FR3061276A1 - DEVICE AND METHOD FOR LIQUEFACTING A NATURAL GAS AND SHIP COMPRISING SUCH A DEVICE - Google Patents
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- F25J2270/14—External refrigeration with work-producing gas expansion loop
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2270/00—Refrigeration techniques used
- F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
Abstract
Le dispositif (400) de liquéfaction d'un gaz naturel, comporte : - un compresseur (105) d'un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé, - un moyen (110) de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère, - un premier corps (115) d'échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel, - un deuxième corps (120) d'échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi dans le premier corps d'échange pour liquéfier le gaz naturel et - une conduite (125) de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d'échange de chaleur vers le compresseur, - un détendeur (405) du gaz naturel liquéfié, - un collecteur (410) de gaz d'évaporation produit lors de la détente du gaz dans le détendeur et - une conduite (415) d'injection du gaz d'évaporation en entrée du deuxième corps d'échange.The device (400) for liquefying a natural gas comprises: - a compressor (105) of a first vaporized refrigerant chemical mixture; - means (110) for fractionating the compressed mixture into a heavy fraction and a light fraction, a first heat exchange body (115) between the heavy fraction of the first mixture and the natural gas for cooling at least the natural gas; a second heat exchange body (120) between the light fraction of the first mixture; and the cooled natural gas in the first exchange body for liquefying the natural gas and - a return line (125) of the first vaporized refrigerant mixture in the heat exchange bodies to the compressor, - an expander (405) of the liquefied natural gas, a collector (410) of evaporation gas produced during the expansion of the gas in the expander and a conduit (415) for injecting the evaporation gas into the inlet of the second exchange body.
Description
Titulaire(s) :Holder (s):
ENGIE Société anonyme.ENGIE Public limited company.
O Demande(s) d’extension :O Extension request (s):
Mandataire(s) : CASSIOPI Société à responsabilité limitée.Agent (s): CASSIOPI Limited liability company.
® DISPOSITIF ET PROCEDE DE LIQUEFACTION D'UN GAZ NATUREL ET NAVIRE COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF.® DEVICE AND METHOD FOR LIQUEFACTION OF A NATURAL GAS AND VESSEL COMPRISING SUCH A DEVICE.
FR 3 061 276 - A1 (57) Le dispositif (400) de liquéfaction d'un gaz naturel, comporte:FR 3,061,276 - A1 (57) The device (400) for liquefying a natural gas, comprises:
- un compresseur (105) d'un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,- a compressor (105) of a first vaporized refrigerant chemical mixture,
- un moyen (110) de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,a means (110) for fractionating the compressed mixture into a heavy fraction and a light fraction,
- un premier corps (115) d'échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,a first heat exchange body (115) between the heavy fraction of the first mixture and the natural gas to cool at least the natural gas,
- un deuxième corps (120) d'échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi dans le premier corps d'échange pour liquéfier le gaz naturel eta second heat exchange body (120) between the light fraction of the first mixture and the natural gas cooled in the first exchange body to liquefy the natural gas and
- une conduite (125) de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d'échange de chaleur vers le compresseur,a pipe (125) for returning the first refrigerant mixture vaporized in the heat exchange bodies to the compressor,
- un détendeur (405) du gaz naturel liquéfié,- a regulator (405) for liquefied natural gas,
- un collecteur (410) de gaz d'évaporation produit lors de la détente du gaz dans le détendeur et- an evaporation gas collector (410) produced during the expansion of the gas in the regulator and
- une conduite (415) d'injection du gaz d'évaporation en entrée du deuxième corps d'échange.- A pipe (415) for injecting the evaporation gas at the inlet of the second exchange body.
ii
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTIONTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
La présente invention vise un dispositif de liquéfaction d’un gaz naturel, un procédé de liquéfaction d’un gaz naturel et un navire comportant un tel dispositif. Elle s’applique, notamment, à la liquéfaction en mer ou sur terre de gaz naturel.The present invention relates to a device for liquefying a natural gas, a method for liquefying a natural gas and a ship comprising such a device. It applies, in particular, to liquefaction at sea or on land of natural gas.
ÉTAT DE LA TECHNIQUESTATE OF THE ART
La liquéfaction du gaz permet le transport de gaz naturel à volume moindre par rapport au transport du gaz naturel non liquéfié.Gas liquefaction allows the transport of natural gas at a lower volume compared to the transport of non-liquefied natural gas.
Lors des dernières décennies, les technologies de liquéfaction ont visé les grandes capacités de gaz pour des raisons d’économie d’échelle.In recent decades, liquefaction technologies have targeted large gas capacities for reasons of economy of scale.
La mise en oeuvre des technologies ainsi utilisées requiert de très grands investissements et présente des coûts de transports très importants (infrastructures de liquéfaction marines et de réception). Ainsi, d’une part, la tendance des capacités de liquéfaction a été d’accroitre le volume de gaz naturel transporté afin d’obtenir des économies d’échelle et afin de rendre l’économie de ces projets plus attractive. D’autres part, les investissements réalisés pour mettre en oeuvre ces technologies ont visé ce dimensionnement et la construction de procédés de liquéfaction devant être les plus efficaces possibles afin de minimiser les coûts d’opération par la suite.The implementation of the technologies thus used requires very large investments and presents very significant transport costs (marine liquefaction and reception infrastructures). On the one hand, the trend in liquefaction capacity has been to increase the volume of natural gas transported in order to obtain economies of scale and to make the economy of these projects more attractive. On the other hand, the investments made to implement these technologies have targeted this design and the construction of liquefaction processes that must be as efficient as possible in order to minimize operating costs thereafter.
Aujourd’hui, le nombre de projets à grande échelle a fortement diminué et on observe un regain d’intérêt pour la production à petite capacité de gaz naturel liquéfié à partir de gaz naturel ou de biogaz.Today, the number of large-scale projects has sharply decreased and there is a renewed interest in the production of small-capacity liquefied natural gas from natural gas or biogas.
En effet, la valorisation des petites sources de gaz, les gaz fatals et le biogaz sont de nouvelles opportunités promues notamment par une prise de conscience environnementale des populations et gouvernements ou une volonté d’atteindre un consommateur isolé dans des zones sans infrastructure gazière de transport et/ou distribution. Ces opportunités sont néanmoins trop petites pour justifier l’emploi des technologies destinées à la production à grandes échelle (la transposition des technologies traditionnelles n’est pas pertinente, car trop complexe et ne permettent pas de justifier de la viabilité économique de ces nouveaux projets), d’où la nécessité de proposer de nouvelles technologies qui puissent répondre aux deux principaux enjeux concernant la liquéfaction à petite échelle :Indeed, the development of small sources of gas, fatal gases and biogas are new opportunities promoted in particular by an environmental awareness of populations and governments or a desire to reach an isolated consumer in areas without gas transport infrastructure and / or distribution. These opportunities are nevertheless too small to justify the use of technologies intended for large-scale production (the transposition of traditional technologies is not relevant, as it is too complex and does not justify the economic viability of these new projects) , hence the need to propose new technologies that can meet the two main challenges concerning small-scale liquefaction:
- la réduction des coûts d’investissements autant que possibles en gardant une efficacité aussi élevée que possibles afin de minimiser les coûts opérationnels et- reducing investment costs as much as possible while keeping efficiency as high as possible in order to minimize operational costs and
- l’augmentation de l’efficacité du procédé pour minimiser la perte de produit : les volumes de gaz à valoriser sont faibles, ce qui rend chaque molécule importante.- increasing the efficiency of the process to minimize product loss: the volumes of gas to be recovered are low, which makes each molecule important.
Aujourd’hui, les ressources de gaz en mer (« offshore, en anglais) ou proche des côtes (« near-shore >> en anglais) sont en plein essor conduisant à utiliser des solutions technologiques adaptées aux environnements marins dîtes « FLNG >> pour « Floating Liquefied Natural Gas >>, traduit par Gaz Naturel Liquéfié Flottant).Today, gas resources at sea (“offshore” in English) or near the coast (“near-shore” in English) are booming leading to the use of technological solutions adapted to marine environments called “FLNG” for "Floating Liquefied Natural Gas", translated as Floating Liquefied Natural Gas).
On connaît, notamment, plusieurs types de cycles de liquéfaction :Several types of liquefaction cycles are known, in particular:
- les cycles en cascade,- cascade cycles,
- les cycles à réfrigérants mixes et- cycles with mixed refrigerants and
- les cycles à détente.- detent cycles.
Les systèmes de liquéfaction sont basés sur ces cycles ou sur une combinaison de ces cycles. C’est notamment le cas du processus à cascade intégrale incorporée (abréviée « Cil >> et traduit en anglais par « Intégral Incorporated Cascade »).Liquefaction systems are based on these cycles or a combination of these cycles. This is particularly the case with the integral integral cascade process (abbreviated "Cil" and translated into English as "Integral Incorporated Cascade").
Dans le système Cil :In the Cil system:
- un mélange de réfrigérants est comprimé puis fractionné en une fraction lourde et une fraction légère,- a mixture of refrigerants is compressed and then fractionated into a heavy fraction and a light fraction,
- la fraction lourde étant mise en œuvre dans un premier échangeur de chaleur à plaques entre cette fraction lourde et le gaz naturel pour le refroidir,the heavy fraction being used in a first plate heat exchanger between this heavy fraction and the natural gas to cool it,
- la fraction légère est comprimée,- the light fraction is compressed,
- la fraction légère étant mise en œuvre dans une deuxième échangeur de chaleur à plaques entre cette fraction légère et le gaz naturel refroidi afin de liquéfier ce gaz naturel etthe light fraction being used in a second plate heat exchanger between this light fraction and the cooled natural gas in order to liquefy this natural gas and
- les deux fractions du mélange réchauffées sont ensuite collectées et fournies de nouveau comprimées.- the two fractions of the heated mixture are then collected and supplied again compressed.
