FR3018111B1 - Procede et installation de transport et de liquefaction de gaz - Google Patents

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Abstract

Procédé de transport de gaz d'un point de production vers un point d'utilisation, le procédé comportant : • une étape de liquéfaction du gaz dans laquelle on refroidit le gaz à une température inférieure à une température de liquéfaction dudit gaz dans une unité d'échange thermique (10), • une étape de transport du gaz liquéfié vers le point d'utilisation, caractérisé en ce que, l'unité d'échange thermique (10) est proche du point de production et en ce qu'on utilise pour le refroidissement dans l'unité d'échange thermique (10) des frigories en provenance d'un médium (5) stocké préalablement dans un réservoir à proximité de l'unité d'échange thermique (10).

Description

Procédé et installation de transport et de liquéfaction de gaz
Domaine technique
La présente invention se rapporte à un procédé de transport de gaz après liquéfaction dudit gaz, par exemple de gaz contenant essentiellement du méthane. Elle concerne également une installation mettant en œuvre ledit procédé.
Etat de ia technique
Les installations de liquéfaction de gaz sont essentiellement destinées à rendre ladite matière transportable par réservoir sans pression ou à faible pression. Bien souvent, ce sont des grandes installations fixes avec peu de contraintes d’encombrement. On en trouve par exemple dans des ports pour le transport de gaz naturel par des méthaniers. Le gaz naturel liquéfié est à une température de l’ordre de -160°C et il est transporté dans des réservoirs fortement isolés. La liquéfaction est obtenue par des cycles thermodynamiques comportant des phases de compression, de refroidissement et de détente du gaz. Le document EP 0 818 661 B1 montre un exemple d’installation de liquéfaction permettant Sa création de frigories destinée en particulier au gaz naturel. Un fluide frigorigène est utilisé en circuit fermé pour véhiculer des frigories.
Devant ie renchérissement de l’énergie, il devient de plus en plus souvent intéressant d’exploiter de petites sources de gaz. Par exemple, les fermes d’exploitation agricole s’équipent de plus en plus fréquemment de méthaniseurs qui transforment les déchets organiques de Sa ferme en biogaz contenant essentiellement du méthane. Les décharges d’ordures ménagères constituent également une source importante de biogaz. L’exploitation des réseaux de gaz naturel nécessitent également d’effectuer des purges de gaz qui pourraient être valorisées. D’autres gaz sont également produits localement en petites quantités et mériteraient d’être collectés de manière économique. Une fois le gaz liquéfié, il peut être transporté dans des réservoirs sans pression ou à faible pression.
Toutefois, les installations de liquéfaction connues sont de taille et de coût inadaptés au traitement de ces sources. De plus, certaines de ces sources sont intermittentes et peu adaptées à une installation de liquéfaction permanente. L’invention vise à fournir un procédé de transport et une installation adaptée à la mise en œuvre de ce procédé qui soit adaptée à des sources de faible tonnage ou intermittentes.
Description de l’invention
Avec ces objectifs en vue, l’invention a pour objet un procédé de transport de gaz d’un point de production vers un point d’utilisation, le procédé comportant : * une étape de liquéfaction du gaz dans laquelle on refroidit le gaz à une température inférieure à une température de liquéfaction dudit gaz dans une unité d’échange thermique, * une étape de transport du gaz liquéfié vers le point d’utilisation, caractérisé en ce que l’unité d’échange thermique est proche du point de production et en ce qu’on utilise pour le refroidissement dans l’unité d’échange thermique des frigories en provenance d’un médium stocké préalablement dans un réservoir à proximité de l’unité d’échange thermique.
On dispose ainsi d’un procédé pour liquéfier le gaz de manière très compacte. En effet, Sa partie la plus volumineuse d’une installation selon l’art antérieur est Sa partie production de froid. Avec l’invention, le froid est apporté par le médium qu’il suffit de stocker. La préparation du médium liquide ou solide a lieu dans une autre installation. De plus, lorsque la préparation du médium intervient dans un procédé industriel comportant l’évacuation de frigories, cette préparation du médium n’induit pas de dépense énergétique propre, ou alors uniquement de manière marginale. L’impact sur l’environnement est donc réduit. On entend par réservoir un dispositif rigide ou souple apte à contenir le medium. II va de soi qu’il est intéressant de prévoir une isolation importante du réservoir afin d’éviter la dispersion des frigories.
Le procédé de transport de gaz s’applique à tous gaz mais préférentiellement aux gaz combustibles tels Se méthane ou l’hydrogène.
