FR3061277A1 - Dispositif et procede de liquefaction d'un gaz naturel et navire comportant un tel dispositif - Google Patents

Dispositif et procede de liquefaction d'un gaz naturel et navire comportant un tel dispositif Download PDF

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Abstract

Le dispositif (100) 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 (105), - 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, 135) d'échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant et - un moyen (140, 145) de compression du deuxième composé vaporisé.

Description

Titulaire(s) :
ENGIE Société anonyme.
O Demande(s) d’extension :
Figure FR3061277A1_D0001
Mandataire(s) : CASSIOPI Société à responsabilité limitée.
*54) DISPOSITIF ET PROCEDE DE LIQUEFACTION D'UN DISPOSITIF.
GAZ NATUREL ET NAVIRE COMPORTANT UN TEL
FR 3 061 277 - A1
@) Le dispositif (100) 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 (105),
- 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, 135) d'échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant et
- un moyen (140, 145) de compression du deuxième composé vaporisé.
Figure FR3061277A1_D0002
Figure FR3061277A1_D0003
i
DOMAINE TECHNIQUE DE L’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.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE
La liquéfaction du gaz permet le transport de gaz naturel à volume moindre par rapport au transport du gaz naturel non liquéfié.
Lors des dernières décennies, les technologies de liquéfaction ont visé les grandes capacités de gaz pour des raisons d’économie d’échelle.
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’autre 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.
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.
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 :
- la réduction des coûts d’investissements autant que possibles en gardant une efficacité aussi élevée que possibles afin de minimiser les coûts opérationnels et
- 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.
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).
On connaît, notamment, plusieurs types de cycles de liquéfaction :
- les cycles en cascade,
- les cycles à réfrigérants mixes et
- les cycles à détente.
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 >>).
Dans le système Cil :
- un mélange de réfrigérants est comprimé puis fractionné en une fraction lourde et une fraction légère,
- la fraction lourde étant mise en oeuvre dans un premier échangeur de chaleur à plaques entre cette fraction lourde et le gaz naturel pour le refroidir,
- la fraction légère est comprimée,
- la fraction légère étant mise en oeuvre dans un deuxième échangeur de chaleur à plaques entre cette fraction légère et le gaz naturel refroidi afin de liquéfier ce gaz naturel et
- les deux fractions du mélange réchauffées sont ensuite collectées et fournies de nouveau comprimées.
Ce système présente plusieurs inconvénients :
- les échangeurs à plaques sont très sensibles à la distribution des fluides ce qui pose un problème de marinisation pour les applications marines,
- 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
- 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 :
- 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
- 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 :
- le procédé Cil a été développé pour la production de GNL à grande capacité sur terre,
- le procédé est peu flexible : chute significative d’efficacité pour toute déviation face au point de fonctionnement / de conception,
- le mélange réfrigérant contient trop de constituant (hydrocarbures), complexifiant la logistique et l’aspect opérationnel.
- les stockages accroissent le poids des installations, critique en installations en mer,
- le procédé présente des difficultés d’approvisionnement en éthane, ce qui pose des problématiques accrues en installations en mer,
- 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,
- l’efficacité du procédé est limitée par les dimensions de l’échangeur et les contraintes liées à la fabrication et
- 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).
Le procédé Cil repose sur l’utilisation d’une unique ligne de compression utilisant des compresseurs centrifuges.
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.
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.
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.
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.
De plus, le train de compression et le composant le plus capitalistique dans une unité de liquéfaction.
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.
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.
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.
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.
La section basse et moyenne pression permet de comprimer le mélange réfrigérant à basse pression en sortie de la ligne d’échange cryogénique.
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.
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.
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.
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.
Les systèmes Cil actuels présentent comme inconvénients de présenter :
- 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,
- une chute importante d’efficacité est observée entre la section basse pression et haute pression et
- une flexibilité restreinte du train de compression en termes de plage de débit et composition.
OBJET DE L’INVENTION
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients.
À cet effet, selon un premier aspect, la présente invention vise un dispositif de liquéfaction d’un gaz naturel, comportant :
- un compresseur d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,
- un moyen de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
- 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,
- 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 et
- une conduite de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d’échange de chaleur vers le compresseur, qui comporte :
- en amont d’une entrée du gaz naturel dans le premier corps d’échange ou en aval d’une sortie de gaz naturel liquéfié du deuxième corps d’échange, un troisième corps d’échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant et
- un moyen de compression du deuxième composé vaporisé.