Ce système présente plusieurs inconvénients :This system has several drawbacks:
- les échangeurs à plaques sont très sensibles à la distribution des fluides ce qui pose un problème de marinisation pour les applications marines,- the plate exchangers are very sensitive to the distribution of fluids which poses a problem of marinization for marine applications,
- le mélange réfrigérant contient un nombre important de composants, notamment des composés lourds, ces composés cristallisant dans les échangeurs de chaleur à des conditions de pression et de température particulières dont l’avènement n’est pas aisément prévisible et- the refrigerant mixture contains a large number of components, in particular heavy compounds, these compounds crystallizing in heat exchangers at particular pressure and temperature conditions whose advent is not easily predictable and
- le procédé présente une flexibilité restreinte, notamment en termes de débit d’opération et une capacité de production par moyen de compression limitée. Dans le procédé Cil, le mélange réfrigérant est un mélange d’azote et d’hydrocarbures (méthane, éthane, ibutane, nbutane, ipentane et npentane). La vaporisation partielle de ce mélange à basse pression permet de refroidir, liquéfier le gaz naturel et sous refroidir le GNL produit :- the process has limited flexibility, in particular in terms of operating throughput and production capacity by means of limited compression. In the Cil process, the refrigerant mixture is a mixture of nitrogen and hydrocarbons (methane, ethane, ibutane, nbutane, ipentane and npentane). The partial vaporization of this mixture at low pressure makes it possible to cool, liquefy the natural gas and sub-cool the LNG produced:
- la vaporisation à basse pression de la fraction lourde du mélange réfrigérant (gaz en tête de colonne de fractionnement) permet d’apporter les frigories nécessaires pour refroidir au moins le gaz naturel et- the vaporization at low pressure of the heavy fraction of the refrigerant mixture (gas at the top of the fractionation column) makes it possible to provide the frigories necessary to cool at least the natural gas and
- la fraction légère permettra de liquéfier le gaz naturel et sous refroidir le GNL En sortie de la ligne d’échange le mélange réfrigérant est totalement vaporisé. Pour le système Cil, les inconvénients principaux sont que :- the light fraction will allow the natural gas to be liquefied and the LNG to be cooled. At the outlet of the exchange line, the refrigerant mixture is completely vaporized. For the Cil system, the main drawbacks are that:
- le procédé Cil a été développé pour la production de GNL à grande capacité sur terre,- the Cil process was developed for the production of high capacity LNG on land,
- le procédé est peu flexible : chute significative d’efficacité pour toute déviation face au point de fonctionnement / de conception,- the process is not very flexible: significant drop in efficiency for any deviation from the operating / design point,
- le mélange réfrigérant contient trop de constituant (hydrocarbures), complexifiant la logistique et l’aspect opérationnel.- the refrigerant mixture contains too much constituent (hydrocarbons), complicating the logistics and the operational aspect.
- les stockages accroissent le poids des installations, critique en installations en mer,- storage increases the weight of the installations, critical in offshore installations,
- le procédé présente des difficultés d’approvisionnement en éthane, ce qui pose des problématiques accrues en installations en mer,- the process presents ethane supply difficulties, which poses increased problems in offshore installations,
- le procédé présente des risques d’altération des équipements (échangeurs) du au risque de cristallisation du pentane (iC5 et nC5) contenue dans le mélange réfrigérant,- the process presents risks of alteration of the equipment (exchangers) due to the risk of crystallization of the pentane (iC5 and nC5) contained in the refrigerant mixture,
- l’efficacité du procédé est limitée par les dimensions de l’échangeur et les contraintes liées à la fabrication et- the efficiency of the process is limited by the dimensions of the exchanger and the constraints linked to manufacturing and
- le procédé présente des problèmes d’installation en mer des équipements (chute significative des performances de l’échangeur à plaques en cas de mauvaise distribution).- the process presents installation problems at sea of equipment (significant drop in performance of the plate heat exchanger in the event of poor distribution).
Le procédé Cil repose sur l’utilisation d’une unique ligne de compression utilisant des compresseurs centrifuges.The Cil process is based on the use of a single compression line using centrifugal compressors.
Un compresseur centrifuge sert à un comprimer un gaz et en conséquence à élever sa pression. Les compresseurs centrifuges sont équipés de roues en rotation autour d’un arbre entraîné par une turbine ou un moteur électrique. Ces roues en rotation permettent de transformer l’énergie cinétique contenue dans le gaz en énergie potentielle afin d’élever sa pression.A centrifugal compressor is used to compress a gas and consequently to raise its pressure. Centrifugal compressors are fitted with wheels rotating around a shaft driven by a turbine or an electric motor. These rotating wheels transform the kinetic energy contained in the gas into potential energy in order to raise its pressure.
L’élévation de pression possible pouvant être réalisée par une roue étant limitée, il est nécessaire d’en multiplier le nombre pour atteindre la pression de refoulement souhaitée.As the possible pressure rise can be achieved by a wheel being limited, it is necessary to multiply the number to reach the desired delivery pressure.
L’ensemble des roues est contenu dans un corps appelé « casing » (ou « enveloppe » en français). Une enveloppe peut contenir un nombre de roues compris entre huit et dix au maximum et, plus ce nombre est élevé, plus le compresseur est susceptible de présenter des problèmes de stabilité.The set of wheels is contained in a body called "casing" (or "husk" in French). An envelope can contain a maximum number of wheels between eight and ten, and the higher this number, the more likely the compressor is to exhibit stability problems.
La compression est le cœur d’un procédé de liquéfaction. En effet, chaque point d’efficacité en plus gagné au niveau du compresseur permet d’accroitre la production de gaz naturel liquéfié.Compression is the heart of a liquefaction process. Each additional point of efficiency gained in terms of the compressor increases the production of liquefied natural gas.
De plus, le train de compression et le composant le plus capitalistique dans une unité de liquéfaction.In addition, the compression train and the most capital component in a liquefaction unit.
L’accroissement de l’efficacité d’un compresseur centrifuge se traduit par une augmentation de l’investissement. Inversement, diminuer l’investissement conduit à des solutions moins efficaces et/ou dramatiquement moins flexible.Increasing the efficiency of a centrifugal compressor translates into increased investment. Conversely, reducing investment leads to less effective and / or dramatically less flexible solutions.
La valeur financière d’un compresseur est directement liée au nombre d’enveloppes. En effet, plus le nombre d’enveloppes est élevé, plus l’investissement à réaliser est élevé mais plus la flexibilité opératoire est élevée. Inversement, la diminution du nombre de casings entraîne une perte de flexibilité opératoire parfois accompagné d’une perte en efficacité.The financial value of a compressor is directly linked to the number of casings. In fact, the higher the number of envelopes, the higher the investment to be made but the higher the operational flexibility. Conversely, the reduction in the number of casings leads to a loss of operational flexibility, sometimes accompanied by a loss of efficiency.
L’enjeu de la présente invention consiste donc à fournir un meilleur compromis entre efficacité et investissement afin de garder des performances satisfaisantes sur une plage d’opération aussi large que possible.The challenge of the present invention therefore consists in providing a better compromise between efficiency and investment in order to keep satisfactory performance over as wide an operating range as possible.
Les trains de compression du procédé Cil comportent une section basse et moyenne pression et d’une section de compression haute pression. Les étages de compression sont regroupés en une, deux ou trois enveloppes.The Cil process compression trains have a low and medium pressure section and a high pressure compression section. The compression stages are grouped into one, two or three envelopes.
La section basse et moyenne pression permet de comprimer le mélange réfrigérant à basse pression en sortie de la ligne d’échange cryogénique.The low and medium pressure section makes it possible to compress the refrigerant mixture at low pressure at the outlet of the cryogenic exchange line.
La section haute pression permet de comprimer la fraction légère du mélange réfrigérant qui permettra d’apporter les frigories nécessaires pour la liquéfaction et le sous refroidissement du gaz naturel liquéfié.The high pressure section makes it possible to compress the light fraction of the refrigerant mixture which will provide the frigories necessary for the liquefaction and the sub-cooling of the liquefied natural gas.
L’actionnement, par un même arbre, des sections basse et haute pression dans le train de compression, entraîne une vitesse de rotation unique entre les turbines de ces sections. Cette vitesse de rotation peut être différentiée par l’utilisation de mécanismes de multiplication entre la vitesse de rotation des turbines par rapport à l’arbre unique. Toutefois, avec ou sans mécanisme de multiplication, les vitesses de rotation sont nécessairement proportionnelles ou identiques le cas échéant, ce qui rend le train de compression non flexible lorsque les débits entrant dans chaque section ne sont pas identiques ou proportionnels. Ceci peut poser des problèmes de stabilité mécanique.The actuation, by the same shaft, of the low and high pressure sections in the compression train, results in a single speed of rotation between the turbines of these sections. This rotational speed can be differentiated by the use of multiplication mechanisms between the rotational speed of the turbines relative to the single shaft. However, with or without a multiplication mechanism, the rotational speeds are necessarily proportional or identical where appropriate, which makes the compression train not flexible when the flows entering each section are not identical or proportional. This can cause mechanical stability problems.
On observe, de plus, une chute d’efficacité importante sur la section haute pression, d’autant plus marqué lorsque l’on souhaite inclure les deux sections dans une même enveloppe.We also observe a significant drop in efficiency on the high pressure section, all the more marked when we want to include the two sections in the same envelope.
Enfin, cette configuration est peu flexible, ce qui restreint le champ des opportunités pouvant être adressés : on observe une chute d’efficacité qui peut être importante si on dévie du point de fonctionnement pour lequel l’équipement a été dimensionné (gaz naturel, et conditions précises de production) et des problèmes de stabilité mécaniques peuvent survenir conduisant à une maintenance plus fréquente.Finally, this configuration is not very flexible, which restricts the field of opportunities that can be addressed: there is a drop in efficiency which can be significant if we deviate from the operating point for which the equipment has been sized (natural gas, and precise production conditions) and mechanical stability problems may arise leading to more frequent maintenance.
Les systèmes Cil actuels présentent comme inconvénients de présenter :The current Cil systems have the disadvantages of having:
- une variation de débit entre la section basse pression et haute pression du train de compression qui conduit à un déséquilibre entre ces deux sections, ce qui peut conduire à des problèmes d’instabilités mécaniques lors des phases d’arrêt et de démarrage,- a variation in flow between the low pressure and high pressure section of the compression train which leads to an imbalance between these two sections, which can lead to problems of mechanical instability during the stopping and starting phases,
- une chute importante d’efficacité est observée entre la section basse pression et haute pression et- a significant drop in efficiency is observed between the low pressure and high pressure section and
- une flexibilité restreinte du train de compression en termes de plage de débit et composition.- limited flexibility of the compression train in terms of flow range and composition.
OBJET DE L’INVENTIONOBJECT OF THE INVENTION
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.The present invention aims to remedy all or part of these drawbacks.
À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de liquéfaction d’un gaz naturel, comportant :To this end, according to a first aspect, the present invention relates to a device for liquefying a natural gas, comprising:
- un compresseur d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,- a compressor of a first vaporized chemical refrigerant mixture,
- un moyen de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,a means for fractionating the compressed mixture into a heavy fraction and a light fraction,
- un premier corps d’échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,- a first heat exchange body between the heavy fraction of the first mixture and the natural gas to cool at least the natural gas,
- un deuxième corps d’échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi dans le premier corps d’échange pour liquéfier le gaz naturel eta second heat exchange body between the light fraction of the first mixture and the natural gas cooled in the first exchange body to liquefy the natural gas and
- une conduite de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d’échange de chaleur vers le compresseur, qui comporte :- a return line from the first refrigerant mixture vaporized in the heat exchange bodies to the compressor, which comprises:
- un détendeur du gaz naturel liquéfié,- a regulator for liquefied natural gas,
- un collecteur de gaz d’évaporation produit lors de la détente du gaz dans le détendeur et- an evaporation gas collector produced during the expansion of the gas in the regulator and
- une conduite d’injection du gaz d’évaporation en entrée du deuxième corps d’échange.- an evaporation gas injection pipe at the inlet of the second exchange body.