Le médium est par exemple de l’air ou de l’azote sous forme liquide. La manipulation de ce médium est peu dangereuse, car une fuite n’a aucune conséquence environnementale. De plus le médium est disponible partout. Une fois le médium utilisé, il peut être relâché dans l’atmosphère sans conséquence. De plus, le niveau de température atteint par Sa détente de l’azote à pression atmosphérique permet d’atteindre directement la liquéfaction du méthane.
Le médium peut être aussi du dioxyde de carbone sous forme liquide ou solide ou un mélange des deux phases.
De manière particulière, l’étape de liquéfaction comporte au moins une étape d’échange thermique direct dans l’unité d’échange thermique entre le gaz à liquéfier et Se médium. Ce type d’échange permet d’avoir une installation des plus compactes. L’échange peut se faire par exemple dans un échangeur à plaques avec des fluides à contre-courant. Un tel échangeur est très compact.
De préférence, le médium est préparé pour être liquéfié ou solidifié dans une installation distante de l’unité d’échange thermique puis chargé et transporté par un véhicule vers Se point de production du gaz. Cette autre installation peut être de grande taille et produire le médium en quantité importante qui est ensuite subdivisée pour de multiples installations selon l’invention. La grande taille de cette autre installation permet d’optimiser le coût et l’efficacité de la production du medium. Il est même possible que ladite autre installation produise du froid de manière marginale dans un procédé dédié à d’autres besoins.
Le médium est préparé avec des frigories provenant d’une source froide indépendante du procédé, par exemple dans une instaiîation de regazéification de gaz nature! îiquéfié. Après ie transport par des méthaniers, ie gaz naturel liquéfié est regazéifié par réchauffement afin d’être injecté dans un réseau de gaz naturel sous forme gazeuse. Une telle installation est une source de froid importante qui peut être utilisée facilement afin de préparer le médium du procédé selon l’invention sans dépense énergétique supplémentaire.
Plus généralement, le medium est préparé par échange thermique direct de frigories entre la source froide et ie medium, la source froide pouvant être une installation de regazéification de gaz naturel liquéfié (GNL) comme précédemment. Alternativement, une source « chaude » peut être utilisée indirectement pour générer des frigories, par exemple par l’utilisation d’une pompe à chaleur. A cet effet, l’unité de préparation du medium est connectée à une installation de regazéification du GNL et les frigories utilisées pour la production du medium sont produites lors la regazéification du GNL.
Selon un perfectionnement, on épure le gaz avant l’étape de liquéfaction. Le gaz peut ensuite être directement exploité dans les applications prévues pour le gaz naturel. L’épuration peut par exemple être obtenue par des colonnes de distillation dans lesquelles on peut séparer les composants plus lourds que le méthane, les composés tels que les sulfures ou l’acide chlorhydrique et l’eau. L’épuration peut aussi être sur le principe d’adsorption et/ou absorption au moyen de catalyseurs
Selon un perfectionnement, le médium est préparé par exemple avec les frigories produites par la regazéification du gaz îiquéfié lors de son utilisation sur le point d’utilisation. L’invention a aussi pour objet une installation de liquéfaction de gaz caractérisée en ce qu’elle comporte une unité d’échange thermique dans laquelle le gaz entrant est refroidi à une température inférieure à une température de liquéfaction dudit gaz pour ressortir sous forme liquide, au moins un réservoir destiné à recevoir un médium et une conduite reliant le réservoir à l’unité d’échange thermique pour transférer le médium vers l’unité d’échange thermique pour mettre en œuvre le procédé tel que décrit précédemment.
Selon une disposition particulière, l’installation comporte au moins un véhicule sur lequel est monté le réservoir de médium et/ou en outre un réservoir de gaz liquéfié. Le même véhicule peut livrer le médium et repartir avec le gaz liquéfié, ce qui permet d’optimiser les transports. L’installation peut également comporter un autre véhicule pour permettre le transport de l’installation de liquéfaction. Ces véhicules sont adaptés au transport fluvial, routier, ferroviaire et aérien.
Selon un perfectionnement, une unité d’épuration est placée en amont de l’unité d’échange thermique pour fournir du gaz épuré à l’unité d’échange thermique.
Brève description des figures L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence au dessin annexé dont la figure 1 est un schéma du procédé selon l’invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
Un procédé de liquéfaction de gaz selon l’invention est représenté de manière schématique sur la figure 1. Dans l’exemple ainsi présenté, on trouve une installation de liquéfaction 1, un terminal méthanier 2 et une station d’utilisation 3 de gaz liquéfié.
