffisante pour produire un débit de vapeur économiquement justifiable. Les turbines à gaz se partagent en deux grandes familles qui sont les turbines industrielles et celles dérivées des moteurs d'avions. Etant donné que les températures des fumées des turbines aéro-dérivées sont de 50 à 100°C inférieures à celles des turbines industrielles, les turbines industrielles sont plus adaptées à l'utilisation d'un cycle combiné et à son couplage avec des cycles de pré-refroidissement et de liquéfaction. Par conséquent, de préférence la turbine à gaz 101 est une turbine industrielle. A titre d'exemple de turbine industrielle, on peut citer les modèles MS6001 (Frame 6), MS7001 (Frame 7) et MS9001 (Frame 9), de General Electric. De manière générale, un cycle combiné est d'autant plus efficace que la pression de la vapeur produite est élevée. On rencontre ainsi couramment des pressions de 50, 60 ou 70 bars dont les températures d'équilibre liquide / vapeur sont respectivement 262°C, 273°C et 284°C. Seule la chaleur des fumées disponibles à une température plus élevée est susceptible de produire la vapeur à ces pressions respectives, si bien que la valorisation de la chaleur résiduelle des fumées de la turbine à gaz à une température inférieure est difficile dans un cycle combiné. En d'autres termes, pour être efficace, un cycle combiné doit fonctionner avec de la vapeur à haute température, souvent jusqu'à 500°C, qui valorise efficacement les calories à haute température contenues dans les fumées des turbines à gaz mais n'exploite pas celles à basse température. Ainsi les calories en dessous
R- Brevets 3000030021 -090312-texte_ depot.doc- 12 mars 2009 de typiquement 200°C ne sont-elles pas exploitées en totalité. Aussi, selon son deuxième aspect (ou selon un mode de réalisation particulier du premier aspect), l'invention propose une valorisation des calories à relativement basse température des fumées de la turbines à gaz 101.
Machine frigorifique à absorption A cet effet, et selon une variante, l'invention propose d'utiliser au moins une machine frigorifique à absorption (MFA) dans le cadre de l'installation de production de gaz naturel liquéfié, ladite MFA fournissant un appoint de froid utile à la liquéfaction.
Il est également possible d'utiliser plusieurs MFA et non une seule. Le schéma de principe d'une MFA est illustré sur la Figure 3. A l'instar des cycles frigorifiques mécaniques, le froid y est produit par évaporation à basse pression d'un fluide frigorigene dans un évaporateur 201 où est refroidi un fluide à refroidir 202. La vapeur résultante du fluide frigorigène est acheminée vers un absorbeur 203 où elle est dissoute dans une solution lourde 204 pour former une solution de mélange 206, la chaleur de dissolution étant evacuée par un système de refroidissement annexe 205 (typiquement, à base d'eau de refroidissement). La solution de mélange 206 est pompée par une pompe 207 et dirigée à plus haute pression vers un régénérateur 208. Dans ce régénérateur 208, le fluide frigorigène est séparé de la solution lourde par chauffage au moyen d'une source de chaleur 209 (généralement de la vapeur d'eau pressurisée chaude). La solution lourde est recyclée vers l'absorbeur 203 via un échangeur de récupération 210 permettant de chauffer partiellement la solution de mélange 206 avant son arrivée dans le régénérateur 208.
R: Brevets 30000 30021ù090312-tente depot.doc- 12 mars 2009 Le fluide frigorigène sous forme vapeur est conduit au condenseur 213 où il est condensé au moyen d'un système de condensation annexe 211. Il est ensuite retourné via la vanne 212 à l'évaporateur 201 pour un nouveau cycle. Industriellement, il existe principalement deux types de MFA selon le couple de constituants utilisé (c'est à dire fluide frigorigène et solution lourde). Un premier type de MFA est constitué par les MFA à l'ammoniac, dans lesquelles le fluide frigorigène est l'ammoniac et la solution lourde de l'eau ; un deuxième type de MFA est constitué par les MFA à eau / bromure de lithium, dans lesquelles l'eau est le fluide frigorigène et une solution aqueuse de bromure de lithium constitue la solution lourde. Le premier type de MFA permet de fournir des températures plus froides (de l'ordre de -20 à -30°C) que le deuxième type de MFA (supérieures à 0°C). Toutefois, dans le cadre de la présente invention, on préfère généralement pour des raisons de sécurité le deuxième type de MFA. L'intégration de la MFA dans l'installation selon l'invention apparaît en pointillé sur la Figure 2. La MFA 120 est alimentée par une conduite de vapeur basse pression 121 issue de la chaudière de récupération 107.