Grâce à ces dispositions, la flexibilité opératoire globale du dispositif est améliorée. En effet l’injection du gaz d’évaporation permet, à un débit de gaz naturel moindre, de minimiser la perte de produit et de maximiser l’efficacité du procédé.Thanks to these provisions, the overall operating flexibility of the device is improved. In fact, the injection of evaporation gas allows, at a lower natural gas flow rate, to minimize the loss of product and to maximize the efficiency of the process.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte :In embodiments, the device which is the subject of the present invention comprises:
- en amont d’une entrée du gaz naturel dans le premier corps d’échange, un troisième corps d’échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant,- upstream of a natural gas inlet in the first exchange body, a third heat exchange body between the natural gas and a second refrigerant chemical compound,
- un moyen de compression du deuxième composé vaporisé,a means for compressing the second vaporized compound,
- un moyen de refroidissement du deuxième composé comprimé,a means for cooling the second compressed compound,
- une conduite de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps d’échange.- a pipe for transferring the second cooled compound to the third exchange body.
Ces modes de réalisation permettent de ne pas utiliser de composants lourds, de type pentane, Cs, ou plus lourd, et de minimiser la quantité de composants lourds de type C4 dans le premier mélange.These embodiments make it possible not to use heavy components, of pentane type, Cs, or heavier, and to minimize the amount of heavy components of type C4 in the first mixture.
Dans des modes de réalisation, le dispositif objet de la présente invention comporte, entre une sortie pour deuxième composé du moyen de refroidissement du deuxième composé et le troisième corps d’échange, un circuit de refroidissement du deuxième composé par la fraction lourde du premier mélange à l’intérieur du premier corps d’échange.In embodiments, the device which is the subject of the present invention comprises, between an outlet for the second compound of the means for cooling the second compound and the third exchange body, a circuit for cooling the second compound by the heavy fraction of the first mixture inside the first exchange body.
Ces modes de réalisation permettent de refroidir le deuxième composé dans la cascade d’échangeurs formée du premier et du deuxième échangeur.These embodiments make it possible to cool the second compound in the cascade of exchangers formed by the first and the second exchanger.
Dans des modes de réalisation, le deuxième composé chimique est un corps pur qui comporte du propane et/ou de l’ammoniac.In embodiments, the second chemical compound is a pure body that includes propane and / or ammonia.
L’utilisation d’une telle composition pour former le deuxième composé permet de refroidir le gaz naturel avant que ce gaz naturel entre dans la ligne d’échange formée du premier et du deuxième corps d’échange. Ce pré-refroidissement permet de simplifier/limiter le nombre de constituants dans le premier mélange réfrigérant utilisé, ce qui permet également de réduire les dimensions des surfaces d’échanges entre le gaz naturel et le premier mélange réfrigérant.The use of such a composition to form the second compound makes it possible to cool the natural gas before this natural gas enters the exchange line formed by the first and second exchange bodies. This pre-cooling simplifies / limits the number of constituents in the first refrigerant mixture used, which also makes it possible to reduce the dimensions of the exchange surfaces between the natural gas and the first refrigerant mixture.
Dans des modes de réalisation, le moyen de refroidissement du deuxième composé est un échangeur de chaleur entre le deuxième composé et de l’eau.In embodiments, the means for cooling the second compound is a heat exchanger between the second compound and water.
Dans des modes de réalisation, le premier mélange réfrigérant comporte de l’azote et du méthane et au moins un composé parmi :In embodiments, the first refrigerant mixture comprises nitrogen and methane and at least one compound from:
- de l’éthylène,- ethylene,
- de l’éthane,- ethane,
- du propane et/ou- propane and / or
- du butane.- butane.
L’utilisation d’un tel mélange permet de minimiser l’apport d’énergie au système pour liquéfier le gaz naturel.The use of such a mixture minimizes the supply of energy to the system for liquefying natural gas.
En effet, dans le système Cil tel qu’actuellement mis en oeuvre, des composés lourds sont utilisés dans le premier mélange réfrigérant, ces composés présentant l’avantage de garantir la vaporisation du premier mélange avant son entrée dans le premier compresseur.Indeed, in the Eyelash system as currently implemented, heavy compounds are used in the first refrigerant mixture, these compounds having the advantage of guaranteeing the vaporization of the first mixture before it enters the first compressor.
Toutefois, ces composés lourds présentent l’inconvénient de cristalliser dans la partie la plus froide de l’échangeur en fonction de la teneur de ces composés et d’un éventuel dépassement temporaire des conditions opératoires prévues. À ce jour, il est connu aucune limite claire et universelle qui permette de déterminer quand la cristallisation se produit, ce qui conduit à une incertitude et à des risques de dommages. Toutefois, l’Homme du Métier, privilégiant actuellement l’état gazeux du premier mélange en entrée du premier compresseur use ce type de composés malgré cet inconvénient.However, these heavy compounds have the drawback of crystallizing in the coldest part of the exchanger as a function of the content of these compounds and of any temporary overrun of the operating conditions provided. To date, there is known no clear and universal limit which makes it possible to determine when crystallization occurs, which leads to uncertainty and to risks of damage. However, those skilled in the art, currently favoring the gaseous state of the first mixture at the inlet of the first compressor, uses this type of compound despite this drawback.
Dans des modes de réalisation, le premier corps d’échange et/ou le deuxième corps d’échange est un échangeur bobiné.In embodiments, the first exchange body and / or the second exchange body is a wound exchanger.
Selon un deuxième aspect, la présente invention vise un navire, qui comporte un dispositif de liquéfaction d’un gaz naturel objet de la présente invention.According to a second aspect, the present invention relates to a ship, which comprises a device for liquefying a natural gas which is the subject of the present invention.
Les buts, avantages et caractéristiques particulières du navire objet de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.The aims, advantages and particular characteristics of the ship object of the present invention being similar to those of the device object of the present invention, they are not repeated here.
Selon un troisième aspect, la présente invention vise un procédé de liquéfaction d’un gaz naturel, comportant :According to a third aspect, the present invention relates to a process for liquefying a natural gas, comprising:
- une étape de compression d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,- a step of compression of a first vaporized refrigerant chemical mixture,
- une étape de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,a step of fractionating the compressed mixture into a heavy fraction and a light fraction,
- une première étape d’échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,- a first stage of heat exchange between the heavy fraction of the first mixture and the natural gas to cool at least the natural gas,
- une deuxième étape d’échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi au cours de la première étape d’échange pour liquéfier le gaz naturel et- a second stage of heat exchange between the light fraction of the first mixture and the natural gas cooled during the first stage of exchange to liquefy the natural gas and
- une étape de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d’échange de chaleur vers l’étape de compression, qui comporte :a step of returning the first refrigerant mixture vaporized in the heat exchange bodies to the compression step, which comprises:
- une étape de détente du gaz naturel liquéfié,- a stage of expansion of liquefied natural gas,
- une étape de collecte de gaz d’évaporation produit au cours de l’étape de détente et- a stage of collecting evaporation gas produced during the expansion stage and
- une étape d’injection du gaz d’évaporation en entrée de la deuxième étape d’échange.- a step of injecting the evaporation gas at the input of the second exchange step.
Les buts, avantages et caractéristiques particulières du procédé objet de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.The aims, advantages and particular characteristics of the method which is the subject of the present invention being similar to those of the device which is the subject of the present invention, they are not repeated here.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURESBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de l’invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier du dispositif, du navire et du procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels :Other advantages, aims and particular characteristics of the invention will emerge from the following non-limiting description of at least one particular embodiment of the device, of the ship and of the process which are the subject of the present invention, with reference to the attached drawings, wherein :
- la figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,FIG. 1 schematically represents a first particular embodiment of the device which is the subject of the present invention,
- la figure 2 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier du navire objet de la présente invention,FIG. 2 schematically represents a particular embodiment of the ship which is the subject of the present invention,
- la figure 3 représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une première succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention,FIG. 3 represents, diagrammatically and in the form of a flowchart, a first particular succession of steps of the method which is the subject of the present invention,
- la figure 4 représente, schématiquement, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,FIG. 4 schematically represents a second particular embodiment of the device which is the subject of the present invention,
- la figure 5 représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une deuxième succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention,FIG. 5 represents, diagrammatically and in the form of a flowchart, a second particular succession of steps of the method which is the subject of the present invention,
- la figure 6 représente, schématiquement, un troisième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,FIG. 6 schematically represents a third particular embodiment of the device which is the subject of the present invention,
- la figure 7 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier des compresseurs du dispositif objet de la présente invention etFIG. 7 schematically represents a particular embodiment of the compressors of the device which is the subject of the present invention, and
- la figure 8 représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une troisième succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention.- Figure 8 shows, schematically and in the form of a flowchart, a third particular succession of steps of the method object of the present invention.
DESCRIPTION D’EXEMPLES DE RÉALISATION DE L’INVENTIONDESCRIPTION OF EXAMPLES OF EMBODIMENT OF THE INVENTION
La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.This description is given without limitation, each characteristic of an embodiment can be combined with any other characteristic of any other embodiment in an advantageous manner.
On note dès à présent que les figures ne sont pas à l’échelle.We note now that the figures are not to scale.
On observe, sur la figure 1, qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 100 objet de la présente invention. Ce dispositif 100 de liquéfaction d’un gaz naturel, comportant :FIG. 1, which is not to scale, shows a schematic view of an embodiment of the device 100 which is the subject of the present invention. This device 100 for liquefying a natural gas, comprising:
- un compresseur 105 d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,- a compressor 105 of a first vaporized refrigerant chemical mixture,
- un moyen 110 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,a means 110 for fractionating the compressed mixture into a heavy fraction and a light fraction,
- un premier corps 115 d’échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,- a first body 115 for heat exchange between the heavy fraction of the first mixture and the natural gas to cool at least the natural gas,
- un deuxième corps 120 d’échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi dans le premier corps d’échange pour liquéfier le gaz naturel eta second heat exchange body 120 between the light fraction of the first mixture and the natural gas cooled in the first exchange body to liquefy the natural gas and
- une conduite 125 de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d’échange de chaleur vers le compresseur 105, qui comporte :a pipe 125 for returning the first refrigerant mixture vaporized in the heat exchange bodies to the compressor 105, which comprises:
- en amont d’une entrée 116 du gaz naturel dans le premier corps 115 d’échange ou en aval d’une sortie 121 de gaz naturel liquéfié du deuxième corps 120 d’échange, un troisième corps, 130 ou 135, d’échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant et- upstream of an inlet 116 of natural gas into the first exchange body 115 or downstream of an outlet 121 of liquefied natural gas from the second exchange body 120, a third exchange body, 130 or 135 of heat between natural gas and a second refrigerant chemical compound and
- un moyen, 140 ou 145, de compression du deuxième composé vaporisé.- A means, 140 or 145, of compression of the second vaporized compound.