Dans l’installation de liquéfaction 1, on reçoit au moins une source de gaz 4 telle que du gaz produit par une station de méthanisation ou une décharge d’ordures ménagères. Selon cet exemple, le gaz est composé essentiellement de méthane. Toutefois, ce gaz peut être éventuellement être un mélange de composés gazeux autres que le méthane, tel des hydrocarbures complexes (éthane, butane). L’installation de liquéfaction 1 reçoit par ailleurs un médium 5 sous forme liquide, tel que par exemple de l’air liquide ou de l’azote liquide. Le medium peut être remplacé par du dioxyde de carbone sous forme liquide, solide ou diphasique (gaz et liquide). Dans l’installation de liquéfaction 1, le gaz de ia source 4 est liquéfié par son refroidissement à une température inférieure à une température de liquéfaction dudit gaz dans une unité d’échange thermique 10. L’unité d’échange thermique 10 est par exemple un échangeur thermique à plaques recevant d’une part le gaz de la source et d’autre part le médium 5 sous forme liquide. Le médium 5 est livré par exemple par véhicule tel qu’un camion 6 comportant un réservoir mobile 60 pour fluide cryogénique isolé thermiquement dans lequel il reste stocké pendant l’utilisation, ou duquel il est transféré dans un réservoir fixe 11 de l’installation de liquéfaction 1. Le véhicule pourrait aussi être un wagon ferroviaire, une barge ou un bateau. L’échangeur est par exemple un échangeur à contre-courant dans lequel le médium 5 se vaporise à pression atmosphérique. Le médium 5 vaporisé est relâché dans l’atmosphère. L’échange thermique peut avoir lieu sur plusieurs étages, avec éventuellement une première compression du gaz de la source, permettant d’obtenir la liquéfaction à moins basse température qu’à pression atmosphérique. L’unité de liquéfaction comporte également des dispositifs accessoires tel des pompes, des détendeurs et/ou compresseurs, des vannes afin de faciliter le refroidissement du gaz et d’aider à la circulation des fluides. Ces dispositifs accessoires sont en soi connus de l’homme du métier. L’unité de liquéfaction peut en outre comporter un module de prérefroidissement ou de post refroidissement permettant d’ajuster la température du gaz avant ou après son refroidissement.
Après liquéfaction, le gaz liquéfié 7 est stocké puis transporté dans un réservoir isolée thermiquement. Ce peut être le même réservoir mobile 60 qui a transporté le médium 5 précédemment ou un réservoir différent. Le gaz liquéfié 7 est livré à la station d’utilisation 3 du gaz liquéfié, comme par exemple une chaufferie, une station-service pour des véhicules, un réservoir ou un point d’injection sur un réseau de gaz.
Le médium 5 est préparé dans une installation de préparation 13, dans laquelle des frigories sont disponibles facilement. Plusieurs types d’installations de préparation sont possibles. Dans l’exemple montré sur la figure, il s’agit d’une installation de regazéification de gaz naturel liquéfié d’un terminal méthanier 2, dans laquelle le gaz naturel est livré sous forme liquéfiée (GNL) et est gazéifié avant d’être injecté dans un réseau de canalisations pour sa distribution. A cet endroit, le terminal méthanier, dégage de grandes quantités de frigories non utilisées. II est possible et peu coûteux de liquéfier de l’air ou du dioxyde de carbone prélevé dans l’atmosphère ou dans une installation industrielle productrice de dioxyde de carbone à l’aide de ces frigories afin de préparer le medium 5. L’azote peut éventuellement être séparé de l’oxygène pour ne garder que l’azote comme médium 5, selon des procédés connus. Ainsi, le médium 5 est îiquéfié dans une installation distante de l’unité d’échange thermique 10. il y est d’abord stocké dans un réservoir intermédiaire, puis transféré dans le réservoir mobile 60 du véhicule. L’installation de préparation pourrait aussi être une installation de liquéfaction dédiée à la préparation de medium, mais alimentant plusieurs installations de liquéfaction 1 selon l’invention, de telle sorte que sa taille puisse être importante en s’affranchissant des contraintes de miniaturisation et d’encombrement. Une telle installation de préparation peut être implantée avantageusement pour tirer parti d’une source de frigorie ou d’énergie excédentaire. La source d’énergie excédentaire peut être par exemple une source d’énergie renouvelable dont la production ponctuelle est au-delà des besoins instantanés.
Avantageusement, l’installation de préparation du medium 5 est agencée pour transférer les frigories disponibles directement au medium, par opposition à une installation de préparation du medium comportant une source chaude, cette dernière étant alors convertie en source froide indirecte.
