FR2967484A1 - Procede et installation de transport de gaz naturel liquefie - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de transport de gaz naturel liquéfié comprenant des phases successives de stockage et de chargement, chacune de ces phases comprenant les étapes successives suivantes : - fourniture de gaz naturel liquéfié à terre ; - sous-refroidissement du gaz naturel liquéfié à une température inférieure à -161°C, à terre ; - transfert du gaz naturel liquéfié jusqu'à une structure de stockage disposée en mer ; - stockage du gaz naturel liquéfié dans la structure de stockage ; la phase de chargement comprenant l'étape finale supplémentaire de : - chargement du gaz naturel liquéfié dans un navire de transport. L'invention concerne également une installation adaptée à la mise enœuvre de ce procédé.

Description

PROCEDE ET INSTALLATION DE TRANSPORT DE GAZ NATUREL LIQUEFIE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de transport de gaz naturel liquéfié, ainsi qu'une installation adaptée à la mise en oeuvre de ce procédé.
15 ARRIERE-PLAN TECHNIQUE Les usines de production de gaz naturel liquéfié (ci-après GNL) sont des installations dont la taille et la complexité rendent à ce jour difficile une disposition en mer. Il se pose donc un problème de chargement du GNL produit sur la terre ferme dans des navires méthaniers. Actuellement, le gaz 20 naturel une fois liquéfié est généralement stocké à terre, puis transféré à un poste de chargement situé en mer, d'où il est chargé sur les navires méthaniers. Le transfert du GNL entre le stockage à terre et le poste de chargement en mer est effectué via une conduite généralement disposée sur 25 une jetée. Ce système présente un certain nombre d'inconvénients. Tout d'abord, dans certains configurations géographiques, il peut être nécessaire de bâtir une jetée très longue (jusqu'à 15 ou 20 km) afin d'obtenir le tirant d'eau nécessaire pour les navires méthaniers. La construction d'une telle 30 jetée est très contraignante et représente un coût considérable. Par ailleurs, du fait des transferts de chaleur au travers de la conduite transportant le GNL pour le chargement, on constate l'apparition d'une grande quantité de vapeur (gaz d'évaporation ou gaz de flash) au chargement des navires. Cette vapeur doit être ramenée à terre pour être à nouveau liquéfiée, ce qui nécessite une 35 ligne dédiée de grande capacité et un compresseur de grande puissance installé près des postes de chargement. Il existe donc un réel besoin de mettre au point un procédé de transport de GNL pour le chargement de navires méthaniers qui ne présente
R:\32000\32098 SNP\32098-101116-texte depot.doc- pas les inconvénients ci-dessus, et qui en particulier soit plus simple à mettre en oeuvre.
RESUME DE L'INVENTION L'invention concerne en premier lieu un procédé de transport de gaz naturel liquéfié comprenant des phases successives de stockage et de chargement, chacune de ces phases comprenant les étapes successives suivantes : fourniture de gaz naturel liquéfié à terre ; sous-refroidissement du gaz naturel liquéfié à une température inférieure à -161 °C, à terre ; transfert du gaz naturel liquéfié jusqu'à une structure de stockage disposée en mer ; stockage du gaz naturel liquéfié dans la structure de stockage ; la phase de chargement comprenant l'étape finale supplémentaire de : - chargement du gaz naturel liquéfié dans un navire de transport. Selon un mode de réalisation, un gaz d'évaporation est émis lors du stockage du gaz naturel liquéfié, ledit gaz d'évaporation étant consommé et/ou au moins en partie liquéfié dans la structure de stockage.
Selon un mode de réalisation, le gaz naturel liquéfié est sous-refroidi à une température inférieure ou égale à -162°C, de préférence inférieure ou égale à -163°C, de préférence inférieure ou égale à -164°C, de préférence inférieure ou égale à -165°C, avant son transfert, pendant la phase de stockage et la phase de chargement.
Selon un mode de réalisation, la phase de chargement comprend une étape de sous-refroidissement supplémentaire du gaz naturel liquéfié avant le transfert du gaz naturel liquéfié. Selon un mode de réalisation, le gaz naturel liquéfié est sous-refroidi avant son transfert, lors de la phase de chargement, à une température inférieure d'au moins 1°C, de préférence d'au moins 2°C, de préférence d'au moins 3°C, de préférence d'au moins 4°C, de préférence d'au moins 5°C, par rapport à la température de sous-refroidissement du gaz naturel liquéfié pendant la phase de stockage. Selon un mode de réalisation, l'étape de sous-refroidissement supplémentaire du gaz naturel liquéfié est effectuée par prélèvement d'une fraction de gaz naturel liquéfié, détente de cette fraction et échange thermique entre le gaz naturel liquéfié et la fraction de gaz naturel liquéfié prélevée et détendue.