Lorsque le troisième corps d’échange est positionné en amont de l’entrée du gaz naturel dans le premier corps d’échange, le dispositif permet de réaliser un prérefroidissement du gaz naturel avant le refroidissement réalisé par le premier corps d’échange.
Lorsque le troisième corps d’échange est positionné en aval de la sortie de gaz naturel liquéfié du deuxième corps d’échange, le dispositif présente une capacité accrue.
Cette configuration cumule les avantages de la configuration Cil classique en réduisant ses inconvénients, notamment par :
- la réduction du débit de mélange réfrigérant et l’impact sur la consommation d’énergie du dispositif,
- la réduction du poids des installations : Réduction des tailles des compresseurs du mélange refroidissant ; simplification logistique et réduction des capacités de stockages sur site,
- la réduction des dimensions du dispositif et
- la maximisation de la production et l’efficacité en minimisant le nombre d’équipement.
Dans des modes de réalisation, le troisième corps d’échange est positionné en amont de l’entrée du gaz naturel dans le premier corps d’échange, le dispositif comportant :
- un moyen de refroidissement du deuxième composé comprimé et
- une conduite de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps d’échange.
Ces modes de réalisation permettent de réaliser une boucle de prérefroidissement du gaz naturel.
Dans des modes de réalisation, le deuxième composé chimique est un corps pur composé d’azote, de propane et/ou d’ammoniac ou un mélange d’azote et de propane.
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.
Dans des modes de réalisation, le premier mélange réfrigérant comporte de l’azote et du méthane et au moins un composé parmi :
- de l’éthylène,
- de l’éthane,
- du propane et/ou
- du butane.
L’utilisation d’un tel mélange permet de minimiser l’apport d’énergie au système pour liquéfier le gaz naturel.
En effet, dans le système Cil tel qu’actuellement mis en œuvre, 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.
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.
Dans des modes de réalisation, le troisième corps d’échange est positionné en amont de l’entrée du gaz naturel dans le premier corps d’échange, le dispositif comportant, en aval de la sortie de gaz naturel liquéfié du deuxième corps d’échange :
- un quatrième corps d’échange de chaleur entre le gaz naturel liquéfié et de l’azote,
- un moyen de compression de l’azote vaporisé,
- un moyen de refroidissement de l’azote comprimé et
- une conduite de transport de l’azote refroidi au quatrième corps d’échange.
Ces modes de réalisation permettent d’obtenir le cumul d’un prérefroidissement du gaz naturel et d’un refroidissement aval du gaz naturel liquéfié.
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.
Ces modes de réalisation permettent de refroidir le deuxième composé dans la cascade d’échangeurs formée du premier et du deuxième échangeur.
Dans des modes de réalisation, une partie du circuit de refroidissement est configurée pour refroidir le deuxième composé par échange de chaleur avec la fraction légère du premier mélange dans le deuxième corps d’échange.
Ces modes de réalisation permettent de refroidir le deuxième composé dans la cascade d’échangeurs formée du premier et du deuxième échangeur.
Dans des modes de réalisation, le premier corps d’échange et/ou le deuxième corps d’échange est un échangeur bobiné.
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.
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.
Selon un troisième aspect, la présente invention vise un procédé de liquéfaction d’un gaz naturel, comportant :
- une étape de compression d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,
- une étape de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
- 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,
- 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
- une étape de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d’échange de chaleur vers l’étape de compression, qui comporte :
- 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 d’échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant et
- une étape de compression du deuxième composé vaporisé.
Les buts, avantages et caractéristiques particulières du navire et du procédé objet de la présente invention étant similaires à ceux du dispositif objet de la présente invention, ils ne sont pas rappelés ici.
BRÈVE DESCRIPTION DES 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 :
- la figure 1 représente, schématiquement, un premier mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
- la figure 2 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier du navire objet de la présente 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,
- la figure 4 représente, schématiquement, un deuxième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente 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,
- la figure 6 représente, schématiquement, un troisième mode de réalisation particulier du dispositif objet de la présente invention,
- la figure 7 représente, schématiquement, un mode de réalisation particulier des compresseurs du dispositif objet de la présente invention et
- la figure 8 représente, schématiquement et sous forme d’un logigramme, une troisième succession d’étapes particulière du procédé objet de la présente invention.
DESCRIPTION D’EXEMPLES DE RÉALISATION DE L’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.