Le compresseur 105 est, par exemple, un compresseur centrifuge muni d’une roue en rotation autour d’un arbre entraîné par une turbine ou par un moteur électrique. Cette roue en rotation permet de transformer l’énergie cinétique contenue dans le gaz en énergie potentielle afin d’élever la pression dudit gaz. Afin d’augmenter la compression réalisée, on augmente le nombre de roues afin d’atteindre une pression de refoulement déterminée.The compressor 105 is, for example, a centrifugal compressor fitted with a wheel rotating around a shaft driven by a turbine or by an electric motor. This rotating wheel transforms the kinetic energy contained in the gas into potential energy in order to raise the pressure of said gas. In order to increase the compression achieved, the number of wheels is increased in order to reach a determined delivery pressure.
La pression en entrée du compresseur 105 est, par exemple, de l’ordre de 2 bar absolu au minimum. Le taux de compression réalisé dans le compresseur 105 est, par exemple, compris entre 2 et 6.The inlet pressure of compressor 105 is, for example, of the order of at least 2 bar absolute. The compression ratio produced in the compressor 105 is, for example, between 2 and 6.
Ce compresseur 105 est, par exemple, configuré pour comprimer un premier mélange réfrigérant qui comporte de l’azote et du méthane et au moins un composé parmi :This compressor 105 is, for example, configured to compress a first refrigerant mixture which comprises nitrogen and methane and at least one of:
- de l’éthylène,- ethylene,
- de l’éthane,- ethane,
- du propane et/ou- propane and / or
- du butane.- butane.
La composition du premier composé est ajustée en fonction de la composition du gaz naturel à liquéfier dans le dispositif. Cet ajustement est réalisé en fonction de la courbe de fonction de vapeur, c’est-à-dire l’équilibre pression température, de la composition du gaz naturel le long de la ligne d’échange formée du premier corps 112 et du deuxième corps 120 d’échange.The composition of the first compound is adjusted according to the composition of the natural gas to be liquefied in the device. This adjustment is made as a function of the vapor function curve, that is to say the pressure-temperature balance, of the composition of the natural gas along the exchange line formed by the first body 112 and the second body. 120 exchange.
L’utilisation de propane vise à équilibrer les écarts de volatilité entre les composés lourds et les composés légers du premier mélange.The use of propane aims to balance the volatility differences between the heavy compounds and the light compounds of the first mixture.
Ce compresseur 105 comporte une entrée (non référencée) pour mélange réfrigérant vaporisé et une sortie (non référencée) pour mélange réfrigérant comprimé.This compressor 105 has an inlet (not referenced) for vaporized refrigerant mixture and an outlet (not referenced) for compressed refrigerant mixture.
Le mélange réfrigérant comprimé est préférentiellement refroidi dans un cinquième échangeur 106 de chaleur. Cet échangeur 106 de chaleur est, par exemple, un échangeur tubulaire dans lequel la source froide est de l’air ou de l’eau. Plus la température de la source est froide, plus l’efficacité du procédé est accrue. Préférentiellement, la température de refroidissement maximum correspond à la température de l’air ou de l’eau majorée de quinze degrés Celsius.The compressed refrigerant mixture is preferably cooled in a fifth heat exchanger 106. This heat exchanger 106 is, for example, a tubular exchanger in which the cold source is air or water. The colder the source temperature, the more efficient the process. Preferably, the maximum cooling temperature corresponds to the temperature of the air or water increased by fifteen degrees Celsius.
Le mélange réfrigérant, préférentiellement refroidi dans le cinquième échangeur 106, est fourni au moyen 110 de fractionnement. Ce moyen 110 de fraction est, par exemple, une colonne de fractionnement.The refrigerant mixture, preferably cooled in the fifth exchanger 106, is supplied to means 110 for fractionation. This fraction means 110 is, for example, a fractionation column.
Le flux entrant dans la colonne de fractionnement est diphasique, une partie étant gazeuse et une partie étant liquide. La fraction gazeuse s’écoule dans la colonne pour en sortir en tête et la fraction liquide en pied.The flow entering the fractionation column is two-phase, part being gaseous and part being liquid. The gaseous fraction flows into the column to exit it at the top and the liquid fraction at the bottom.
Ce moyen 110 de fractionnement comporte :This fractionation means 110 comprises:
- une entrée (non référencée) pour mélange réfrigérant comprimé,- an inlet (not referenced) for compressed refrigerant mixture,
- une sortie (non référencée) pour une fraction légère du mélange réfrigérant positionnée dans une partie basse du moyen 110 de fractionnement etan outlet (not referenced) for a light fraction of the refrigerant mixture positioned in a lower part of the means 110 for fractionation and
- une sortie (non référencée) pour une fraction lourde du mélange réfrigérant dans une partie haute, par rapport à la sortie pour fraction légère, du moyen 110 de fractionnement.- An outlet (not referenced) for a heavy fraction of the refrigerant mixture in an upper part, relative to the outlet for light fraction, of the means 110 for fractionation.
Préférentiellement, la fraction légère quittant le moyen de fractionnement 110 entre dans le premier corps 115 d’échange et est refroidit par la fraction lourde traversant le premier corps 115 d’échange. Cette fraction légère peut également, selon les conditions opératoires, agir comme source froide dans l’échange de chaleur se produisant avec le gaz naturel entrant par l’entrée 116 du premier corps 115 d’échange.Preferably, the light fraction leaving the fractionation means 110 enters the first exchange body 115 and is cooled by the heavy fraction passing through the first exchange body 115. This light fraction can also, depending on the operating conditions, act as a cold source in the heat exchange occurring with the natural gas entering through the inlet 116 of the first exchange body 115.
Dans des variantes préférentielles, le moyen 110 de fractionnement comporte, de plus, une entrée pour reflux d’une partie de la fraction légère, cette partie de fraction légère est récoltée, par exemple, dans un ballon 111 de reflux.In preferred variants, the fractionation means 110 further comprises an inlet for reflux of part of the light fraction, this part of light fraction is collected, for example, in a reflux flask 111.
Le moyen 110 de fractionnement comporte alors préférentiellement des garnissages, permettant d’améliorer le transfert de matière entre le flux gazeux et la fraction liquide provenant du ballon 111 de reflux, qui absorbe les composés les plus lourds de la fraction gazeuse permettant d’obtenir un flux riche en azote et méthane en tête.The fractionation means 110 then preferably comprises linings, making it possible to improve the transfer of material between the gas flow and the liquid fraction coming from the reflux flask 111, which absorbs the heaviest compounds from the gas fraction, making it possible to obtain a flow rich in nitrogen and methane at the head.
Le moyen 110 de fractionnement est préférentiellement muni d’un maillage pour limiter l’entraînement de gouttelettes dans la fraction gazeuse.The fractionation means 110 is preferably provided with a mesh to limit the entrainment of droplets in the gas fraction.
Ce ballon 111 de reflux est relié à la sortie pour fraction légère du moyen 110 de fractionnement, avec ou sans échange intermédiaire dans le premier corps 115, et fonctionne de manière analogue en séparant la fraction légère de résidus de fraction lourde transportés de manière inattendue par la fraction légère hors du moyen 110 de fractionnement.This reflux balloon 111 is connected to the outlet for light fraction of the fractionation means 110, with or without intermediate exchange in the first body 115, and operates in a similar manner by separating the light fraction from heavy fraction residues transported unexpectedly by the light fraction out of the means 110 for fractionation.
Le ballon 111 est préférentiellement muni d’un maillage pour limiter l’entraînement de gouttelettes dans la fraction gazeuse.The balloon 111 is preferably provided with a mesh to limit the entrainment of droplets in the gas fraction.
La fraction légère quittant le moyen 110 de fractionnement, ou le ballon 111 de reflux lorsqu’un tel ballon 111 est présent, est préférentiellement comprimée par un deuxième compresseur 112.The light fraction leaving the fractionation means 110, or the reflux tank 111 when such a tank 111 is present, is preferably compressed by a second compressor 112.
Ce deuxième compresseur 112 est, par exemple, un compresseur centrifuge. Ce compresseur centrifuge est préférentiellement actionné par la turbine mise en œuvre au niveau du compresseur 105 lorsque ce compresseur 105 est un compresseur centrifuge.This second compressor 112 is, for example, a centrifugal compressor. This centrifugal compressor is preferably actuated by the turbine implemented at the level of compressor 105 when this compressor 105 is a centrifugal compressor.
La pression en sortie du deuxième compresseur 112 est, par exemple, de l’ordre de 40 bar absolu et le taux de compression est préférentiellement compris entre 2 et 4.The pressure at the outlet of the second compressor 112 is, for example, of the order of 40 bar absolute and the compression ratio is preferably between 2 and 4.
La fraction légère, avec ou sans compression dans le deuxième compresseur 112, est préférentiellement refroidie dans un sixième échangeur 113 de chaleur.The light fraction, with or without compression in the second compressor 112, is preferably cooled in a sixth heat exchanger 113.
Cet échangeur 113 de chaleur est, par exemple, un échangeur tubulaire dans lequel la source froide est de l’air ou de l’eau. Plus la température de la source froide, plus l’efficacité du refroidissement est accrue. Préférentiellement, la température de refroidissement maximum correspond à la température de l’air ou de l’eau majorée de quinze degrés Celsius. Le flux résultant apporte le froid ou les frigories nécessaires au refroidissement du gaz naturel.This heat exchanger 113 is, for example, a tubular exchanger in which the cold source is air or water. The higher the temperature of the cold source, the more the cooling efficiency is increased. Preferably, the maximum cooling temperature corresponds to the temperature of the air or water increased by fifteen degrees Celsius. The resulting flow brings the cold or the frigories necessary for cooling the natural gas.
La fraction légère, comprimée ou pas dans le deuxième compresseur 112, refroidie ou pas dans le sixième échangeur 113, est transmise au premier échangeur 115 de chaleur.The light fraction, compressed or not in the second compressor 112, cooled or not in the sixth exchanger 113, is transmitted to the first heat exchanger 115.
Le premier échangeur 115 de chaleur est, par exemple, un échangeur bobiné dans lequel la fraction légère agit en tant que source froide et le gaz naturel en tant que source chaude. Préférentiellement, le premier échangeur 115 et le deuxième échangeur 120 sont formé d’un échangeur bobiné unique.The first heat exchanger 115 is, for example, a coiled exchanger in which the light fraction acts as a cold source and the natural gas as a hot source. Preferably, the first exchanger 115 and the second exchanger 120 are formed from a single wound exchanger.
Le gaz naturel entre dans le premier échangeur 115 par l’entrée 116.Natural gas enters the first exchanger 115 through inlet 116.
La fraction légère vaporisée au cours de l’échange avec le gaz naturel dans le premier corps 115 d’échange est préférentiellement redirigée vers un ballon 114 configuré pour séparer la fraction légère en deux parties, l’une étant plus lourde que l’autre.The light fraction vaporized during the exchange with natural gas in the first exchange body 115 is preferably redirected to a balloon 114 configured to separate the light fraction into two parts, one being heavier than the other.