En sortie de la MFA, une conduite de soutirage de vapeur condensée 122 alimente une conduite de retour de vapeur condensée 123 vers la chaudière de récupération 107, après passage par une pompe. Par ailleurs, le système de refroidissement annexe 205 de la MFA est ici le circuit d'eau de refroidissement 124 ; et la MFA refroidit à son tour un circuit de réfrigérant 125 (ledit réfrigérant 125 correspondant au fluide à refroidir 202 décrit ci-dessus), qui est à son tour distribué en un ou plusieurs points d'utilisation dans l'installation selon l'invention. Contrairement aux cycles mécaniques, l'énergie nécessaire au fonctionnement des MFA est thermique. Typiquement, la température à laquelle est fournie la
R Brevets 30000 30021ù090312-texte depot-doo 12 mars 2009 chaleur au régénérateur de la MFA est comprise entre 100 et 200°C selon la technologie utilisée. Cette valeur est inférieure à celle de la température de la vapeur dans les cycles combinés ; ainsi, il est possible de récupérer la chaleur à bas niveau de température des fumées produites par la turbine à gaz 101, qui est difficilement valorisable par le cycle combiné. La Figure 4 montre un diagramme d'échange typique de la chaudière de récupération 107.
Ce diagramme met en évidence deux paliers de vaporisation pour un fluide à vaporiser dans la chaudière 107 (généralement de l'eau). Le palier (A) correspond à la vaporisation de la vapeur haute pression utilisée dans le cycle combiné et le palier (B) à celle de la vapeur basse pression destinée à la MFA. On constate donc que la chaleur disponible à un niveau de température inférieure à la température TA du premier palier (A) n'est pas récupérable pour le cycle combiné, sauf à choisir une pression et une température inférieures (ce qui dégraderait son efficacité) ou sauf à utiliser un cycle combiné à deux pressions, plus complexe. Or la MFA peut fonctionner avec une vapeur de pression inférieure, correspondant à la température TB du deuxième palier, ce qui permet une valorisation efficace de la chaleur à bas niveau de température. Typiquement, la température TB dépend de la technologie de MFA utilisée. Pour des machines eau / bromure de lithium simple effet, la pression de vapeur la plus usuellement utilisée est de 2,5 bar, ce qui correspond à une température de saturation de 126°C environ. Ces valeurs deviennent respectivement 8 bar et 170 °C environ pour des machines à double effet. Ces valeurs typiques sont évidemment sujettes à optimisation. Il s'ensuit que pour une MFA eau / bromure de lithium simple effet, la température TB est inférieure ou égale à 150°C, de préférence 125°C, idéalement 110°C ; et pour une MFA à double effet la température TB est inférieure
R- Brevets 30000 30021ù090312-texte_depotdoc- 12 mars 2009 ou égale à 220°C, de préférence 200°C, de façon particulièrement préférée 170°C et idéalement 140 °C. Concrètement, la récupération de la chaleur des fumées à la fois pour la turbine à vapeur 109 et pour la machine frigorifique à absorption 120 est effectuée au moyen d'une segmentation de la chaudière de récupération 107 en deux étages. L'étage inférieur (ou amont, dans le sens d'écoulement des fumées) comprend un premier système de production de vapeur 130, et l'étage supérieur (ou aval) comprend un second système de production de vapeur 131. Chaque système de production de vapeur 130, 131 comprend typiquement un faisceau de tubes circulant dans la chaudière de récupération 107, et contenant le fluide à vaporiser (généralement de l'eau).
