FR3117535A1

FR3117535A1 - Method and installation for producing electrical energy from a hydrocarbon stream with control of a temperature difference

Info

Publication number: FR3117535A1
Application number: FR2013328A
Authority: FR
Inventors: Tiao TRAM; Henri Paradowski; Sébastien Lichtle; Bhadri Prasad
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2022-06-17
Anticipated expiration: 2040-12-16
Also published as: FR3117535B1

Abstract

L’invention concerne un procédé de production d’énergie électrique à partir d’un courant d’hydrocarbures tel un courant de gaz naturel liquéfié, ledit procédé comprenant : a) introduction du courant d’hydrocarbures (10) dans un premier échangeur de chaleur (E1), b) introduction d’un fluide de travail (13) dans le premier échangeur (E1) par une première entrée (1) et condensation d’au moins une partie dudit fluide de travail (13), c) élévation de la pression du fluide de travail au moins partiellement condensé (14) dans un organe élévateur de pression (P1) de façon à obtenir un fluide de travail pressurisé (15), d) réintroduction du fluide de travail pressurisé (15) dans le premier échangeur (E1) et réchauffage dudit fluide de travail réintroduit, e) introduction du fluide de travail réchauffé (16) dans un deuxième échangeur de chaleur (E2) et vaporisation d’au moins une partie dudit fluide de travail réchauffé (16), f) sortie du fluide de travail au moins partiellement vaporisé (17) du deuxième échangeur (E2) et détente dans un organe de détente (T1), g) réintroduction du fluide de travail (13) détendu à l’étape f) dans le premier échangeur (E1). Selon l’invention ledit procédé comprend en outre : h) passage du fluide de travail au moins partiellement condensé (14, 15) dans un organe régulateur de débit (V1, 21, FC) configuré pour réguler le débit suivant une consigne de débit, i) mesure d’une première température correspondant à la température du fluide de travail (13) à la première entrée (1) du premier échangeur (E1), j) mesure d’une deuxième température correspondant à la température du courant d’hydrocarbures réchauffé (11) à la première sortie (2) ou correspondant à la température du fluide de travail réchauffé (16) à la deuxième sortie (3), k) détermination d’un écart de température correspondant à la différence entre la première température et la deuxième température, l) ajustement de la consigne de débit en fonction de l’écart de température. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 The invention relates to a method for producing electrical energy from a stream of hydrocarbons such as a stream of liquefied natural gas, said method comprising: a) introducing the stream of hydrocarbons (10) into a first heat exchanger (E1), b) introduction of a working fluid (13) into the first exchanger (E1) through a first inlet (1) and condensation of at least part of the said working fluid (13), c) elevation of the pressure of the at least partially condensed working fluid (14) in a pressure riser (P1) so as to obtain a pressurized working fluid (15), d) reintroducing the pressurized working fluid (15) into the first exchanger (E1) and reheating said reintroduced working fluid, e) introducing the reheated working fluid (16) into a second heat exchanger (E2) and vaporizing at least part of said reheated working fluid (16), f) outlet of the at least partially vaporized working fluid (17) from the second exchanger (E2) and expansion in an expansion device (T1), g) reintroduction of the working fluid (13) expanded in step f) into the first exchanger (E1). According to the invention, said method further comprises: h) passing the at least partially condensed working fluid (14, 15) through a flow regulator member (V1, 21, FC) configured to regulate the flow according to a flow set point, i) measurement of a first temperature corresponding to the temperature of the working fluid (13) at the first inlet (1) of the first exchanger (E1), j) measurement of a second temperature corresponding to the temperature of the hydrocarbon stream heated (11) at the first outlet (2) or corresponding to the temperature of the heated working fluid (16) at the second outlet (3), k) determining a temperature difference corresponding to the difference between the first temperature and the second temperature, l) adjustment of the flow set point according to the temperature difference. Figure for the abstract: Fig. 1

Description

Process and installation for producing electrical energy from a hydrocarbon stream with control of a temperature difference

La présente invention concerne un procédé et une installation de production d’énergie électrique dans lequel un courant d’hydrocarbures tel que le gaz naturel liquéfié est utilisé comme source de froid d’au moins un cycle de Rankine. Le procédé selon l’invention peut assurer la regazéification du courant d’hydrocarbures avec valorisation de son contenu frigorifique.The present invention relates to a method and an installation for producing electrical energy in which a hydrocarbon stream such as liquefied natural gas is used as a cold source for at least one Rankine cycle. The method according to the invention can ensure the regasification of the hydrocarbon stream with recovery of its refrigerant content.

Il est d’usage que le gaz naturel issu de champs éloignés des lieux de consommation soit liquéfié avant d’être stocké à bord de navires spécialement adaptés, les méthaniers, pour être transporté sur de longues distances. En effet, le gaz naturel occupe, à l’état liquide, un volume plus petit pour une masse donnée et n’a pas besoin d’être stocké à une pression élevée.It is customary for natural gas from fields far from places of consumption to be liquefied before being stored on board specially adapted vessels, LNG carriers, to be transported over long distances. Indeed, natural gas occupies, in the liquid state, a smaller volume for a given mass and does not need to be stored at high pressure.

Avant d’alimenter les réseaux de distribution, le gaz naturel liquéfié (GNL) doit être regazéifié, ou dit autrement revaporisé, à une pression de l’ordre de 10 à 110 bar selon les réseaux. Cette revaporisation s’effectue dans des terminaux méthaniers, généralement à température ambiante en échangeant de la chaleur avec de l’eau de mer, éventuellement de l’eau douce ou de mer chauffée au gaz naturel. Le contenu frigorifique du gaz naturel liquéfié n’est alors aucunement valorisé.Before supplying the distribution networks, the liquefied natural gas (LNG) must be regasified, or in other words revaporized, at a pressure of around 10 to 110 bar depending on the network. This revaporization is carried out in LNG terminals, generally at ambient temperature by exchanging heat with seawater, possibly fresh or seawater heated with natural gas. The refrigeration content of the liquefied natural gas is then not valued in any way.

Il existe différentes méthodes pour générer de l’électricité à partir des frigories du gaz naturel liquéfié et ainsi valoriser son contenu énergétique.There are different methods for generating electricity from the cold temperatures of liquefied natural gas and thus recovering its energy content.

Une méthode connue repose sur une expansion directe du gaz naturel. Le gaz naturel liquéfié est pompé à une pression supérieure à celle du réseau de distribution, vaporisé par échange de chaleur avec une source chaude telle que l’eau de mer, puis détendu jusqu’à la pression du réseau dans une turbine de détente associée à un générateur électrique.A known method is based on direct expansion of natural gas. The liquefied natural gas is pumped at a pressure higher than that of the distribution network, vaporized by heat exchange with a hot source such as seawater, then expanded to network pressure in an expansion turbine associated with an electric generator.

D’autres méthodes reposent sur des cycles thermodynamiques utilisant un fluide intermédiaire, ou fluide de travail. Parmi ces méthodes, on connaît le cycle de Rankine, dans lequel un fluide de travail est vaporisé sous pression contre une source chaude telle que de l’eau de mer dans un premier échangeur de chaleur, puis détendu dans une turbine couplée à un générateur électrique. Le fluide de travail détendu est ensuite condensé dans un deuxième échangeur contre du GNL qui est utilisé comme source froide du cycle. Il en résulte un fluide de travail liquide à basse pression qui est pompé et reconduit à haute pression dans le premier échangeur, fermant ainsi le cycle.Other methods are based on thermodynamic cycles using an intermediate fluid, or working fluid. Among these methods, the Rankine cycle is known, in which a working fluid is vaporized under pressure against a hot source such as sea water in a first heat exchanger, then expanded in a turbine coupled to an electric generator. . The expanded working fluid is then condensed in a second exchanger against LNG which is used as the cold source of the cycle. This results in a low pressure liquid working fluid which is pumped and returned at high pressure to the first exchanger, thus closing the cycle.

Si le cycle de Rankine peut fonctionner avec de l’eau comme fluide de travail pour des applications telles que la récupération de chaleur d’origine géothermique, l’utilisation de fluides organiques s’évaporant à basse température permet d’exploiter des sources froides à faible température. On parle alors de cycle organique de Rankine ou cycle ORC (pour Organic Rankine Cycle).While the Rankine cycle can operate with water as the working fluid for applications such as geothermal heat recovery, the use of organic fluids evaporating at low temperatures makes it possible to exploit cold sources at low temperature. We then speak of the organic Rankine cycle or ORC cycle (for Organic Rankine Cycle).

Toutefois, les arrangements selon l’art antérieur ne donnent pas entière satisfaction, notamment dans le cas d’un apport variable de frigories par le courant d’hydrocarbures à réchauffer. En effet, la demande en gaz naturel n’est pas constante et les méthodes de production d’électricité et de regazéification doivent se montrer de plus en plus flexibles. Dans ces conditions, le fonctionnement du cycle de Rankine doit être adapté afin de valoriser au mieux le contenu frigorifique du courant d’hydrocarbures.However, the arrangements according to the prior art do not give complete satisfaction, in particular in the case of a variable contribution of cold temperatures by the current of hydrocarbons to be heated. Indeed, the demand for natural gas is not constant and the methods of electricity production and regasification must be increasingly flexible. Under these conditions, the operation of the Rankine cycle must be adapted in order to best enhance the refrigeration content of the hydrocarbon stream.

La présente invention a pour but de résoudre tout ou partie des problèmes mentionnés ci-avant, notamment en proposant un procédé de génération d’électricité à partir d’un courant d’hydrocarbures offrant une flexibilité accrue et des performances optimales, quel que soit l’apport frigorifique du courant d’hydrocarbures.The object of the present invention is to solve all or part of the problems mentioned above, in particular by proposing a method for generating electricity from a hydrocarbon stream offering increased flexibility and optimal performance, whatever the refrigeration supply of the hydrocarbon stream.

La solution selon l’invention est alors un procédé de production d’énergie électrique à partir d’un courant d’hydrocarbures tel un courant de gaz naturel liquéfié, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :

introduction du courant d’hydrocarbures dans un premier échangeur de chaleur,
introduction d’un fluide de travail dans le premier échangeur de chaleur par une première entrée et condensation d’au moins une partie dudit fluide de travail par échange de chaleur avec le courant d’hydrocarbures de façon à obtenir un courant d’hydrocarbures réchauffé à une première sortie du premier échangeur de chaleur et à obtenir un fluide de travail au moins partiellement condensé à une deuxième sortie du premier échangeur de chaleur,
élévation de la pression du fluide de travail au moins partiellement condensé dans un organe élévateur de pression de façon à obtenir un fluide de travail pressurisé,
réintroduction du fluide de travail pressurisé dans le premier échangeur de chaleur et réchauffage, avec éventuellement vaporisation d’au moins une partie, dudit fluide de travail réintroduit par échange de chaleur avec le courant d’hydrocarbures et/ou le fluide de travail introduit à l’étape b) de façon à obtenir un fluide de travail réchauffé à une troisième sortie du premier échangeur de chaleur,
introduction du fluide de travail réchauffé dans un deuxième échangeur de chaleur et vaporisation d’au moins une partie dudit fluide de travail réchauffé par échange de chaleur avec un premier courant chaud introduit dans le deuxième échangeur de chaleur de façon à obtenir un fluide de travail au moins partiellement vaporisé en sortie du deuxième échangeur de chaleur,
sortie du fluide de travail au moins partiellement vaporisé du deuxième échangeur de chaleur et détente dans un organe de détente coopérant avec un générateur électrique de façon à produire de l’énergie électrique,
réintroduction du fluide de travail détendu à l’étape f) dans le premier échangeur de chaleur, caractérisé en ce que ledit procédé comprend en outre les étapes suivantes :
passage du fluide de travail au moins partiellement condensé dans un organe régulateur de débit configuré pour réguler le débit de fluide de travail au moins partiellement condensé suivant une consigne de débit,
mesure d’une première température correspondant à la température du fluide de travail à la première entrée du premier échangeur de chaleur,
mesure d’une deuxième température correspondant à la température du courant d’hydrocarbures réchauffé à la première sortie ou correspondant à la température du fluide de travail réchauffé à la deuxième sortie,
détermination d’un écart de température correspondant à la différence entre la première température et la deuxième température,
ajustement de la consigne de débit de l’organe régulateur de débit en fonction de l’écart de température déterminé à l’étape k) de façon à réduire le débit de fluide de travail au moins partiellement condensé lorsque l’écart de température est inférieur à une valeur prédéterminée ou à augmenter le débit de fluide de travail au moins partiellement condensé lorsque l’écart de température est supérieur à ladite valeur prédéterminée.