Au niveau de l’installation de liquéfaction 1, on prévoit, selon la nature de la source de gaz 4, une unité d’épuration 12 placée en amont de l’unité d’échange thermique 10 pour fournir du gaz épuré à l’unité d’échange thermique 10. Une telle unité d’épuration 12 est prévue pour assécher le gaz et éliminer des traces hydrocarbures plus lourds que le méthane ainsi que d’autres composés tels que des sulfures ou des acides. L’unité d’épuration 12 peut être basée, comme cela est connu de l’homme du métier, sur Se principe d’adsorption et/ou absorption au moyen de catalyseurs.
En l’absence de groupe de production de froid, l’installation de liquéfaction est suffisamment compacte pour être montée sur un véhicule, du fait que Se froid est déjà généré ailleurs que dans l’installation de liquéfaction 1. Eventuellement, l’unité d’épuration 12 est sur un deuxième véhicule. L’énergie auxiliaire de fonctionnement de l’installation de liquéfaction (pompes, commandes) peut être fournie par un réseau électrique ou directement sous forme mécanique ou électrique par le moteur du véhicule lui-même ou par un moteur thermique dédié.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de transport de gaz d’un point de production vers un point d’utilisation, le procédé comportant : • une étape de liquéfaction du gaz dans laquelle on refroidit le gaz à une température inférieure à une température de liquéfaction dudit gaz dans une unitéd’échange thermique (10), • une étape de transport du gaz liquéfié vers le point d’utilisation, caractérisé en ce que, l’unité d’échange thermique (10) est proche du point de production et en ce qu’on utilise pour le refroidissement dans l’unité d’échange thermique (10) des frigories en provenance d’un médium (5) stocké préalablement dans un réservoir unique séparé par une paroi amovible pour former un réservoir de medium (5) et un réservoir de gaz liquéfié montés sur un véhicule à proximité de l’unité d’échange thermique (10).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le médium (5) est de l’air ou de l’azote sous forme liquide.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le médium (5) est du dioxyde de carbone sous forme liquide ou solide ou un mélange des deux phases.
  4. 4. Procédé selon l’une des revendications 2 ou 3, selon lequel l’étape de liquéfaction comporte au moins une étape d’échange thermique directe, dans l’unité d’échange thermique (10), entre le gaz à liquéfier et le médium (5).
  5. 5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel le médium (5) est préparé dans une unité de préparation du medium (13) distante de l’unité d’échange thermique (10) puis chargé et transporté par le véhicule vers le point de production du gaz.
  6. 6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel on épure le gaz avant l’étape de liquéfaction.
  7. 7. Procédé selon l’une des revendications précédente, selon lequel le medium (5) est préparé avec des frigories provenant d’un^ source froide indépendante du procédé.
  8. 8. Procédé selon la revendication 7, selon lequel le medium (5) est préparé par échange thermique direct des frigories de la source froide vers le medium (5).
  9. 9. Procédé selon la revendication 8, selon lequel l’unité de préparation du medium (5) est connectée à une installation de regazéification du gaz naturel liquéfié (13) et les frigories utilisées pour la production du medium sont produites lors la regazéification du gaz naturel liquéfié.
  10. 10. Procédé selon l’une des revendications précédentes, selon lequel le médium (5) est préparé avec les frigories produites par la regazéification du gaz liquéfié lors de son utilisation sur le point d’utilisation.
  11. 11. Procédé selon l’une des revendications précédentes dans lequel le gaz transporté est composé principalement de méthane.
  12. 12. Installation de liquéfaction de gaz caractérisée en ce qu’elle comporte ; • une unité d’échange thermique (10) dans laquelle le gaz entrant est refroidi à une température inférieure à une température de liquéfaction dudit gaz pour ressortir sous forme liquide, • un réservoir unique séparé par une paroi amovible pour former un réservoir de medium (5) et un réservoir de gaz liquéfié montés sur un véhicule,et • une conduite reliant le réservoir à l’unité d’échange thermique (10) pour transférer le médium (5) vers l’unité d’échange thermique (10) pour mettre en œuvre le procédé selon l’une des revendications 1 à 11.
  13. 13. Installation selon la revendication 12, caractérisée en ce que l’unité d’échange thermique (10) est montée sur le véhicule.
  14. 14. Installation selon l’une des revendications 12 à 13, dans laquelle une unité d’épuration (12) est placée en amont de l’unité d’échange thermique (10) pour fournir du gaz épuré à l’unité d’échange thermique (10).
  15. 15. Installation selon l’une des revendications 12 à 14, caractérisée en ce que les véhicules sont adaptés au transport fluvial, routier, ferroviaire et aérien.
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