R:\32000\32098 SNP\32098-101116-texte depot.doc- L'invention a également pour objet une installation de transport de gaz naturel liquéfié, comprenant : - une unité terrestre, située à terre et comprenant : une ligne d'amenée de gaz naturel liquéfié ; des moyens de sous-refroidissement du gaz naturel liquéfié adaptés à sous-refroidir le gaz naturel liquéfié à une température inférieure à -161 °C ; une unité maritime, située en mer et comprenant : ^ une structure de stockage de gaz naturel liquéfié ; ^ des moyens de chargement du gaz naturel liquéfié dans un navire de transport ; - une conduite de transfert adaptée à transférer du gaz naturel liquéfié de l'unité terrestre vers l'unité maritime. Selon un mode de réalisation, la structure de stockage est un navire ou une barge échouée ou une barge flottante ou une plateforme. Selon un mode de réalisation, la structure de stockage est pourvue de moyens de liquéfaction de gaz naturel. Selon un mode de réalisation, l'unité terrestre comprend une unité de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel comportant au moins une section d'échange thermique et alimentant la ligne d'amenée de gaz naturel liquéfié, les moyens de sous-refroidissement du gaz naturel liquéfié étant constitués par une section d'échange thermique de l'unité de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel. Selon un mode de réalisation, l'unité terrestre comprend des moyens de sous-refroidissement supplémentaire du gaz naturel liquéfié, susceptibles d'être alternativement actionnés et arrêtés. Selon un mode de réalisation, les moyens de sous-refroidissement supplémentaire du gaz naturel liquéfié comprennent une ligne de dérivation de gaz naturel liquéfié sous-refroidi pourvue de moyens de détente, et un échangeur de sous-refroidissement supplémentaire entre la ligne d'amenée de gaz naturel et la ligne de dérivation de gaz naturel liquéfié sous-refroidi en aval des moyens de détente. La présente invention permet de surmonter les inconvénients de l'état de la technique. Elle fournit plus particulièrement un procédé de transport de GNL pour le chargement de navires méthaniers qui est plus simple à mettre en oeuvre : il ne nécessite pas la construction d'une jetée équipée de plusieurs lignes de chargement de GNL et de ligne de retour des gaz d'évaporation vers la terre, ce qui représente une simplification importante
R:\32000\32098 SNP\3 2098--1 01 1 1 6-texte depot.doc- lorsque le chargement des navires méthaniers doit s'effectuer à grande distance de la côte (par exemple à au moins 10 km, au moins 15 km ou au moins 20 km de la côte) ; et il limite par ailleurs l'émission de gaz d'évaporation. De la sorte le retour des gaz d'évaporation vers la côte est inutile. Ceci est accompli grâce à une disposition selon laquelle le gaz naturel est refroidi et liquéfié à terre et transféré (sans nécessiter une jetée) vers une zone de stockage en mer. Le stockage en mer avec une réduction importante de la quantité de gaz d'évaporation produite en mer est rendu possible grâce à un sous-refroidissement du GNL en-dessous de la température de -161 °C qui est normalement celle du GNL produit. Selon certains modes de réalisation particuliers, l'invention présente également une ou de préférence plusieurs des caractéristiques avantageuses énumérées ci-dessous.
L'invention permet de produire et charger du GNL dans des zones géographiques où une jetée est difficile ou impossible à construire, ou encore dans une zone où une jetée couperait en deux une zone maritime d'intérêt pour les bateaux. L'invention permet de réduire le nombre de torches à basse pression, car une seule torche est nécessaire (en mer) au lieu de deux dans l'état de la technique (une à terre au stockage et une en mer au chargement). La production de gaz d'évaporation est réduite. Les lignes terre - mer sont réduites et simplifiées. La ligne de retour à terre des gaz d'évaporation est supprimée. En effet, le débit de chargement des bateaux (5000 à 16000 m3/h) est très supérieur au débit de transfert de GNL vers le stockage (1000 à 2000 m3/h). Lorsque le stockage est effectué sur un navire méthanier, si celui-ci est autonome en termes d'utilités et/ou de reliquéfaction de gaz d'évaporation, il est donc inutile de prévoir des pompes de chargement de GNL et un compresseur de gaz d'évaporation (le retour du GNL évaporé à terre étant inutile). Le personnel nécessaire à l'opération et à la maintenance est équivalent à celui d'un navire méthanier, et le quartier de vie y est intégré.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 représente de manière schématique les éléments principaux d'une installation selon un mode de réalisation de l'invention, en phase de non chargement de méthanier, appelée ici stockage. La figure 2 représente de manière schématique les éléments principaux d'une installation selon un mode de réalisation de l'invention, en phase de chargement. La figure 3 représente de manière schématique une unité terrestre d'une installation selon l'état de la technique. Les figures 4 et 5 représentent de manière schématique des modes de réalisation d'une unité terrestre d'une installation selon l'invention (comprenant l'unité de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel ainsi que les dispositifs de sous refroidissement du GNL).
DESCRIPTION DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION L'invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit.