En fonctionnement, les fumées subissent un premier refroidissement au contact des tubes du premier système de production de vapeur 130 puis un second refroidissement au contact des tubes du second système de production de vapeur 131. Le premier système de production de vapeur 130 produit de la vapeur à haute pression et haute température (T) destinée à la turbine à vapeur. Le second système de production de vapeur 131 produit de la vapeur à basse pression et basse température (TB) pour l'alimentation en chaleur de la machine frigorifique à absorption 120. La MFA 120 utilisée dans le cadre de la présente invention fournit un réfrigérant (typiquement de l'eau à une température typique de 5 à 20°C pour une MFA eau / bromure de lithium). Ce réfrigérant peut être utilisé en différents points de l'installation selon l'invention, de manière unique (alternative) ou de manière combinée en plusieurs points. Par exemple, en faisant référence à la Figure 1, le réfrigérant peut alimenter un dispositif de refroidissement supplémentaire du gaz naturel 20, dans lequel le gaz naturel est refroidi avant son pré-refroidissement dans l'échangeur de chaleur entre le gaz naturel et le premier fluide frigorigène 2, 3, 4 ; cela
R: Brevets 3000030021--090312-teste depxx.doc- 12 mars 2009 permet de diminuer la charge du cycle de pré-refroidissement. Selon une variante, le réfrigérant peut alimenter un dispositif de refroidissement complémentaire du premier fluide frigorigène 21, situé à la sortie du condenseur 15 dans le cycle de pré-refroidissement. Ainsi, le premier fluide frigorigène est sous-refroidi après sa condensation dans le condenseur 15, le flash du premier fluide frigorigène étant ainsi limité lors des détentes ultérieures. Selon une autre variante, le réfrigérant peut alimenter un dispositif de refroidissement complémentaire du deuxième fluide frigorigène 22, situé à la sortie du dispositif de refroidissement 8 du deuxième fluide frigorigène. Ainsi, le deuxième fluide frigorigène est davantage refroidi avant de pénétrer dans les évaporateurs de l'échangeur de chaleur entre le premier fluide frigorigène et le deuxième fluide frigorigène 9, 10, 11, ce qui diminue également la charge du cycle de pré-refroidissement. Selon une autre variante (non représentée), le réfrigérant peut alimenter un dispositif de refroidissement de l'alimentation en air de la turbine à gaz 101.
En effet, la puissance de la turbine à gaz 101 peut limiter la production de gaz naturel liquéfié. En refroidissant l'air à l'entrée de la turbine à gaz 101, on obtient une plus grande puissance sur l'arbre et on améliore l'efficacité de la turbine à gaz 101. De cette façon, le débit de gaz à liquéfier peut être augmenté. Il s'ensuit que les besoins en froid sur le cycle de pré-refroidissement augmentent proportionnellement alors que la puissance de la turbine à vapeur 109 entraînant le compresseur 12, 13, 14 du cycle de pré-refroidissement n'augmente pas nécessairement. L'utilisation d'une partie de la puissance de réfrigération de la MFA dans le procédé permet ainsi de diminuer la charge du cycle de pré-refroidissement et de
R: Brevets 30000 30021--090312-texte depot.doc- 12 mars 2009 rétablir ainsi la bonne correspondance entre les puissances des compresseurs et celles des machines d'entraînement. On peut ainsi optimiser la production de gaz naturel liquéfié et l'énergie consommée en répartissant au mieux le froid produit par la MFA entre le procédé principal et le refroidissement de l'entrée d'air des turbines à gaz. Ainsi l'invention fournit un moyen d'ajustement des puissances respectives des turbines d'entraînement et des compresseurs de cycles.
De manière générale, la présence de la MFA permet de valoriser des calories à relativement basse température des fumées de la turbine à gaz 101. Toutefois, il est possible de prévoir une variante selon laquelle une partie de la vapeur produite à basse pression dans la chaudière de récupération 107 est utilisée pour le chauffage en un ou plusieurs points de l'installation de production de gaz naturel liquéfié (par exemple rebouillage d'une colonne de régénération des amines ou de colonnes de distillation des hydrocarbures), tandis qu'une autre partie est utilisée pour alimenter la MFA, ainsi que décrit ci-dessus. Selon encore une autre variante (sans MFA), la totalité de la vapeur produite à basse pression dans la chaudière de récupération 107 est utilisée pour le chauffage en un ou plusieurs points de l'installation de production de gaz naturel liquéfié (par exemple rebouillage d'une colonne de régénération des amines ou de colonnes de distillation des hydrocarbures).