The solution according to the invention is then a process for producing electrical energy from a stream of hydrocarbons such as a stream of liquefied natural gas, said process comprising the following steps:

introduction of the hydrocarbon stream into a first heat exchanger,
introducing a working fluid into the first heat exchanger through a first inlet and condensing at least a portion of said working fluid by heat exchange with the hydrocarbon stream so as to obtain a hydrocarbon stream heated to a first outlet of the first heat exchanger and obtaining an at least partially condensed working fluid at a second outlet of the first heat exchanger,
raising the pressure of the at least partially condensed working fluid in a pressure-raising device so as to obtain a pressurized working fluid,
reintroducing the pressurized working fluid into the first heat exchanger and reheating, possibly with vaporization of at least a part, of said reintroduced working fluid by heat exchange with the hydrocarbon stream and/or the working fluid introduced to the step b) so as to obtain a heated working fluid at a third outlet of the first heat exchanger,
introducing the heated working fluid into a second heat exchanger and vaporizing at least a portion of said heated working fluid by heat exchange with a first hot stream introduced into the second heat exchanger so as to obtain a working fluid at the less partially vaporized at the outlet of the second heat exchanger,
outlet of the at least partially vaporized working fluid from the second heat exchanger and expansion in an expansion member cooperating with an electric generator so as to produce electrical energy,
reintroduction of the working fluid expanded in step f) into the first heat exchanger, characterized in that said method further comprises the following steps:
passage of the at least partially condensed working fluid through a flow regulator member configured to regulate the flow of at least partially condensed working fluid according to a flow setpoint,
measurement of a first temperature corresponding to the temperature of the working fluid at the first inlet of the first heat exchanger,
measurement of a second temperature corresponding to the temperature of the hydrocarbon stream heated at the first outlet or corresponding to the temperature of the working fluid heated at the second outlet,
determination of a temperature difference corresponding to the difference between the first temperature and the second temperature,
adjustment of the flow rate setpoint of the flow regulator member as a function of the temperature difference determined in step k) so as to reduce the flow rate of at least partially condensed working fluid when the temperature difference is lower to a predetermined value or to increase the flow rate of at least partially condensed working fluid when the temperature difference is greater than said predetermined value.

Selon le cas, l’invention peut comprendre l’une ou plusieurs des caractéristiques énoncées ci-après.Depending on the case, the invention may include one or more of the characteristics set out below.

L’organe régulateur de débit est agencé en aval de l’organe élévateur de pression.The flow regulator member is arranged downstream of the pressure-raising member.

Le dispositif régulateur de débit comprend un contrôleur de débit relié à une vanne de régulation dont l’ouverture détermine le débit de fluide de travail au moins partiellement condensé, le contrôleur de débit commandant la vanne de régulation de façon à réguler le débit de fluide de travail au moins partiellement condensé conformément à la consigne de débit.The flow regulating device comprises a flow controller connected to a regulating valve, the opening of which determines the flow rate of at least partially condensed working fluid, the flow controller controlling the regulating valve so as to regulate the flow rate of at least partially condensed work in accordance with the flow rate setpoint.

Le dispositif régulateur de débit comprend un contrôleur de débit relié à un variateur de vitesse d’un moteur de l’organe élévateur de pression, la vitesse du moteur déterminant le débit de fluide de travail au moins partiellement condensé, le contrôleur de débit commandant le variateur de vitesse de façon à réguler le débit de fluide de travail au moins partiellement condensé conformément à la consigne de débit.The flow regulator device comprises a flow controller connected to a speed variator of a motor of the pressure lifting device, the speed of the motor determining the flow rate of at least partially condensed working fluid, the flow controller controlling the variable speed drive so as to regulate the flow rate of at least partially condensed working fluid in accordance with the flow rate setpoint.

La deuxième température correspondant à la température du courant d’hydrocarbures réchauffé à la première sortie.The second temperature corresponding to the temperature of the hydrocarbon stream heated at the first outlet.

La valeur prédéterminée est inférieure ou égale à 10 °C, de préférence comprise entre 1 et 5 °C, de préférence encore comprise entre 2 et 4 °C.The predetermined value is less than or equal to 10°C, preferably between 1 and 5°C, more preferably between 2 and 4°C.

Le procédé met en œuvre au moins une boucle de régulation de la consigne de débit de l’organe régulateur de débit en fonction de l’écart de température, ladite boucle de régulation tendant à maintenir le premier écart de température égal ou sensiblement égal à la valeur prédéterminée.The method implements at least one loop for regulating the flow rate setpoint of the flow regulating member as a function of the temperature difference, said regulation loop tending to maintain the first temperature difference equal to or substantially equal to the predetermined value.

Les étapes i) à l) sont réitérées périodiquement, de préférence à une période comprise entre 100 millisecondes et 1 seconde, de préférence comprise entre 200 et 500 millisecondes.Steps i) to l) are repeated periodically, preferably at a period comprised between 100 milliseconds and 1 second, preferably comprised between 200 and 500 milliseconds.

Le procédé comprend en outre au moins une étape de mesure du débit de courant d’hydrocarbures introduit dans le premier échangeur de chaleur, la consigne de débit de l’organe régulateur de débit étant ajustée en fonction du débit de courant d’hydrocarbures.The method further comprises at least one step of measuring the flow rate of hydrocarbon stream introduced into the first heat exchanger, the flow setpoint of the flow regulator member being adjusted as a function of the flow rate of hydrocarbon stream.

Le premier échangeur et/ou le deuxième échangeur sont des échangeurs de chaleur du type à plaques brasés, lesdits échangeurs comprenant un empilement de plusieurs plaques parallèles et espacées les unes par rapport aux autres de façon à délimiter entre elles des séries de plusieurs passages au sein dit échangeur.The first exchanger and/or the second exchanger are heat exchangers of the brazed plate type, said exchangers comprising a stack of several parallel plates and spaced apart from each other so as to delimit between them series of several passages within said exchanger.

Le fluide de travail est introduit par la première entrée située à un bout chaud du premier échangeur et présentant la température la plus élevée du premier échangeur, le courant d’hydrocarbures étant introduit par une deuxième entrée située à un bout froid du premier échangeur et présentant la température la plus basse du premier échangeur, le fluide de travail étant condensé au moins en partie dans un sens ascendant et en direction du bout froid.The working fluid is introduced through the first inlet located at a hot end of the first exchanger and having the highest temperature of the first exchanger, the hydrocarbon stream being introduced through a second inlet located at a cold end of the first exchanger and having the lowest temperature of the first exchanger, the working fluid being condensed at least partly in an upward direction and in the direction of the cold end.

Le fluide de travail comprend un mélange d’hydrocarbures, de préférence le mélange d’hydrocarbures contient au moins deux hydrocarbures choisis parmi le méthane, l’éthane, le propane, le butane, l’éthylène, le propylène, le butène, l’isobutane, éventuellement additionné d’au moins un composant additionnel choisi parmi l'azote, l’argon, l’hélium, le dioxyde de carbone, le néon.The working fluid comprises a mixture of hydrocarbons, preferably the mixture of hydrocarbons contains at least two hydrocarbons selected from methane, ethane, propane, butane, ethylene, propylene, butene, isobutane, optionally supplemented with at least one additional component chosen from nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, neon.

Le fluide de travail est un corps pur constitué d’un hydrocarbure choisi parmi le méthane, l’éthane, le propane, le butane, l’éthylène, le propylène, le butène, l’isobutane.The working fluid is a pure substance consisting of a hydrocarbon chosen from methane, ethane, propane, butane, ethylene, propylene, butene, isobutane.

Le premier courant chaud et/ou le deuxième courant chaud sont formés d’eau de mer, de préférence de l’eau de mer introduite dans à une température strictement supérieure à 0 °C, de préférence comprise entre 10 et 30 °C.The first hot stream and/or the second hot stream are formed from seawater, preferably seawater introduced into it at a temperature strictly above 0°C, preferably between 10 and 30°C.

Le courant d’hydrocarbures (10) est un courant d’hydrocarbures liquéfié, tel un courant de gaz naturel liquéfié, introduit totalement liquéfié dans le premier échangeur à une température comprise entre -170 et -140 °C, le courant d’hydrocarbures réchauffé sortant du premier échangeur de chaleur à l’état au moins partiellement vaporisé, et à une température comprise entre -90 et -20 °C.The hydrocarbon stream (10) is a liquefied hydrocarbon stream, such as a liquefied natural gas stream, introduced completely liquefied into the first exchanger at a temperature of between -170 and -140°C, the heated hydrocarbon stream emerging from the first heat exchanger in an at least partially vaporized state, and at a temperature between -90 and -20°C.

Le courant d’hydrocarbures réchauffé sortant du premier échangeur de chaleur est introduit dans le deuxième échangeur de chaleur pour y être réchauffé contre le premier courant chaud ou est introduit dans un troisième échangeur de chaleur pour y être réchauffé contre un deuxième courant chaud, de façon à obtenir en sortie du deuxième échangeur de chaleur ou du troisième échangeur de chaleur un courant d’hydrocarbures totalement vaporisé à une température supérieure ou égale à 2 °C, de préférence comprise entre 5 et 50 °C.The heated hydrocarbon stream leaving the first heat exchanger is introduced into the second heat exchanger to be reheated there against the first hot stream or is introduced into a third heat exchanger to be reheated there against a second hot stream, so in obtaining at the outlet of the second heat exchanger or of the third heat exchanger a completely vaporized stream of hydrocarbons at a temperature greater than or equal to 2°C, preferably between 5 and 50°C.

Selon un autre aspect, l’invention concerne une installation de production d’énergie électrique à partir d’un courant d’hydrocarbures tel le gaz naturel comprenant :

un premier échangeur de chaleur configuré pour mettre en relation d’échange de chaleur le courant d’hydrocarbures et un fluide de travail de sorte à obtenir, en fonctionnement, un fluide de travail au moins partiellement condensé et un courant d’hydrocarbures réchauffé en sortie du premier échangeur de chaleur,
un organe élévateur de pression agencé en aval du premier échangeur de chaleur et configuré pour élever la pression du fluide de travail au moins partiellement condensé,
des moyens de réintroduction du fluide de travail pressurisé dans le premier échangeur de chaleur de sorte à obtenir un fluide de travail réchauffé, éventuellement vaporisation au moins en partie par échange de chaleur avec le courant d’hydrocarbures et/ou le fluide de travail,
un deuxième échangeur de chaleur configuré pour mettre en relation d’échange de chaleur le fluide de travail réchauffé et un premier courant chaud de sorte à obtenir, en fonctionnement, un fluide de travail au moins partiellement vaporisé en sortie du deuxième échangeur de chaleur,
un organe de détente agencé en aval du deuxième échangeur de chaleur et configuré pour réduire la pression du fluide de travail au moins partiellement vaporisé,
un générateur électrique relié à l’organe de détente, caractérisée en ce que ladite installation comprend en outre
un organe régulateur de débit agencé en aval du premier échangeur de chaleur et configuré pour réguler le débit de fluide de travail au moins partiellement condensé suivant une consigne de débit,
au moins un capteur de température configuré pour mesurer une première température correspondant à la température d’introduction du fluide de travail dans le premier échangeur de chaleur et pour mesurer une deuxième température correspondant à la température de sortie du courant d’hydrocarbures réchauffé du deuxième échangeur ou correspondant à la température de sortie du fluide de travail réchauffé sortant du deuxième échangeur,
une unité de contrôle-commande reliée au capteur de température et à l’organe régulateur de débit, l’unité de contrôle-commande étant configurée pour déterminer un écart de température correspondant à la différence entre la première température et la deuxième température et pour ajuster la consigne de débit de l’organe régulateur de débit en fonction de l’écart de température.