Transport et charqement de GNL En faisant référence à la figure 1, on décrit un mode de réalisation du procédé et de l'installation selon l'invention pendant une phase de stockage du GNL. L'installation comprend une unité terrestre 1, située à terre (sur la côte) et une unité maritime 2, située en mer. La distance entre l'unité terrestre 1 et l'unité maritime 2 est de préférence supérieure ou égale à 5 km, ou supérieure ou égale à 10 km, ou supérieure ou égale à 15 km, ou supérieure ou égale à 20 km. Dans le cadre de l'invention, l'expression « à terre » peut être prise dans son sens strict, ou bien, selon un mode de réalisation, couvrir également une situation en mer, la profondeur de l'eau étant faible (c'est-à- dire moins de 15 m ou moins de 10 m ou moins de 5 m). Dans ce cas, soit la totalité de l'unité terrestre 1 est située en mer (la profondeur de l'eau étant faible), soit l'unité terrestre 1 est répartie à terre et en mer (la profondeur de l'eau étant faible). L'unité terrestre 1 comprend une unité de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel 3. Le GNL produit par l'unité de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel 3 est récolté par une ligne de sortie de l'unité de liquéfaction 4. Le GNL est en principe à une température de -148°C environ dans cette ligne de sortie de l'unité de liquéfaction 4. Celle-ci
R:\32000\32098 SNP\3 2098--1 01 1 1 6-texte depot.doc- alimente un ballon de vaporisation finale 5. Le GNL transporté dans la ligne de sortie de l'unité de liquéfaction 4 est détendu en amont du ballon de vaporisation finale 5 puis séparé dans celui-ci du gaz de vaporisation produit, qui est récolté dans une ligne de soutirage de gaz de vaporisation 6.
La ligne de soutirage de gaz de vaporisation 6 alimente un compresseur 7, en sortie duquel est connectée une première ligne de gaz de combustion 8. Le gaz de vaporisation est donc comprimé puis brûlé pour fournir de l'énergie à l'installation. La température du GNL en sortie de l'unité de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel 3 est généralement fixée pour satisfaire le bilan énergétique de l'installation. L'excédent, s'il existe peut être recyclé dans l'installation. Plus de détails sur le cheminement du gaz de vaporisation sont fournis ci-dessous en relation avec les figures 3, 4 et 5. En sortie du ballon de vaporisation finale 5 est également connectée une ligne d'amenée de gaz naturel liquéfié 9, par laquelle le GNL destiné au stockage est récolté. Le GNL est en principe à ce stade à une température de -161 à -160°C. La ligne d'amenée de gaz naturel liquéfié 9 alimente des moyens de sous-refroidissement du gaz naturel liquéfié 10. En sortie des moyens de sous-refroidissement du gaz naturel liquéfié 10 est connectée une conduite de transfert 11 reliant l'unité terrestre 1 à l'unité maritime 2. La conduite de transfert 11 alimente une structure de stockage de gaz naturel liquéfié 12 dans l'unité maritime 2. Les moyens de sous-refroidissement du gaz naturel liquéfié 10 sont adaptés à sous-refroidir le GNL à une température inférieure à -161 °C, et notamment à une température inférieure ou égale à -162°C, de préférence inférieure ou égale à -163°C, de préférence inférieure ou égale à -164°C, de préférence inférieure ou égale à -165°C, par exemple inférieure ou égale à - 166°C. Par exemple le GNL peut être sous-refroidi à une température de - 167 à -165°C.
L'intensité du sous-refroidissement est de préférence adaptée en fonction des entrées de chaleur subies dans la conduite de transfert 11, de sorte que le GNL dans la structure de stockage de gaz naturel liquéfié 12 soit à une température de -161 à -160°C (légèrement inférieure à celle d'un stockage classique à terre).
La conduite de transfert 11 est de préférence une conduite sous-marine, c'est-à-dire une conduite disposée sur le fond marin. Aucune jetée n'est donc nécessaire entre l'unité terrestre 1 et l'unité maritime 2. De préférence, la conduite de transfert 11 sous-marine comprend au moins un
R:\32000\32098 SNP\32098-101116-texte depot.doc- tube interne (par exemple d'un diamètre de 24 pouces environ) et un tube externe concentrique avec le tube interne, le tube interne et le tube externe étant séparés par un matériau calorifuge (par exemple un aérogel). Un tel système communément appelé « pipe in pipe » permet de limiter les entrées de chaleur. Le tube interne est de préférence fabriqué dans un alliage présentant un coefficient de dilatation très faible. On peut par exemple utiliser de l'acier inoxydable avec environ 360/0 de nickel (alliage connu sous le nom d'Invar®). Le tube externe est par exemple fabriqué en acier carbone (avec un revêtement anti-corrosion). L'utilisation de l'alliage ci-dessus permet d'éviter les lyres de dilatation qui sont généralement présentes dans les installations de l'état de la technique pour les conduites situées sur les jetées. Ainsi, on réduit les pertes de charge et les entrées de chaleur lors du transport du GNL.