Ajustement du procédé selon l'invention Dans l'hypothèse où l'équilibrage des puissances entre le cycle combiné d'une part et les cycles de pré-refroidissement et de liquéfaction d'autre part n'est pas exact, il convient d'ajuster les paramètres de l'un et des autres afin qu'il y ait une bonne correspondance entre la puissance de la turbine à vapeur 109 et celle requise par ]e compresseur 12, 13, 14 de pré- refroidissement d'une part, et celle de la turbine à gaz
R Brevets 30000 30021ù 090312-teste depot.doc- 12 mars 2009 101 et du compresseur 7 du cycle de liquéfaction d'autre part. Si la puissance du cycle de pré-refroidissement excède celle disponible à la turbine à vapeur 109, on peut la diminuer en augmentant la pression de vaporisation de l'évaporateur basse pression 4 au sein de l'échangeur de chaleur 2, 3, 4 entre le gaz naturel et le premier fluide frigorigène. Dans le cas où le premier fluide frigorigène est à base de mélange d'hydrocarbures, l'ajustement des puissances peut se faire en modifiant la composition du fluide frigorigène. Le paramètre d'ajustement disponible sur le cycle combiné est principalement la pression, donc la température, de la vapeur du cycle combiné de façon, en changeant la température TA, à modifier laùrépartition de la récupération de chaleur entre le cycle vapeur et la MFA. Un inconvénient des cycles combinés réside dans la grande quantité de chaleur à évacuer vers l'environnement, soit par l'eau de refroidissement, soit dans des aéro-refrigérants, lors de la condensation de la vapeur. Cela est particulièrement pénalisant dans le cas de l'eau de refroidissement, dont le débit peut augmenter de façon importante, de l'ordre de 30 à 50 engendrant des surcoûts substantiels et des rejets d'eau chaude néfastes à l'environnement. Cette difficulté peut être surmontée grâce à la variante suivante de l'invention. La réglementation environnementale la plus courante impose une augmentation maximum de la température de l'eau de refroidissement de 10°C avant rejet à l'environnement. C'est cette augmentation de température combinée aux besoins de refroidissement qui détermine le débit d'eau total. Dans le cas d'utilisation d'un cycle combiné, le débit d'eau de l'usine se trouve donc augmenté des besoins de condensation de la vapeur et/ou de ceux des machines frigorifiques à absorption (MFA). Toutefois, la condensation de la vapeur reste toujours possible avec une température d'eau supérieure à celle
R _ Bre~el~ 3000030021ù 0911312-lexie depoi.doc- 12 mars 2009 utilisée pour le refroidissement de l'usine, le plus souvent directement pompée dans la mer. En particulier, l'eau nécessaire à la condensation de la vapeur et/ou au refroidissement de la MFA peut être prise à la sortie du système de refroidissement de l'usine. Elle est naturellement plus chaude de 10°C que celle de l'eau de mer directement pompée et les performances du cycle combiné (et de la MFA) s'en trouvent légèrement amoindries, mais le gain en débit d'eau est substantiel.
Toutefois, l'eau de refroidissement ainsi utilisée en série pour le refroidissement de l'usine et la condensation de la vapeur ou le refroidissement de la MFA subit une augmentation de température supérieure à l'augmentation de 10°C usuellement autorisée avant rejet.
Il convient donc de refroidir l'eau avant rejet pour revenir à des valeurs autorisées. Ceci est obtenu en refroidissant l'eau dans des tours atmosphériques à contact direct avec l'air (tours évaporatives). Ce dispositif présente plusieurs avantages. Tout d'abord, les tours atmosphériques sont en fin de circuit, immédiatement avant le rejet de l'eau si bien que l'inévitable pollution de l'eau de refroidissement par les poussières portées par l'air est sans effet d'encrassement sur l'usine puisque l'eau est rejetée immédiatement en aval des tours. Enfin, en plaçant les tours en fin de circuit, la température de l'eau est nettement supérieure à celle de l'environnement (de 15 à 20°C au dessus de la température de l'eau de mer, la température de l'air étant souvent voisine de celle de l'eau de mer), ce qui assure un bon fonctionnement des tours évaporatives.