According to another aspect, the invention relates to an installation for producing electrical energy from a hydrocarbon stream such as natural gas comprising:

a first heat exchanger configured to place the hydrocarbon stream and a working fluid in heat exchange relationship so as to obtain, in operation, an at least partially condensed working fluid and a heated hydrocarbon stream at the outlet of the first heat exchanger,
a pressure riser arranged downstream of the first heat exchanger and configured to raise the pressure of the at least partially condensed working fluid,
means for reintroducing the pressurized working fluid into the first heat exchanger so as to obtain a heated working fluid, possibly vaporization at least in part by heat exchange with the hydrocarbon stream and/or the working fluid,
a second heat exchanger configured to place the heated working fluid and a first hot stream in heat exchange relationship so as to obtain, in operation, an at least partially vaporized working fluid at the outlet of the second heat exchanger,
an expansion device arranged downstream of the second heat exchanger and configured to reduce the pressure of the at least partially vaporized working fluid,
an electric generator connected to the expansion member, characterized in that said installation further comprises
a flow regulator member arranged downstream of the first heat exchanger and configured to regulate the flow rate of at least partially condensed working fluid according to a flow setpoint,
at least one temperature sensor configured to measure a first temperature corresponding to the temperature at which the working fluid is introduced into the first heat exchanger and to measure a second temperature corresponding to the temperature at the outlet of the heated hydrocarbon stream from the second exchanger or corresponding to the outlet temperature of the heated working fluid leaving the second exchanger,
a control-command unit connected to the temperature sensor and to the flow regulator member, the control-command unit being configured to determine a temperature difference corresponding to the difference between the first temperature and the second temperature and to adjust the flow rate set point of the flow regulator device as a function of the temperature difference.

La présente invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux figures annexés et décrites ci-après.The present invention will now be better understood thanks to the following description, given solely by way of non-limiting example and made with reference to the appended figures and described below.

schématise un procédé de génération d’énergie électrique selon un mode de réalisation de l’invention. schematizes a method for generating electrical energy according to one embodiment of the invention.

schématise un procédé de génération d’énergie électrique selon un autre mode de réalisation de l’invention. schematizes a method for generating electrical energy according to another embodiment of the invention.

Les Figures 1 et 2 schématisent un procédé de production d’électricité par récupération de froid à partir d’un courant d’hydrocarbures F utilisé comme courant froid, i. e. source froide, d’un cycle de Rankine. En particulier, le courant froid F peuvent être du gaz naturel liquéfié. Le cycle de Rankine est mis en œuvre dans au moins un dispositif d’échange de chaleur, qui peut être tout dispositif comprenant des passages adaptés à l’écoulement de plusieurs fluides et permettant des échanges de chaleur direct ou indirect entre lesdits fluides. Dans le cas illustré, le ou les dispositifs d’échange sont trois échangeurs de chaleur E1, E2, E3.Figures 1 and 2 show a process for producing electricity by recovering cold from a hydrocarbon stream F used as the cold stream, i. e. cold source, of a Rankine cycle. In particular, the cold stream F can be liquefied natural gas. The Rankine cycle is implemented in at least one heat exchange device, which can be any device comprising passages adapted to the flow of several fluids and allowing direct or indirect heat exchange between said fluids. In the case illustrated, the exchange device or devices are three heat exchangers E1, E2, E3.

De préférence, les différents fluides du procédé circulent dans un ou plusieurs échangeurs de chaleur du type à plaques brasé, de préférence à plaques et ailettes brasé, et avantageusement formés d’aluminium. Ces échangeurs permettent de travailler sous des écarts de températures faibles et avec des pertes de charges réduites, ce qui améliore les performances énergétiques du procédé. Les échangeurs à plaques offrent aussi l’avantage d’obtenir des dispositifs très compacts offrant une grande surface d’échange dans un volume limité.Preferably, the various fluids of the process circulate in one or more heat exchangers of the type with brazed plates, preferably with brazed plates and fins, and advantageously formed of aluminum. These exchangers make it possible to work under low temperature differences and with reduced pressure drops, which improves the energy performance of the process. Plate heat exchangers also offer the advantage of obtaining very compact devices offering a large exchange surface in a limited volume.

Ces échangeurs comprennent un empilement de plaques qui s’étendent suivant deux dimensions, longueur et largeur, constituant ainsi un empilement de plusieurs séries de passages, les uns étant destinés à la circulation d’un fluide calorigène, en l’occurrence le fluide de travail du cycle, d’autres étant destinés à la circulation d’un fluide frigorigène, en l’occurrence le courant d’hydrocarbures tel le gaz naturel liquéfié à vaporiser. Les fluides du procédé qui sont mis en relation d’échange de chaleur indirect via les plaques.These exchangers comprise a stack of plates which extend along two dimensions, length and width, thus constituting a stack of several series of passages, some being intended for the circulation of a circulating fluid, in this case the working fluid of the cycle, others being intended for the circulation of a refrigerant fluid, in this case the stream of hydrocarbons such as liquefied natural gas to be vaporized. The process fluids which are brought into indirect heat exchange relationship via the plates.

Des structures d’échange thermique, telles des ondes d’échange thermique ou ailettes, sont avantageusement disposées dans les passages de l’échangeur. Ces structures comprennent des ailettes qui s’étendent entre les plaques de l’échangeur et permettent d’augmenter la surface d’échange thermique de l’échangeur ainsi que d’assurer la tenue mécanique des passages de fluides.Heat exchange structures, such as heat exchange waves or fins, are advantageously placed in the passages of the exchanger. These structures include fins which extend between the plates of the exchanger and make it possible to increase the heat exchange surface of the exchanger as well as to ensure the mechanical strength of the fluid passages.

Notons que d’autres types d’échangeurs peuvent toutefois être utilisés, tels des échangeurs à plaques, des échangeurs à tube et à calandre (« shell and tube » en anglais), ou des assemblages de type « core in kettle », c’est-à-dire des échangeurs à plaques ou à plaques et ailettes noyés dans une calandre dans laquelle se vaporise le fluide frigorigène. Dans le cas où les échangeurs sont des échangeurs à tubes, les passages peuvent être formés par les espaces dans, autour et entre les tubes.It should be noted that other types of exchangers can however be used, such as plate exchangers, shell and tube exchangers, or assemblies of the "core in kettle" type. that is to say plate or plate and fin exchangers embedded in a calender in which the refrigerant vaporizes. In the case where the exchangers are tube exchangers, the passages can be formed by the spaces in, around and between the tubes.

De préférence, le premier échangeur E1 est du type à plaques ou à plaques et ailettes brasé, afin de pouvoir y faire circuler un nombre relativement important de courants de fluide distincts. Le deuxième échangeur E2, voire aussi le troisième échangeur E3 si présent sont du type à tube et à calandre ou du type évaporateur ORV (acronyme pour « open rack vaporizer » en anglais).Preferably, the first exchanger E1 is of the type with plates or with plates and brazed fins, in order to be able to circulate therein a relatively large number of distinct fluid streams. The second exchanger E2, or even the third exchanger E3 if present, are of the tube and shell type or of the ORV evaporator type (acronym for “open rack vaporizer” in English).

Comme on le voit sur la , un courant de fluide de travail 13 est introduit dans le premier échangeur E1 à partir d’une première entrée 1 pour s’y condenser contre le courant d’hydrocarbures 10 introduit par une deuxième entrée 4 du premier échangeur E1. On obtient ainsi un courant d’hydrocarbures réchauffé 11 à une première sortie 2 du premier échangeur E1 et un fluide de travail au moins partiellement condensé 14 à une deuxième sortie 3 du premier échangeur E1. De préférence, le fluide de travail 14 est totalement condensé et sort de l’échangeur E1 à l’état liquide, c’est-à-dire à une température inférieure ou égale à sa température d’ébullition.As seen on the , a stream of working fluid 13 is introduced into the first exchanger E1 from a first inlet 1 to condense there against the stream of hydrocarbons 10 introduced through a second inlet 4 of the first exchanger E1. A heated hydrocarbon stream 11 is thus obtained at a first outlet 2 of the first exchanger E1 and an at least partially condensed working fluid 14 at a second outlet 3 of the first exchanger E1. Preferably, the working fluid 14 is completely condensed and leaves the exchanger E1 in the liquid state, that is to say at a temperature lower than or equal to its boiling point.

De préférence, le fluide de travail 13 est introduit par la première entrée 1 qui est située à un bout chaud 1a du premier échangeur E1 et présentant la température la plus élevée du premier échangeur E1. Le courant d’hydrocarbures 10 est introduit par la deuxième entrée 4 située à un bout froid 1b du premier échangeur E1. La deuxième entrée 4 présente la température la plus basse du premier échangeur E1. Le fluide de travail 13 est condensé dans un sens descendant et en direction du bout froid 1b, à contre-courant du courant d’hydrocarbures 10.Preferably, the working fluid 13 is introduced through the first inlet 1 which is located at a hot end 1a of the first exchanger E1 and having the highest temperature of the first exchanger E1. The hydrocarbon stream 10 is introduced through the second inlet 4 located at a cold end 1b of the first exchanger E1. The second inlet 4 presents the lowest temperature of the first exchanger E1. The working fluid 13 is condensed in a downward direction and towards the cold end 1b, countercurrent to the hydrocarbon stream 10.

Par « bout froid », on entend le point d’entrée dans un échangeur où un fluide est introduit à la température la plus basse de toutes les températures de l’échangeur. Par « bout chaud », on entend le point d’entrée dans un échangeur où un fluide est introduit à la température la plus élevée de toutes les températures de cet échangeur.By “cold end”, we mean the point of entry into an exchanger where a fluid is introduced at the lowest temperature of all the temperatures of the exchanger. By “hot end”, we mean the point of entry into an exchanger where a fluid is introduced at the highest temperature of all the temperatures of this exchanger.

Le fluide de travail 14 est introduit dans un organe élévateur de pression P1, tel une pompe. Le fluide de travail au moins partiellement condensé 15 issu de l’étape d’élévation de pression présente une pression haute Ph.The working fluid 14 is introduced into a pressure-raising device P1, such as a pump. The at least partially condensed working fluid 15 resulting from the pressure raising step has a high pressure Ph.

Après élévation de sa pression, le fluide de travail au moins partiellement condensé 15 est réintroduit dans le premier échangeur de chaleur E1 et réchauffé, par échange de chaleur avec le courant d’hydrocarbures 10 et/ou avec le fluide de travail 13. On obtient ainsi un fluide de travail réchauffé 16, de préférence vaporisé au moins en partie, à une troisième sortie 7 du premier échangeur de chaleur E1.After raising its pressure, the at least partially condensed working fluid 15 is reintroduced into the first heat exchanger E1 and heated, by heat exchange with the hydrocarbon stream 10 and/or with the working fluid 13. thus a heated working fluid 16, preferably vaporized at least in part, at a third outlet 7 of the first heat exchanger E1.