Le dispositif 100 comporte, préférentiellement, une vanne 136 en amont du ballon 114. Cette vanne créée, par exemple, une détente de la partie gazeuse du premier mélange de l’ordre de 20 à 25 bar.The device 100 preferably includes a valve 136 upstream of the balloon 114. This valve creates, for example, an expansion of the gaseous part of the first mixture of the order of 20 to 25 bar.
Les deux parties de la fraction légère sont transmises au deuxième corps 120 d’échange, la fraction légère agissant comme source froide dans l’échange de chaleur réalisé avec le gaz naturel préalablement refroidi dans le premier corps 115 d’échange.The two parts of the light fraction are transmitted to the second exchange body 120, the light fraction acting as a cold source in the heat exchange carried out with the natural gas previously cooled in the first exchange body 115.
Lorsque le dispositif 100 met en oeuvre un ballon 114, la partie lourde de la fraction légère est, après avoir traversé le deuxième corps 120 d’échange, détendue dans une turbine de détente 118 (dite « expander >> en anglais), puis transmise vers le compresseur 105 via la conduite 125 de retour.When the device 100 implements a balloon 114, the heavy part of the light fraction is, after passing through the second exchange body 120, expanded in an expansion turbine 118 (called "expander" in English), then transmitted to the compressor 105 via the return line 125.
Cette turbine de détente 118 est mise à la place d’une vanne 123 ou en parallèle de cette vanne 123.This expansion turbine 118 is put in place of a valve 123 or in parallel with this valve 123.
Dans des variantes, entre la turbine de détente 118 et le compresseur 105, la partie lourde de la fraction légère, comprimée, est réinjectée dans le deuxième corps 120 d’échange.In variants, between the expansion turbine 118 and the compressor 105, the heavy part of the light fraction, compressed, is reinjected into the second exchange body 120.
La partie légère de la fraction légère est transmise vers le compresseur 105 via la conduite 125 de retour.The light part of the light fraction is transmitted to the compressor 105 via the return line 125.
Dans des variantes, la partie légère de la fraction légère, quitte le deuxième corps 120 d’échange, est détendue dans un vanne 122, et est réinjectée dans ce deuxième corps 120 d’échange avant d’être redirigée vers le compresseur 105.In variants, the light part of the light fraction, leaves the second exchange body 120, is expanded in a valve 122, and is reinjected into this second exchange body 120 before being redirected to the compressor 105.
La vanne 122 créé une détente pour atteindre une pression d’environ 4 à 5 bar en fonction de la perte de charge du circuit aval, par exemple.The valve 122 creates an expansion to reach a pressure of about 4 to 5 bar depending on the pressure drop of the downstream circuit, for example.
La fraction lourde du mélange réfrigérant quittant le moyen 110 de fractionnement est transmise au premier corps 115 d’échange et agit en tant que source froide dans l’échange se produisant avec le gaz naturel.The heavy fraction of the refrigerant mixture leaving the fractionation means 110 is transmitted to the first exchange body 115 and acts as a cold source in the exchange occurring with natural gas.
Dans des variantes, le dispositif 100 comporte une turbine de détente 127 en parallèle de la vanne 122.In variants, the device 100 includes an expansion turbine 127 in parallel with the valve 122.
Préférentiellement, le dispositif 100 comporte la turbine de détente 127 et ne comporte pas de vanne 122.Preferably, the device 100 includes the expansion turbine 127 and does not include a valve 122.
Dans des variantes, la fraction lourde quitte le premier corps 115 d’échange et est réinjectée dans ce premier corps 115 d’échange, après avoir été détendue dans un détendeur 119, avant d’être redirigée vers le compresseur 105.In variants, the heavy fraction leaves the first exchange body 115 and is reinjected into this first exchange body 115, after having been expanded in a regulator 119, before being redirected to the compressor 105.
Le détendeur 119 créé une détente pour atteindre une pression d’environ 4 à 5 bar en fonction de la perte de charge dans le premier corps 115 d’échange, par exemple.The regulator 119 creates an expansion to reach a pressure of around 4 to 5 bar depending on the pressure drop in the first exchange body 115, for example.
Dans des variantes, la conduite 125 de retour comporte, entre le premier corps 115 d’échange et le compresseur 105, un ballon 126.In variants, the return line 125 comprises, between the first exchange body 115 and the compressor 105, a balloon 126.
Ce ballon 126 permet de garantir qu’en entrée du premier compresseur 105, le premier mélange réfrigérant est exclusivement sous forme gazeuse.This tank 126 makes it possible to guarantee that at the inlet of the first compressor 105, the first refrigerant mixture is exclusively in gaseous form.
Le ballon 126 est préférentiellement muni d’un maillage pour limiter l’entraînement de gouttelettes dans la fraction gazeuse.The balloon 126 is preferably provided with a mesh to limit the entrainment of droplets in the gas fraction.
Préférentiellement, le dispositif 100 comporte une conduite reliant une partie du ballon 126, destinée à recevoir la partie liquide du premier mélange, au moyen 110 de fractionnement. Préférentiellement, cette conduite est munie d’une pompe. Préférentiellement, cette pompe est activée en fonction d’un niveau de liquide capté, par un capteur, dans la partie du ballon 126 destinée à recevoir la partie liquide du premier mélange.Preferably, the device 100 comprises a pipe connecting a part of the flask 126, intended to receive the liquid part of the first mixture, by means 110 of fractionation. Preferably, this pipe is provided with a pump. Preferably, this pump is activated as a function of a level of liquid captured, by a sensor, in the part of the flask 126 intended to receive the liquid part of the first mixture.
Ainsi, comme on le comprend, le gaz naturel est liquéfié grâce à deux étapes successives de refroidissement. La première étape a lieu dans le premier corps 115 d’échange et la deuxième étape a lieu dans le deuxième corps 120 d’échange.As is understood, natural gas is liquefied by two successive cooling stages. The first step takes place in the first exchange body 115 and the second step takes place in the second exchange body 120.
Le gaz naturel circule, dans le premier corps 115 et dans le deuxième corps 120, préférentiellement à contre-courant du premier mélange réfrigérant.Natural gas circulates in the first body 115 and in the second body 120, preferably against the flow of the first refrigerant mixture.
Le gaz naturel refroidi quitte préférentiellement le premier corps 115 à une température d’environ -30°C. Ce gaz naturel refroidi est ensuite préférentiellement dirigé vers une section de fractionnement (non représentée) pour séparer les éventuels condensats de la fraction gazeuse. La fraction gazeuse est transmise au deuxième corps 120 pour être liquéfiée.The cooled natural gas preferably leaves the first body 115 at a temperature of around -30 ° C. This cooled natural gas is then preferably directed to a fractionation section (not shown) to separate any condensates from the gaseous fraction. The gaseous fraction is transmitted to the second body 120 to be liquefied.
En plus de ces deux étapes, la présente invention propose l’ajout d’une troisième étape de refroidissement positionnée soit en amont, soit en aval des deux premières étapes.In addition to these two steps, the present invention proposes the addition of a third cooling step positioned either upstream or downstream of the first two steps.
Dans le premier cas, un troisième corps 130 d’échange est positionné en amont de l’entrée 116 du gaz naturel dans le premier corps 115 d’échange. Ce troisième corps 130 d’échange est, par exemple, un échangeur tubulaire utilisant, en tant que source froide, un deuxième composé réfrigérant, et en source chaude le gaz naturel entrant dans le dispositif 100 afin d’être liquéfié.In the first case, a third exchange body 130 is positioned upstream of the inlet 116 for natural gas in the first exchange body 115. This third exchange body 130 is, for example, a tubular exchanger using, as a cold source, a second refrigerant compound, and as a hot source the natural gas entering the device 100 in order to be liquefied.
Le deuxième composé chimique est, par exemple un corps pur composé d’azote, de propane et/ou d’ammoniac ou un mélange d’azote et de propane.The second chemical compound is, for example a pure body composed of nitrogen, propane and / or ammonia or a mixture of nitrogen and propane.
Préférentiellement, lorsque de l’ammoniac est utilisé, cet ammoniac est utilisé seul.Preferably, when ammonia is used, this ammonia is used alone.
Dans le deuxième cas, un troisième corps 135 d’échange est positionné en aval de la sortie 121 de gaz naturel liquéfié du deuxième corps 120 d’échange. Ce troisième corps 135 d’échange est, par exemple, un échangeur tubulaire utilisant, en tant que source froide, un deuxième composé réfrigérant, et en source chaude le gaz naturel liquéfié sortant dans le dispositif 100 pour être stocké ou consommé. Le gaz naturel ainsi liquéfié peut-être détendu à pression atmosphérique par un détendeur (non représenté) avant le stockage. Le gaz d’évaporation, dit « BOG >> (pour « Boiloff gas ») en anglais, collecté dans le stockage du gaz naturel liquéfié peut être réinjecté dans le dispositif 100 au niveau de la fraction gazeuse quittant la section de fractionnement entre le premier corps 115 et le deuxième corps 120 d’échange.In the second case, a third exchange body 135 is positioned downstream of the outlet 121 of liquefied natural gas from the second exchange body 120. This third exchange body 135 is, for example, a tubular exchanger using, as a cold source, a second refrigerant compound, and as a hot source the liquefied natural gas leaving in the device 100 to be stored or consumed. The natural gas thus liquefied may be expanded at atmospheric pressure by a pressure reducer (not shown) before storage. The evaporation gas, known as “BOG” (for “Boiloff gas”) in English, collected in the storage of liquefied natural gas can be reinjected into the device 100 at the level of the gaseous fraction leaving the fractionation section between the first body 115 and the second exchange body 120.
Le deuxième composé réfrigérant est ici, par exemple, de l’azote liquide.The second refrigerant here is, for example, liquid nitrogen.
En aval de ce troisième corps, 130 ou 135, le dispositif 100 comporte un moyen, 140 ou 145, de compression du deuxième composé.Downstream of this third body, 130 or 135, the device 100 comprises means, 140 or 145, for compressing the second compound.
Ce compresseur, 140 ou 145, est par exemple un compresseur centrifuge.This compressor, 140 or 145, is for example a centrifugal compressor.
Dans des modes de réalisation préférentiels, le dispositif 100 comporte à la fois l’étape de refroidissement amont et l’étape de refroidissement aval.In preferred embodiments, the device 100 includes both the upstream cooling step and the downstream cooling step.
Dans ces modes de réalisation, on nomme troisième corps 130 d’échange le corps d’échange positionné en amont du premier corps 115 d’échange et quatrième corps 135 d’échange le corps d’échange positionné en aval du deuxième corps 120 d’échange. On nomme deuxième composé réfrigérant le mélange réfrigérant mis en oeuvre dans le troisième corps 130 et troisième mélange réfrigérant le mélange réfrigérant mis en oeuvre dans le quatrième corps d’échange.In these embodiments, the third exchange body 130 means the exchange body positioned upstream of the first exchange body 115 and the fourth exchange body 135 the exchange body positioned downstream of the second body 120 of exchange. The second refrigerant compound is the refrigerant mixture used in the third body 130 and the third refrigerant mixture is the refrigerant mixture used in the fourth exchange body.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte :In embodiments, the device 100 comprises:
- un moyen 150 de refroidissement du deuxième composé comprimé dans le moyen 140 de compression eta means 150 for cooling the second compound compressed in the means 140 for compression and
- une conduite 155 de transfert du deuxième composé comprimé au troisième corps 130 d’échange.- A line 155 for transferring the second compressed compound to the third exchange body 130.