EXEMPLE L'exemple suivant illustre l'invention sans la limiter. Dans cet exemple, on se propose de liquéfier du gaz naturel dont la composition est, après prétraitement pour retirer les gaz acides et l'eau :
R: lireyets 30000 30021ù 090312-te.xte_depot.doc- 12 mars 2009 CONSTITUANT COMPOSITION (% mole) Azote 0,09 Méthane 93,37 Ethane 5,10 Propane 1,22 iButane 0,08 n Butane 0,11 Pentane + 0,03 Ce gaz naturel est disponible à 59,3 bar et 35,8 °C. L'usine est refroidie par de l'eau de mer dont la température est de 30 °C. L'échauffement autorisé est de °C. L'air est à 34 °C avec une humidité de 60 %. Le procédé de liquéfaction comprend deux cycles dont un de pré-refroidissement au propane et l'autre de 10 liquéfaction, basé sur un mélange d'hydrocarbures et d'azote. Le compresseur du cycle de liquéfaction est entraîné par accouplement direct à une turbine à gaz (turbine industrielle) MS 9001 (Frame 9) de General Electric dont l'entrée est refroidie de 34°C à 22°C au moyen d'eau froide produite par une machine frigorifique à absorption fonctionnant avec du bromure de lithium. La puissance de la turbine à gaz disponible sur site (compte tenu d'un facteur de sécurité de 5 % et des 4% API du compresseur) est de 107700 kW. Le compresseur du cycle de pré-refroidissement au propane est entraîné par une turbine à vapeur dont la vapeur est produite par récupération de chaleur sur les fumées de la turbine à gaz Frame 9. La vapeur haute pression ainsi produite est à une pression de 63 bar et une température de 512 °C. La puissance de la turbine à vapeur est de 49400 kW. Outre la vapeur haute pression, il est produit, par récupération de chaleur sur les fumées de la turbine à R: Brevets30000 30021--09031 2-texte_ depotdoc- 12 mars 2009 gaz, de la vapeur basse pression destinée au fonctionnement d'une machine frigorifique à absorption. Celle-ci est produite à 8,5 bar et 175 °C. L'eau froide produite par la machine frigorifique à absorption au bromure de lithium, dont le coefficient de performance est de 0,6, est disponible à 12°C. Elle est utilisée pour le sous-refroidissement du propane jusqu'à 32,7°C après condensation et un premier sous- refroidissement par l'eau de mer. Elle est également destinée au refroidissement de l'air d'alimentation de la turbine à gaz de 34°C à 22°C. La production frigorifique totale est de 13 MW. La température d'évaporation basse pression du propane est optimisée à la valeur de -32,5°C (sous une pression de 1,51 bar a) de façon à ajuster les puissances respectives des compresseurs de cycles et les turbines (à vapeur et à gaz) d'entraînement. L'ensemble de ces éléments permet une production de gaz naturel liquéfié de 521 t/h soit, sur la base de 340 j/an, une production annuelle 4,25 MMt. La consommation de gaz combustible dans la turbine Frame 9 s'établit à 653 MW soit une consommation spécifique de 1250 kWh/t. A titre de comparaison, une usine dans les mêmes conditions, utilisant comme mode d'entraînement deux turbines à gaz MS 7001 (Prame 7) de General Electric produirait 444 t/h soit 3,62 MMt/an. La consommation de gaz combustible dans les turbines d'entraînement de cycle y serait de 841 MW th, soit une consommation spécifique de 1890 kWh th/t. Le procédé selon l'invention fait donc apparaître une économie de gaz combustible de 34 %. R: Brevets 30000 30021 -090312-texte_ depotdoc- 12 mars 2009

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de production de gaz naturel liquéfié, comprenant . la fourniture de gaz naturel ; le pré-refroidissement du gaz naturel par échange de chaleur avec un premier fluide frigorigène contenu dans au moins un cycle de pré-refroidissement comprenant au moins un compresseur entraîné par une turbine à vapeur ; la liquéfaction du gaz naturel par échange de chaleur avec un deuxième fluide 15 frigorigène contenu dans au moins un cycle de liquéfaction comprenant au moins un compresseur entraîné par une turbine à gaz produisant des fumées ; la récupération d'au moins une partie de la 20 chaleur des fumées de la turbine à gaz ; et la production de vapeur destinée à la turbine à vapeur au moyen d'au moins une partie de la chaleur récupérée. 25
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans laquelle le premier fluide frigorigène est du propane et / ou le deuxième fluide frigorigène est un mélange d'hydrocarbures et d'azote. 30
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, comprenant également l'alimentation en chaleur d'au moins une machine frigorifique à absorption au moyen d'au moins une partie de la chaleur récupérée. 35
  4. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la récupération de la chaleur des fumées de la turbine à gaz comprend successivement : R: Brevets 30000 30021--090312-texte depotdoc- 12 mars 2009 10un premier refroidissement des fumées contre la production de vapeur destinée à la turbine à vapeur ; puis un second refroidissement des fumées contre une production de vapeur destinée à l'alimentation en chaleur de la machine frigorifique à absorption.