La réintroduction du fluide de travail 15 est particulièrement avantageuse quand le fluide de travail est mixte, i. e. est un mélange de plusieurs constituants, dans la mesure où ce type de fluide sort de l’échangeur à très basse température. Il est alors avantageux d’opérer une réintroduction des fluides condensés dans l’échangeur E1 afin de réchauffer et maximiser la température de sortie au bout chaud de l’échangeur. Cela permet d’augmenter la quantité de froid disponible pour condenser le fluide de travail et par conséquent la production d’électricité lors de leur détente dans la turbine.The reintroduction of the working fluid 15 is particularly advantageous when the working fluid is mixed, i. e. is a mixture of several constituents, insofar as this type of fluid leaves the exchanger at very low temperature. It is then advantageous to reintroduce the condensed fluids into the exchanger E1 in order to heat up and maximize the outlet temperature at the hot end of the exchanger. This increases the amount of cold available to condense the working fluid and therefore the production of electricity as they expand in the turbine.

Notons qu’il est aussi envisageable que le fluide de travail pressurisé 15 soit introduit directement dans le deuxième échangeur E2 pour y être vaporisé sans passage préalable dans le premier échangeur E1 (non illustré) et former ainsi le fluide de travail 17.Note that it is also possible for the pressurized working fluid 15 to be introduced directly into the second exchanger E2 to be vaporized there without first passing through the first exchanger E1 (not shown) and thus form the working fluid 17.

Le fluide de travail réchauffé 16 est réchauffé davantage dans un deuxième échangeur E2 dans lequel il est vaporisé au moins en partie par échange de chaleur avec un premier courant chaud C1 circulant dans le deuxième échangeur E2. De préférence, le fluide de travail 17 est totalement vaporisé et sort de l’échangeur E2 à une température égale à sa température de rosée, i. e. sa température de fin de vaporisation, ou légèrement surchauffé, i. e. à une température légèrement supérieure au point de rosée. Les termes « température de rosée » ou « point de rosée » désignent la température au-dessous de laquelle, à la pression considérée, la vapeur d'un élément gazeux, se condense. C’est la température à partir de laquelle la première goutte de liquide apparaît dans le fluide de travail.The heated working fluid 16 is further heated in a second exchanger E2 in which it is vaporized at least in part by heat exchange with a first hot stream C1 circulating in the second exchanger E2. Preferably, the working fluid 17 is completely vaporized and leaves the exchanger E2 at a temperature equal to its dew temperature, i. e. its end of vaporization temperature, or slightly overheated, i. e. at a temperature slightly above the dew point. The terms "dew temperature" or "dew point" designate the temperature below which, at the pressure considered, the vapor of a gaseous element condenses. It is the temperature from which the first drop of liquid appears in the working fluid.

En fonction des variations d’apport frigorifique du courant d’hydrocarbures, il est aussi envisageable que le fluide de travail 17 sorte de l’échangeur E2 partiellement condensé à une température légèrement inférieure à la température de rosée.Depending on the variations in the refrigeration supply of the hydrocarbon stream, it is also possible for the working fluid 17 to leave the partially condensed exchanger E2 at a temperature slightly lower than the dew point temperature.

Le fluide de travail 17 issu du deuxième échangeur de chaleur E2 est détendu dans un organe de détente T1, de préférence une turbine, coopérant avec un générateur électrique G convertissant l’énergie cinétique produite par le fluide détendu en énergie électrique. De préférence, le fluide de travail 13 issu de la détente présente une pression basse Pb inférieure à Ph. Le ratio Ph/Pb peut être compris entre 3 et 7, de préférence entre 4 et 6. Ces valeurs de ratio dépendent de la composition du fluide de travail.The working fluid 17 from the second heat exchanger E2 is expanded in an expansion device T1, preferably a turbine, cooperating with an electric generator G converting the kinetic energy produced by the expanded fluid into electrical energy. Preferably, the working fluid 13 resulting from the expansion has a low pressure Pb lower than Ph. The Ph/Pb ratio can be between 3 and 7, preferably between 4 and 6. These ratio values depend on the composition of the working fluid.

De préférence, le premier courant chaud C1 circule à contre-courant du fluide de travail 16, ce qui permet de maximiser la température de sortie du fluide de travail 17 et donc de maximiser la puissance délivrée par les turbines durant la détente.Preferably, the first hot stream C1 circulates counter-current to the working fluid 16, which makes it possible to maximize the outlet temperature of the working fluid 17 and therefore to maximize the power delivered by the turbines during the expansion.

Après sa détente, le fluide de travail 13 est réintroduit dans le premier échangeur E1, ce qui ferme le cycle de Rankine.After its expansion, the working fluid 13 is reintroduced into the first exchanger E1, which closes the Rankine cycle.

Notons qu’il est possible que le fluide de travail 17 issu du deuxième échangeur de chaleur E2 présente une phase liquide. Dans ce cas, on peut éventuellement agencer au moins un premier dispositif séparateur de phases B1, tel un ballon séparateur, agencé entre le deuxième échangeur E2 et la turbine T1. La phase liquide 19 est recueillie dans le fond du ballon et éventuellement évacuée dans une conduite. La phase gazeuse 18 est récupérée en tête de ballon et envoyée vers la turbine T1.Note that it is possible for the working fluid 17 from the second heat exchanger E2 to have a liquid phase. In this case, it is optionally possible to arrange at least one first phase separator device B1, such as a separator tank, arranged between the second exchanger E2 and the turbine T1. The liquid phase 19 is collected in the bottom of the balloon and possibly evacuated in a pipe. The gaseous phase 18 is recovered at the top of the balloon and sent to the turbine T1.

Egalement, le fluide de travail 13 issu de la détente peut éventuellement être à l’état diphasique et être introduit, avec ou sans séparation des phases liquide et gazeuse, dans le premier échangeur E1.Also, the working fluid 13 resulting from the expansion can optionally be in the two-phase state and be introduced, with or without separation of the liquid and gaseous phases, into the first exchanger E1.

Selon l’invention, on fait circuler le fluide de travail 14, 15 sortant du premier échangeur de chaleur E1 dans un au moins un organe régulateur de débit V1, 21, FC de manière à en réguler le débit conformément à une consigne de débit donnée.According to the invention, the working fluid 14, 15 leaving the first heat exchanger E1 is circulated in at least one flow regulator member V1, 21, FC so as to regulate the flow thereof in accordance with a given flow set point .

L’organe régulateur de débit peut être tout moyen configuré pour régler, réguler, ajuster le débit d’écoulement d’un fluide pour l’amener à une valeur de débit la plus proche de la valeur souhaitée, i. e. la consigne de débit.The flow regulator member can be any means configured to regulate, regulate, adjust the flow rate of a fluid to bring it to a flow rate value closest to the desired value, i. e. the flow rate setpoint.

Typiquement, l’organe régulateur de débit peut comprendre au moins un contrôleur de débit FC associé à au moins un organe de détente, tel une vanne de régulation V1, par exemple une vanne à réglage proportionnel, dont l’ouverture est commandée par le contrôleur de débit FC de manière à faire varier le débit en aval en fonction d’une consigne qui lui est appliquée. Le contrôleur FC reçoit des signaux de consigne représentatifs de consignes de débit et règle l’ouverture de la vanne conformément à ces signaux de consigne. Les signaux de consigne peuvent être élaborés par une unité de contrôle-commande (non illustrée) reliée ou intégrée au contrôleur FC. La vanne peut être pneumatique ou piézoélectrique, analogique ou numérique. La vanne comprend une partie mobile, typiquement au moins un obturateur, qui est placé dans le débit de fluide et dont le déplacement permet de faire varier la section de passage et le débit.Typically, the flow regulator member may comprise at least one flow controller FC associated with at least one expansion member, such as a regulating valve V1, for example a valve with proportional adjustment, the opening of which is controlled by the controller flow rate FC so as to vary the flow rate downstream as a function of a setpoint applied to it. The FC controller receives setpoint signals representative of flow setpoints and adjusts the opening of the valve in accordance with these setpoint signals. The setpoint signals can be produced by a control-command unit (not shown) connected to or integrated into the FC controller. The valve can be pneumatic or piezoelectric, analog or digital. The valve comprises a moving part, typically at least one shutter, which is placed in the flow of fluid and whose movement makes it possible to vary the passage section and the flow.

De préférence, l’organe régulateur de débit comprend un système à boucle fermée 5. Le contrôleur FC est en outre configuré pour mesurer le débit de fluide de travail 14, 15 sortant du premier échangeur de chaleur E1. La consigne est ensuite comparée avec la valeur du débit mesurée par le contrôleur de débit FC et la position de la vanne V1 est ajustée par ledit système en fonction de cette comparaison de façon à faire tendre le débit de fluide 14, 15 vers la consigne de débit. Le contrôle en boucle fermée est poursuivi afin d’ajuster et de maintenir le débit à sa consigne de débit.Preferably, the flow regulator member comprises a closed loop system 5. The controller FC is further configured to measure the flow rate of working fluid 14, 15 leaving the first heat exchanger E1. The set point is then compared with the flow rate value measured by the flow controller FC and the position of the valve V1 is adjusted by said system according to this comparison so as to make the flow rate of fluid 14, 15 tend towards the set point. debit. Closed-loop control is continued in order to adjust and maintain the flow at its flow setpoint.

L’organe régulateur de débit V1, FC est agencé sur le trajet d’écoulement du fluide de travail au moins partiellement condensé 14, 15, après sa sortie du premier échangeur de chaleur E1 et avant sa réintroduction dans le premier échangeur E1.The flow regulator member V1, FC is arranged on the flow path of the at least partially condensed working fluid 14, 15, after it leaves the first heat exchanger E1 and before its reintroduction into the first exchanger E1.

De préférence, l’organe régulateur de débit V1, FC est agencé en aval de l’organe élévateur de pression P1. La régulation a lieu sur le courant de fluide de travail 15 pressurisé par l’organe P1. Ce positionnement de l’organe régulateur de débit réduit le risque d’endommagement de l’installation. En effet, le passage d’un fluide dans un organe régulateur de débit, en particulier dans une vanne, peut engendrer un phénomène de cavitation avec apparition de bulles de vapeur dans le fluide. Or ces bulles, lorsqu’elles pénètrent dans un organe élévateur de pression P1, tel une pompe, peuvent arracher de la matière des éléments constitutifs de la pompe, causant leur usure prématurée et un endommagement de la pompe.Preferably, the flow regulator member V1, FC is arranged downstream of the pressure-raising member P1. The regulation takes place on the current of working fluid 15 pressurized by the member P1. This positioning of the flow regulator reduces the risk of damaging the installation. Indeed, the passage of a fluid through a flow regulator device, in particular in a valve, can cause a cavitation phenomenon with the appearance of vapor bubbles in the fluid. However, these bubbles, when they enter a pressure-raising device P1, such as a pump, can tear material from the components of the pump, causing them to wear prematurely and damage the pump.

Un positionnement de l’organe régulateur de débit V1, FC en amont de l’organe élévateur de pression P1 reste bien entendu envisageable. Dans ce cas, la régulation a lieu sur le courant de fluide de travail 14 s’écoulant vers l’organe élévateur de pression P1 (non illustré).A positioning of the flow regulator member V1, FC upstream of the pressure-raising member P1 remains of course possible. In this case, the regulation takes place on the stream of working fluid 14 flowing towards the pressure lifting device P1 (not shown).