On note dès à présent que les figures ne sont pas à l’échelle.
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 :
- 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 105, qui comporte :
- 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
- un moyen, 140 ou 145, de compression du deuxième composé vaporisé.
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.
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.
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 :
- de l’éthylène,
- de l’éthane,
- du propane et/ou
- du 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.
L’utilisation de propane vise à équilibrer les écarts de volatilité entre les composés lourds et les composés légers du premier mélange.
Ce compresseur 105 comporte une entrée (non référencée) pour mélange réfrigérant vaporisé et une sortie (non référencée) pour mélange réfrigérant comprimé.
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.
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.
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.
Ce moyen 110 de fractionnement comporte :
- une entrée (non référencée) pour mélange réfrigérant comprimé,
- une sortie (non référencée) pour une fraction légère du mélange réfrigérant positionnée dans une partie basse du moyen 110 de fractionnement et
- 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.
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.
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.
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.
Le moyen 110 de fractionnement est préférentiellement muni d’un maillage pour limiter l’entraînement de gouttelettes dans la fraction gazeuse.
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.
Le ballon 111 est préférentiellement muni d’un maillage pour limiter l’entraînement de gouttelettes dans la fraction gazeuse.
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.
Ce deuxième compresseur 112 est, par exemple, un compresseur centrifuge. Ce compresseur centrifuge est préférentiellement actionné par la turbine mise en oeuvre au niveau du compresseur 105 lorsque ce compresseur 105 est un compresseur centrifuge.
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.
La fraction légère, avec ou sans compression dans le deuxième compresseur 112, est préférentiellement refroidie dans un sixième échangeur 113 de chaleur.
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 est 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.
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.
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.
Le gaz naturel entre dans le premier échangeur 115 par l’entrée 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.
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.
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.
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.
Cette turbine de détente 118 est mise à la place d’une vanne 123 ou en parallèle de cette vanne 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.
La partie légère de la fraction légère est transmise vers le compresseur 105 via la conduite 125 de retour.
Dans des variantes, la partie légère de la fraction légère, quitte le deuxième corps 120 d’échange, est détendue dans une vanne 122, et est réinjectée dans ce deuxième corps 120 d’échange avant d’être redirigée vers le compresseur 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.
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.
Dans des variantes, le dispositif 100 comporte une turbine de détente 127 en parallèle de la vanne 122.
Préférentiellement, le dispositif 100 comporte la turbine de détente 127 et ne comporte pas de vanne 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.
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.
Dans des variantes, la conduite 125 de retour comporte, entre le premier corps 115 d’échange et le compresseur 105, un ballon 126.
Ce ballon 126 permet de garantir qu’en entrée du premier compresseur 105, le premier mélange réfrigérant est exclusivement sous forme gazeuse.
Le ballon 126 est préférentiellement muni d’un maillage pour limiter l’entraînement de gouttelettes dans la fraction gazeuse.
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.
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.
Le gaz naturel circule, dans le premier corps 115 et dans le deuxième corps 120, préférentiellement à contre-courant du premier mélange réfrigérant.
Le gaz naturel refroidi quitte préférentiellement le premier corps 115 à une température d’environ -30°C. Ce gaz naturel refroid 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.
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.
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.
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.
Préférentiellement, lorsque de l’ammoniac est utilisé, cet ammoniac est utilisé seul.
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.
Le deuxième composé réfrigérant est ici, par exemple, de l’azote liquide.
En aval de ce troisième corps, 130 ou 135, le dispositif 100 comporte un moyen, 140 ou 145, de compression du deuxième composé.
Ce compresseur, 140 ou 145, est par exemple un compresseur centrifuge.
Dans des modes de réalisation préférentiels, le dispositif 100 comporte à la fois l’étape de refroidissement amont et l’étape de refroidissement aval.
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.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte :
- un moyen 150 de refroidissement du deuxième composé comprimé dans le moyen 140 de compression et
- une conduite 155 de transfert du deuxième composé comprimé au troisième corps 130 d’échange.
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.
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.
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.
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.
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.
Ce circuit 170 de refroidissement a pour objectif de faciliter le refroidissement se produisant dans le moyen 150 de refroidissement.
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.
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.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 100 comporte :
- un moyen 160 de refroidissement de l’azote comprimé et
- une conduite 165 de transport de l’azote refroidi au quatrième corps 135 d’échange.
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.
Préalablement au troisième corps 130 d’échange, le gaz naturel peut subir un prétraitement.