  5. 5. Procédé selon la revendication 3 ou 4, comprenant une étape de refroidissement supplémentaire du gaz naturel préalablement au pré-refroidissement du gaz naturel, au moyen de la machine frigorifique à absorption ; et / ou le refroidissement du premier fluide frigorigène, au moins en partie au moyen de la machine frigorifique à absorption ; et / ou le refroidissement du deuxième fluide frigorigène, au moins en partie au moyen de la machine frigorifique à absorption ; et / ou l'alimentation en air de la turbine à gaz et le refroidissement de l'air préalablement à l'alimentation en air, au moins en partie au moyen de la machine frigorifique à absorption.
  6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant successivement . le prélèvement d'eau dans l'environnement ; le refroidissement du cycle de pré- refroidissement et du cycle de liquéfaction au moyen de l'eau prélevée ; le refroidissement de la machine frigorifique à absorption au moyen de l'eau prélevée ; R.` Brevets 3000030021ù 090312-texte depot duc- 12 mars 2009 5 10 15 20 25 30 35le refroidissement de l'eau prélevée dans au moins une tour évaporative ; et le rejet de l'eau prélevée dans l'environnement.
  7. 7. Installation de production de gaz naturel liquéfié, comprenant : au moins un cycle de pré-refroidissement contenant un premier fluide frigorigène, ledit cycle de pré-refroidissement comprenant . ^ au moins un échangeur de chaleur (2, 3, 4) entre le gaz naturel et le premier fluide frigorigène ; et ^ au moins un compresseur (12, 13, 14) ; au moins un cycle de liquéfaction contenant un deuxième fluide frigorigène, ledit cycle de liquéfaction comprenant : ^ au moins un échangeur de chaleur (5) entre le gaz naturel et le deuxième fluide frigorigène, situé en aval de l'échangeur de chaleur (2, 3, 4) entre le gaz naturel et le premier fluide frigorigène ; et ^ au moins un compresseur (7) ; - un système d'alimentation énergétique des compresseurs comprenant . ^ au moins une turbine à gaz (101) produisant des fumées ; ^ au moins une chaudière (107) de récupération de la chaleur des fumées de la turbine à gaz ; et au moins une turbine à vapeur. (109) alimentée en vapeur produite au moins en partie au moyen de la chaudière (107) de récupération ; dans laquelle : R- Brevets 30000 30021ù090312- exte_depoldoc- 12 mars 2009le compresseur (12, 13, 14) du cycle de pré-refroidissement est entraîné par la turbine à vapeur (109) ; et le compresseur (7) du cycle de liquéfaction est entraîné par la turbine à gaz (101).
  8. 8. Installation selon la revendication 7, dans laquelle le compresseur (12, 13, 14) du cycle de pré-refroidissement et / ou le compresseur (7) du cycle de liquéfaction est étagé.
  9. 9. Installation selon la revendication 7 ou 8, dans laquelle le premier fluide frigorigène est du propane et / ou le deuxième fluide frigorigène est un mélange d'hydrocarbures et d'azote.