Selon une autre possibilité, dont un exemple est montré en , l’organe régulateur de débit peut comprendre au moins un contrôleur de débit FC associé à un variateur de vitesse 21 d’un moteur de l’organe élévateur de pression P1. Par exemple, l’organe élévateur de pression P1 peut être une pompe munie d’un moteur à vitesse variable, ledit moteur comprenant un variateur de vitesse 21 commandé par le contrôleur FC. La vitesse de rotation du moteur détermine le débit en aval de la pompe. Cette technologie peut être désignée par l’acronyme VFD pour « variable frequency drive » ou commande à fréquence variable, la fréquence désignant la fréquence de rotation du moteur, i. e. la vitesse. Ce mode de réalisation offre l’avantage d’être mieux adapté à certains procédés dans lesquels il offre une meilleure flexibilité opératoire et une baisse de la consommation en énergie.Alternatively, an example of which is shown in , the flow regulator member may comprise at least one FC flow controller associated with a speed variator 21 of a motor of the pressure-raising member P1. For example, the pressure-raising device P1 can be a pump provided with a variable-speed motor, said motor comprising a speed variator 21 controlled by the controller FC. The engine speed determines the flow downstream of the pump. This technology can be designated by the acronym VFD for “variable frequency drive” or variable frequency drive, the frequency designating the frequency of rotation of the motor, ie the speed. This embodiment offers the advantage of being better suited to certain processes in which it offers better operating flexibility and lower energy consumption.

Le contrôleur FC élabore des signaux de commande représentatifs de de consignes de débit et règle la vitesse de rotation du moteur conformément à la consigne de débit. La vitesse du moteur est ajustée de façon à faire tendre le débit de fluide 14, 15 vers la consigne de débit.The controller FC develops control signals representative of flow setpoints and adjusts the rotational speed of the motor in accordance with the flow setpoint. The motor speed is adjusted so as to make the flow rate of fluid 14, 15 tend towards the flow set point.

Notons que l’organe régulateur de débit FC, 21 peut également comprendre un système à boucle fermée 5 tel que décrit précédemment. Le débit de fluide de travail 14, 15 sortant du premier échangeur de chaleur E1 est mesuré et comparé avec la consigne de débit afin d’ajuster et de maintenir le débit ajusté à sa consigne de débit.It should be noted that the flow regulator member FC, 21 can also comprise a closed loop system 5 as described previously. The flow rate of working fluid 14, 15 leaving the first heat exchanger E1 is measured and compared with the flow rate set point in order to adjust and maintain the flow rate adjusted to its flow rate set point.

En outre, le procédé selon l’invention comprend au moins une étape de mesure d’une première température correspondant à la température du fluide de travail 13 à la première entrée 1 du premier échangeur de chaleur E1.Furthermore, the method according to the invention comprises at least one step of measuring a first temperature corresponding to the temperature of the working fluid 13 at the first inlet 1 of the first heat exchanger E1.

On mesure également une deuxième température correspondant soit à la température du courant d’hydrocarbures réchauffé 11 à la première sortie 2, comme dans l’exemple de la , soit à la température du fluide de travail réchauffé 16 à la troisième sortie 7, comme dans l’exemple de la .A second temperature is also measured corresponding either to the temperature of the heated hydrocarbon stream 11 at the first outlet 2, as in the example of the , or at the temperature of the heated working fluid 16 at the third outlet 7, as in the example of the .

Notons que les mesures de température peuvent être réalisées par tout dispositif ou capteur TC, de préférence une sonde à résistance, par exemple du type PT100, ou bien une sonde de température à thermocouple ou à thermistance.It should be noted that the temperature measurements can be made by any device or sensor TC, preferably a resistance probe, for example of the PT100 type, or else a thermocouple or thermistor temperature probe.

A partir de ces mesures, on détermine un écart de température correspondant à la différence entre la première température et la deuxième température. On opère ensuite un ajustement de la consigne de débit appliquée à l’organe régulateur de débit V1, 21, FC en fonction de cet écart de température de façon à réduire le débit de fluide de travail au moins partiellement condensé 14, 15 lorsque l’écart de température est inférieur à une valeur prédéterminée ou à augmenter le débit de fluide de travail au moins partiellement condensé 14, 15 lorsque l’écart de température est supérieur à ladite valeur prédéterminée.From these measurements, a temperature difference corresponding to the difference between the first temperature and the second temperature is determined. The flow rate set point applied to the flow regulator member V1, 21, FC is then adjusted as a function of this temperature difference so as to reduce the flow rate of at least partially condensed working fluid 14, 15 when the temperature difference is less than a predetermined value or to increase the flow rate of at least partially condensed working fluid 14, 15 when the temperature difference is greater than said predetermined value.

Un signal de consigne est élaboré à partir de la mesure de l’écart de température à destination de l’organe régulateur de débit afin d’ajuster la consigne de débit. En particulier, dans le cas où l’organe régulateur comprend une vanne V1, l’ouverture de la vanne varie en fonction de l’écart de température. En particulier, l’ouverture de la vanne est diminuée lorsque l’écart de température est inférieur à la valeur prédéterminée ou l’ouverture de la vanne est augmentée lorsque l’écart de température est supérieur à la valeur prédéterminée.A setpoint signal is produced from the measurement of the temperature difference intended for the flow regulator device in order to adjust the flow setpoint. In particular, in the case where the regulating member comprises a valve V1, the opening of the valve varies according to the temperature difference. In particular, the opening of the valve is decreased when the temperature difference is lower than the predetermined value or the opening of the valve is increased when the temperature difference is higher than the predetermined value.

Dans le cas où l’organe régulateur comprend un variateur de vitesse du moteur de la pompe, la vitesse du moteur varie en fonction de l’écart de température. En particulier, la vitesse du moteur est réduite lorsque l’écart de température est inférieur à la valeur prédéterminée ou la vitesse du moteur est augmentée lorsque l’écart de température est supérieur à la valeur prédéterminée.In the case where the regulating device comprises a variable speed drive for the pump motor, the speed of the motor varies according to the temperature difference. In particular, the motor speed is reduced when the temperature deviation is lower than the predetermined value or the motor speed is increased when the temperature deviation is higher than the predetermined value.

La présente invention permet ainsi d’adapter le débit de fluide de travail mis en œuvre dans le cycle de Rankine aux variations des conditions opératoires du procédé, en particulier aux variations de débit du courant d’hydrocarbures introduit dans le premier échangeur E1, pour faire fonctionner le procédé à son point d’efficacité optimal et à préserver l’intégrité de l’installation.The present invention thus makes it possible to adapt the flow rate of working fluid used in the Rankine cycle to the variations in the operating conditions of the process, in particular to the variations in flow rate of the hydrocarbon stream introduced into the first exchanger E1, to make operate the process at its optimum point of efficiency and preserve the integrity of the installation.

En effet, l’écart de température déterminé dans le cadre de l’invention correspond à la différence mesurée au bout chaud de l’échangeur E1 entre la température du fluide le plus chaud à condenser et la température d’un des fluides frigorigènes à réchauffer. L’échange de chaleur entre fluide calorigène et fluide frigorigène n’est possible que s’il existe un écart de température positif entre eux. Plus l’écart de température entre fluide calorigène et fluide frigorigène est faible au bout chaud de l’échangeur, plus on maximise le transfert d’énergie disponible dans le fluide calorigène, tout en évitant de consommer trop de débit de fluide calorigène par rapport au besoin réel. Par ailleurs, plus l’écart de température est faible, plus la surface d’échange nécessaire dans l’échangeur est importante. Ces considérations amènent à définir une valeur prédéterminée d’écart de température à maintenir au bout chaud de l’échangeur pour maximiser les performances de l’échangeur.Indeed, the temperature difference determined in the context of the invention corresponds to the difference measured at the hot end of the exchanger E1 between the temperature of the hottest fluid to be condensed and the temperature of one of the refrigerants to be heated. . Heat exchange between circulating fluid and refrigerant is only possible if there is a positive temperature difference between them. The lower the temperature difference between the circulating fluid and the refrigerant at the hot end of the exchanger, the more the transfer of energy available in the circulating fluid is maximized, while avoiding consuming too much flow of circulating fluid with respect to the heat exchanger. real need. Moreover, the lower the temperature difference, the greater the exchange surface required in the exchanger. These considerations lead to the definition of a predetermined temperature difference value to be maintained at the hot end of the exchanger to maximize the performance of the exchanger.

L’ajustement opéré selon l’invention est avantageux notamment en cas de variation du débit de courant d’hydrocarbures 10 introduit dans le premier échangeur E1, car il permet d’ajuster en conséquence le débit de fluide de travail 13 entrant afin de maintenir l’écart de température à la valeur prédéterminée.The adjustment made according to the invention is advantageous in particular in the event of a variation in the flow rate of hydrocarbon stream 10 introduced into the first exchanger E1, because it makes it possible to adjust the flow rate of incoming working fluid 13 accordingly in order to maintain the temperature difference to the predetermined value.

Ainsi, si le débit de courant d’hydrocarbures 10 introduit dans l’échangeur diminue, la charge frigorifique introduite dans le cycle diminue, ce qui se traduit par une augmentation de la température du courant réchauffé 11 à la sortie 2 et par une diminution de l’écart de température mesuré. En conséquence, on réduit la consigne de débit de fluide de travail envoyé dans l’organe élévateur de pression P1 de façon à réduire la charge calorifique du fluide de travail et à ramener l’écart de température vers la valeur prédéterminée. Si le débit de courant d’hydrocarbures 10 introduit dans l’échangeur augmente, la charge frigorifique introduite dans le cycle augmente, ce qui se traduit par une diminution de la température du courant réchauffé 11 à la sortie 2 et par une augmentation de l’écart de température. En conséquence, on augmente la consigne de débit de fluide de travail envoyé dans l’organe élévateur de pression P1 de façon à augmenter la charge calorifique du fluide de travail et à ramener l’écart de température vers la valeur prédéterminée.Thus, if the flow rate of hydrocarbon stream 10 introduced into the exchanger decreases, the refrigeration load introduced into the cycle decreases, which results in an increase in the temperature of the heated stream 11 at outlet 2 and in a decrease in the measured temperature difference. Consequently, the setpoint for the flow rate of working fluid sent to the pressure-raising device P1 is reduced so as to reduce the heat load of the working fluid and to bring the temperature difference towards the predetermined value. If the flow rate of hydrocarbon stream 10 introduced into the exchanger increases, the cooling load introduced into the cycle increases, which results in a decrease in the temperature of the heated stream 11 at outlet 2 and in an increase in the temperature difference. Consequently, the setpoint for the flow rate of working fluid sent to the pressure-raising device P1 is increased so as to increase the heat load of the working fluid and to bring the temperature difference towards the predetermined value.

L’invention permet donc d’avoir en permanence le débit de réchauffage suffisant et nécessaire pour faire fonctionner le procédé à son point d’efficacité optimal, et ce même si la charge thermique du courant d’hydrocarbures fluctue. En outre, l’ajustement de débit selon l’invention préserve l’intégrité mécanique de l’échangeur car la stabilisation de l’écart de température à la valeur prédéterminée évite l’apparition de contraintes thermiques dans l’échangeur. Ceci est particulièrement avantageux lorsque le procédé est mis en œuvre dans des échangeurs du type à plaques brasés qui sont plus sensibles aux variations de températures.The invention therefore makes it possible to permanently have the heating flow rate sufficient and necessary to operate the process at its optimum point of efficiency, even if the thermal load of the hydrocarbon stream fluctuates. In addition, the flow adjustment according to the invention preserves the mechanical integrity of the exchanger because the stabilization of the temperature difference at the predetermined value avoids the appearance of thermal stresses in the exchanger. This is particularly advantageous when the process is implemented in heat exchangers of the brazed plate type which are more sensitive to temperature variations.