Le moyen 150 de refroidissement est, par exemple, un échangeur de chaleur entre le deuxième composé vaporisé au cours de l’échange de chaleur avec le gaz naturel dans le troisième corps 130 d’échange et de l’air ou de l’eau.The cooling means 150 is, for example, a heat exchanger between the second compound vaporized during the heat exchange with natural gas in the third exchange body 130 and air or water.
Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 1, le dispositif 100 comporte, entre une sortie 131 pour deuxième composé du moyen 150 de refroidissement du deuxième composé et le troisième 130 corps d’échange, un circuit 170 de refroidissement du deuxième composé par la fraction lourde du premier mélange à l’intérieur du premier corps 115 d’échange.In embodiments, such as that shown in FIG. 1, the device 100 comprises, between an outlet 131 for the second compound of the means 150 for cooling the second compound and the third 130 exchange body, a circuit 170 for cooling the second composed by the heavy fraction of the first mixture inside the first exchange body 115.
Ce circuit 170 de refroidissement est réalisé, par exemple, par l’entrée du deuxième composé refroidi dans le premier corps 115 d’échange, le deuxième composé refroidi agissant en tant que source chaude par rapport à la fraction lourde et à l’éventuelle fraction légère du premier mélange réfrigérant traversant ce premier corps 115 d’échange. Ce deuxième composé vaporisé peut simultanément agir comme source froide par rapport au gaz naturel entré dans le premier corps 115 par l’entrée 116 pour gaz naturel.This cooling circuit 170 is produced, for example, by the entry of the second cooled compound into the first exchange body 115, the second cooled compound acting as a hot source with respect to the heavy fraction and to the possible fraction. slight of the first refrigerant mixture passing through this first exchange body 115. This second vaporized compound can simultaneously act as a cold source relative to the natural gas entered into the first body 115 through the inlet 116 for natural gas.
Dans des variantes, le deuxième composé vaporisé quitte le premier corps 115, est détendu dans un détendeur 124 puis est réinjecté dans le premier corps 115 ou dans le deuxième corps 120.In variants, the second vaporized compound leaves the first body 115, is expanded in a regulator 124 and is then reinjected into the first body 115 or into the second body 120.
Le deuxième composé est détendu, par exemple, à une pression comprise entre 3 et 4 bar en fonction de la perte de charge dans les conduites en amont.The second compound is expanded, for example, to a pressure between 3 and 4 bar depending on the pressure drop in the upstream pipes.
Ce circuit 170 de refroidissement a pour objectif de faciliter le refroidissement se produisant dans le moyen 150 de refroidissement.The purpose of this cooling circuit 170 is to facilitate the cooling occurring in the cooling means 150.
Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 1, une partie du circuit 170 de refroidissement est configurée pour refroidir le deuxième composé par échange de chaleur avec la fraction légère du premier mélange dans le deuxième 120 corps d’échange.In embodiments, such as that shown in FIG. 1, part of the cooling circuit 170 is configured to cool the second compound by heat exchange with the light fraction of the first mixture in the second 120 exchange body.
Dans ces modes de réalisation, le deuxième composé, refroidi par échange de chaleur dans le premier corps 115 d’échange est injecté dans le deuxième corps 120 d’échange. Le deuxième composé vaporisé agit alors en tant que source chaude par rapport à la fraction légère du premier mélange réfrigérant traversant ce deuxième corps 120 d’échange. Ce deuxième composé vaporisé peut simultanément agir comme source froide par rapport au gaz naturel entré dans le deuxième corps 120 d’échange.In these embodiments, the second compound, cooled by heat exchange in the first exchange body 115 is injected into the second exchange body 120. The second vaporized compound then acts as a hot source with respect to the light fraction of the first refrigerant mixture passing through this second exchange body 120. This second vaporized compound can simultaneously act as a cold source with respect to the natural gas entering the second exchange body 120.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte :In embodiments, the device 100 comprises:
- un moyen 160 de refroidissement de l’azote comprimé eta means 160 for cooling the compressed nitrogen and
- une conduite 165 de transport de l’azote refroidi au quatrième corps 135 d’échange.a pipe 165 for transporting the cooled nitrogen to the fourth exchange body 135.
Le moyen 160 de refroidissement est, par exemple, un échangeur de chaleur entre le troisième mélange comprimé et de l’air ou de l’eau.The cooling means 160 is, for example, a heat exchanger between the third compressed mixture and air or water.
Préalablement au troisième corps 130 d’échange, le gaz naturel peut subir un prétraitement.Prior to the third exchange body 130, the natural gas can be pretreated.
Les compresseurs et moyens de compression, 105, 112 et 140, mis en œuvre dans ce mode de réalisation peuvent être remplacés par les compresseurs, 605, 610 et 620, décrits en regard de la figure 6 et dont les fonctions sont analogues.The compressors and compression means, 105, 112 and 140, used in this embodiment can be replaced by the compressors, 605, 610 and 620, described with reference to FIG. 6 and whose functions are similar.
On observe, sur la figure 2, qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du navire 200 objet de la présente invention. Ce navire 200 comporte :FIG. 2, which is not to scale, shows a schematic view of an embodiment of the ship 200 which is the subject of the present invention. This ship 200 comprises:
- un dispositif 100 de liquéfaction d’un gaz naturel tel que décrit en regard de la figure 1,- a device 100 for liquefying a natural gas as described with reference to FIG. 1,
- un dispositif 400 de liquéfaction d’un gaz naturel tel que décrit en regard de la figure 4 ou un dispositif 600 de liquéfaction d’un gaz naturel tel que décrit en regard de la figure 6.a device 400 for liquefying a natural gas as described with reference to FIG. 4 or a device 600 for liquefying a natural gas as described with regard to FIG. 6.
On observe, sur la figure 3, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une succession d’étapes particulière du procédé 300 objet de la présente invention. Ce procédé 300 de liquéfaction d’un gaz naturel, comportant :FIG. 3 shows schematically and in the form of a flowchart, a particular succession of steps of the method 300 which is the subject of the present invention. This process 300 for liquefying a natural gas, comprising:
- une étape 305 de compression d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,a step 305 of compression of a first vaporized refrigerant chemical mixture,
- une étape 310 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,a step 310 of fractionating the compressed mixture into a heavy fraction and a light fraction,
- une première étape 315 d’échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,- a first stage 315 of heat exchange between the heavy fraction of the first mixture and the natural gas to cool at least the natural gas,
- une deuxième étape 320 d’échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi au cours de la première étape d’échange pour liquéfier le gaz naturel eta second stage 320 of heat exchange between the light fraction of the first mixture and the natural gas cooled during the first stage of exchange to liquefy the natural gas and
- une étape 325 de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d’échange de chaleur vers l’étape de compression, qui comporte :a step 325 of returning the first refrigerant mixture vaporized in the heat exchange bodies to the compression step, which comprises:
- en amont d’une entrée du gaz naturel de la première étape d’échange ou en aval d’une sortie de gaz naturel liquéfié du deuxième corps d’échange, une troisième étape 330 d’échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant et- upstream of a natural gas inlet of the first exchange step or downstream of a liquefied natural gas outlet of the second exchange body, a third step 330 of heat exchange between the natural gas and a second refrigerant chemical compound and
- une étape 335 de compression du deuxième composé vaporisé.- A step 335 of compression of the second vaporized compound.
Ce procédé 300 est réalisé, par exemple, par la mise en oeuvre du dispositifThis method 300 is carried out, for example, by the implementation of the device
100 tel que décrit en regard de la figure 1. Comme on le comprend, toutes les variantes, tous les exemples et tous les modes de réalisations du dispositif 100 sont également transposables en tant qu’étapes au sein du procédé 300.100 as described with reference to FIG. 1. As will be understood, all the variants, all the examples and all the embodiments of the device 100 can also be transposed as steps within the method 300.
On observe, sur la figure 4, qui n’est pas à l’échelle, une vue schématique d’un mode de réalisation du dispositif 400 objet de la présente invention. Ce dispositif 400 de liquéfaction d’un gaz naturel, comportant :FIG. 4, which is not to scale, shows a schematic view of an embodiment of the device 400 which is the subject of the present invention. This device 400 for liquefying a natural gas, comprising:
- un compresseur 105 d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,- a compressor 105 of a first vaporized refrigerant chemical mixture,
- un moyen 110 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,a means 110 for fractionating the compressed mixture into a heavy fraction and a light fraction,
- un premier corps 115 d’échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,- a first body 115 for heat exchange between the heavy fraction of the first mixture and the natural gas to cool at least the natural gas,
- un deuxième corps 120 d’échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi dans le premier corps d’échange pour liquéfier le gaz naturel eta second heat exchange body 120 between the light fraction of the first mixture and the natural gas cooled in the first exchange body to liquefy the natural gas and
- une conduite 125 de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d’échange de chaleur vers le compresseur, comporte :a line 125 for returning the first refrigerant mixture vaporized in the heat exchange bodies to the compressor, comprises:
- un détendeur 405 du gaz naturel liquéfié,- a regulator 405 for liquefied natural gas,
- un collecteur 410 de gaz d’évaporation produit lors de la détente du gaz dans le détendeur 405 et- an evaporation gas collector 410 produced during the expansion of the gas in the regulator 405 and
- une conduite 415 d’injection du gaz d’évaporation en entrée du deuxième corps d’échange.a pipe 415 for injecting the evaporating gas at the inlet of the second exchange body.
Dans cette figure 4, les différents moyens relatifs au premier mélange réfrigérant sont identiques aux moyens décrits en regard des figures 1 ou 6, y compris en ce qui concerne les modes de réalisation et les variantes particulières décrites en regard de ces figures 1 et 6. Ces moyens sont :In this FIG. 4, the various means relating to the first refrigerant mixture are identical to the means described with reference to FIGS. 1 or 6, including with regard to the embodiments and the particular variants described with regard to these FIGS. 1 and 6. These means are:
- le compresseur 105,- the compressor 105,
- l’échangeur 106,- exchanger 106,
- le moyen 110 de fractionnement,the means 110 for fractionation,
- le ballon de reflux 111,- the reflux flask 111,
- le compresseur 112,- the compressor 112,
- l’échangeur 113,- exchanger 113,
- le ballon 114,- balloon 114,
- le premier corps 115 d’échange,- the first exchange body 115,
- l’entrée 116 pour gaz naturel,- entry 116 for natural gas,
- la turbine de détente 118,- the expansion turbine 118,
- le détendeur 119,- the regulator 119,
- le deuxième corps 120 d’échange,- the second exchange body 120,
- la sortie 121 pour gaz naturel liquéfié du deuxième corps 120 d’échange,- the outlet 121 for liquefied natural gas from the second exchange body 120,
- le détendeur 122,- the regulator 122,
- la turbine 126 de détente,- the expansion turbine 126,
- la conduite 125 de retour- return line 125
- le ballon 126 et- balloon 126 and
- la vanne 136.- valve 136.