  10. 10. Installation selon l'une des revendications 7 à 9, comprenant également au moins une machine frigorifique à absorption (120) alimentée en chaleur au moins en partie par la chaudière (107) de récupération de la chaleur des fumées de la turbine à gaz (101). 25
  11. 11. Installation selon la revendication 10, dans laquelle la chaudière (107) de récupération de la chaleur des fumées comprend successivement, selon la direction d'écoulement des fumées : un premier système de production de vapeur 30 (130) pour la turbine à vapeur (109) ; et un second système de production de vapeur (131) pour l'alimentation en chaleur de la machine frigorifique à absorption (120). 35
  12. 12. Installation selon la revendication 10 ou 11 : comprenant un dispositif de refroidissement supplémentaire du gaz naturel (20) en amont de l'échangeur de chaleur (2, 3, 4) entre R Brevets 30000 30021ù090312-texte depotdoc- 12 mars 2009 10 15 20 5 15 20 25 30 35le gaz naturel et le premier fluide frigorigène, ledit dispositif de refroidissement supplémentaire du gaz naturel (20) étant alimenté par la machine frigorifique à absorption (120) ; et / ou dans laquelle le cycle de pré- refroidissement comprend un dispositif de refroidissement du premier fluide frigorigène (21), alimenté par la machine frigorifique à absorption (120) ; et / ou dans laquelle le cycle de liquéfaction comprend un dispositif de refroidissement du deuxième fluide frigorigène (22), alimenté par la machine frigorifique à absorption (120) ; et / ou dans laquelle la turbine à gaz (101) comporte un dispositif de refroidissement de l'alimentation en air, alimenté par la machine frigorifique à absorption (120).
  13. 13. Installation selon l'une des revendications 7 à 12, dans laquelle la turbine à gaz (101) est une turbine industrielle.
  14. 14. Installation selon l'une des revendications 7 à 13, comprenant : des moyens de prélèvement d'eau dans l'environnement ; un circuit de refroidissement des cycles de pré-refroidissement et de liquéfaction, et de refroidissement de la machine frigorifique à absorption, par l'eau prélevée ; au moins une tour évaporative adaptée au refroidissement de l'eau prélevée ; et des moyens de rejet de l'eau prélevée dans l'environnement. R: Brevets 30000 30021ù090312-texte depot doc- 12 mars 2009
  15. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, mis en œuvre dans une installation selon l'une des revendications 7 à 19. R: Brevets 30(100 30021--09031 2-texte depot-doc- 12 mars 2009
FR0901194A 2009-03-13 2009-03-13 Procede de liquefaction de gaz naturel a cycle combine Expired - Fee Related FR2943125B1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0901194A FR2943125B1 (fr) 2009-03-13 2009-03-13 Procede de liquefaction de gaz naturel a cycle combine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0901194A FR2943125B1 (fr) 2009-03-13 2009-03-13 Procede de liquefaction de gaz naturel a cycle combine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FR2943125A1 true FR2943125A1 (fr) 2010-09-17
FR2943125B1 FR2943125B1 (fr) 2015-12-18

Family

ID=41591687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR0901194A Expired - Fee Related FR2943125B1 (fr) 2009-03-13 2009-03-13 Procede de liquefaction de gaz naturel a cycle combine

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR2943125B1 (fr)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017072632A1 (fr) * 2015-10-30 2017-05-04 Sabic Global Technologies B.V. Propylène hybride et système de refroidissement par absorption
EP2676090A4 (fr) * 2011-02-16 2018-03-28 ConocoPhillips Company Récupération de chaleur perdue intégrée dans une installation pour gaz naturel liquéfié
RU2766164C2 (ru) * 2018-08-02 2022-02-08 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Балансировка мощности в сплит-системе сжижения со смешанным хладагентом

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3817046A (en) * 1970-11-28 1974-06-18 Chinzoda Chem Eng & Constructi Absorption-multicomponent cascade refrigeration for multi-level cooling of gas mixtures
US4911741A (en) * 1988-09-23 1990-03-27 Davis Robert N Natural gas liquefaction process using low level high level and absorption refrigeration cycles
WO2009006693A1 (fr) * 2007-07-09 2009-01-15 Lng Technology Pty Ltd Procédé et système pour la fabrication d'un gaz naturel liquide

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3817046A (en) * 1970-11-28 1974-06-18 Chinzoda Chem Eng & Constructi Absorption-multicomponent cascade refrigeration for multi-level cooling of gas mixtures