La liaison entre la conduite de transfert 11 et la structure de stockage 12 peut être assurée par une ou des ligne(s) flexible(s) ou non flexible(s). En sortie de la structure de stockage 12 sont prévus des moyens de chargement du gaz naturel liquéfié 13, qui sont adaptés à transférer le GNL vers un navire de transport (non représenté sur la figure 1) lors de la phase de chargement. Ces moyens de chargement du gaz naturel liquéfié 13 peuvent comprendre des conduites flexibles ou non, connues dans le domaine. Un poste de mouillage 15 (quai) est adapté à recevoir un navire de transport. Le poste de mouillage 15 peut lui-même être pourvu de conduites flexibles ou non pour permettre le chargement sur des navires de chargement. On prévoit avantageusement un système de recirculation du GNL (non représenté) depuis les moyens de chargement du gaz naturel liquéfié 13 vers la structure de stockage 12 pendant la phase de stockage, afin de maintenir les moyens de chargement du gaz naturel liquéfié 13 à la même température que lors de la phase de chargement. La structure de stockage 12 en mer peut être soit un navire de stockage (méthanier), soit un stockage fixe (sur plateforme, ou une barge échouée) soit un stockage flottant de type barge ou bateau. Dans le cas où la structure de stockage 12 est flottante, celle-ci est ancrée. De préférence, la capacité de stockage en GNL est supérieure à celle des navires de chargement utilisés et ce afin de pouvoir charger les navires de chargement à leur capacité maximale, sans avoir à interrompre le stockage (et donc la production) de GNL entre les rotations des navires de
R:\32000\32098 SNP\3 2098--1 01 1 1 6-texte depot.doc- chargement. Par exemple, à titre de structure de stockage 12, on peut utiliser un navire de type Q-Max, qui présente une capacité de 266 000 m3 environ ou éventuellement un navire de type Q-Flex, dont la capacité est de 210 000 à 216 000 m3 environ. On peut alors typiquement utiliser comme navires de chargement des méthaniers conventionnels présentant une capacité par exemple de 120 000 à 140 000 m3 environ voire de capacité supérieure. Un gaz d'évaporation est généré dans la structure de stockage 12. On peut donc prévoir des moyens de liquéfaction de gaz naturel 14 sur la structure de stockage 12, qui sont adaptés à collecter le gaz d'évaporation, à le comprimer, à le refroidir, à le liquéfier (à nouveau), puis à le recycler vers le stockage. Une partie du gaz d'évaporation est également utilisée en tant que gaz de combustion pour les besoins notamment des moyens de liquéfaction de gaz naturel 14, lorsqu'ils sont présents. On prévoit pour ce faire une deuxième ligne de gaz de combustion 20 toujours sur la structure de stockage 12, adaptée à la collecte de cette partie du gaz d'évaporation. Du fait de la basse température du GNL stocké (grâce au sous-refroidissement du GNL avant son transfert dans la conduite de transfert 11), l'émission de gaz d'évaporation reste faible. Par conséquent, les moyens de liquéfaction de gaz naturel 14 nécessaires ont une taille, une complexité et une puissance compatibles avec une situation en mer. En particulier, lorsque la structure de stockage 12 est un navire méthanier avec un dispositif de liquéfaction de gaz d'évaporation, ce dispositif conventionnellement présent sur ce type de navires peut suffire. A titre d'exemple, un navire de type Q-Max est pourvu de moyens de liquéfaction permettant de liquéfier environ 7 tonnes de gaz par heure. Alternativement, on peut prévoir un autre dispositif consommateur de gaz à la place des moyens de liquéfaction de gaz naturel 14, notamment un dispositif moins complexe, tel que par exemple des moyens de génération électrique par turbines à gaz.
En faisant référence à la figure 2, on décrit un mode de réalisation du procédé et de l'installation selon l'invention pendant une phase de chargement du GNL. L'ensemble des numéros de référence identiques à ceux de la figure 1 ont la même signification. Sur la figure 2 est représenté un navire de transport 16 sur le poste de mouillage 15. Le GNL issu du stockage est chargé vers le navire de transport 16 par les moyens de chargement du gaz naturel liquéfié 13. Lors du chargement, du gaz d'évaporation est aussi produit dans le navire de transport 16. Ce gaz d'évaporation est recyclé vers la structure de
R:\32000\32098 SNP\3 2098--1 01 1 1 6-texte depot.doc- stockage 12 par une ligne de recyclage 17 pourvue d'un compresseur 18. Afin que cet apport supplémentaire de gaz d'évaporation lors de la phase de chargement (ledit gaz d'évaporation devant être à nouveau liquéfié ou bien utilisé comme gaz de combustion) reste compatible avec les besoins en gaz combustible et les moyens de liquéfaction de gaz naturel 14 disponibles sur la structure de stockage 12, et afin d'autre part qu'il n'y ait pas d'augmentation de la température du GNL dans la structure de stockage 12 lors de la phase de chargement, on prévoit un sous-refroidissement supplémentaire du GNL avant son transfert dans la conduite de transfert 11.
Pour ce faire, il est possible de prévoir que les moyens de sous-refroidissement du gaz naturel liquéfié 10 mentionnés ci-dessus puissent fournir une intensité de sous-refroidissement différente en phase de chargement par rapport à la phase de stockage. Il est toutefois plus simple de prévoir plutôt des moyens de sous-refroidissement supplémentaire du gaz naturel liquéfié 19 qui sont susceptibles d'être alternativement actionnés (pendant la phase de chargement) et arrêtés (pendant la phase de stockage), et ce sans nuire à la fiabilité et à l'efficacité du procédé. Dans ce cas, les moyens de sous refroidissement supplémentaire du gaz naturel liquéfié 19 peuvent être installés dans l'unité maritime 2, ou, de préférence et comme illustré dans ce qui suit, dans l'unité terrestre 1. Par exemple, le sous-refroidissement supplémentaire du GNL assuré par les moyens de sous-refroidissement supplémentaire du gaz naturel liquéfié 19 peut être d'au moins 1°C, de préférence d'au moins 2°C, de préférence d'au moins 3°C, de préférence d'au moins 4°C, de préférence d'au moins 5°C, par exemple de 5 à 7°C (et notamment d'environ 6°C) en plus du sous-refroidissement réalisé pendant la phase de stockage. Lorsque le navire de chargement 16 est pourvu de son propre dispositif de liquéfaction pour le gaz d'évaporation, il est possible d'utiliser ce dispositif en plus des moyens de liquéfaction de gaz naturel 14, pour alléger le sous-refroidissement supplémentaire.