Ainsi, comme on le comprend, le gaz naturel est liquéfié grâce à deux étapes successives de refroidissement. La première étape a lieu dans le premier corps 115 d’échange et la deuxième étape a lieu dans le deuxième corps 120 d’échange.Thus, as we understand, natural gas is liquefied through two successive cooling stages. The first step takes place in the first exchange body 115 and the second step takes place in the second exchange body 120.
Entre ces deux étapes, c’est-à-dire entre une sortie (non référencée) pour gaz naturel refroidi du premier corps 115 et une entrée (non référencée) pour gaz naturel refroidi dans le deuxième corps 120, le dispositif 400 comporte préférentiellement une section de fractionnement configurée pour retirer des condensats du flux de gaz.Between these two stages, that is to say between an outlet (not referenced) for cooled natural gas from the first body 115 and an inlet (not referenced) for cooled natural gas in the second body 120, the device 400 preferably comprises a fractionation section configured to remove condensate from the gas stream.
Le gaz naturel liquéfié quittant le deuxième corps 120 par la sortie 121 traverse un détendeur 405 configuré pour détendre le gaz naturel liquéfié à pression atmosphérique.The liquefied natural gas leaving the second body 120 through the outlet 121 passes through a regulator 405 configured to expand the liquefied natural gas to atmospheric pressure.
Le détendeur 405 est, par exemple, une vanne mettant en oeuvre l’effet JouleTomshon.The 405 regulator is, for example, a valve implementing the JouleTomshon effect.
Cette détente provoque l’apparition de gaz d’évaporation, ou BOG.This expansion causes the appearance of evaporation gas, or BOG.
Le BOG ainsi généré est collecté dans un collecteur 410 et injecté, via une conduite 415, en entrée du deuxième corps 120 d’échange. Cette injection peut avoir lieu en amont, dans ou en aval de la section de fractionnement si une telle section est présente.The BOG thus generated is collected in a collector 410 and injected, via a pipe 415, into the inlet of the second exchange body 120. This injection can take place upstream, in or downstream of the fractionation section if such a section is present.
Le collecteur 410 est, par exemple, un ballon de séparation gaz/liquide muni d’un maillage pour limiter l’entraînement de gouttelettes dans la fraction gazeuse.The collector 410 is, for example, a gas / liquid separation flask provided with a mesh to limit the entrainment of droplets in the gas fraction.
Préférentiellement, la conduite 415 est munie d’un compresseur 416 comprimant la fraction gazeuse quittant le collecteur 410.Preferably, the pipe 415 is provided with a compressor 416 compressing the gaseous fraction leaving the manifold 410.
Dans des modes de réalisation, tel que celui illustré en figure 4, un troisième corps 420 d’échange est positionné en amont de l’entrée 116 du gaz naturel dans le premier corps 115 d’échange. Ce troisième corps 420 d’échange est, par exemple, un échangeur tubulaire utilisant, en tant que source froide, un deuxième composé réfrigérant, et en source chaude le gaz naturel entrant dans le dispositif 400 afin d’être liquéfié.In embodiments, such as that illustrated in FIG. 4, a third exchange body 420 is positioned upstream of the inlet 116 for natural gas in the first exchange body 115. This third exchange body 420 is, for example, a tubular exchanger using, as a cold source, a second refrigerant compound, and as a hot source the natural gas entering the device 400 in order to be liquefied.
Le dispositif 400 comporte alors un compresseur 425 du deuxième composé vaporisé en aval du troisième corps 420 d’échange. Ce compresseur 425 est, par exemple, un compresseur centrifuge.The device 400 then comprises a compressor 425 of the second compound vaporized downstream of the third exchange body 420. This compressor 425 is, for example, a centrifugal compressor.
Le deuxième composé chimique est, par exemple un corps pur composé d’azote, de propane et/ou d’ammoniac ou un mélange d’azote et de propane.The second chemical compound is, for example a pure body composed of nitrogen, propane and / or ammonia or a mixture of nitrogen and propane.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 400 comporte :In embodiments, the device 400 comprises:
- un moyen 430 de refroidissement du deuxième composé comprimé eta means 430 for cooling the second compressed compound, and
- une conduite 435 de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps 420 d’échange.- a pipe 435 for transferring the second cooled compound to the third exchange body 420.
Le moyen 430 de refroidissement est, par exemple, un échangeur de chaleur entre le deuxième composé comprimé et de l’eau ou de l’eau glycolée.The cooling means 430 is, for example, a heat exchanger between the second compressed compound and water or brine.
Dans des modes de réalisation, tel que celui représenté en figure 4, le dispositif 400 comporte, entre une sortie 421 pour deuxième composé du moyen 430 de refroidissement du deuxième composé et le troisième 420 corps d’échange, un circuit 440 de refroidissement du deuxième composé par la fraction lourde du premier mélange à l’intérieur du premier corps 115 d’échange.In embodiments, such as that shown in FIG. 4, the device 400 comprises, between an outlet 421 for the second compound of the means 430 for cooling the second compound and the third 420 exchange body, a circuit 440 for cooling the second composed by the heavy fraction of the first mixture inside the first exchange body 115.
Ce circuit 440 de refroidissement est réalisé, par exemple, par l’entrée du deuxième composé refroidi dans le premier corps 115 d’échange, le deuxième composé refroidi agissant en tant que source chaude par rapport à la fraction lourde et à l’éventuelle fraction légère du premier mélange réfrigérant traversant ce premier corps 115 d’échange. Ce deuxième composé refroidi peut simultanément agir comme source froide par rapport au gaz naturel entré dans le premier corps 115 par l’entrée 116 pour gaz naturel.This cooling circuit 440 is produced, for example, by the entry of the second cooled compound into the first exchange body 115, the second cooled compound acting as a hot source with respect to the heavy fraction and to the possible fraction. slight of the first refrigerant mixture passing through this first exchange body 115. This second cooled compound can simultaneously act as a cold source with respect to the natural gas entered into the first body 115 through the inlet 116 for natural gas.
Dans des variantes, le deuxième composé vaporisé quitte le premier corps 115, est détendu dans un détendeur 424 puis est réinjecté dans le premier corps 115 ou dans le deuxième corps 120.In variants, the second vaporized compound leaves the first body 115, is expanded in a regulator 424 and is then reinjected into the first body 115 or into the second body 120.
Le deuxième composé est détendu, par exemple, à une pression de 3 à 4 bar en sortie du détendeur 424.The second compound is expanded, for example, to a pressure of 3 to 4 bar at the outlet of the regulator 424.
Ce circuit 440 de refroidissement a pour objectif de faciliter le refroidissement se produisant dans le moyen 430 de refroidissement.The purpose of this cooling circuit 440 is to facilitate the cooling occurring in the cooling means 430.
Ce circuit 440 peut également comporter une deuxième partie, dans le deuxième corps 120 d’échange, comme décrit en regard de la figure 1.This circuit 440 can also include a second part, in the second exchange body 120, as described with reference to FIG. 1.
Dans des modes de réalisation particuliers, le premier mélange réfrigérant comporte de l’azote et du méthane et au moins un composé parmi :In particular embodiments, the first refrigerant mixture comprises nitrogen and methane and at least one compound from:
- de l’éthylène,- ethylene,
- de l’éthane,- ethane,
- du propane et/ou- propane and / or
- du butane.- butane.
On observe, en figure 5, schématiquement, un mode de réalisation particulier du procédé 500 objet de la présente invention. Ce procédé 500 de liquéfaction d’un gaz naturel, comportant :FIG. 5 schematically shows a particular embodiment of the method 500 which is the subject of the present invention. This 500 process for liquefying a natural gas, comprising:
- une étape 505 de compression d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,a step 505 of compression of a first vaporized refrigerant chemical mixture,
- une étape 510 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,a step 510 of fractionating the compressed mixture into a heavy fraction and a light fraction,
- une première étape 515 d’échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,- a first step 515 of heat exchange between the heavy fraction of the first mixture and the natural gas to cool at least the natural gas,
- une deuxième étape 520 d’échange de chaleur entre la fraction légère du premier mélange et le gaz naturel refroidi au cours de la première étape d’échange pour liquéfier le gaz naturel eta second stage 520 of heat exchange between the light fraction of the first mixture and the natural gas cooled during the first stage of exchange to liquefy the natural gas and
- une étape 525 de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d’échange de chaleur vers l’étape de compression, comporte :a step 525 of returning the first refrigerant mixture vaporized in the heat exchange bodies to the compression step, comprises:
- une étape 530 de détente du gaz naturel liquéfié,a step 530 for expanding the liquefied natural gas,
- une étape 535 de collecte de gaz d’évaporation produit au cours de l’étape de détente eta step 535 of collecting evaporation gas produced during the expansion step and
- une étape 540 d’injection du gaz d’évaporation en entrée de la deuxième étape d’échange.a step 540 of injecting the evaporation gas at the input of the second exchange step.
Ce procédé 500 est réalisé, par exemple, par la mise en oeuvre du dispositifThis method 500 is carried out, for example, by the implementation of the device
400 tel que décrit en regard de la figure 4. Comme on le comprend, toutes les variantes, tous les exemples et tous les modes de réalisations du dispositif 400 sont également transposables en tant qu’étapes au sein du procédé 500.400 as described with reference to FIG. 4. As will be understood, all the variants, all the examples and all the embodiments of the device 400 can also be transposed as steps within the process 500.
On observe, sur les figures 6 et 7, schématiquement, un mode de réalisation particulier du dispositif 600 objet de la présente invention. Ce dispositif 600 de liquéfaction d’un gaz naturel, comportant :FIGS. 6 and 7 show diagrammatically a particular embodiment of the device 600 which is the subject of the present invention. This device 600 for liquefying a natural gas, comprising:
- un premier compresseur 605 centrifuge d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,- a first centrifugal compressor 605 of a first vaporized refrigerant chemical mixture,
- un moyen 110 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,a means 110 for fractionating the compressed mixture into a heavy fraction and a light fraction,
- un deuxième compresseur 610 centrifuge de la fraction légère,- a second centrifugal compressor 610 of the light fraction,
- un premier corps 115 d’échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,- a first body 115 for heat exchange between the heavy fraction of the first mixture and the natural gas to cool at least the natural gas,
- un deuxième corps 120 d’échange de chaleur entre la fraction légère comprimée du premier mélange et le gaz naturel refroidi dans le premier corps d’échange pour liquéfier le gaz naturel eta second heat exchange body 120 between the compressed light fraction of the first mixture and the natural gas cooled in the first exchange body to liquefy the natural gas and
- une conduite 125 de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d’échange de chaleur vers le premier compresseur, comporte :a line 125 for returning the first refrigerant mixture vaporized in the heat exchange bodies to the first compressor, comprises:
- en amont d’une entrée 116 du gaz naturel dans le premier corps d’échange, un troisième corps 420 d’échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant,- upstream of an inlet 116 for natural gas into the first exchange body, a third body 420 for heat exchange between the natural gas and a second refrigerant chemical compound,
- un troisième compresseur 620 centrifuge du deuxième composé vaporisé, le premier et troisième compresseur centrifuge étant actionné par une turbine 630 unique commune,a third centrifugal compressor 620 of the second vaporized compound, the first and third centrifugal compressor being actuated by a common single turbine 630,
- une enveloppe 635 commune au premier compresseur et au troisième compresseur,- an enclosure 635 common to the first compressor and to the third compressor,
- un moyen 430 de refroidissement du deuxième composé comprimé eta means 430 for cooling the second compressed compound, and
- une conduite 435 de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps 420 d’échange.- a pipe 435 for transferring the second cooled compound to the third exchange body 420.