Avantageusement, la deuxième température correspondant à la température du courant d’hydrocarbures réchauffé 11 à la première sortie 2. En effet, le courant de fluide de travail 16 récupéré à la troisième sortie 7 peut être à l’état diphasique. Notons que le courant réchauffé 11 peut être à l’état liquide, gazeux, diphasique ou supercritique, selon la localisation géographique de l’installation et les conditions opératoires, notamment la pression du réseau. Toutefois, dans le cas où le courant d’hydrocarbures est un courant de gaz naturel, la variété de composants est limitée ce qui conduit à une plage de températures de vaporisation étroite, avec une probabilité que le courant 11 sorte diphasique de la première sortie 2 plus faible que celle du courant 16. L’instrumentation de mesure de température pouvant se montrer moins précise sur un fluide diphasique, il est préférable de mesurer la température du courant d’hydrocarbures réchauffé 11. La mesure sur le courant 11 est particulièrement avantageuse en termes de précision lorsque celui-ci sort à l’état liquide de la première sortie 2.Advantageously, the second temperature corresponding to the temperature of the heated hydrocarbon stream 11 at the first outlet 2. Indeed, the working fluid stream 16 recovered at the third outlet 7 can be in the two-phase state. It should be noted that the heated stream 11 can be in the liquid, gaseous, diphasic or supercritical state, depending on the geographical location of the installation and the operating conditions, in particular the network pressure. However, in the case where the hydrocarbon stream is a natural gas stream, the variety of components is limited, which leads to a narrow vaporization temperature range, with a probability that the stream 11 will come out two-phase from the first outlet 2 lower than that of stream 16. Since the temperature measurement instrumentation can be less precise on a two-phase fluid, it is preferable to measure the temperature of the heated hydrocarbon stream 11. The measurement on stream 11 is particularly advantageous in terms of precision when it comes out in the liquid state from the first outlet 2.

De préférence, la valeur prédéterminée de l’écart est inférieure ou égale à 10°C, de préférence comprise entre 1 et 5°C, de préférence encore comprise entre 2 et 4°C, et avantageusement de l’ordre de 3°C. Ces valeurs offrent un bon compromis entre dimensionnement de la surface d’échange et énergie à fournir aux organes de compression. En effet plus l’écart de température est faible, plus la surface d’échange nécessaire est importante mais plus le débit de fluide de travail circulant est faible, minimisant la puissance à fournir à l’organe de compression.Preferably, the predetermined value of the difference is less than or equal to 10°C, preferably between 1 and 5°C, more preferably between 2 and 4°C, and advantageously of the order of 3°C . These values offer a good compromise between the dimensioning of the heat exchange surface and the energy to be supplied to the compression devices. In fact, the lower the temperature difference, the greater the necessary exchange surface but the lower the flow rate of circulating working fluid, minimizing the power to be supplied to the compression unit.

De préférence, les première et deuxième températures sont comprises entre -90 et -20 °C, de préférence encore entre -60 et -20 °C.Preferably, the first and second temperatures are between -90 and -20°C, more preferably between -60 and -20°C.

De préférence, le procédé met en œuvre au moins une boucle de régulation de la consigne de débit de l’organe régulateur de débit V1, 21, FC en fonction de l’écart de température, ladite boucle de régulation agissant sur la consigne de débit de façon à maintenir le premier écart de température à une valeur constante égale ou sensiblement égale à la valeur prédéterminée.Preferably, the method implements at least one regulation loop for the flow setpoint of the flow regulator member V1, 21, FC as a function of the temperature difference, said regulation loop acting on the flow setpoint so as to maintain the first temperature difference at a constant value equal or substantially equal to the predetermined value.

Le principe de la régulation est de mesurer l'écart entre la valeur réelle de la grandeur à réguler, en l’occurrence l’écart de température, et la valeur prédéterminée que l'on souhaite atteindre. A partir de la comparaison entre valeur réelle et valeur prédéterminée, une unité de contrôle-commande (non illustrée) élabore un signal de consigne à destination de l’organe régulateur de débit afin d’ajuster la consigne de débit et de réduire la différence entre valeur réelle et valeur prédéterminée.The principle of regulation is to measure the difference between the actual value of the quantity to be regulated, in this case the temperature difference, and the predetermined value that one wishes to achieve. From the comparison between actual value and predetermined value, a control-command unit (not shown) develops a setpoint signal intended for the flow regulator member in order to adjust the flow setpoint and reduce the difference between actual value and preset value.

De préférence, le procédé de l’invention met en œuvre une unité de contrôle-commande reliée électriquement ou électromagnétiquement à l’organe régulateur de débit et à au moins un capteur de température TC réalisant les mesures de températures. Le terme « reliée » couvre aussi le cas où l’unité de contrôle-commande est intégrée à l’organe régulateur de débit. Le contrôleur de débit et/ou l’unité de contrôle-commande élabore un signal de commande 5 à destination de la vanne V1 ou un signal de commande VFD à destination du moteur 21 afin d’ajuster leur position conformément à la valeur de consigne ajustée, et modifier en conséquence le débit.Preferably, the method of the invention implements a control-command unit connected electrically or electromagnetically to the flow regulator member and to at least one temperature sensor TC performing the temperature measurements. The term “connected” also covers the case where the control-command unit is integrated into the flow regulator device. The flow controller and/or the control-command unit develops a control signal 5 intended for the valve V1 or a control signal VFD intended for the motor 21 in order to adjust their position in accordance with the adjusted setpoint value. , and modify the bit rate accordingly.

De préférence, l’écart de température déterminé par le capteur de température TC est comparé avec la valeur prédéterminée et un signal de consigne est élaboré à partir de cette comparaison à destination de l’organe régulateur de débit afin d’ajuster la consigne de débit et de réduire la différence entre la valeur mesurée de l’écart et sa valeur prédéterminée.Preferably, the temperature difference determined by the temperature sensor TC is compared with the predetermined value and a setpoint signal is produced from this comparison intended for the flow regulator member in order to adjust the flow setpoint. and to reduce the difference between the measured value of the deviation and its predetermined value.

Avantageusement, les étapes de contrôle et/ou de régulation décrites dans la présente demande sont mises en œuvre par une unité de contrôle-commande, également appelé système « DCS » pour « Distributed Control System » en anglais, c’est-à-dire un système de contrôle d'un procédé industriel comprenant une interface homme-machine pour la supervision et un réseau de communication numérique. Le système DCS comprend plusieurs contrôleurs modulaires qui commandent les sous-systèmes ou unités de l'installation globale, typiquement un ensemble d’équipements comprenant au moins l’un parmi un microcontrôleur, un microprocesseur, un ordinateur et configurés chacun pour assurer au moins : l’acquisition des données d’au moins un capteur de température, le contrôle d’au moins un actionneur relié à au moins un organe contrôleur de débit, la régulation et l’asservissement de paramètres, la transmission de données entre les différents équipements du système.Advantageously, the control and/or regulation steps described in the present application are implemented by a control-command unit, also called a “DCS” system for “Distributed Control System” in English, that is to say a control system for an industrial process comprising a man-machine interface for supervision and a digital communication network. The DCS system comprises several modular controllers which control the subsystems or units of the overall installation, typically a set of equipment comprising at least one of a microcontroller, a microprocessor, a computer and each configured to ensure at least: the acquisition of data from at least one temperature sensor, the control of at least one actuator connected to at least one flow controller device, the regulation and enslavement of parameters, the transmission of data between the various equipment of the system.

De préférence, les étapes de mesure de températures et d’ajustement de débit sont réitérées plusieurs fois, de préférence périodiquement, de préférence à une période comprise entre 100 millisecondes et 1 seconde, de préférence encore comprise entre 200 et 500 millisecondes, ce qui permet de réguler le procédé de la manière la plus stable possible, sans réagir de manière trop forte à une sollicitation subite de faible durée.Preferably, the temperature measurement and flow rate adjustment steps are repeated several times, preferably periodically, preferably at a period of between 100 milliseconds and 1 second, more preferably between 200 and 500 milliseconds, which allows to regulate the process in the most stable way possible, without reacting too strongly to a sudden stress of short duration.

Selon un mode de réalisation avantageux, dont des exemples sont illustrés sur les Figures 4 et 5, le procédé de l’invention met également en œuvre des étapes de contrôle de la pression haute et de la pression basse du fluide de travail tendant à stabiliser et maintenir lesdites pressions à des valeurs de consigne respectives.According to an advantageous embodiment, examples of which are illustrated in Figures 4 and 5, the method of the invention also implements steps of controlling the high pressure and the low pressure of the working fluid tending to stabilize and maintaining said pressures at respective setpoint values.

S’agissant du niveau de pression haute, la pression de la phase gazeuse 18 alimentant l’organe de détente T1 peut être régulée suivant une consigne de pression haute au moyen d’un premier dispositif régulateur de pression PC1, 6.With regard to the high pressure level, the pressure of the gaseous phase 18 supplying the expansion device T1 can be regulated according to a high pressure setpoint by means of a first pressure regulator device PC1, 6.

Le premier dispositif régulateur PC1, 6 peut être tout moyen configuré pour régler, réguler, ajuster la pression de la phase gazeuse 18 pour l’amener à une valeur la plus proche de la valeur souhaitée, i. e. la consigne de pression haute.The first regulator device PC1, 6 can be any means configured to regulate, regulate, adjust the pressure of the gaseous phase 18 to bring it to a value closest to the desired value, i. e. the high pressure setpoint.

De préférence, le premier dispositif régulateur comprend un premier contrôleur de pression PC1 mesurant la pression d'alimentation de l’organe de détente T1. Le premier contrôleur PC1 peut être agencé entre le premier séparateur B1 et l’organe de détente T1 en communication fluidique avec une conduite d’alimentation distribuant la phase gazeuse 18. Il est aussi envisageable que le contrôleur PC1 soit relié fluidiquement au volume interne du premier séparateur B1 de sorte à mesurer la pression dans le réservoir.Preferably, the first regulator device comprises a first pressure controller PC1 measuring the supply pressure of the expansion device T1. The first controller PC1 can be arranged between the first separator B1 and the expansion device T1 in fluid communication with a supply pipe distributing the gaseous phase 18. It is also possible for the controller PC1 to be fluidically connected to the internal volume of the first separator B1 so as to measure the pressure in the tank.

Le premier dispositif régulateur PC1, 6 comprend en outre un organe de réglage de pression 6 qui détermine la pression d’alimentation de l’organe de détente. En fonction de la pression mesurée et de la consigne de haute pression reçue par le premier contrôleur PC1, celui-ci commande l’organe de réglage 6 de façon à faire tendre la pression d'alimentation de l’organe de détente T1 vers la consigne.The first regulator device PC1, 6 further comprises a pressure adjustment member 6 which determines the supply pressure of the expansion member. Depending on the pressure measured and the high pressure setpoint received by the first controller PC1, the latter controls the adjustment member 6 so as to cause the supply pressure of the expansion member T1 to tend towards the setpoint .

Le premier dispositif régulateur PC1, 6 comprend avantageusement un système à boucle fermée configuré pour recevoir des signaux de consigne représentatifs de valeurs de consigne de pression haute à destination du contrôleur PC1. Ces valeurs de consignes sont ensuite comparées par le système à boucle fermée avec les valeurs mesurées par le premier contrôleur PC1 et la position de l’organe de réglage de pression 6 est ajustée par ledit système de façon à tendre vers la consigne de débit.The first regulator device PC1, 6 advantageously comprises a closed-loop system configured to receive setpoint signals representative of high pressure setpoint values intended for the controller PC1. These setpoint values are then compared by the closed-loop system with the values measured by the first controller PC1 and the position of the pressure adjustment member 6 is adjusted by said system so as to tend towards the flowrate setpoint.

Avantageusement, l’organe de détente T1 est une turbine de détente comprenant un rotor ayant un axe de rotation et une pluralité d’aubes de guidage configurées pour dévier l’écoulement de la phase gazeuse 18 alimentant la turbine T1.Advantageously, the expansion member T1 is an expansion turbine comprising a rotor having an axis of rotation and a plurality of guide vanes configured to deflect the flow of the gaseous phase 18 supplying the turbine T1.