Sous-refroidissement du GNL Dans ce qui suit, on commence par décrire une installation classique de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel, afin d'identifier dans un deuxième temps les équipements supplémentaires nécessaires pour la mise en oeuvre du sous-refroidissement du GNL proposé par l'invention. La présente description est établie en rapport avec un système de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel dit « C3-MR », dans lequel
R:\32000\32098 SNP\3 2098--1 01 1 1 6-texte depot.doc- deux réfrigérants sont utilisés, d'une part du propane et d'autre part un mélange d'hydrocarbures et d'azote. Toutefois, l'invention pourrait s'appliquer de manière analogue à d'autres types d'unités de refroidissement et liquéfaction de gaz naturel.
En faisant référence à la figure 3, l'unité de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel comprend une ligne d'amenée de gaz naturel 100, qui traverse une première section d'échange thermique 101 et une deuxième section d'échange thermique 102. Les sections d'échange thermique 101, 102 peuvent être deux (ou plusieurs) compartiments d'un même échangeur ou d'échangeurs distincts. Le gaz naturel transporté dans la ligne d'amenée de gaz naturel 100 est refroidi et liquéfié à la traversée de la première section d'échange thermique 101 et de la deuxième section d'échange thermique 102. Il est récupéré en sortie de ce dernier dans une ligne de soutirage de gaz naturel liquéfié 103 (correspondant à la ligne de sortie de l'unité de liquéfaction 4 décrite ci-dessus en rapport avec les figures 1 et 2) à une température typique de -148°C environ. Sur cette ligne de soutirage de gaz naturel liquéfié 103 sont prévus des moyens de détente 104, 105, comprenant par exemple un détendeur 104 qui peut être de type turbine et une vanne de détente 105. Ainsi, le GNL est détendu (typiquement jusqu'à la pression atmosphérique) et refroidi jusqu'à une température de -162 à -160°C environ. La ligne de soutirage de gaz naturel liquéfié 103 alimente finalement un ballon de vaporisation finale 106 (correspondant au ballon de vaporisation finale 5 décrit ci-dessus en rapport avec les figures 1 et 2), dans lequel le gaz de vaporisation généré par la détente du GNL est séparé du GNL. Le gaz de vaporisation est récolté dans une ligne de soutirage de gaz de vaporisation 109 (correspondant à la référence 6 sur les figures 1 et 2) connectée en sortie du ballon de vaporisation finale 106. Afin d'exploiter les frigories disponibles dans le gaz de vaporisation, une partie du gaz naturel issu dans la ligne d'amenée de gaz naturel 100 est détournée dans une ligne de dérivation de gaz naturel 113. Cette ligne de dérivation de gaz naturel 113 traverse un échangeur thermique 110, qui est également traversé par la ligne de soutirage de gaz de vaporisation 109. Le gaz naturel détourné est donc refroidi contre le réchauffement du gaz de vaporisation. Le gaz naturel détourné ainsi refroidi est mélangé avec le GNL, la ligne de dérivation de gaz naturel 113 débouchant sur la ligne de soutirage de gaz naturel liquéfié 103, par exemple après la vanne de détente 105 et avant le ballon de vaporisation finale 106.
R:\32000\32098 SNP\3 2098--1 01 1 1 6-texte depot.doc- En sortie de l'échangeur thermique 110, le gaz de vaporisation est comprimé dans un compresseur 111 et refroidi par des moyens de refroidissement 112 disposés sur la ligne de soutirage de gaz de vaporisation 109. Le gaz de vaporisation comprimé est utilisé comme gaz de combustion pour les besoins du fonctionnement de l'unité de refroidissement et de liquéfaction. En sortie du ballon de vaporisation finale 106 est également connectée une ligne d'amenée de gaz naturel liquéfié 108 (correspondant à la référence 9 sur les figures 1 et 2), par laquelle le GNL est récolté et envoyé au stockage, avec des moyens de pompage 107. Dans l'exemple illustré, le refroidissement et la liquéfaction du gaz naturel sont effectués par échange de chaleur avec un réfrigérant (principal) comprenant un mélange d'hydrocarbures et d'azote. Ce réfrigérant est transporté dans une ligne principale d'amenée de réfrigérant 114 qui alimente un ballon de vaporisation de réfrigérant 115, dans lequel une fraction du réfrigérant est vaporisée. En sortie du ballon de vaporisation de réfrigérant 115 sont respectivement connectées une première ligne d'amenée de réfrigérant 121 (qui collecte la fraction vapeur du réfrigérant) et une deuxième ligne d'amenée de réfrigérant 116 (qui collecte la fraction liquide du réfrigérant). La première ligne d'amenée de réfrigérant 121 traverse la première section d'échange thermique 101 puis la deuxième section d'échange thermique 102. La fraction vapeur du réfrigérant est ainsi refroidie puis condensée. En sortie de la deuxième section d'échange thermique 102, un dispositif de détente 122 assure la détente de la fraction vapeur (refroidie et condensée) du réfrigérant. La fraction vapeur condensée puis détendue est collectée dans une ligne de retour de réfrigérant 123 qui traverse à nouveau la deuxième section d'échange thermique 102 puis la première section d'échange thermique 101.