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.
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 :
- un dispositif 100 de liquéfaction d’un gaz naturel tel que décrit en regard de la figure 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.
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 :
- une étape 305 de compression d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,
- une étape 310 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
- 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,
- 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 et
- une étape 325 de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d’échange de chaleur vers l’étape de compression, qui comporte :
- 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
- une étape 335 de compression du deuxième composé vaporisé.
Ce procédé 300 est réalisé, par exemple, par la mise en oeuvre du dispositif 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.
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 :
- 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, comporte :
- un détendeur 405 du gaz naturel liquéfié,
- un collecteur 410 de gaz d’évaporation produit lors de la détente du gaz dans le détendeur 405 et
- une conduite 415 d’injection du gaz d’évaporation en entrée du deuxième corps d’échange.
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 :
- le compresseur 105,
- l’échangeur 106,
- le moyen 110 de fractionnement,
- le ballon de reflux 111,
- le compresseur 112,
- l’échangeur 113,
- le ballon 114,
- le premier corps 115 d’échange,
- l’entrée 116 pour gaz naturel,
- la turbine de détente 118,
- le détendeur 119,
- le deuxième corps 120 d’échange,
- la sortie 121 pour gaz naturel liquéfié du deuxième corps 120 d’échange,
- le détendeur 122,
- la turbine 126 de détente,
- la conduite 125 de retour
- le ballon 126 et
- la vanne 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.
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.
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.
Le détendeur 405 est, par exemple, une vanne mettant en œuvre l’effet JouleTomshon.
Cette détente provoque l’apparition de gaz d’évaporation, ou 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.
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.
Préférentiellement, la conduite 415 est munie d’un compresseur 416 comprimant la fraction gazeuse quittant le collecteur 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.
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.
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.
Dans des modes de réalisation, le dispositif 400 comporte :
- un moyen 430 de refroidissement du deuxième composé comprimé et
- une conduite 435 de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps 420 d’échange.
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.
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.
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.
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.
Le deuxième composé est détendu, par exemple, à une pression de 3 à 4 bar en sortie du détendeur 424.
Ce circuit 440 de refroidissement a pour objectif de faciliter le refroidissement se produisant dans le moyen 430 de refroidissement.
Ce circuit 440 peut également comporter une deuxième partie, dans le deuxième corps 120 d’échange, comme décrit en regard de la figure 1.
Dans des modes de réalisation particuliers, le premier mélange réfrigérant comporte de l’azote et du méthane et au moins un composé parmi :
- de l’éthylène,
- de l’éthane,
- du propane et/ou
- du 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 :
- une étape 505 de compression d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,
- une étape 510 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
- 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,
- 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 et
- une étape 525 de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d’échange de chaleur vers l’étape de compression, comporte :
- une étape 530 de détente du gaz naturel liquéfié,
- une étape 535 de collecte de gaz d’évaporation produit au cours de l’étape de détente et
- une étape 540 d’injection du gaz d’évaporation en entrée de la deuxième étape d’échange.
Ce procédé 500 est réalisé, par exemple, par la mise en œuvre du dispositif 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.
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 :
- un premier compresseur 605 centrifuge d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,
- un moyen 110 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
- un deuxième compresseur 610 centrifuge de la 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 comprimée 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 premier compresseur, comporte :
- 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,
- un troisième compresseur 620 centrifuge du deuxième composé vaporisé, le premier et troisième compresseur centrifuge étant actionné par une turbine 630 unique commune,
- une enveloppe 635 commune au premier compresseur et au troisième compresseur,
- un moyen 430 de refroidissement du deuxième composé comprimé et
- une conduite 435 de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps 420 d’échange.
On appelle « enveloppe », un carter qui comporte au moins un compresseur. Chaque compresseur comporte une ou plusieurs roues.
Dans cette figure 6 :
- l’échangeur 106,
- le moyen 110 de fractionnement,
- le ballon de reflux 111,
- l’échangeur 113,
- le premier corps 115 d’échange,
- l’entrée 116 pour gaz naturel,
- le détendeur 119,
- le deuxième corps 120 d’échange,
- la sortie 121 pour gaz naturel liquéfié du deuxième corps 120 d’échange,
- le détendeur 122,
- la turbine de détente 127,
- la conduite 125 de retour,
- le ballon 126,
- la vanne 136,
- le troisième corps 420 d’échange,
- la conduite de transfert 435,
- le quatrième corps 430 d’échange,
- la sortie 421 pour deuxième composé réfrigérant,
- le circuit 400 de refroidissement,
- le détendeur 424,
- le détendeur 405,
- le collecteur 410 et
- 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.