Selon un mode de réalisation, le premier dispositif régulateur comprend au moins un organe de réglage 6 du rotor 51, en particulier un organe de réglage 6 d’au moins un paramètre de positionnement d’au moins une aube de guidage par rapport à l’axe de rotation du rotor ou la direction d’écoulement de la phase gazeuse 18, en particulier au moins un angle d’inclinaison de ladite aube de guidage par rapport à l’axe de rotation du rotor 51. La position de ladite aube de guidage détermine la pression d’alimentation de la turbine T1.According to one embodiment, the first regulating device comprises at least one adjusting member 6 of the rotor 51, in particular an adjusting member 6 of at least one positioning parameter of at least one guide vane with respect to the axis of rotation of the rotor or the direction of flow of the gaseous phase 18, in particular at least one angle of inclination of said guide vane with respect to the axis of rotation of rotor 51. The position of said guide vane determines the supply pressure of the turbine T1.

S’agissant du niveau de pression basse, la pression du fluide de travail issu de l’organe de détente T1 peut être régulée suivant une consigne de pression basse au moyen d’un deuxième dispositif régulateur de pression PC2, V2, 20.With regard to the low pressure level, the pressure of the working fluid from the expansion device T1 can be regulated according to a low pressure setpoint by means of a second pressure regulator device PC2, V2, 20.

Un deuxième dispositif séparateur de phase B2 est agencé entre le premier échangeur E1 et l’organe élévateur de pression P1 pour en séparer une éventuelle phase gazeuse du fluide de travail condensé 14 avant son introduction dans l’organe élévateur de pression P1, et réduire le risque de cavitation.A second phase separator device B2 is arranged between the first exchanger E1 and the pressure riser P1 to separate therefrom any gaseous phase of the condensed working fluid 14 before its introduction into the pressure riser P1, and to reduce the risk of cavitation.

De préférence, le deuxième dispositif régulateur comprend un deuxième contrôleur de pression PC2 mesurant la pression du fluide de travail détendu issu de l’organe de détente T1. Le deuxième contrôleur PC2 peut être agencé entre l’organe de détente T1 et le premier échangeur E1 en communication fluidique avec une conduite distribuant le fluide détendu 13 à l’échangeur E1. Une conduite de prélèvement 20 est agencée de façon à prélever une fraction du fluide détendu 13 et à la distribuer jusqu’à un point du circuit de fluide basse pression où ladite fraction est combinée avec le fluide de travail condensé 14. La combinaison de la fraction prélevée peut avoir lieu avant l’introduction du fluide condensé 14 dans le deuxième séparateur B2 ou éventuellement directement dans le deuxième séparateur B2. Le deuxième dispositif régulateur comprend en outre une vanne régulatrice de débit V2 dont une position détermine le débit de la fraction prélevée en aval de l’organe de détente. En fonction de la pression mesurée et de la consigne de basse pression reçue par le deuxième contrôleur PC2, celui-ci commande la vanne V2 de façon à faire tendre la pression en aval du point de combinaison, en particulier dans le séparateur B2, vers la consigne de pression basse.Preferably, the second regulator device comprises a second pressure controller PC2 measuring the pressure of the expanded working fluid coming from the expansion member T1. The second controller PC2 can be arranged between the expansion device T1 and the first exchanger E1 in fluid communication with a pipe distributing the expanded fluid 13 to the exchanger E1. A sampling line 20 is arranged to sample a fraction of the expanded fluid 13 and to distribute it to a point in the low-pressure fluid circuit where said fraction is combined with the condensed working fluid 14. The combination of the fraction withdrawn can take place before the introduction of the condensed fluid 14 into the second separator B2 or possibly directly into the second separator B2. The second regulator device further comprises a flow regulator valve V2, a position of which determines the flow rate of the fraction withdrawn downstream of the expansion device. Depending on the pressure measured and the low pressure setpoint received by the second controller PC2, the latter controls the valve V2 so as to make the pressure tend downstream of the combination point, in particular in the separator B2, towards the low pressure set point.

De façon avantageuse, le procédé selon l’invention peut en outre mettre en œuvre au moins une étape d’ajustement grossier du débit du fluide de travail au moins partiellement condensé 14, 15 en fonction du débit de courant d’hydrocarbures introduit dans le premier échangeur E1. Pour ce faire, l’ajustement grossier comprend une sous-étape de mesure du débit de courant d’hydrocarbures 10 et une sous-étape d’ajustement de la consigne de débit de l’organe régulateur de débit V1, 21, FC au moyen d’une règle de calcul prédéterminée.Advantageously, the method according to the invention can also implement at least one step of coarse adjustment of the flow rate of the at least partially condensed working fluid 14, 15 as a function of the flow rate of the hydrocarbon stream introduced into the first E1 exchanger. To do this, the coarse adjustment comprises a sub-step of measuring the hydrocarbon stream flow 10 and a sub-step of adjusting the flow set point of the flow regulator member V1, 21, FC by means of of a predetermined calculation rule.

De préférence, le débit de fluide de travail condensé varie proportionnellement au débit de courant d’hydrocarbures. De préférence encore, la règle de calcul est une fonction affine du débit de courant d’hydrocarbures avec un coefficient de proportionnalité préférentiellement compris entre 0,5 et 4, et un terme constant de préférence nul, i. e. une fonction linéaire. Notons que les débits de fluide de travail ou d’hydrocarbures peuvent s’entendre de débits volumiques ou massiques.Preferably, the flow rate of condensed working fluid varies in proportion to the flow rate of the hydrocarbon stream. Preferably again, the calculation rule is an affine function of the flow rate of the hydrocarbon stream with a proportionality coefficient preferably between 0.5 and 4, and a constant term preferably zero, i. e. a linear function. It should be noted that the working fluid or hydrocarbon flow rates can be understood as volume or mass flow rates.

Notons que le mode d’ajustement décrit ci-dessus est aussi avantageusement mis en œuvre au moyen d’une unité de contrôle-commande et/ou d’une boucle d’asservissement telle que décrite précédemment avec des caractéristiques qui lui sont transposables. De préférence, la règle de calcul du débit de fluide de travail condensé 14, 15 en fonction du débit du courant d’hydrocarbures 10 est stockée dans l’unité de contrôle-commande.Note that the adjustment mode described above is also advantageously implemented by means of a control-command unit and/or a servo loop as described previously with characteristics that can be transposed to it. Preferably, the rule for calculating the flow rate of condensed working fluid 14, 15 as a function of the flow rate of the hydrocarbon stream 10 is stored in the control-command unit.

Notons qu’en parallèle, on poursuit les mesures de températures et l’ajustement subséquent du débit de fluide de travail 14, 15 tel que décrit précédemment. Dans ce cas, l’ajustement en fonction du débit d’hydrocarbures constitue un moyen de réglage grossier et l’ajustement en fonction de l’écart de température un moyen de réglage fin, ces moyens étant complémentaires. Comparativement à un ajustement à partir de mesures de températures, l’ajustement grossier à partir d’une mesure de débit permet de réagir plus rapidement à des variations importantes et/ou soudaines du débit de courant d’hydrocarbures. L’ajustement fin permet de faire fonctionner le procédé à son point d’efficacité optimal. L’ajustement grossier peut notamment être exécuté lorsqu’une variation du débit d’hydrocarbures d’un facteur supérieur à une valeur prédéterminée, de préférence un facteur supérieur à 3%, de préférence encore supérieur à 5%, est mesurée. En d’autres termes, lorsque le débit d’hydrocarbures présente une valeur initiale donnée, l’ajustement grossier est mis en œuvre lorsqu’on mesure une variation du débit d’hydrocarbures supérieure d’un facteur prédéterminé par rapport à ladite valeur initiale. La valeur initiale peut être une valeur mesurée au cours du fonctionnement du procédé ou bien correspondre à une valeur de référence prédéterminée du débit d’hydrocarbures.Note that in parallel, the temperature measurements and the subsequent adjustment of the flow rate of working fluid 14, 15 as described above are continued. In this case, the adjustment according to the flow of hydrocarbons constitutes a means of coarse adjustment and the adjustment according to the temperature difference a means of fine adjustment, these means being complementary. Compared to an adjustment based on temperature measurements, the coarse adjustment based on a flow measurement makes it possible to react more quickly to significant and/or sudden variations in the flow rate of the hydrocarbon stream. Fine tuning allows the process to operate at its optimum point of efficiency. The coarse adjustment can in particular be carried out when a variation in the flow rate of hydrocarbons by a factor greater than a predetermined value, preferably a factor greater than 3%, preferably even greater than 5%, is measured. In other words, when the hydrocarbon flow has a given initial value, the coarse adjustment is implemented when a variation in the hydrocarbon flow greater by a predetermined factor compared to said initial value is measured. The initial value can be a value measured during the operation of the process or correspond to a predetermined reference value of the flow of hydrocarbons.

Avantageusement, le courant d’hydrocarbures 10 est formé de gaz naturel, comprenant de préférence, en fraction molaire, au moins 60% de méthane (CH₄), de préférence au moins 80%. Le gaz naturel peut éventuellement comprendre de l’éthane (C₂H₆), du propane (C₃H₈), du butane (nC₄H₁₀) ou de l’isobutane (iC₄H₁₀), de l’azote, de préférence dans des teneurs entre 0 et 10% (% molaire).Advantageously, the hydrocarbon stream 10 is formed from natural gas, preferably comprising, in molar fraction, at least 60% of methane (CH ₄ ), preferably at least 80%. The natural gas may optionally include ethane (C ₂ H ₆ ), propane (C ₃ H ₈ ), butane (nC ₄ H ₁₀ ) or isobutane (iC ₄ H ₁₀ ), nitrogen , preferably in contents between 0 and 10% (mol %).

De préférence, le fluide de travail 13 comprend un mélange d’hydrocarbures, de préférence un mélange d’hydrocarbures contenant au moins deux, de préférence trois, hydrocarbures choisis parmi le méthane, l’éthane, le propane, le butane, l’éthylène (C₂H₄), le propylène, le 1-butène, l’isobutane, éventuellement additionné d’au moins un composant additionnel choisi parmi l'azote, l’argon, l’hélium, le néon.Preferably, the working fluid 13 comprises a mixture of hydrocarbons, preferably a mixture of hydrocarbons containing at least two, preferably three, hydrocarbons chosen from methane, ethane, propane, butane, ethylene (C ₂ H ₄ ), propylene, 1-butene, isobutane, optionally added with at least one additional component chosen from nitrogen, argon, helium, neon.

L’utilisation d’un fluide de travail mixte permet de diminuer les pertes énergétiques liées à l’irréversibilité des échanges de chaleurs entre fluides froids et chauds en réduisant les écarts de températures entre les courants froids et les fluides de travail en chaque point selon la longueur de l’échangeur.The use of a mixed working fluid makes it possible to reduce the energy losses linked to the irreversibility of heat exchanges between cold and hot fluids by reducing the temperature differences between the cold currents and the working fluids at each point according to the length of the exchanger.

En particulier, les proportions en fractions molaires des composants du mélange d’hydrocarbures peuvent être (% molaire) :

Méthane : 25 à 50 %, de préférence 30 à 45 %,
Propane : 10 à 45 %, de préférence 15 à 40 %,
Ethane ou éthylène : 20 à 45 %, de préférence 25 à 40 %,
Azote : 0 à 10 %.

In particular, the proportions in molar fractions of the components of the mixture of hydrocarbons can be (% molar):

Methane: 25 to 50%, preferably 30 to 45%,
Propane: 10 to 45%, preferably 15 to 40%,
Ethane or ethylene: 20 to 45%, preferably 25 to 40%,
Nitrogen: 0 to 10%.