US4911741A (en) * 1988-09-23 1990-03-27 Davis Robert N Natural gas liquefaction process using low level high level and absorption refrigeration cycles
WO2009006693A1 (fr) * 2007-07-09 2009-01-15 Lng Technology Pty Ltd Procédé et système pour la fabrication d'un gaz naturel liquide

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
KAART S ET AL: "A NOVEL DESIGN FOR 10-12 MTPA LNG TRAINS", INTERNATIONAL CONFERENCE AND EXHIBITION ON LIQUEFIED NATURAL GAS, vol. 15TH, 24 April 2007 (2007-04-24), pages PS2 - 3/1, XP009108430 *
KIKKAWA ET AL: "Optimize the Power System of Baseload LNG Plant", PROCEEDINGS GAS PROCESSORS ASSOCIATION. GPA MEETING/ANNUAL CONVENTION, 14 March 2001 (2001-03-14), XP009092082 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2676090A4 (fr) * 2011-02-16 2018-03-28 ConocoPhillips Company Récupération de chaleur perdue intégrée dans une installation pour gaz naturel liquéfié
WO2017072632A1 (fr) * 2015-10-30 2017-05-04 Sabic Global Technologies B.V. Propylène hybride et système de refroidissement par absorption
RU2766164C2 (ru) * 2018-08-02 2022-02-08 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Балансировка мощности в сплит-системе сжижения со смешанным хладагентом

Also Published As

Publication number Publication date
FR2943125B1 (fr) 2015-12-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR3053771B1 (fr) Procede de liquefaction de gaz naturel et de recuperation d'eventuels liquides du gaz naturel comprenant deux cycles refrigerant semi-ouverts au gaz naturel et un cycle refrigerant ferme au gaz refrigerant
US8196413B2 (en) Configurations and methods for thermal integration of LNG regasification and power plants
EP2344821B1 (fr) Procédé de production de courants d'azote liquide et gazeux, d'un courant gazeux riche en hélium et d'un courant d'hydrocarbures déazoté et installation associée
EP1118827B1 (fr) Procédé de liquéfaction partielle d'un fluide contenant des hydrocarbures tel que du gaz naturel
MX2007000341A (es) Configuraciones y metodos para generacion de energia con regasificacion de gas natural licuado integrado.
WO2003004951A1 (fr) Procede de liquefaction et de deazotation de gaz naturel, installation de mise en oeuvre
EP1352203A1 (fr) Procede de refrigeration de gaz liquefie et installation mettant en oeuvre celui-ci
FR2778232A1 (fr) Procede et dispositif de liquefaction d'un gaz naturel sans separation de phases sur les melanges refrigerants
WO2012031782A1 (fr) Procédé et appareil de refroidissement d'un flux d'hydrocarbures gazeux
EP2959242B1 (fr) Station d'abaissement de pression d'un gaz et de liquéfaction du gaz
FR2787560A1 (fr) Procede de separation cryogenique des gaz de l'air
FR3053770B1 (fr) Procede de liquefaction de gaz naturel et de recuperation d'eventuels liquides du gaz naturel comprenant un cycle refrigerant semi-ouvert au gaz naturel et deux cycles refrigerant fermes au gaz refrigerant
WO2010063789A2 (fr) Procédé de refroidissement d'un flux d'hydrocarbure et appareil associé
FR2957140A1 (fr) Procede de liquefaction de gaz naturel utilisant de l'azote enrichi en tant que fluide frigorigene
FR2943125A1 (fr) Procede de liquefaction de gaz naturel a cycle combine
EP2417411B1 (fr) Procede et systeme frigorifique pour la recuperation de la froideur du methane par des fluides frigorigenes
EP1488843B1 (fr) Procédé de traitement de fumées
WO2005103583A1 (fr) Procede de liquefaction d’un gaz integrant un appareillage de refroidissement thermo-acoustique
EP3695180B1 (fr) Procede de separation d'air par distillation cryogenique
FR2944095A1 (fr) Procede de liquefaction de gaz naturel utilisant des turbines a gaz a basse temperature d'echappement
FR2858830A1 (fr) Procede pour augmenter la capacite et l'efficacite d'installations gazieres du type comprenant une turbine a gaz
CA2866104A1 (fr) Procede et appareil de condensation d'un debit gazeux riche en dioxyde de carbone
WO2016091903A2 (fr) Systeme de liquefaction de gaz a machine a absorption et pompe a chaleur stirling
FR3087525A1 (fr) Procede de liquefaction d'un courant gazeux d'evaporation issu du stockage d'un courant de gaz naturel liquefie
EP2295765A1 (fr) Procédé de réfrigération d'air autonome, adaptable aux moteurs thermiques, dont les turbines à combustion

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 7

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 8

ST Notification of lapse

Effective date: 20171130