La fraction vapeur condensée puis détendue est donc réchauffée et à nouveau vaporisée dans les sections d'échange thermique 102 puis 101, pour refroidir le gaz naturel et la fraction vapeur du réfrigérant circulant dans la première ligne d'amenée de réfrigérant 121 (et également par la fraction liquide du réfrigérant circulant dans la deuxième ligne d'amenée de réfrigérant 116, ainsi que décrit ci-dessous). La deuxième ligne d'amenée de réfrigérant 116 traverse la première section d'échange thermique 101. La fraction liquide du réfrigérant est ainsi refroidie. En sortie de la première section d'échange thermique 101, un
R:\32000\32098 SNP\3 2098--1 01 1 1 6-texte depot.doc- dispositif de détente 117 assure la détente de la fraction liquide (sous refroidie) du réfrigérant. La fraction liquide détendue est collectée dans une ligne de retour de réfrigérant 118 qui est par exemple connectée à la ligne de retour de réfrigérant 123 entre la deuxième section d'échange thermique 102 et la première section d'échange thermique 101. De la sorte, la fraction liquide détendue du réfrigérant est également réchauffée et vaporisée dans la première section d'échange thermique 101, absorbant ainsi la chaleur cédée par le gaz naturel, par la fraction vapeur du réfrigérant circulant dans la première ligne d'amenée de réfrigérant 121 et par la fraction liquide du réfrigérant circulant dans la deuxième ligne d'amenée de réfrigérant 116. L'ensemble du réfrigérant vaporisé et réchauffé est récolté dans une ligne de collecte de réfrigérant réchauffé 124 en sortie de la première section d'échange thermique 101, qui alimente des moyens de compression 119 puis des moyens de refroidissement de réfrigérant 120. Ainsi le réfrigérant est comprimé puis refroidi. La ligne principale d'amenée de réfrigérant 114 est connectée en sortie des moyens de refroidissement de réfrigérant 120. Les moyens de refroidissement de réfrigérant 120 comprennent dans le cas présent un cycle de réfrigération par un réfrigérant auxiliaire (non représenté), qui est en l'occurrence du propane, dans le cadre du procédé de liquéfaction de type « C3-MR » pris comme exemple. En faisant référence à la figure 4, on décrit à présent une unité terrestre d'une installation selon l'invention, comprenant une unité de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel, adaptée à partir d'une unité de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel de l'état de la technique telle que décrite ci-dessus pour fournir les moyens de sous-refroidissement de GNL nécessaires pour la mise en oeuvre de l'invention. L'ensemble des numéros de référence identiques à ceux de la figure 3 ont la même signification que ci-dessus. On décrit donc uniquement ici les modifications apportées à l'installation, conformément à l'invention. La principale modification de l'installation est que l'unité de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel comprend une troisième section d'échange thermique 129 en aval des sections d'échange thermique 101, 102 décrites ci-dessus. Cette troisième section d'échange thermique 129 peut être un compartiment supplémentaire d'un échangeur ou bien être un échangeur distinct. Le GNL en sortie de la deuxième section d'échange de chaleur 102 est toujours à une température typique de -148°C environ. Il est récupéré
R:\32000\32098 SNP\3 2098--1 01 1 1 6-texte depot.doc- dans une première ligne de transfert de gaz naturel liquéfié 130 sur laquelle sont prévus des moyens de détente 104, 105 tels que décrits ci-dessus, permettant encore de détendre le GNL (typiquement jusqu'à la pression atmosphérique) et de le refroidir jusqu'à une température de -162 à -160°C environ. Après séparation du gaz de vaporisation dans le ballon de vaporisation 106 décrit ci-dessus, le GNL est récupéré dans une deuxième ligne de transfert de gaz naturel liquéfié 125, et est dirigé vers la troisième section d'échange thermique 129 par des moyens de pompage 143. En traversant cette troisième section d'échange thermique 129, le GNL est sous-refroidi à une température typique de -170 à -163°C, notamment de -168 à -164°C, et par exemple de -167 à -165°C. Le GNL sous-refroidi est récupéré dans une ligne de soutirage de gaz naturel liquéfié sous-refroidi 126 (qui correspond, avec la ligne de transfert de gaz naturel liquéfié 130, à la ligne d'amenée de gaz naturel liquéfié 9 dans les figures 1 et 2, et qui alimente donc la conduite (de préférence sous-marine) pour le transfert du GNL vers le stockage). Le circuit réfrigérant est adapté pour tenir compte de la présence de la troisième section d'échange thermique 129. Ainsi, la fraction vapeur du réfrigérant transportée dans la première ligne d'amenée de réfrigérant 121 traverse successivement la première section d'échange thermique 101, la deuxième section d'échange thermique 102 et la troisième section d'échange thermique 129. La fraction vapeur du réfrigérant est ainsi refroidie puis condensée. En sortie de la troisième section d'échange thermique 129, un dispositif de détente 127 assure la détente de la fraction vapeur (refroidie puis condensée) du réfrigérant. La fraction vapeur condensée après détente est collectée dans une ligne de retour de réfrigérant 128 qui traverse à nouveau la troisième section d'échange thermique 129, puis la deuxième section d'échange thermique 102, puis la première section d'échange thermique 101. La fraction vapeur condensée et détendue est réchauffée et à nouveau vaporisée dans les sections d'échange thermique 129, 102 puis 101, absorbant ainsi la chaleur cédée par le gaz naturel et par la fraction vapeur du réfrigérant circulant dans la première ligne d'amenée de réfrigérant 121 et par la fraction liquide du réfrigérant circulant dans la deuxième ligne d'amenée de réfrigérant 116. Le circuit de la fraction liquide du réfrigérant n'est, lui, pas modifié dans l'exemple illustré.