Selon une autre possibilité, le fluide de travail peut être un corps pur constitué d’un hydrocarbure choisi parmi le méthane, l’éthane, le propane, le butane, l’éthylène, le propylène, le 1-butène, l’isobutane.According to another possibility, the working fluid can be a pure substance consisting of a hydrocarbon chosen from methane, ethane, propane, butane, ethylene, propylene, 1-butene, isobutane.

De préférence, le premier courant chaud C1 et/ou le deuxième courant chaud C2 sont formés d’eau de mer, de préférence à une température d’entrée dans l’échangeur supérieure à 0 °C, de préférence comprise entre 10 et 30 °C. Il est aussi envisageable que le premier courant chaud C1 et/ou le deuxième courant chaud C2 soit formés d’air ambient, typiquement à une température comprise entre -10 et 40 °C.Preferably, the first hot stream C1 and/or the second hot stream C2 are formed from seawater, preferably at an inlet temperature in the exchanger greater than 0°C, preferably between 10 and 30°C. vs. It is also possible for the first hot stream C1 and/or the second hot stream C2 to be formed from ambient air, typically at a temperature between -10 and 40°C.

De préférence, le courant d’hydrocarbures réchauffé 11 sort du premier échangeur de chaleur E1 à l’état au moins partiellement vaporisé, à une température comprise entre -90 et -20 °C.Preferably, the heated hydrocarbon stream 11 leaves the first heat exchanger E1 in the at least partially vaporized state, at a temperature between -90 and -20°C.

Selon une possibilité, illustrée dans les figures, le courant d’hydrocarbures réchauffé 11 sortant du premier échangeur de chaleur E1 peut être introduit dans un troisième échangeur de chaleur E3 pour y être réchauffé contre un deuxième courant chaud C2. On obtient en sortie du troisième échangeur de chaleur E3 un courant d’hydrocarbures totalement vaporisé 12 à une température supérieure ou égale à 2 °C, de préférence comprise entre 5 et 50 °C.According to one possibility, illustrated in the figures, the heated hydrocarbon stream 11 leaving the first heat exchanger E1 can be introduced into a third heat exchanger E3 to be heated there against a second hot stream C2. At the outlet of the third heat exchanger E3, a completely vaporized stream of hydrocarbons 12 is obtained at a temperature greater than or equal to 2°C, preferably between 5 and 50°C.

Selon une autre possibilité (non illustrée), il est possible que le deuxième échangeur E2 et le troisième échangeur E3 forment un même échangeur commun. Dans ce cas, au lieu d’être introduit dans le troisième échangeur E3 pour y être réchauffé contre le deuxième courant chaud C2, le courant d’hydrocarbures 11 est introduit dans le deuxième échangeur E2 pour y poursuivre son réchauffement contre le premier courant chaud C1, voire aussi contre le courant de fluide de travail 16.According to another possibility (not shown), it is possible for the second exchanger E2 and the third exchanger E3 to form the same common exchanger. In this case, instead of being introduced into the third exchanger E3 to be heated there against the second hot stream C2, the hydrocarbon stream 11 is introduced into the second exchanger E2 to continue its heating there against the first hot stream C1 , or even against the working fluid stream 16.

Dans les configurations illustrées, les échangeurs forment des entités physiquement distinctes les unes des autres, i. e. formant chacun au moins un empilement distinct de plaques et de passages. Notons qu’il est également possible d’agencer certains des passages de fluide au sein d’un même empilement. Cela est envisageable en particulier avec des échangeurs du type à plaques brasés et permet de réduire la complexité et les coûts de fabrication de l’installation mettant en œuvre plusieurs cycle de Rankine combinés.In the configurations shown, the exchangers form entities that are physically distinct from each other, i. e. each forming at least one distinct stack of plates and passages. Note that it is also possible to arrange some of the fluid passages within the same stack. This can be envisaged in particular with exchangers of the brazed plate type and makes it possible to reduce the complexity and manufacturing costs of the installation implementing several combined Rankine cycles.

Claims

Process for producing electrical energy from a stream of hydrocarbons such as a stream of liquefied natural gas, said process comprising the following steps:
a) introduction of the hydrocarbon stream (10) into a first heat exchanger (E1),
b) introduction of a working fluid (13) into the first heat exchanger (E1) through a first inlet (1) and condensation of at least part of said working fluid (13) by heat exchange with the current of hydrocarbons (10) so as to obtain a heated hydrocarbon stream (11) at a first outlet (2) of the first heat exchanger (E1) and to obtain an at least partially condensed working fluid (14, 15) at a second outlet (3) of the first heat exchanger (E1),
c) raising the pressure of the at least partially condensed working fluid (14) in a pressure riser (P1) so as to obtain a pressurized working fluid (15),
d) reintroducing the pressurized working fluid (15) into the first heat exchanger (E1) and reheating, possibly with vaporization of at least a part, of said reintroduced working fluid by heat exchange with the hydrocarbon stream (10 ) and/or the working fluid (13) introduced in step b) so as to obtain a heated working fluid (16) at a third outlet (7) of the first heat exchanger (E1),
e) introduction of the heated working fluid (16) into a second heat exchanger (E2) and vaporization of at least a part of said heated working fluid (16) by heat exchange with a first hot stream (C1) introduced into the second heat exchanger (E2) so as to obtain an at least partially vaporized working fluid (17) at the outlet of the second heat exchanger (E2),
f) outlet of the at least partially vaporized working fluid (17) from the second heat exchanger (E2) and expansion in an expansion member (T1) cooperating with an electric generator (G) so as to produce electrical energy,
g) reintroduction of the working fluid (13) expanded in step f) into the first heat exchanger (E1),
characterized in that said method further comprises the following steps:
h) passage of the at least partially condensed working fluid (14, 15) through a flow regulator member (V1, 21, FC) configured to regulate the flow of at least partially condensed working fluid (14, 15) according to a setpoint of debt,
i) measurement of a first temperature corresponding to the temperature of the working fluid (13) at the first inlet (1) of the first heat exchanger (E1),
j) measurement of a second temperature corresponding to the temperature of the heated hydrocarbon stream (11) at the first outlet (2) or corresponding to the temperature of the heated working fluid (16) at the second outlet (3),
k) determination of a temperature difference corresponding to the difference between the first temperature and the second temperature,
l) adjustment of the flow rate setpoint of the flow regulator member (V1, 21, FC) as a function of the temperature difference determined in step k) so as to reduce the flow rate of working fluid at least partially condensed (14, 15) when the temperature difference is less than a predetermined value or to increase the flow rate of at least partially condensed working fluid (14, 15) when the temperature difference is greater than said predetermined value.

Method according to Claim 1, characterized in that the flow regulating member (V1, 21, FC) is arranged downstream of the pressure-raising member (P1).

Method according to one of Claims 1 or 2, characterized in that the flow regulating device (V1, 21, FC) comprises a flow controller (FC) connected to a regulating valve (V1), the opening of which determines the flow of at least partially condensed working fluid (14, 15), the flow controller (FC) controlling the regulating valve (V1) so as to regulate the flow of at least partially condensed working fluid (14, 15) in accordance at the flow rate setpoint.

Method according to Claim 1, characterized in that the flow regulator device (V1, 21, FC) comprises a flow controller (FC) connected to a speed variator (21) of a motor of the pressure-raising member (P1), the engine speed determining the flow rate of the at least partially condensed working fluid (14, 15), the flow controller (FC) controlling the variable speed drive (21) so as to regulate the flow rate of the working fluid at least partially condensed (14, 15) in accordance with the flow rate setpoint.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the second temperature corresponds to the temperature of the heated hydrocarbon stream (11) at the first outlet (2).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the predetermined value is less than or equal to 10°C, preferably between 1 and 5°C, more preferably between 2 and 4°C.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that it implements at least one loop for regulating the flow setpoint of the flow regulating member (V1, 21, FC) as a function of the deviation from temperature, said regulation loop tending to maintain the first temperature difference equal or substantially equal to the predetermined value.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that steps i) to l) are repeated periodically, preferably at a period of between 100 milliseconds and 1 second, preferably between 200 and 500 milliseconds.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises at least one step of measuring the flow rate of hydrocarbon stream (10) introduced into the first heat exchanger (E1), the flow rate setpoint of the flow regulator member (V1, 21, FC) being adjusted according to the flow rate of the hydrocarbon stream (10).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first exchanger (E1) and/or the second exchanger (E2) are heat exchangers of the type with brazed plates, the said exchangers comprising a stack of several parallel and spaced relative to each other so as to delimit between them series of several passages within said exchangers.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the working fluid (13) is introduced through the first inlet (1) located at a hot end (1a) of the first exchanger (E1) and having the highest temperature of the first exchanger (E1), the stream of hydrocarbons (10) being introduced through a second inlet (4) located at a cold end (1b) of the first exchanger (E1) and having the lowest temperature of the first exchanger (E1 ), the working fluid (13) being condensed at least partly in an upward direction and in the direction of the cold end (1b).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first hot stream (C1) and/or the second hot stream (C2) are formed from seawater, preferably seawater introduced into a temperature strictly above 0°C, preferably between 10 and 30°C.

Process according to one of the preceding claims, characterized in that the stream of hydrocarbons (10) is a stream of liquefied hydrocarbons, such as a stream of liquefied natural gas, introduced totally liquefied into the first exchanger (E1) at a temperature between -170 and -140°C, the heated hydrocarbon stream (11) leaving the first heat exchanger (E1) in the at least partially vaporized state, and at a temperature between -90 and -20°C .

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the heated hydrocarbon stream (11) leaving the first heat exchanger (E1) is introduced into the second heat exchanger (E2) to be heated there against the first stream hot (C1) or is introduced into a third heat exchanger (E3) to be heated there against a second hot stream (C2), so as to obtain at the outlet of the second heat exchanger (E2) or of the third heat exchanger ( E3) a fully vaporized hydrocarbon stream (12) at a temperature greater than or equal to 2°C, preferably between 5 and 50°C.

Installation for the production of electrical energy from a stream of hydrocarbons such as natural gas comprising:
- a first heat exchanger (E1) configured to place the hydrocarbon stream (10) and a working fluid (13) in heat exchange relationship so as to obtain, in operation, a working fluid at least partially condensate (14, 15) and a heated hydrocarbon stream (11) leaving the first heat exchanger (E1),
- a pressure riser (P1) arranged downstream of the first heat exchanger (E1) and configured to raise the pressure of the at least partially condensed working fluid (14),
- means for reintroducing the pressurized working fluid (15) into the first heat exchanger (E1) so as to obtain a heated working fluid (16), possibly vaporization at least in part by heat exchange with the current of hydrocarbons (10) and/or the working fluid (13),
- a second heat exchanger (E2) configured to place the heated working fluid (16) in heat exchange relation with a first hot stream (C1) so as to obtain, in operation, a working fluid at least partially vaporized (17) at the outlet of the second heat exchanger (E2),
- an expansion device (T1) arranged downstream of the second heat exchanger (E2) and configured to reduce the pressure of the at least partially vaporized working fluid (17),
- an electric generator (G) connected to the expansion device,
characterized in that said installation further comprises:
- a flow regulator member (V1, 21, FC) arranged downstream of the first heat exchanger (E1) and configured to regulate the flow of working fluid (14) at least partially condensed (14, 15) according to a setpoint of debit,
- at least one temperature sensor (TC) configured to measure a first temperature corresponding to the temperature at which the working fluid (13) is introduced into the first heat exchanger (E1) and to measure a second temperature corresponding to the temperature of outlet of the heated hydrocarbon stream (11) from the second exchanger (E2) or corresponding to the outlet temperature of the heated working fluid (16) leaving the second exchanger (E2),
- a control-command unit connected to the temperature sensor (TC) and to the flow regulator member (V1, 21, FC), the control-command unit being configured to determine a temperature difference corresponding to the difference between the first temperature and the second temperature and to adjust the flow rate set point of the flow regulator member (V1, 21, FC) as a function of the temperature difference.