On appelle « enveloppe >>, un carter qui comporte au moins un compresseur. Chaque compresseur comporte une ou plusieurs roues.Called "casing", a casing which comprises at least one compressor. Each compressor has one or more wheels.
Dans cette figure 6 :In this figure 6:
- l’échangeur 106,- exchanger 106,
- le moyen 110 de fractionnement,the means 110 for fractionation,
- le ballon de reflux 111,- the reflux flask 111,
- l’échangeur 113,- exchanger 113,
- le premier corps 115 d’échange,- the first exchange body 115,
- l’entrée 116 pour gaz naturel,- entry 116 for natural gas,
- le détendeur 119,- the regulator 119,
- le deuxième corps 120 d’échange,- the second exchange body 120,
- la sortie 121 pour gaz naturel liquéfié du deuxième corps 120 d’échange,- the outlet 121 for liquefied natural gas from the second exchange body 120,
- le détendeur 122,- the regulator 122,
- la turbine de détente 127,- the expansion turbine 127,
- la conduite 125 de retour,- return line 125,
- le ballon 126,- balloon 126,
- la vanne 136,- valve 136,
- le troisième corps 420 d’échange,- the third exchange body 420,
- la conduite de transfert 435,- transfer line 435,
- le quatrième corps 430 d’échange,- the fourth exchange body 430,
- la sortie 421 pour deuxième composé réfrigérant,- outlet 421 for second refrigerant,
- le circuit 400 de refroidissement,- the cooling circuit 400,
- le détendeur 424,- the 424 regulator,
- le détendeur 405,- the 405 regulator,
- le collecteur 410 et- the collector 410 and
- la conduite 415 d’injection, sont identiques aux moyens correspondants décrits en regard des figures 1 ou 4, y compris en ce qui concerne les modes de réalisation et les variantes particulières décrites en regard de ces figures 1 et 4.- The injection pipe 415, are identical to the corresponding means described with reference to Figures 1 or 4, including as regards the embodiments and the particular variants described with regard to these Figures 1 and 4.
Le troisième compresseur 620 correspond au troisième compresseur 140 tel que décrit en regard de la figure 1. Toutefois, ce troisième compresseur 620 est actionné par la mise en oeuvre d’une turbine unique commune avec la turbine actionnant le premier compresseur 605. Le premier compresseur correspond au premier compresseur 105 tel que décrit en regard de la figure 1.The third compressor 620 corresponds to the third compressor 140 as described with reference to FIG. 1. However, this third compressor 620 is actuated by the use of a single turbine common with the turbine actuating the first compressor 605. The first compressor corresponds to the first compressor 105 as described with reference to FIG. 1.
Le quatrième compresseur 615 est configuré pour élever la pression de la partie légère de la fraction légère du premier mélange refroidissant. Ce quatrième compresseur partage une turbine unique commune avec le deuxième compresseurThe fourth compressor 615 is configured to raise the pressure of the light part of the light fraction of the first cooling mixture. This fourth compressor shares a single common turbine with the second compressor
610, ce deuxième compresseur 610 correspondant au deuxième compresseur 112 tel que décrit en regard de la figure 1.610, this second compressor 610 corresponding to the second compressor 112 as described with reference to FIG. 1.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figures 6 et 7, le dispositif 600 objet de la présente invention comporte :In preferred embodiments, such as that shown in FIGS. 6 and 7, the device 600 which is the subject of the present invention comprises:
- entre le deuxième compresseur 610 et le deuxième corps 120 d’échange, un quatrième compresseur 615 centrifuge de la fraction légère du premier mélange, le deuxième et quatrième compresseur centrifuge étant actionné par une turbine 640 unique commune etbetween the second compressor 610 and the second exchange body 120, a fourth centrifugal compressor 615 of the light fraction of the first mixture, the second and fourth centrifugal compressor being actuated by a common single turbine 640 and
- une enveloppe 645 commune au deuxième compresseur et au quatrième compresseur.- an envelope 645 common to the second compressor and to the fourth compressor.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le dispositif 600 objet de la présente invention comporte :In preferred embodiments, such as that shown in FIG. 6, the device 600 object of the present invention comprises:
- un séparateur 650 d’une fraction gaz et d’une fraction liquide de la phase légère comprimée, le quatrième compresseur 615 comprimant la fraction gaz séparée,- a separator 650 of a gas fraction and a liquid fraction of the compressed light phase, the fourth compressor 615 compressing the separated gas fraction,
- un détendeur 625 de la fraction liquide de la phase légère chauffée dans le deuxième corps d’échange,- a regulator 625 of the liquid fraction of the light phase heated in the second exchange body,
- la turbine 640 du quatrième compresseur étant actionnée par l’énergie de détente.- the turbine 640 of the fourth compressor being actuated by the expansion energy.
Le séparateur 650 est, par exemple, similaire au ballon 114 de reflux tel que décrit en regard de la figure 1. Le détendeur 625 est, par exemple, similaire à la turbine de détente 118 telle que décrite en regard de la figure 1.The separator 650 is, for example, similar to the reflux balloon 114 as described with reference to FIG. 1. The regulator 625 is, for example, similar to the expansion turbine 118 as described with regard to FIG. 1.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le deuxième composé chimique comporte de l’azote, du propane et/ou de l’ammoniac.In preferred embodiments, such as that shown in FIG. 6, the second chemical compound comprises nitrogen, propane and / or ammonia.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le premier mélange réfrigérant comporte de l’azote et du méthane et au moins un composé parmi :In preferred embodiments, such as that shown in FIG. 6, the first refrigerant mixture comprises nitrogen and methane and at least one of:
- de l’éthylène,- ethylene,
- de l’éthane,- ethane,
- du propane et/ou- propane and / or
- du butane.- butane.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le dispositif 600 comporte :In preferred embodiments, such as that shown in FIG. 6, the device 600 comprises:
- un détendeur 405 du gaz naturel liquéfié,- a regulator 405 for liquefied natural gas,
- un collecteur 410 de gaz d’évaporation produit lors de la détente du gaz dans le détendeur et- an evaporation gas collector 410 produced during the expansion of the gas in the regulator and
- une conduite 415 d’injection du gaz d’évaporation en entrée du deuxième corps d’échange.a pipe 415 for injecting the evaporating gas at the inlet of the second exchange body.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le dispositif 600 comporte, entre une sortie 421 pour deuxième composé du moyen 430 de refroidissement et le troisième corps 420 d’échange, un circuit 440 de refroidissement du deuxième composé par la fraction lourde du premier mélange à l’intérieur du premier corps 115 d’échange.In preferred embodiments, such as that shown in FIG. 6, the device 600 comprises, between an outlet 421 for the second compound of the cooling means 430 and the third exchange body 420, a circuit 440 for cooling the second compound by the heavy fraction of the first mixture inside the first exchange body 115.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le premier corps 115 d’échange et/ou le deuxième corps 120 d’échange est un échangeur bobiné.In preferred embodiments, such as that shown in FIG. 6, the first exchange body 115 and / or the second exchange body 120 is a wound exchanger.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le moyen 430 de refroidissement du deuxième composé est un échangeur de chaleur entre le deuxième composé et de l’eau.In preferred embodiments, such as that shown in FIG. 6, the means 430 for cooling the second compound is a heat exchanger between the second compound and water.
On observe, sur la figure 8, schématiquement, un mode de réalisation particulier du procédé 700 objet de la présente invention. Ce procédé 700 de liquéfaction d’un gaz naturel comportant :FIG. 8 schematically shows a particular embodiment of the method 700 which is the subject of the present invention. This process 700 for liquefying a natural gas comprising:
- une première étape 705 de compression centrifuge d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,a first step 705 of centrifugal compression of a first vaporized refrigerant chemical mixture,
- une étape 710 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,a step 710 of fractionating the compressed mixture into a heavy fraction and a light fraction,
- une deuxième étape 715 de compression centrifuge de la fraction légère,a second step 715 of centrifugal compression of the light fraction,
- une première étape 720 d’échange de chaleur entre la fraction lourde du premier mélange et le gaz naturel pour refroidir au moins le gaz naturel,- a first stage 720 of heat exchange between the heavy fraction of the first mixture and the natural gas to cool at least the natural gas,
- une deuxième étape 725 d’échange de chaleur entre la fraction légère comprimée du premier mélange et le gaz naturel refroidi dans le premier corps d’échange pour liquéfier le gaz naturel eta second stage 725 of heat exchange between the compressed light fraction of the first mixture and the natural gas cooled in the first exchange body to liquefy the natural gas and
- une étape 730 de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé au cours des étapes d’échange de chaleur vers la première étape de compression, comporte :a step 730 of returning the first refrigerant mixture vaporized during the heat exchange steps to the first compression step, comprises:
- en amont d’une étape 735 d’entrée du gaz naturel dans la première étape d’échange, une troisième étape 740 d’échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant,- upstream of a step 735 of entering the natural gas into the first exchange step, a third step 740 of heat exchange between the natural gas and a second refrigerant chemical compound,
- une troisième étape 745 de compression centrifuge du deuxième composé vaporisé, la première et troisième étape de compression centrifuge étant actionnées par une turbine unique commune,a third step 745 of centrifugal compression of the second vaporized compound, the first and third step of centrifugal compression being actuated by a common single turbine,
- la première et troisième étape de compression étant réalisées dans une enveloppe commune,the first and third compression stages being carried out in a common envelope,
- une étape 750 de refroidissement du deuxième composé comprimé au cours îo de la troisième étape d’échange eta step 750 of cooling the second compressed compound during the third exchange step and
- une étape 755 de transfert du deuxième composé refroidi à la troisième étape d’échange.a step 755 of transferring the second cooled compound to the third exchange step.
Ce procédé 700 est réalisé, par exemple, par la mise en oeuvre du dispositif 600 tel que décrit en regard des figures 6 et 7. Comme on le comprend, toutes les 15 variantes, tous les exemples et tous les modes de réalisations du dispositif 600 sont également transposables en tant qu’étapes au sein du procédé 700.This method 700 is carried out, for example, by the implementation of the device 600 as described with reference to FIGS. 6 and 7. As will be understood, all the variants, all the examples and all the embodiments of the device 600 can also be transposed as steps within the 700 process.
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