R:\32000\32098 SNP\3 2098--1 01 1 1 6-texte depot.doc- La fourniture d'un sous-refroidissement du gaz naturel dans la troisième section d'échange thermique 129 suppose de modifier la composition du réfrigérant (principal) afin d'obtenir une température minimale dans le système plus basse.
Un exemple de la variation de composition du réfrigérant principal (MR) pour dans le cadre de l'invention par rapport à une installation conventionnelle avec stockage à terre est donné ci-dessous (en pourcentages molaires): Azote : 11,23 au lieu de 10,47.
Méthane : 37,82 au lieu de 41,18. Ethane : 37,40 au lieu de 36,25. Propane : 13,55 au lieu de 12,10. En faisant référence à la figure 5, on décrit à présent une variante d'une unité terrestre d'une installation selon l'invention, comprenant une unité de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel qui est adaptée à partir d'une unité de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel de l'état de la technique telle que décrite ci-dessus, à la fois pour sous-refroidir le GNL de façon permanente et pour sous-refroidir le GNL de manière supplémentaire pendant la phase de chargement. L'ensemble des numéros de référence identiques à ceux de la figure 4 ont la même signification que ci-dessus. On décrit donc uniquement ici les modifications apportées pour les besoins du sous-refroidissement supplémentaire pour la phase de chargement, par rapport à l'installation de la figure 4. Dans cette variante, une ligne de dérivation de gaz naturel liquéfié 131 est connectée sur la ligne de soutirage de gaz naturel liquéfié sous-refroidi 126. Un dispositif de détente 132 est prévu sur cette ligne de dérivation de gaz naturel liquéfié sous-refroidi 131. Ainsi, une partie du GNL sous-refroidi est prélevée dans la ligne de dérivation de gaz naturel liquéfié sous-refroidi 131 et détendue à une pression qui peut être inférieure à la pression atmosphérique de 1.013 bar absolu (par exemple à une pression de 0,7 à 0,8 bar absolu). Un échangeur de sous-refroidissement supplémentaire 133 permet un échange de chaleur entre le GNL sous-refroidi de la ligne de soutirage de gaz naturel liquéfié sous-refroidi 126 et le GNL sous-refroidi et détendu de la ligne de dérivation de gaz naturel liquéfié sous-refroidi 131. La majeure partie du GNL sous-refroidi subit ainsi un sous-refroidissement supplémentaire contre le réchauffement et la vaporisation partielle de la fraction du GNL sous-refroidi qui a été détendue.
R:\32000\32098 SNP\3 2098--1 01 1 1 6-texte depot.doc- En aval de l'échangeur de sous-refroidissement supplémentaire 133, la ligne de dérivation de gaz naturel liquéfié sous-refroidi 131 alimente un ballon de séparation 134, en sortie duquel on récolte une phase vapeur dans une ligne de collecte de phase vapeur 137, et une phase liquide dans une ligne de collecte de phase liquide 135, qui est pourvue de moyens de pompage 136 et connectée à la ligne de soutirage de gaz naturel liquéfié sous-refroidi 126 (avant ou après le branchement de la ligne de dérivation de gaz naturel liquéfié sous-refroidi 131). La phase liquide est donc mélangée (et ainsi recyclée) avec le flux principal de GNL sous-refroidi.
La phase vapeur transportée dans la ligne de collecte de phase vapeur 137 est comprimée dans un compresseur 138 puis mélangée (dans l'exemple illustré) avec le gaz de vaporisation transporté dans la ligne de soutirage de gaz de vaporisation 109, par exemple au niveau de l'échangeur thermique 110.