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.
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 compresseur 610, ce deuxième compresseur 610 correspondant au deuxième compresseur 112 tel que décrit en regard de la figure 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 :
- 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 et
- une enveloppe 645 commune au deuxième compresseur et au quatrième compresseur.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le dispositif 600 objet de la présente invention comporte :
- 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,
- un détendeur 625 de la fraction liquide de la phase légère chauffée dans le deuxième corps d’échange,
- la turbine 640 du quatrième compresseur étant actionnée par l’énergie de détente.
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.
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.
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 :
- de l’éthylène,
- de l’éthane,
- du propane et/ou
- du butane.
Dans des modes de réalisation préférentiels, tel que celui représenté en figure 6, le dispositif 600 comporte :
- 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.
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.
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.
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.
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 :
- une première étape 705 de compression centrifuge d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,
- une étape 710 de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
- une deuxième étape 715 de compression centrifuge de la fraction légère,
- 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,
- 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 et
- 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 :
- 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,
- 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, îo - la première et troisième étape de compression étant réalisées dans une enveloppe commune,
- une étape 750 de refroidissement du deuxième composé comprimé au cours de la troisième étape d’échange et
- une étape 755 de transfert du deuxième composé refroidi à la troisième étape d’échange.
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 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.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif (100) de liquéfaction d’un gaz naturel, comportant :
    - 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 (105), caractérisé en ce qu’il comporte :
    - 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, 135) d’échange de chaleur entre le gaz naturel et un deuxième composé chimique réfrigérant et
    - un moyen (140, 145) de compression du deuxième composé vaporisé.
  2. 2. Dispositif (100) selon la revendication 1, dans lequel le troisième corps (130) d’échange est positionné en amont de l’entrée (116) du gaz naturel dans le premier corps (115) d’échange, le dispositif (100) comportant :
    - un moyen (150) de refroidissement du deuxième composé comprimé et
    - une conduite (155) de transfert du deuxième composé refroidi au troisième corps (130) d’échange.
  3. 3. Dispositif (100) selon la revendication 2, dans lequel le deuxième composé est un corps pur composé d’azote, de propane et/ou d’ammoniac ou un mélange d’azote et de propane.
  4. 4. Dispositif (100) selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel le premier mélange réfrigérant comporte de l’azote et du méthane et au moins un composé parmi :
    - de l’éthylène,
    - de l’éthane,
    - du propane et/ou
    - du butane.
  5. 5. Dispositif (100) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel le troisième corps (130) d’échange est positionné en amont de l’entrée (116) du gaz naturel dans le premier corps (115) d’échange, le dispositif (100) comportant, en aval de la sortie (121) de gaz naturel liquéfié du deuxième corps (120) d’échange :
    - un quatrième corps (135) d’échange de chaleur entre le gaz naturel liquéfié et de l’azote,
    - un moyen (145) de compression de l’azote vaporisé,
    - un moyen (160) de refroidissement de l’azote comprimé et
    - une conduite (165) de transport de l’azote refroidi au quatrième corps d’échange.
  6. 6. Dispositif (100) selon la revendication 5, dans lequel le moyen (150) de refroidissement du deuxième composé est un échangeur de chaleur entre le deuxième composé et de l’eau.
  7. 7. Dispositif (100) selon l’une des revendications 1 à 6, qui 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.
  8. 8. Dispositif (100) selon la revendication 7, dans lequel 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.
  9. 9. Dispositif (100) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel le premier corps (115) d’échange et/ou le deuxième corps (120) d’échange est un échangeur bobiné.
  10. 10. Navire (200), caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif (100) de liquéfaction d’un gaz naturel selon l’une des revendications 1 à 9.
  11. 11. Procédé (300) de liquéfaction d’un gaz naturel, comportant :
    - une étape (305) de compression d’un premier mélange chimique réfrigérant vaporisé,
    - une étape (310) de fractionnement du mélange comprimé en une fraction lourde et une fraction légère,
    - 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,
    - 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 et
    - une étape (325) de retour du premier mélange réfrigérant vaporisé dans les corps d’échange de chaleur vers l’étape de compression, caractérisé en ce qu’il comporte :
    - 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
    - une étape (335) de compression du deuxième composé vaporisé.
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