Le sous-refroidissement supplémentaire peut être facilement mis en marche et arrêté au grès des phases de stockage et de chargement, en ouvrant ou en fermant la ligne de dérivation de gaz naturel liquéfié 131. En raison de l'excès de gaz produit lorsque le sous-refroidissement supplémentaire est opéré, on prévoit avantageusement de diviser la ligne de soutirage de gaz de vaporisation 109 en deux branches en aval de la compression et du refroidissement par le compresseur 111 et les moyens de refroidissement 112. Une première branche 139 permet de récupérer le gaz destiné à la combustion. Une deuxième branche 140 pourvu d'un compresseur 141 et de moyens de refroidissement 142, permet de récupérer l'excès de gaz (inutile pour le fonctionnement de l'installation) qui est avantageusement recyclé avec le gaz naturel initial de la ligne d'amenée de gaz naturel 100. De manière alternative à ce qui a été décrit ci-dessus, il faut noter qu'un cycle frigorifique additionnel pourrait être utilisé pour les moyens de sous-refroidissement supplémentaire du gaz naturel liquéfié 19. R:\32000\32098 SNP\3 2098--1 01 1 1 6-texte depot.doc-

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de transport de gaz naturel liquéfié REVENDICATIONS1. Procédé de transport de gaz naturel liquéfié comprenant des phases successives de stockage et de chargement, chacune de ces phases comprenant les étapes successives suivantes : fourniture de gaz naturel liquéfié à terre ; sous-refroidissement du gaz naturel liquéfié à une température inférieure à -161 °C, à terre ; transfert du gaz naturel liquéfié jusqu'à une structure de stockage disposée en mer ; stockage du gaz naturel liquéfié dans la structure de stockage ; la phase de chargement comprenant l'étape finale supplémentaire de : chargement du gaz naturel liquéfié dans un navire de transport.
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel un gaz d'évaporation est émis lors du stockage du gaz naturel liquéfié, ledit gaz d'évaporation étant consommé et/ou au moins en partie liquéfié dans la structure de stockage.
  3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel le gaz naturel liquéfié est sous-refroidi à une température inférieure ou égale à -162°C, de préférence inférieure ou égale à -163°C, de préférence inférieure ou égale à -164°C, de préférence inférieure ou égale à -165°C, avant son transfert, pendant la phase de stockage et la phase de chargement.
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la phase de chargement comprend une étape de sous-refroidissement supplémentaire du gaz naturel liquéfié avant le transfert du gaz naturel liquéfié.
  5. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le gaz naturel liquéfié est sous-refroidi avant son transfert, lors de la phase de chargement, à une température inférieure d'au moins 1°C, de préférence d'au moins 2°C, de préférence d'au moins 3°C, de préférence d'au moins 4°C, de préférence d'au moins 5°C, par rapport à la température de sous-refroidissement du gaz naturel liquéfié pendant la phase de stockage.
  6. 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel l'étape de sous-refroidissement supplémentaire du gaz naturel liquéfié est effectuée par prélèvement d'une fraction de gaz naturel liquéfié, détente de cette fraction et échange thermique entre le gaz naturel liquéfié et la fraction de gaz naturel liquéfié prélevée et détendue. Installation de transport de gaz naturel liquéfié, comprenant : une unité terrestre (1), située à terre et comprenant : ^ une ligne d'amenée de gaz naturel liquéfié (9) ; ^ des moyens de sous-refroidissement du gaz naturel liquéfié (10) adaptés à sous-refroidir le gaz naturel liquéfié à une température inférieure à -161 °C ; une unité maritime (2), située en mer et comprenant : ^ une structure de stockage de gaz naturel liquéfié (12) ; ^ des moyens de chargement du gaz naturel liquéfié (13) dans un navire de transport (16) ; une conduite de transfert (11) adaptée à transférer du gaz naturel liquéfié de l'unité terrestre (1) vers l'unité maritime (2). Installation selon la revendication 7, dans laquelle la structure de stockage (12) est un navire ou une barge échouée ou une barge flottante ou une plateforme. Installation selon l'une des revendications 7 à 8, dans laquelle la structure de stockage (12) est pourvue de moyens de liquéfaction de gaz naturel (14). Installation selon l'une des revendications 7 à 9, dans laquelle l'unité terrestre (1) comprend une unité de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel (3) comportant au moins une section d'échange thermique (101, 102, 129) et alimentant la ligne R:\32000\32098 SNP\32098-101116-texte depot.doc- 6.7. 20 25 8. 30 9. 35 10. 5 10 15d'amenée de gaz naturel liquéfié (9), et dans laquelle les moyens de sous-refroidissement du gaz naturel liquéfié (10) sont constitués par une section d'échange thermique (129) de l'unité de refroidissement et de liquéfaction de gaz naturel (3). 11. Installation selon l'une des revendications 7 à 10, dans laquelle l'unité terrestre (1) comprend des moyens de sous-refroidissement supplémentaire du gaz naturel liquéfié (19), susceptibles d'être alternativement actionnés et arrêtés. 12. Installation selon la revendication 11, dans laquelle les moyens de sous-refroidissement supplémentaire du gaz naturel liquéfié (19) comprennent une ligne de dérivation de gaz naturel liquéfié sous-refroidi (131) pourvue de moyens de détente (132), et un échangeur de sous-refroidissement supplémentaire (133) entre la ligne d'amenée de gaz naturel (9) et la ligne de dérivation de gaz naturel liquéfié sous-refroidi (131) en aval des moyens de détente (132). R:\32000\32098 SNP\32098-101116-texte depot.doc-
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